紫外线辐射对人体的影响及其预报
紫外线辐射对人体的影响及其预报
摘 要:世界气象组织规定了单位紫外线指数相当于25mw/ m2的红斑加权剂量率。紫外线指数预报,大致可分为统计预报和模式预报两种方法。统计预报主要依赖于紫外线的实测资料和对相关气象要素的观测。而模式预报主要依赖于对平流层臭氧的预报和大气辐射传输模式的应用。关键词:紫外线;太阳辐射;人体健康。
紫外线的监测与预报是城市环境气象服务的一个重要组成部分,与常规天气预报相比,它的资料采集,分析研究,预报制作,产品开发都与前者不大相同,它所涉及的范围广,内容多。
1 太阳辐射与紫外线
太阳辐射是以电磁辐射的形式传递给地球的,它包括了γ射线、χ射线、紫外线、可见光、红外线、微波、无线电波等等,它们构成了完整的太阳光谱。紫外线是太阳辐射的重要组成部分,它不但对细菌有破坏作用,而且对病毒也有杀伤作用。另外,紫外线还可用于空气和饮水的消毒。紫外线在太阳光谱中,位于紫光和χ 射线之间,波长约为5～400nm ,肉眼无法看见。但是,凡能透过可见光的物质,也能吸收紫外线,例如,玻璃能吸收波长小于350nm的紫外线,空气能吸收波长小于200nm的紫外线。表1 光波长及其对应颜色紫蓝浅兰绿黄绿黄橙红波长范围
2 紫外线对人体健康的影响
紫外线的波长在5 - 400nm之间。按其波长分为:长波紫外线(UVA) ,波长在320 - 400nm之间;中波紫外线(UVB) ,波长在290 - 315nm之间;短波紫外线(UVC) ,波长在290nm以下。由于短波紫外线(UVC)大部分被臭氧层和云层吸收,能到达地面并影响人体健康的只不过是长波(UVA)和中波紫外线(UVB)。UVB作用于皮肤表层,短时间内,就会引起皮肤发红,诱发炎症,对皮肤细胞造成伤害。夏季外出旅游,海滨游泳,人们发现皮肤变黑了,这就是由于UVB照射的原因。因此,人们把UVB叫做休假紫外线。UVA作用于皮肤表层时,约有35 %～50 %透过表层,到达真皮层,其见效虽不象UVB那么快,但却能引起一次性的皮肤黑化,令肌肤长时间失去弹性。同时,还有助于扩大UVB的影响,具有相当于15倍UVB的量。由于UVA属于长波紫外线,其波长足以穿透玻璃窗,窗帘,甚至阴雨天也可以穿过云层,射到皮肤。于是,人们把UVA称为生活紫外线。
紫外线辐射对皮肤的伤害主要来自UVA和UVB。UVB在夏季特别强,受UVB的过度照射后,皮肤产生红斑,表皮增厚并老化,甚至出现皮肤癌; UVA不随季节变化,受UVA的过度照射后,皮肤弹性降低,皱纹增多,老化加速,这些都属于不可复原的损伤,决不可等闲视之。人们接触的阳光中,约有6 %左右是紫外线。其中, UVB约占015 % , UVA约占516 % ,后者是前者的10倍之多。紫外线不仅存在于直射的日光之中,还存在于下垫面的反射之中。积雪的反射率最强为85 % ,沙滩为25 % ,水面为5 % ,绿地为3 %。在日光下,人体受到日光和下垫面反射光同时照射。阴天约有60 %～80 %的紫外线能穿透云层,到达地面。即使在雨天,还会有20 %～40 %的紫外线威胁皮肤。所以,护肤应是全天候的。紫外线随着海拔升高,强度增大,海拔高度每上升100米,紫外线辐射强度增加113 %。冰雪覆盖的高山、雪原,对眼睛的危害较大,容易引起结膜炎、角膜炎、雪盲症等。
3 紫外线辐射强度预报
使用“紫外线指数预报”。“紫外线辐射强度”是指一天中太阳在空中的最高位置(一般是中午前后) ,到达地面的太阳光中紫外线辐射对人体的皮肤、眼睛等可能的损坏程度。
311 预报量级的划分
紫外线指数的取值范围为0 - 15 ;预报等级分为5级,各级所对应的紫外线指数及其辐射强度,对人体可能的影响和所需采取的防护措施见表2。表2级别到达地面的紫外线辐射量( 280～400nm)W/ m2紫外线指数紫外线辐射强度对人体可能影响(皮肤晒红时间[分钟])需采取的防护措施一级< 5 0 , 1 , 2最弱100 - 180不需采取防护措施;二级5 - 10 3 , 4弱60 - 100可以适当采取防护措施,如:涂抹防晒霜等三级10 - 15 5 , 6中等30 - 60外出时戴遮阳帽,太阳镜和太阳伞等,涂抹SPF大于15的防晒霜;四级15 - 30 7 , 8 , 9强20 - 40除了上述防护措施外,上午十点至下午四点避免外出,或尽可能在遮阴处;五级〉= 30 10或大于10很强小于20尽可能不在室外活动,必需外出时,要采取各种防护措施。
312 紫外线辐射强度预报模式
31211 晴天无云情况
3121111 瞬时通量密度
瞬时UV辐射通量密度参数化公式为:Ωw - 1 ="η•Ω•(a/" r) 2 [1 ]式中ΩW- 1为晴天紫外线总辐射;Ω 为太阳总辐射;ΩW- 1与Ω的比值η暂定为01053(a/ r) 2为日地距离订正值:(a/ r)2 ="1100011" +01034221cos (d) +0100128sin (d) +01000719cos2d + 01000077sin2d [2 ]其中: d = 2πm/365m为日数(正整数) ,以1月1日为始, 12月31日为止。由于1月1日(a/ r) = 019832 , 7月1日(a/ r) = 1101671 ,与1的偏差很小,故不作日地距离订正也行。Ω的预报方程是:Ω= So (C1 - C2τ)•Sin (h)[3 ]式中So为太阳常数(So = 1367W/ m2±013 %) ,C1C2为经验系数, Benov分别取C1 = 01944 , C2 ="01063" ,τ为混浊度系数,对于空气污染较重的大城市τ= 315 - 415 ,中小城市τ= 215 - 315 ,乡村τ="115" - 215。h为太阳高度角: Sin (h) = sinΦsinδ+cosΦcosδ•cosω [4 ]这里Φ 为城市纬度,δ为太阳赤纬,ω 为时角。ω= (12 -ΤRE) ( -π/ 12) (弧度) [5 ]式中ΤRE表示真太阳时,它与地方时ΤLOC的关系为ΤRE ="ΤLOC" +△T (时) [6 ]ΤLOC = T北京+ (λ2120°E)×4′(时)这里λ为城市纬度, T北京表示北京时,△T表示时差,由于它很小可以忽视不计。太阳赤纬δ的近似公式,即δ= 01006918 - 01399912cos ( d) + 01070257sin( d ) - 01006758cos2d + 01000907sin2d -01002697cos3d + 0100148sin3d (弧度) [7 ]其中d同[2 ]式3121112 任意时段(ω12ω2)内的UV总量ΩT- 1 ="∫ωω21ΩUV" - 1dω [8 ]将[1 ] - [ 7 ]式代入[ 8 ]积分后即可得到时段ω1 -ω2内的UV总量。当ω1为日出,或ω2为日落时,还需计算出相应的日出日落时的时角ω0 ,ω0 = - arccos ( - tgφ•tgδ) [9 ]天空有云时的UV总辐射ΩW- 2是在晴天UV总辐射的基础上进行云量、反射率和季节等因素的订正,方法是ΩUB - 2 = [△ΩW+f (ω,δ,η) ]ΩUV - 1 [10 ]式中△ΩSUV = 011×ηt (A1•A2) / (1 - A1A2) [11 ]这里ηr为总云量, A1和A2分别为地面和云对UV的反射率, A2≈011 ; A1取为黄裸地01024 ,黑裸地01066 ,水泥地01067 ,砂地01042 ,草地01021 ,新雪01835。无量纲函数f (ω,δ,η)的表达式为f (ω, δ, η) = (β1η1 +β2η2 +β3η3 ) sin (δ+01369445π) [12 ]其中δ为太阳赤纬,同(7)式;η1 ,η2和η3–47 –紫外线辐射对人体的影响及其预报
4 紫外线防御对策
由于臭氧层被破坏,达到地面的紫外线辐射量增加,给人类和地球生物带来各式各样的问题。有研究表明,即使全球都能实现目前限制使用氟里昂的计划,今后紫外线的增加还要持续20年左右,恢复臭氧和原状则需要50年的时间。在21世纪,人们需要调整工业布局,保护大气层。同时,人们还需要改变生活习惯,学会使用化妆品防御紫外线对皮肤的损害,以对付不断增强的紫外线。在防紫外线的遮光药品中,如能将紫外线吸收剂和散射剂适当配合起来,就可以防御到达地面的长波紫外线(UVA)和中波紫外线(UVB)对皮肤的损害。表示防御程度的指标是SPF (太阳防护指数) , SPF值越高,表示防御紫外线的能力越强。根据日本气象厅的计算, SPF = 35就足够了。为了避免紫外线辐射的危害,夏季,人们应尽可能避开午间外出。必须外出时,应采取防护措施,如戴太阳镜,遮阳帽等等。另外,在服装的颜色上,以红色最佳,白色次之,黑色避之。因为,黑色衣服能大量吸收紫外线,而红色衣服则能迅速“吃掉”紫外线。
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