Radiação atmosférica no ultravioleta no Rio Grande do Sul : fatores determinantes e sua distribuição a partir de dados orbitais

Abstract

A radiação ultravioleta (RUV) desempenha um papel fundamental na fotoquímica da atmosfera, através de processos de absorção ou dispersão por seus constituintes. Quantificar a RUV espaço-temporalmente e conhecer sua relação com variáveis moduladoras é importante para o estado do Rio Grande do Sul, região com um dos maiores índices de neoplasias de pele do Brasil e onde, hoje em dia, são poucas as cidades que monitoram a RUV in situ e raras as que fazem o monitoramento contínuo. Deste modo, o objetivo desta tese foi gerar conhecimento sobre o comportamento local da RUV no intuito de contribuir na tomada de decisões para mitigar os efeitos causados pela exposição a esta radiação. Para isto, abordamos três tópicos: i) avaliamos as variações de poluentes atmosféricos e seu impacto na RUV, num cenário de redução de atividades antrópicas; ii) medimos o potencial do método Random Forest para reconstrução espaço-temporal a longo prazo, combinando dados superficiais e orbitais; iii) estimamos a distribuição espaço-temporal da RUV e suas relações com fatores moduladores. Nossos resultados mostram que em um cenário de redução de atividades antrópicas, as emissões de dióxido de nitrogênio diminuíram, enquanto os níveis de ozônio total e ultravioleta aumentaram; o aumento simultâneo de ozônio e ultravioleta sugerem que o ozônio não é o único fator que influencia a radiação ultravioleta na superfície. Tendo em vista que as estações de monitoramento ambiental existentes no Rio Grande do Sul são esparsas e distribuídas de forma desigual, foram usadas tecnologias como o método Random Forest, em combinação com uma extensa coleta de dados de múltiplos parâmetros de satélite e estações terrestres como uma ferramenta válida para prever variáveis ao nível do solo, bem como reconstruções espaço-temporais a longo prazo. Através de dados de sensoriamento remoto pudemos analisar as características espaço-temporais, determinando-se que no Rio Grande do Sul locais em latitudes mais baixas e altitudes mais elevadas apresentam maiores incidências de radiação ultravioleta; há um padrão temporal bem definido, com maior valor no verão e menor valor no inverno. Mostrou- se ainda que ocasiões de incidência da radiação mais intensa são correlacionadas de forma negativa com ozônio total, e de forma variável com dióxido de nitrogênio total.

Ultraviolet radiation (UVR) plays a fundamental role in the photochemistry of the atmosphere, through processes of absorption or dispersion by its constituents. Quantifying UVR spatio-temporally and knowing its relationship with modulating variables is important for the state of Rio Grande do Sul, a region with one of the highest rates of skin neoplasms in Brazil and where, nowadays, few cities have in situ UVR monitoring and even fewer have continuous monitoring. Thus, the objective of this thesis was to generate knowledge about the local behavior of UVR aiming to contribute to decision-making to mitigate the effects caused by exposure to this radiation. This was approached in three ways: i) we evaluated the variations of atmospheric pollutants and their impact on UVR, in a scenario of reduction of anthropic activities; ii) we measured the potential of the Random Forest method for long-term space-time reconstruction, combining surface and orbital data; iii) we estimated the space-time distribution of UVR and its relationship with modulating factors. Our results show that in a scenario of reduced human activities, nitrogen dioxide emissions decreased, while total and ultraviolet ozone levels increased; the simultaneous increase of ozone and ultraviolet suggests that ozone is not the only factor influencing ultraviolet radiation at the surface. Considering that the existing environmental monitoring stations in Rio Grande do Sul are sparse and unevenly distributed, technologies such as the Random Forest method were used in combination with extensive data collected from multiple satellite parameters and ground stations as a tool for predicting ground-level variables as well as long-term spatio-temporal reconstructions across the study area. Through remote sensing data, we were able to analyze the spatio-temporal characteristics, determining that, in Rio Grande do Sul, locations at lower latitudes and higher altitudes have higher incidences of ultraviolet radiation; there is a well-defined temporal pattern, with a higher value in the summer and a lower value in the winter. It was also shown that occasions of more intense radiation incidence are negatively correlated with total ozone, and in variably forms with total nitrogen dioxide.