The aim of this thesis is the study of the total and spectral solar irradiance variability induced by the presence of small magnetic elements that emerge into the solar photosphere. It is important to study changes in the solar energy output because they reflect the existence of several physical processes in the solar interior, their interpretation helps to understand the solar cycle and because of their influence on the terrestrial climate. The work presented in this thesis is exclusively based on data provided by the SOHO spacecraft, specifically by the VIRGO and MDI instruments.Irradiance variations produced on the solar rotation time-scale are due to the passage of active regions across the solar disk. However, the origin of variations on the solar cycle time-scale is under debate. One of the most controversial aspects is the long-term contribution of the small magnetic elements conforming faculae and the network. Their identification and contrast measurement is difficult and, consequently, their contrast center-to-limb variation (CLV) remains poorly defined in spite of the fact that its knowledge is essential to determine their contribution to variability.In this work we have studied the contribution of small photospheric magnetic elements (those with a positive contribution to variability), both on short, i.e. solar rotation, and long, i.e. solar cycle, time-scales. By analyzing the evolution of an isolated active region (NOAA AR 7978) during several Carrington rotations, we have evaluated the variations in luminosity induced by this facular region during the 1996 minimum of activity. Simultaneous photometric and magnetic data from the MDI instrument have been combined in order to study the contrast of small scale magnetic features and its dependence both on position and magnetic field, as well as its evolution along the rising phase of solar cycle 23.The study of the solar variability has required reduction and analysis of the employed MDI and VIRGO data. These data had to be converted from level 0 (raw data) to level 2 (scientifically useful data), since solar variations were hidden by instrumental effects. We developed original algorithms to correct instrument-related effects from the data, such as filter degradation and the variation of the limb darkening with distance. The determination of the contrast of magnetic features also required the development of an algorithm in order to identify the surface distribution of those small features present over the solar disk.By analyzing irradiance variations induced by the small magnetic features that emerge into the solar photosphere we have concluded that:· active region faculae and the magnetic network present very different contrast CLV's, therefore, their contributions to irradiance variability are distinct; as a consequence, both contributions need to be taken into account separately when reconstructing variations of the solar irradiance.· the functional dependence on position and magnetic signal of the facular contrast is time independent; this suggests that the physical properties of the underlying flux tubes do not vary with time.· network elements are bright over the whole solar disk and have proved to be the dominant population along the solar cycle; this implies that their contribution to long-term irradiance variations is significant and needs to be taken into account.

La predicció de l'índex UV consisteix a determinar la irradiància biològicament efectiva que incidirà en un temps posterior a partir del coneixement dels factors que hi intervenen: l'ozó, l'angle zenital, l'altitud del lloc, la dispersió atmosfèrica, els núvols i l'albedo. La influència d'aquests factors es posa de manifest en la formulació de les equacions de transferència radiativa que resolen numèricament els models de irradiància espectral. En aquesta tesi s'ha treballat amb 2 models de dispersió simple (SMARTS2 i UVAGOA) que consideren l'atmosfera com una sola capa i 2 models de dispersió múltiple (SBDART i STAR) que tenen en compte la no-homogeneïtat vertical de l'atmosfera i la divideixen en una superposició de capes. S'ha realitzat un estudi comparatiu entre ells i s'ha arribat a la conclusió que els models de dispersió múltiple obtenen un millor acord entre ells amb diferències del 2 al 3% per a angles zenitals menors de 60º. També s'han comparat amb mesures instrumentals i s'han constatat diferències que oscil·len entre el 2 i el 15% en les hores centrals del dia. Les mesures instrumentals utilitzades, tant per a comparar amb les sortides d'aquests models com per a determinar els seus paràmetres d'entrada, han estat: 4 anys d'espectres de irradiància UV (de 285 a 400 nm cada 0,5 nm) d'un espectroradiòmetre Bentham 300, 3 anys de mesures de l'índex UV d'un piranòmetre YES i 3 piranòmetres Solar Light, 4 anys de mesures diàries d'un fotòmetre Microtops i 1 any de mesures d'un fotòmetre CIMEL. Per a la determinació de la columna total d'ozó s'han utilitzat les mesures de l'espectroradiòmetre Bentham i del fotòmetre Microtops i s'han constatat diferències del 9%. AL comparar-los amb mesures de teledetecció (TOMS i GOME) s'arriba a un RMSE del 4% en el cas del Microtops. En quant a la dispersió deguda als aerosols s'han utilitzat com a paràmetres d'entrada els espessors òptics calculats a partir del fotòmetre CIMEL, mentre que la massa d'aigua precipitable, relacionada amb el creixement higroscòpic dels aerosols, s'ha determinat a partir dels fotòmetres CIMEL i Microtops i també a partir del radiosondatge. Les diferències observades estan al voltant del 12-15% entre els fotòmetres i el radiosondatge. Totes aquestes mesures s'han aplicat al model SBDART per a la predicció de l'índex UV a Catalunya durant els anys 2000-2002, utilitzant la hipòtesi de persistència de la columna total d'ozó que en aquest treball s'ha constatat que té un error del 6% a l'estiu per a dies de cel serè. Els resultats s'han validat amb el piranòmetre YES i s'han observat diferències al voltant del 14%. L'any 2003, es va incorporar la predicció d'ozó del Deutscher Wetterdienst a 36 hores i per a dies de cel serè, els resultats milloren sensiblement, passant d'unes diferències del 20% al 16%. / In this thesis it has been used 2 models of simple scattering SMARTS2 and UVAGOA and 2 models of multiple scattering SBDART and STAR. A comparative study among them has been made and it has been reached the conclusion that the models of multiple scattering obtain a better agreement among them with differences from the 2 to 3% for smaller zenithal angles of 60º. It also have been compared with instrumental measures and differences have been found between 2 and 15% in the central hours of the day. In this work it has been used different instrumental measures: 4 years of spectrum of irradiance UV (from 285 to 400 nm each 0.5 nm) of spectroradiometer Bentham 300, 3 years of measures of index UV of a pyranometer YES and 3 pyranometers Solar Light, 4 years of daily measures of a Microtops photometer and 1 year of measures of a photometer CIMEL. The total ozone column has been determined with the measurements of spectroradiometer Bentham and a Microtops photometer and differences of 9% have been found. In comparison with telemetry measurements (TOMS and GOME) a RMSE of 4% is found in the case of the Microtops. For the scattering due to the aerosols, the calculated optical thicknesses from photometer CIMEL have been used as an input parameter, whereas the mass of precipitable water, related to the hygroscopic growth of the aerosols, has been determined from the photometers CIMEL and Microtops and also from the radiosonde. The observed differences are around 12-15% between the photometers and radiosonde. All these measurements have been applied to model SBDART for the prediction of index UV in Catalunya during years 2000-2002, using the hypothesis of persistence of the total ozone column that in this work has been found that has an error of 6% in summer for cloudless sky days. The results have been validated with the pyranometer YES and differences around 14% have been observed. In 2003, the ozone forecasting of the Deutscher Wetterdienst was introduced and for cloudless sky days, the results improve from differences of 20% to 16%.

La radiació solar UV que incideix sobre la superfície terrestre depèn de diferent factors astronòmics i meteorològics com l'angle solar zenital, la columna total d'ozó, la nuvolositat i la terbolesa atmosfèrica. Tot això es tradueix en un gran nombre de variables a caracteritzar a l'hora de modelitzar la irradiància solar espectral amb models de transferència radiativa. Un dels objectius generals de la present tesi és la millora de la predicció de l'anomenat índex UV a partir del coneixement de la sensibilitat dels models radiatius a variables poc estudiades des del punt de vista de la modelització com l'espectre solar extraterrestre o el perfil vertical d'atmosfera. Els resultats mostren que l'elecció d'un determinat espectre extraterrestre en la modelització dóna lloc a diferències en la irradiància eritemàtica d'un 3-10\% respecte a les mesures. També s'ha volgut caracteritzar l'efecte d'altitud sobre la radiació solar UV a partir de mesures espectrals i de banda ampla i models de transferència radiativa. Quan l'atmosfera està neta d'aerosols l'efecte d'altitud s'aproxima al límit teòric de l'atmosfera de Rayleigh però aquest valor augmenta quan els punts considerats estan sota condicions de terbolesa elevada. L'efecte d'altitud en la irradiància solar UV també presenta un increment per longituds d'ona curtes. D'altra banda una altra motivació dels treballs desenvolupats a la tesi ha estat establir una climatologia de la columna total d'ozó sobre l'àrea de Barcelona a partir de mesures de satèl·lit caracteritzant la seva variabilitat a diferents escales temporals i la tendència observada en els seus valors en les últimes dècades. Dins de la variabilitat a curt termini existeixen els episodis extrems d'ozó caracteritzats per una reducció o augment dels valors normals de la columna total d'ozó que ràpidament es recupera uns pocs dies. Els mini-forats d'ozó són més rellevants degut als potencial efectes nocius que poden produir al incrementar-se la irradiància biològicament efectiva. Per aquest motiu s'ha realitzat una climatologia del episodis extrems d'ozó i s'han estudiat en profunditat dos d'aquests casos tant la seva formació com la influència sobre la radiació solar UV. / SUMMARIZE OF THE THESIS: Solar UV radiation reaching the Earth's surface depends on various meteorological and astronomical factors such as solar zenith angle, total ozone column, cloud cover and atmospheric turbidity. All this translates into a large number of variables to characterize in the modelling of the solar spectral irradiance with radiative transfer models. One of the objectives of this thesis was to improve the prediction of the ultraviolet index studying the sensitivity of the radiative models to variables that have been little studied in modelling such as the solar extraterrestrial spectrum or the vertical profile of the atmosphere. The results show that the choice of a particular spectrum in the modelling leads to differences in erythemal irradiance of 3--10\% from the measurements. It also has sought to characterize the altitude effect on UV radiation from spectral and broadband measurements and radiative transfer models. When the air is clean the altitude effect is approaching the theoretical limit of the Rayleigh atmosphere but this value increases when the considered points are under conditions of high turbidity. The altitude effect in solar UV irradiance also shows an increase in short wavelengths. Furthermore another motivation of the works on the thesis has been to establish climatology of total ozone column over the area of Barcelona from satellite measurements characterizing variability in different time scales, and the trend in values in the recent decades. Variability within the short term, ozone episodes are characterized by extreme reduction or increase in value of the total ozone column, recovering quickly in a few days. The ozone mini-holes are more relevant because of the potential harmful effects that may occur with the increasing biologically effective irradiance. A climatology of extreme ozone events have been made and two cases have been studied from their formation to the influence on solar UV radiation.