Spektroradiometrische Erfassung der solaren Ultraviolettstrahlung an der Nordseeküste

Summary

The knowledge of the irradiation of solar ultraviolet radiation is of essential interest for the marinotherapy in seaside resorts because of the enormous biological effectiveness of this radiation. Measurements of the spectral composition of ultraviolet solar radiation serve as a basis for differential and quantitative heliotherapy as well as for general recommendations how to deal reasonably with the sun.

Solar UV-radiation was measured in Westerland on the North Sea island of Sylt at 54.92° N, 8.31° E. Measurements were done using a double-monochromator-spectroradiometer (DM 150, Bentham Instruments Comp., Reading, England). The receiver, a cosine response teflon diffuser, is mounted on the roof of a building, which is situated on a dune at the westcoast of Sylt about 100 m from the sea. Spectra were recorded in the range between 290 and 400 nm wavelength at 6 min intervals. The complete measuring system is calibrated by use of a 1000 W quartz tungsten halogen lamp and a mercury lamp for sensitivity and wavelength accuracy, respectively.

Spectra measured during a clear summer day typically show a disproportionate increase of irradiance at the short wavelength with increasing solar elevation angle. Accordingly, the portion of UVB radiation increases with solar elevation. Even at a noon solar elevation angle of 57°, however, it merely amounts about to 5% of the total ultraviolet radiation that reaches the ground. Nonetheless, this small amount of physical irradiance causes 80% of the biological effect, as can be seen from the spectra that are weighted by the action spectrum for the UV-erythema.

The erythemal irradiance shows a nearly perfect symmetric curve during the course of the day, with its maximum value exactly at noon. The exposure periods to receive a minimum erythema dose are nevertheless shorter in the morning than in the afternoon.

Zusammenfassung

Die Kenntnis der Bestrahlungsstärke im ultravioletten Spektralbereich der Sonnenbestrahlung ist wegen der enormen biologischen Wirksamkeit dieser Strahlung für die Kurortmedizin an der See besonders wichtig. Die Messung der spektralen Zusammensetzung der ultravioletten Sonnenstrahlung bietet eine Grundlage für die differenzierte und dosierte Heliotherapie ebenso wie für generelle Empfehlungen zum Umgang mit der Sonnenstrahlung.

Die UV-Strahlung wurde in Westerland auf der Nordseeinsel Sylt (54,93° N, 8,31° O) mit einem Doppelmonochromator-Spektralradiometer (DM 150, Bentham Instruments Comp., Reading, England) gemessen. Die Eingangsoptik des Systems, ein Teflondiffuser mit angenäherter Cosinus-Charakteristik, ist auf dem Dach eines Gebäudes montiert, das etwa 100m vom Meer entfernt auf einer Düne an der Westküste Sylts steht. Die Spektren wurden im zeitlichen Abstand von 6 min im Wellenbereich von 290 bis 400 nm aufgenommen. Das System ist mit einer geeichten 1000 W Halogenidlampe für die Bestrahlungsstärke, mit einer HG-Niederdrucklampe für die Wellenlänge kalibriert.

Die während eines wolkenlosen Sommertages gemessenen Spektren zeigen charakteristischerweise im Bereich der kurzen Wellenlängen überproportionale Zunahmen der Bestrahlungsstärken mit steigendem Sonnenhöhenwinkel. Entsprechend nimmt der Anteil der UVB-Strahlung mit der Sonnenhöhe zu, erreicht jedoch selbst beim Sonnenhöchststand von 57° nur etwa 5% der gesamten am Erdboden einfallenden UV-Strahlung. Dieser geringe Anteil an der physikalischen Leistung erzeugt jedoch 80% der biologischen Wirkung, wie die Gewichtung der Spektren mit dem Aktionsspektrum für das UV-Erythem ergibt.

Der Tagesverlauf der erythemalen Bestrahlungsstärke zeigt eine symmetrische Kurve mit dem Maximum am Mittag. Die Expositionszeiten bis zum Erreichen einer minimalen Erythemdosis sind gleichwohl vormittags geringer als nachmittags.

Key words

Solar radiation - UV radiation - heliotherapy - UV load - dermatitis Solaris

Schlüsselwörter

Sonnenstrahlung - UV-Strahlung - Heliotherapie - UV-Exposition - Dermatitis solaris