Long term trends of the spectral solar UV radiation
Authors: Φουντουλάκης Ηλίας 
Published: September 2021

Το αντικείμενο της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η μελέτη των μακροχρόνιων τάσεων του φάσματος της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας, με τη χρήση μετρήσεων και θεωρητικών υπολογισμών. Παρόλο που η υπεριώδης ηλιακή ακτινοβολία αποτελεί ένα πολύ μικρό κομμάτι του ηλιακού φάσματος, είναι ζωτικής σημασίας για τη βιόσφαιρα. Μέσω της εξελικτικής διαδικασίας οι έμβιοι οργανισμοί έχουν προσαρμοστεί σταδιακά στα παρόντα επίπεδα και τις διακυμάνσεις της υπεριώδους ακτινοβολίας. Η υπεριώδης ακτινοβολία μεταβάλλεται περιοδικά κατά τη διάρκεια της ημέρας και του έτους εξαιτίας της ιδιοπεριστροφής της Γης και των μεταβολών της σχετικής απόστασης και θέσης Ηλίου – Γης αντίστοιχα. Μεταβάλλεται ακόμα εξαιτίας των διακυμάνσεων παραμέτρων όπως η ανακλαστικότητα της γήινης επιφάνειας, τα νέφη, το όζον και τα αιωρούμενα σωματίδια. Κατά τις τελευταίες δεκαετίες, τα επίπεδα της υπεριώδους ακτινοβολίας σε αρκετές περιοχές του πλανήτη μεταβλήθηκαν σημαντικά, κυρίως λόγω της καταστροφής του στρατοσφαιρικού όζοντος από τους ανθρωπογενείς χλωροφθοράνθρακες, των μεταβολών της ανακλαστικότητας της γήινης επιφάνειας εξαιτίας της κλιματικής αλλαγής, και των μεταβολών στα επίπεδα των ανθρωπογενών ρύπων. Το μέγεθος, ο ρυθμός και η κατεύθυνση των μεταβολών της υπεριώδους ακτινοβολίας παρουσιάζουν έντονη χωρική μεταβλητότητα, ενώ σε αρκετές περιπτώσεις είναι δύσκολο να εκτιμηθεί αν η παρατηρούμενη μεταβολή είναι στατιστικά σημαντική. Η μείωση των εκπομπών ουσιών που καταστρέφουν το στρατοσφαιρικό όζον σε συνδυασμό με τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής και την προβλεπόμενη βελτίωση της ποιότητας του αέρα αναμένεται να οδηγήσουν σε εξίσου σημαντικές μεταβολές του φάσματος της υπεριώδους ακτινοβολίας στο μέλλον.Η παρούσα διατριβή επικεντρώθηκε σε τρεις κυρίως στόχους. Ο πρώτος από αυτούς ήταν η μείωση της αβεβαιότητας των φασματικών μετρήσεων της υπεριώδους ακτινοβολίας μέσω της βελτίωσης των μεθόδων χαρακτηρισμού των φασματοφωτομέτρων τύπου Brewer. Για να επιτευχθεί αυτό, τα χαρακτηριστικά λειτουργίας των οργάνων διερευνήθηκαν σε βάθος και αξιολογήθηκαν οι χρησιμοποιούμενες μέθοδοι χαρακτηρισμού τους. Τελικά, επιτεύχθηκε η βελτίωση των μεθόδων χαρακτηρισμού των οργάνων σχετικά με την επίδραση που έχουν οι η θερμοκρασία και ο νεκρός χρόνος του φωτοπολλαπλασιαστή στη φασματική απόκριση του οργάνου. Ο δεύτερος στόχος ήταν να μελετηθούν οι βραχυχρόνιες και μακροχρόνιες μεταβολές του φάσματος της υπεριώδους ηλιακής ακτινοβολίας και της ερυθηματογόνου ακτινοβολίας στη Θεσσαλονίκη, και στη συνέχεια να διερευνηθεί η σχέση των μεταβολών αυτών με τις αντίστοιχες μεταβολές της ολικής στήλης όζοντος, των αιωρούμενων σωματιδίων και των νεφών. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που προέκυψαν, η υπεριώδης ακτινοβολία αυξήθηκε σημαντικά στην Θεσσαλονίκη κατά την περίοδο 1994 - 2006 και παραμένει σχετικά σταθερή στη συνέχεια. Οι μεταβολές αυτές οφείλονται κυρίως σε μεταβολές στη συγκέντρωση και τις οπτικές ιδιότητες των αιωρούμενων σωματιδίων. Ο τρίτος και τελικός στόχος της παρούσας διατριβής ήταν να αναδείξει τη σημαντικότητα όλων των παραπάνω και πιο συγκεκριμένα της ανάγκης για αξιόπιστα δεδομένα και για συνέχιση της μελέτης των τάσεων της υπεριώδους ακτινοβολίας. Για να επιτευχθεί αυτό διερευνήθηκε η επίδραση των μεταβολών που λαμβάνουν χώρα στο έδαφος, στην επιφάνεια των ωκεανών και στην ατμόσφαιρα, στα επίπεδα της υπεριώδους ακτινοβολίας κατά το παρελθόν αλλά και στο μέλλον σύμφωνα με δύο διαφορετικά κοινωνικοοικονομικά σενάρια του IPCC, ένα μετριοπαθές και ένα ακραίο. Εστιάσαμε στις αλλαγές στην Αρκτική, όπου η υπεριώδης ακτινοβολία έχει αλλάξει σημαντικά κατά τις τελευταίες δεκαετίες και αναμένεται να αλλάξει εξίσου σημαντικά στο μέλλον. Σύμφωνα με τα αποτελέσματα που προέκυψαν, η υπεριώδης ακτινοβολία αναμένεται να μειωθεί σημαντικά στο μέλλον σε σχέση με το παρόν. Συνοψίζοντας, η παρούσα διατριβή συμβάλλει στη βελτίωση της ποιότητας των φασματικών μετρήσεων της υπεριώδους ακτινοβολίας, αναδεικνύει το σημαντικό ρόλο των αιωρούμενων σωματιδίων για τον καθορισμό των επιπέδων της υπεριώδους ακτινοβολίας σε αστικές περιοχές όπως η Θεσσαλονίκη, και τέλος, τονίζει τις πιθανές επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής στα μελλοντικά επίπεδα της υπεριώδους ακτινοβολίας, κυρίως λόγω της μείωσης του όγκου και της έκτασης του θαλάσσιου πάγου στα υψηλότερα γεωγραφικά πλάτη του βορείου ημισφαιρίου.