La radiazione ultravioletta in un sistema climatico che cambia

LA RADIAZIONE ULTRAVIOLETTA IN UN SISTEMA
CLIMATICO CHE CAMBIA
Vito Vitale(1) e Boyan Petkov(1,2)
(1) Istituto di Scienze dell'Atmosfera e del Clima (ISAC-CNR), Bologna
(2) International Center for Theoretical Physics (ICTP), Trieste
La radiazione ultravioletta nell'attraversare l'atmosfera terrestre subisce intensi
processi di attenuazione che ne modificano fortemente intensita' e distribuzione
spettrale. La radiazione UV al disotto dei 200 nm e' interamente bloccata nell'alta
atmosfera. La sottostante regione compresa tra le quote di 50 km e circa 15 km
(stratosfera), che contiene un’importante strato di molecole d’ozono (ozonosfera) con
concentrazioni relativamente alte tra i 15 e i 45 km di quota. attenua invece
fortemente la radiazione solare UV tra 200 e 300 nm, dove lo spettro solare è
caratterizzato dalla forte banda di Hartley, e più debolmente tra 300 e 350 nm per
effetto delle bande di Huggins. Il flusso della radiazione solare in arrivo al suolo
risulta allora essere attenuato intensamente, seppur non totalmente, alle lunghezze
d’onda UV maggiori di 290 nm, L’irradianza solare globale (diretta + diffusa) in
arrivo al suolo alle lunghezze d'onda minori di 300 nm è data quasi completamente
dalla sua componente diffusa, principalmente originata dai processi di scattering
delle molecole d’aria (scattering di Rayleigh). Alle lunghezze d’onda maggiori di
300 nm, sia la componente diretta che quella diffusa contribuiscono al flusso della
radiazione UV.
A causa di tali processi, il flusso di radiazione UV ha una alta variabilita' temporale e
spaziale e dipende strettamente da diversi parametri di composizione dell’atmosfera,
quali il contenuto di ozono nella colonna verticale (ozono totale), le caratteristiche
della copertura nuvolosa del cielo, l’albedo della superficie nella regione UV e lo
spessore ottico degli aerosol. I parametri relativi all’ozono colonnare e alla copertura
nuvolosa (definita in termini di spessore ottico della nube) sono quelli capaci di
provocare le variazioni più marcate della radiazione incidente UV alle medie
latitudini. Nelle regione soggette ad una alta variabilita' stagionale dell'albedo
superficiale, tale parametro gioca un ruolo di pari importanza.
La radiazione ultravioletta riveste un ruolo importantissimo per tutti gli ecosistemi
del nostro pianeta (animali e vegetali) cosi' come su moltissimi processi fisicochimici che hanno luogo sulla superficie. Le variazioni della radiazione UV possono
avere importanti ricadute non solo sulla salute umana e sui processi ossidativi di
trasformazione gas-particella in troposfera (con ricadute sulla qualita' dell'aria), ma
anche in campi quali la produzione alimentare (agricola ma non solo). Infatti, la
radiazione UV che raggiunge la superficie puo' produrre danni rilevanti sulle
caratteristiche genetiche (DNA) di numerosi organismi vegetali e animali che fanno
parte delle catene alimentari di altre specie. A questi importanti effetti sulla biosfera,
si aggiungono anche effetti di grande rilievo sui materiali, che nel caso delle plastiche
sono particolarmente sensibili sopratuttto ai flussi UV-B.
Questo stretto legame tra radiazione UV, gli ecosistemi, i processi fisico-chimici alla
superficie e le attivita' umane, e la complessita' dei processi che ne definiscono la
distribuzione spettrale al suolo, determina l'importanza del monitoraggio della
radiazione UV. Al fine di ottenere l'accuratezza necessaria alla valutazione degli
effetti prodotti dalla radiazione UV in arrivo al suolo e' estremamente importante
cercare di determinare non solo le intensita' dei flussi su bande relativamente larghe,
ma anche e sopratutto misurare le sue caratteristiche spettrali. Al fine di ottenere poi
la necessaria risoluzione spaziale e temporale, e' poi importante l'implementazione di
una rete omogeneamente distribuita, sopratutto in un paese come l'Italia caratterizzato
da una ampia variazione latitudinale.
I cambiamenti della composizione atmosferica, e le variazioni di molti dei parametri
che influenzano la radiazione ultravioletta, conseguenti ai cambiamenti climatici,
rendono ancor piu' importante questa attivita' di monitoraggio.
In un sistema climatico che cambia, a questo obiettivo principale di monitoraggio, le
misure dei flussi di radiazione ultravioletta ne assommano un'altro non meno
importante di studio del sistema climatico e di numerosi processi chimici, fisici e
dinamici. Infatti, come sopra accenato i processi ed i parametri che determinano il
flusso UV alla superficie e le sue caratteristiche sono molti e spesso inter-connessi tra
di loro. Basti pensare ai processi dinamici e chimici che influenzare lo strato di ozono
stratosferico. Tale complessita' si riflette in una notevole incertezza nelle valutazioni
modellistiche dei possibili andamenti climatici del flusso UV e di parametri quali la
dose eritemale.
Monitorare la radiazione ultravioletta puo' quindi fornire utili informazioni per il
miglioramento delle parametrizzazioni nei modelli climatici (a varia scala) e per la
loro validazione.