Achtergrond

Zonkracht meten en voorspellen

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%. 

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.

Waarvan is de zonkracht afhankelijk?
De zonkracht is van een aantal factoren afhankelijk: 

De hoogte van de zon. Hoe hoger de zon aan de hemel staat, hoe groter de zonkracht.
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!
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.
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.
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.

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. 

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.

Niet gevonden wat u zocht? Zoek meer achtergrond artikelen