¿Por qué hay menos luz ultravioleta en la tierra en invierno?

Para obtener una definición del índice UV y una discusión aproximada de los factores que influyen, consulte, por ejemplo, https://en.wikipedia.org/wiki/Ultraviolet_index .

Puede comparar el modelo que se muestra allí con los datos realmente medidos para los EE. UU.: http://www.cpc.ncep.noaa.gov/products/stratosphere/uv_index/uv_annual.shtml .

Ambas fuentes respaldarán su afirmación de que la exposición a los rayos UV en verano es significativamente mayor (hasta casi un orden de magnitud) que en invierno.

este gráfico

muestra la diferencia de irradiación entre la parte superior e inferior de la atmósfera. Para el rango UV-B de 280-315nm, más del 50% de la radiación se absorbe mientras atraviesa la atmósfera en ángulo recto, es decir, la extinción será significativamente mayor que cuando el sol está bajo en el horizonte. Estoy de acuerdo en que el ángulo geométrico hace una diferencia significativa en la irradiancia disponible. Combine eso con el tiempo que pasamos afuera (o no pasamos afuera) y el hecho de que estamos casi completamente cubiertos en las latitudes europeas, y nuestra exposición real a los rayos UV solo puede ser una pequeña fracción de eso en verano. Dicho esto, la exposición de verano sin filtrar de más de media hora se considera peligrosa.

El enrojecimiento del sol tiene que ver con la dispersión de Rayleigh a medida que el sol atraviesa más atmósfera. (ver foto). En cierto sentido, esto está relacionado con menos energía pero no es la causa principal.

La razón por la que recibimos menos energía solar por metro cuadrado es que el ángulo del sol en el cielo afecta la dispersión de la luz. (ver imagen actualizada). Ignorando los efectos atmosféricos, es el pecado del ángulo multiplicado por la energía máxima. 90 grados o directamente sobre la cabeza, calculando que la energía solar máxima es de 1369 vatios por metro cuadrado (que también varía con la distancia), pero la energía del sol se rige principalmente por el pecado del ángulo.

45 grados: 1,369 * sin(45) W/m^2 o 71% de sobrecarga o Zenith. 20 grados sobre el horizonte, 1.369 * sen (20), solo el 34% de la energía solar máxima. El invierno se corresponde con el sol más bajo en el cielo, la luz del sol está más dispersa. Hay considerablemente menos energía golpeando la misma área cuando el sol está bajo en el cielo.

Pasar a través de más atmósfera lo amplifica un poco, pero el ángulo del sol es la causa principal.

Pero se me vino a la mente una idea, pensando en que por la mañana y por la noche, aquí vemos principalmente luz roja, el extremo superior del espectro visible que no pasa.

Lo consigue, al menos hasta cierto punto. Ves un cielo muy azul cuando el Sol está en su punto más rojo. Ese cielo azul puede quemarte si vas a esquiar a las montañas en invierno.

Dicho esto, incluso incluyendo el efecto del cielo azul (que obviamente tiene un componente ultravioleta significativo), la cantidad de luz ultravioleta que atraviesa la atmósfera se reduce considerablemente en invierno en comparación con el verano. La razón es la cantidad de atmósfera por la que tiene que pasar la radiación solar entrante.

Para la luz visible, esto se cuantifica por "masa de aire" . La cantidad de luz visible que llega a la superficie de la Tierra en invierno se reduce significativamente en comparación con el verano debido a la cantidad de atmósfera a través de la cual tiene que viajar la luz del Sol.

Dicho esto, la atmósfera de la Tierra, y en particular, la estratosfera, absorbe la luz ultravioleta incluso mejor que la luz visible. El equivalente ultravioleta de la "masa de aire" depende aún más del ángulo cenital solar que la luz visible.