Het meten en voorspellen van ZONKRACHT
Ozon is een gas dat van nature in de atmosfeer voorkomt. Ozon
absorbeert ultraviolet licht en beschermt daardoor het leven op aarde
tegen de schadelijke effecten van ultraviolet zonlicht. Het -voor ons-
bekendste effect van ultraviolet zonlicht is het rood worden van de
huid, of "verbranden".
Hoe schadelijk zonlicht voor de mens is, hangt af van twee factoren:
ten eerste hoeveel zonlicht er op de huid terecht komt en ten tweede
hoe gevoelig de huid is voor dat zonlicht. Bij zowel het berekenen als
het meten van de hoeveelheid schadelijk zonlicht (de zonkracht) moeten
dan ook beide factoren in rekening gebracht worden.
Meting van ozon
Eind 1993 heeft het KNMI een "Brewer spectrophotometer" aangeschaft.
Dit instrument wordt gebruikt voor metingen van de hoeveelheid ozon in
de atmosfeer en de hoeveelheid ultraviolet zonlicht aan het
aardoppervlak.
Voor de meting van de hoeveelheid ozon wordt gebruikt gemaakt van het
feit dat de absorptie van licht door ozon zeer sterk afhangt van de
golflengte ("kleur") in het deel van het ultraviolette spectrum tussen
310 en 320 nanometer ("UV-B"). De Brewer meet bij vier golflengten de
intensiteit van het zonlicht. Uit deze metingen kan de hoeveelheid
ozon in de atmosfeer berekend worden. Bij de berekening wordt alleen
gebruik gemaakt van de relatieve intensiteit: dit maakt de metingen
relatief ongevoelig voor allerlei storende invloeden (zowel in de
atmosfeer als in het instrument). De vier golflengten zijn zodanig
gekozen dat de metingen nauwelijks beïnvloed worden door aërosolen
(vuil in de atmosfeer) en zwaveldioxide.
Indien de zon schijnt kan het directe zonlicht gemeten worden. De
meetfout is dan ongeveer 2%. Bij bewolkt weer wordt verstrooid
zonlicht gemeten. Het pad van het zonlicht door de atmosfeer is dan
niet precies bekend, en dus zijn de metingen minder nauwkeurig. De
meetfout kan dan oplopen tot 10%.
(brewer.ozon.1996)
Figuur 1: De hoeveelheid ozon boven De Bilt in 1996.
Gemeten met de Brewer.
Meting van zonkracht
De Brewer wordt ook gebruikt om de zonkracht te meten. Dit gebeurt
echter op een indirecte manier.
Zoals gezegd is de intensiteit van het ultraviolette zonlicht in het
sterk afhankelijk van de golflengte. Om de "zonkracht" te bepalen moet
dan ook bij een flink aantal golflengten de intensiteit van het
zonlicht gemeten worden. In de praktijk meet de Brewer 157 golflengten
tussen de 287 en de 365 nanometer. Dit wordt het gemeten "UV-spectrum"
genoemd. Ook de gevoeligheid van de huid voor verbranding is sterk
golflengte afhankelijk. Dit wordt het "actie-spectrum" genoemd. Bij
het berekenen van de zonkracht maakt het KNMI gebruikt van het "CIE"
actie-spectrum, gepubliceerd door "Commision International de
l'Eclairage". Het product van het UV-spectrum en het actie-spectrum
geeft het "effectief UV" spectrum. Dit spectrum geeft aan welk licht
in de praktijk het verbranden van de huid veroorzaakt. De hoeveelheid
licht in dit spectrum kan geïntegreerd worden, en dit geeft
uiteindelijk de zonkracht.
De metingen van ultraviolet zonlicht zijn moeilijker dan die van ozon.
Het is belangrijk dat de meetapparatuur goed gecalibreerd is. Er zijn
echter nog geen goede internationale methoden en standaarden.
Ondermeer voor de calibratie van de Brewer is op het KNMI een
UV-ijklaboratorium ingericht.
(brewer.spectra)
Figuur2: Spectrum van ultraviolet zonlicht gemeten met de
Brewer, het CIE actie spectrum, en het effectief spectrum.
Waarvan is de zonkracht afhankelijk?
De zonkracht is van een aantal factoren afhankelijk:
(O) De hoogte van de zon.
Hoe hoger de zon aan de hemel staat, hoe groter de zonkracht.
(O) De bewolking.
Wolken houden niet alleen het zichtbare zonlicht tegen, maar
ook het ultraviolette. Het verband tussen bewolking en de
zonkracht is echter niet eenvoudig. Bij een gebroken wolkendek
kan terugkaatsing van zonlicht tegen de wolk de zonkracht zelfs
hoger maken dan bij een onbewolkte hemel!
(O) De hoeveelheid ozon in de atmosfeer.
Ruwweg kan men zeggen: 1% meer ozon geeft 1,3% minder
zonkracht. De hoeveelheid ozon fluctueert sterk van dag tot
dag, als gevolg van stromingen in de atmosfeer.
(O) Aërosolen.
Ofwel stofdeeltjes in de lucht. Als de zon hoog aan de hemel
staat zal de zonkracht gedempt worden door deze stofdeeltjes.
In de bergen is de lucht vaak zeer schoon, en zal de zonkracht
groter zijn dan in een laag gelegen gebied.
(O) Terugkaatsing tegen de grond, bebouwing.
Water, sneeuw, wit zand etc. weerkaatsen het ultraviolette
zonlicht. Hier kan men dus een hogere zonkracht verwachten. In
de stad, waar een groot deel van de hemel afgeschermd wordt
door bebouwing zal de zonkracht lager zijn.
(brewer.duv1) (brewer.duv2) Figuur 3: Dagverloop van de zonkracht zoals gemeten met de Brewer (stippen) en de voorspelling bij heldere hemel (lijn).
Voorspellen van zonkracht
Om een goede verwachting van de zonkracht te maken moeten alle boven
genoemde factoren "voorspeld" worden. Voor de zonshoogte en de
hoeveelheid ozon is dat goed te doen.
In de praktijk is de voorspelling van de hoeveelheid ozon gebaseerd op
de voorspelling van de toestand van de atmosfeer een aantal dagen
vooruit, berekend door het Europees Centrum Voor Weersverwachtingen op
de Middellange Termijn (ECMWF). Ook wordt gebruikt gemaakt van recente
satelliet metingen van ozon. De voorspelling van de hoeveelheid ozon
in de atmosfeer kan gecontroleerd worden met de ozonwaarnemingen met
de Brewer.
De bewolking levert echter problemen op: deze kan sterk van tijd tot
tijd en van plaats tot plaats variëren. In de praktijk zal de
zonkracht verwachting dan ook uit twee delen bestaan, een verwachting
van de zonkracht bij heldere hemel en een voorspelling van de
bewolking.
Aërosolen worden op dit moment nog niet meegenomen bij de zonkracht
verwachting. Dit is een onderwerp voor nader onderzoek. Op heldere
dagen kan de voorspelde zonkracht gecontroleerd worden aan de hand van
de zonkrachtmetingen met de Brewer.
(brewer.zonkracht.1996)
Figuur 4: De maximaal gemeten zonkracht per dag in 1996.
Huidtype
Niet elke huid is even gevoelig voor zonlicht. De ene persoon
verbrandt sneller dan de andere. Bij het berekenen van de zonkracht
maken wij gebruik van een standaard actie-spectrum. Daarmee is te
berekenen hoe snel iemand met een "standaard huid" verbrandt. Voor
mensen met een ander huidtype wordt deze tijd simpel met een
correctiefactor vermenigvuldigd.
Huidtype 1
Maximale tijd in de zon =
67 minuten / zonkracht
Huidtype 2
Maximale tijd in de zon =
100 minuten / zonkracht
Huidtype 3
Maximale tijd in de zon =
200 minuten / zonkracht
Huidtype 4
Maximale tijd in de zon =
300 minuten / zonkracht
Bijvoorbeeld bij zonkracht 5 en huidtype 2 gaat men al na twintig
minuten verbranden.
De formules hierboven suggereren een te grote nauwkeurigheid. Vandaar
dat het KNMI besloten heeft om de tijden hierboven af te ronden op
vijf minuten.
Auteur: Marc Allaart