Analyse du rayonnement UVB pendant les événements d'influence du trou d'ozone antartique sur le sud du Brésil

Analise da radiação UV-B durante os eventos de influência do buraco de ozônio antártico na região sul do Brasil

Analysis of the UVB radiation during the events of influence of the Antarctic Ozone Hole over South of Brazil

• Auteur / Autrice : Bibiana Culau Lopes
• Direction : Damaris Kirsch Pinheiro, Hassan Benchérif
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Physique de l'atmosphère
• Date : Soutenance le 13/06/2022
• Etablissement(s) : La Réunion en cotutelle avec Universidade federal de Santa Maria (Brésil)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences, Technologies et Santé (Saint-Denis, La Réunion ; 2010-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'atmosphère et cyclones (Saint-Denis, Réunion)
• Jury : Président / Présidente : Luiz Angelo Steffenel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Everson Dal Piva, Thierry Portafaix
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Lucas Vaz Peres, Vagner Anabor

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectrophotométrie UV

Rayonnement solaire -- Effets physiologiques

Antarctique

Couche d'ozone -- Réduction

Brésil (sud)

Rayonnement ultraviolet B

Mots clés libres

Rayonnement UV

Indice UV

Trou d'ozone antarctique

Brewer spectrophotomètre

Radiação UV

Índice UV

Buraco de Ozônio na Antártida

Espectrofotômetro Brewer

UV radiation

UV index

Antarctic ozone hole

Spectrophotometer Brewer

Résumé

Une exposition excessive au rayonnement UV solaire peut être nocive pour tous les êtres vivants. Elle peut affecter les animaux aquatiques et terrestres, les plantes et peut causer de graves problèmes pour la santé humaine, tels que des brûlures dues au soleil, des lésions oculaires et une exposition à long terme peut entraîner un cancer de la peau et un photo-vieillissement. Le trou d'ozone antarctique (AOH) se caractérise par une réduction extrême de la teneur en ozone dans la région antarctique au printemps de l'hémisphère Sud. Les effets secondaires de l'AOH sont causés par des masses d'air pauvres en ozone qui atteignent les régions de latitude moyenne, y compris le sud du Brésil. La faible teneur en ozone de ces masses d'air permet aux rayons UV d'atteindre la surface avec une intensité plus élevée, en raison de la moindre absorption des rayons par l'ozone. Le moyen le plus simple d'alerter la population sur la quantité de rayonnement UV à laquelle elle est exposée est l'indice UV, en fonction de son niveau, des précautions peuvent être prises pour éviter une exposition excessive. En fonction de son niveau, des précautions peuvent être prises pour éviter une exposition excessive. Sur cette base, cette étude visait à étudier le comportement du rayonnement UV solaire, par l'analyse de l'indice UV collecté dans le sud du Brésil (29,4° S, 53,8° O) en utilisant des données de rayonnement UV au sol et par satellite. Les mesures au sol ont été effectuées avec un spectrophotomètre Brewer et comprennent l'indice UV, la dose d'érythème, les UV-B non pondérés et l'intégrale quotidienne des UV. L'indice UV du satellite a été récupéré à partir de l'instrument de surveillance de la zone AURA/Ozone. Ils ont été comparés et l'analyse climatologique des mesures au sol a été effectuée pour les variations saisonnières et interannuelles, sur une période allant de 2005 à 2017, en examinant les données pour l'ensemble du ciel et séparément les jours de ciel clair. La sélection des jours de ciel clair a été faite par l'observation de la courbe gaussienne de l'irradiance et avec les données de fraction de nuage et les images d'une caméra All-sky placée au même endroit que l'instrument au sol. Le rayonnement UV de Brewer présente un comportement très typique du rayonnement UV solaire dans l'hémisphère sud, montrant des valeurs plus faibles en hiver et des valeurs plus élevées en été. Cependant, des valeurs très élevées (de 9 à 10) et même extrêmes (supérieures à 11) ont été mesurées au printemps et en automne. L'analyse des ondelettes et des anomalies a montré l'influence de l'oscillation australe El-Nino, de l'oscillation Quasi-biennale et du cycle solaire sur le rayonnement UV dans la région. Un total de 14 événements d'effets secondaires de l'AOH a été étudié, la moitié étant enregistrée dans des conditions de ciel clair et l'autre moitié dans des jours nuageux. Il en résulte une augmentation de l'indice UV de 47% les jours de ciel clair et de 32% les jours de couverture nuageuse, avec une réduction de la colonne d'ozone totale.

A exposição solar é fundamental para a saúde humana, o crescimento e desenvolvimento da fauna e flora, embora a exposição excessiva à radiação solar UV possa ser prejudicial para todos os seres vivos. Ela pode afetar animais aquáticos e terrestres, plantas e pode causar sérios problemas à saúde humana, como queimaduras solares, danos aos olhos e a exposição prolongada pode levar ao câncer de pele, ao foto-envelhecimento. O ozônio é o principal absorvedor da radiação UV e está concentrado principalmente na camada de ozônio. O buraco de ozônio antártico (AOH) é caracterizado por uma reduçãoextrema no conteúdo de ozônio na região antártica durante a primavera no hemisfério sul. Os efeitos secundários do AOH são causados por massas de ar pobres em ozônio que atingem regiões de latitude média, incluindo o sul do Brasil. Com base nisso, este estudo visou investigar o comportamento da radiação UV solar, através da análise do índice UV coletado no Sul do Brasil (29,4° S, 53,8° O) utilizando dados da radiação UV terrestre (espectrofotômetro Brewer) e de satélite. As medições do solo incluem índice UV, dose de eritema, UV-B não ponderado e UV integral diário. O índice UV do satélite foi recuperadodo Instrumento de Monitoramento AURA/Ozone. Eles foram comparados e a análise climatológica das medições do solo foi feita para variações sazonais e interanuais, em um período de 2005 a 2017 e observando os dados em condições de céu limpo e em dias separados de céu limpo. A radiação UV do Brewer apresenta um comportamento muito típico da radiação UV solar a 30° S no hemisfério sul, mostrando valores mais baixos durante o inverno e os valores mais altos durante o verão. Entretanto, índices UV muito altos e até extremos foram medidos nas estações da primavera e outono. A análise das ondas e anomalias mostrou a influência da Oscilação Sul El-Nino, da Oscilação Quase-Bienal e do ciclo solar sobre a radiação UV na região. Os eventos de efeitos secundários da AOH foram analisados e verificou-se que para uma média de 11% de redução na coluna total de ozônio há um aumento médio de 4% no índice UV, considerando todos os eventos.

Excess exposure to solar UV radiation can be harmful to all living beings. It can affect aquatic and land animals, plants and can cause serious issues on human health, such as sunburn, eye damage and long-term exposure can lead to skin cancer, photoaging. Antarctic Ozone hole (AOH) is characterized by an extreme reduction in ozone content in the Antarctic region during spring in the southern hemisphere. Secondary effects of AOH are caused by air masses poor in ozone that reach mid-latitude regions, including the south of Brazil. The low content in ozone in these air masses allows the higher intensity of UV radiation to reach the surface, due to less absorption of radiation by ozone. The simplest way to alert the population on the amount of UV radiation they are being exposed to is through the UV index, depending on its level, precautions can be taken to avoid excessive exposure. Based on that, this study aimed to investigate the behavior of solar UV radiation, through analysis of UV index collected in the South of Brazil (29.4° S, 53.8° O) using ground and satellite UV radiation data. The ground measurements were taken with a Brewer Spectrophotometer and includes UV index, erythema dose, UV-B non-weighted and UV daily integral. UV index from satellite was retrieved from AURA/Ozone Monitoring Instrument. They were compared and the climatology analysis of ground measurements was done for seasonal and interannual variations, in a period from 2005 to 2017 and looking at data in all-sky conditions and separately days of clear sky conditions. Selection of clear sky days was done through observation of gaussian curve of irradiance and with cloud fraction data and images from an All-sky camera placed in the same site of the ground instrument. UV radiation from Brewer presents a very typical behavior of solar UV radiation on the southern hemisphere, showing lower values during winter and the highest values during summer. However, very high (from 9 to 10) and even extreme (above 11) values were measured in the spring and autumn seasons. Wavelet and anomaly analysis showed the influence of El-Nino Southern Oscillation, Quasi-biennial Oscillation, and solar cycle on UV radiation in the region. A total of 14 events of secondary effects of AOH were studied, being half registered in clear sky conditions and the other half in cloudy days. Resulting in an amount of increase in UV index of 47% in clear sky days and 32% in days with cloud cover, with the reduction of ozone total column.