張金平 孟祥翼 馬衛(wèi)華 王 飛 張鳳洲 田春娜

摘要通過(guò)對(duì)新鄉(xiāng)市2005~2007年紫外線數(shù)據(jù)的分析,得出新鄉(xiāng)市紫外線輻射的日變化、季變化、逐時(shí)變化規(guī)律,即日變化波動(dòng)較大,具有明顯的季節(jié)性;逐時(shí)變化曲線呈現(xiàn)單峰型,最大值出現(xiàn)在11~13時(shí)。影響紫外線輻射的氣象因子有云量、云狀、能見(jiàn)度、濕度等,其中云量和能見(jiàn)度對(duì)其影響較大,相關(guān)系數(shù)分別為-0.52和0.68。

關(guān)鍵詞紫外線輻射;氣象因子;相關(guān)系數(shù);河南新鄉(xiāng)

中圖分類(lèi)號(hào)P182.2+8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)08-0280-02

紫外線輻射(UVR)是指波長(zhǎng)在可見(jiàn)光紫外端到X射線波長(zhǎng)之間的電磁輻射,其波長(zhǎng)范圍約在100～400nm,其能量?jī)H占太陽(yáng)輻射總能量的8%。紫外線輻射對(duì)人類(lèi)的活動(dòng)和健康有很大影響。適量的紫外線照射可以促進(jìn)維生素的合成和抗佝僂病,而接受過(guò)量的紫外線輻射容易引起皮膚癌等疾病。近年來(lái),人類(lèi)活動(dòng)造成了全球中高緯地區(qū)平流層臭氧減少,使得到達(dá)地球低層大氣和地表的太陽(yáng)紫外輻射增加。因此,對(duì)當(dāng)?shù)刈贤饩€輻射的分析對(duì)于準(zhǔn)確預(yù)報(bào)紫外線指數(shù)有積極的指導(dǎo)作用。

1概述

1.1紫外線輻射

根據(jù)紫外線的不同波長(zhǎng)所起的生物作用,可分為三部分:紫外線A段(UV-A),波長(zhǎng)為320～400nm,該波段生物作用較弱,主要有色素沉著作用;紫外線B段(UV-B),波長(zhǎng)為290～320nm,約占太陽(yáng)輻射的1.5%,該波段對(duì)人體影響較大,具有抗佝僂病和產(chǎn)生紅斑作用,是引起皮膚癌、白內(nèi)障、免疫系統(tǒng)能力下降的主要原因之一;紫外線C段(UV-C),波長(zhǎng)在100～290nm,來(lái)自于太陽(yáng)輻射的這段紫外線幾乎已被臭氧層大量吸收,基本上不能到達(dá)地面。

1.2紫外線指數(shù)

按照國(guó)際上通用的方法,UVR預(yù)報(bào)一般用紫外線指數(shù)(Ultraviolet Index)發(fā)布,也稱(chēng)為“UVI”指數(shù),是一個(gè)衡量某地正午前后到達(dá)地面的太陽(yáng)光線中的紫外線輻射對(duì)人體皮膚、眼睛等組織和器官可能損傷程度的指標(biāo)。紫外線指數(shù)一般用0～15的數(shù)字來(lái)表示。通常規(guī)定,夜間的紫外線指數(shù)為0,在熱帶高原地區(qū)晴天無(wú)云時(shí)的紫外線指數(shù)為15,中國(guó)氣象局將紫外線指數(shù)分為5級(jí)(見(jiàn)表1)。

1.3國(guó)內(nèi)外預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)現(xiàn)狀

加拿大是世界上第1個(gè)預(yù)報(bào)紫外線指數(shù)的國(guó)家。美國(guó)自1990年起在全國(guó)建立了由 50多個(gè)紫外線觀測(cè)站點(diǎn)組成的監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),用來(lái)監(jiān)測(cè)紫外線的變化情況和進(jìn)行研究。日本的紫外線觀測(cè)網(wǎng)點(diǎn)由原來(lái)的幾十個(gè)增加到900多個(gè),形成了十分密集的情報(bào)發(fā)布網(wǎng)絡(luò)。澳大利亞、新西蘭也是開(kāi)展紫外線預(yù)報(bào)較早的國(guó)家。

在我國(guó),中國(guó)科學(xué)院等單位已研制了紫外線輻射觀測(cè)儀器,用于開(kāi)展高空和地面的紫外線觀測(cè)。近幾年,一些省市的氣象局已開(kāi)始展開(kāi)紫外線輻射量的觀測(cè)預(yù)報(bào),2005年河南省建成省級(jí)太陽(yáng)紫外線強(qiáng)度監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

2紫外線輻射變化分析

利用河南省2005年安裝紫外線監(jiān)測(cè)儀器以來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行紫外線輻射變化規(guī)律的分析。

2.1紫外線輻射的逐日變化

紫外線輻射跟太陽(yáng)高度角有很大關(guān)系,所以輻射量具有明顯的年際變化。選取新鄉(xiāng)市2005年安裝紫外線監(jiān)測(cè)儀以來(lái)每天所觀測(cè)到的紫外線輻射量(w/m2)逐日平均值作圖(圖1)。可以看出,紫外線輻射有很明顯的季節(jié)性變化,不考慮云量、能見(jiàn)度等因素的影響,紫外線的輻射主要取決于太陽(yáng)高度角的變化,5~8月紫外線值偏高,11月至翌年1月偏低。由資料可知紫外線輻射的最大值出現(xiàn)在2006年5月13日,日平均輻射值為112w/m2 ,5月13日的平均云量為0,能見(jiàn)度為20km。最大值的理論值應(yīng)該出現(xiàn)在6月的夏至日,因?yàn)樵谄渌麠l件相同的條件下紫外線輻射取決于太陽(yáng)高度角,新鄉(xiāng)市的地理緯度為北緯34°53′~35°50′,處于北回歸線以北,在夏至日太陽(yáng)高度角最大。但6~7月是新鄉(xiāng)市的多雨季節(jié),天空平均云量大和空氣濕度大,對(duì)紫外線輻射的削弱作用較強(qiáng);而5月的能見(jiàn)度較好并且濕度小,紫外線輻射較強(qiáng)。

2.2紫外線輻射的逐時(shí)變化

新鄉(xiāng)市紫外線輻射的日際波動(dòng)比較大,特別是在天空少云的情況下,隨著云的移動(dòng)使得該市一段時(shí)間處于晴空日照之下,從而出現(xiàn)UVI的最大值;另一段時(shí)間處于被云遮蔽的情況下,UVI值受云的影響被削弱。天空無(wú)云的情況下,紫外線輻射的日最大值一般出現(xiàn)在11~14時(shí)之間。

由于紫外線輻射的日值受云量、能見(jiàn)度、空氣中懸浮顆粒物的影響,故選取天空無(wú)云、能見(jiàn)度>15km的氣象條件下,并且均分于全年各個(gè)時(shí)刻的紫外線輻射值進(jìn)行平均,觀察紫外線輻射值的逐時(shí)變化(圖2、圖3)。

從圖2可以看出,紫外線輻射逐時(shí)變化是一種單峰型曲線,在11~13時(shí)出現(xiàn)最大值,夏季的紫外線輻射明顯高于其他季節(jié),說(shuō)明紫外線輻射主要由太陽(yáng)高度角決定。在全年平均紫外線輻射逐時(shí)變化圖中可看出,在中午12時(shí)以前有1個(gè)弱的低谷出現(xiàn),分析原因:在夏季中午前后由于熱對(duì)流作用容易成云致雨,對(duì)紫外線的影響比較大,而云量觀測(cè)的時(shí)間分布在一天中的2 時(shí)、8時(shí)、14時(shí)、20時(shí),如果云在2時(shí)之前消散,那么觀測(cè)就可能為無(wú)云,從而當(dāng)作無(wú)云日選取來(lái)統(tǒng)計(jì),使最后的結(jié)果出現(xiàn)誤差。從紫外線輻射四季逐時(shí)變化可看出,夏季紫外線輻射曲線跟全年紫外線輻射曲線的相似度很高,對(duì)全年輻射值的貢獻(xiàn)率最大。夏季紫外線輻射值明顯大于其他3個(gè)季節(jié),春季和秋季早晨的輻射值相當(dāng),中午到下午春季輻射值高于秋季,能見(jiàn)度對(duì)輻射值有較大的影響。

3影響紫外線輻射的氣象因子

到達(dá)地面的紫外線輻射強(qiáng)度除了由太陽(yáng)光的照射強(qiáng)度、地理位置、海拔高度、季節(jié)、時(shí)間等因素決定以外,還與平流層臭氧量、空氣污染程度和氣象要素等有著密切的關(guān)系。而在氣象要素中,就有高云量、中云量、低云量、總云量、空氣溫度、空氣濕度、大氣壓力、氣溶膠含量等許多因子影響著地面紫外線的照射強(qiáng)度,在其他一些因素不變或變化很小的情況下,紫外線的可能照射強(qiáng)度主要由氣象因子決定。新鄉(xiāng)市因其地理位置、海拔高度、平流層臭氧量是不變或近似不變的,對(duì)于某一天而言,除與季節(jié)、時(shí)間決定的日地距離、空氣污染狀況有關(guān)外,決定紫外線輻射強(qiáng)度的因素是當(dāng)?shù)氐脑屏?、云狀及能?jiàn)度。

3.1云參數(shù)

云對(duì)紫外線的削弱作用比較明顯。在某些陰天情況下到達(dá)地面的紫外線輻射比晴空下減少30%左右,但是影響紫外線輻射強(qiáng)度的因素多而且復(fù)雜,即使是同一季節(jié),同樣是云量為0、紫外線輻射量也有差異,有時(shí)差異還很大。選取總云量低、云量相同的日期統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),當(dāng)能見(jiàn)度大于15km,相對(duì)濕度較小時(shí),太陽(yáng)總輻射量較大;反之,當(dāng)能見(jiàn)度只有幾千米、相對(duì)濕度較大時(shí),太陽(yáng)總輻射量要小一些。有時(shí)候秋季和春季的紫外線輻射比夏季還要強(qiáng),就是受云量和空氣中氣溶膠粒子的影響。

為了分析云量對(duì)紫外線輻射的影響,選取能見(jiàn)度大于15km、平均相對(duì)濕度60%以下的天數(shù)來(lái)分析云量和紫外線輻射的相關(guān)性,兩者的相關(guān)系數(shù)為-0.52。相關(guān)性不是很高,主要考慮云狀的影響。一般情況下中低云對(duì)紫外線的削弱比高云要強(qiáng),新鄉(xiāng)市主要云系為高積云,蔽光高積云對(duì)紫外線輻射的削弱作用比較明顯。

3.2能見(jiàn)度

空氣中的氣溶膠粒子、空氣分子以及云雨滴是空氣能見(jiàn)度的主要貢獻(xiàn)因子,可以對(duì)輻射造成散射和衰減,中等厚度的氣溶膠層對(duì)紫外線輻射的衰減作用可達(dá)到20%左右,較厚的則達(dá)到30%。新鄉(xiāng)市空氣污染相對(duì)較弱,大氣中的污染物粒子較少,對(duì)能見(jiàn)度影響較小。影響新鄉(xiāng)市能見(jiàn)度的因素主要是冬春季節(jié)大霧出現(xiàn)的頻率較高,空氣中的過(guò)飽和水汽分子對(duì)太陽(yáng)輻射的散射作用削弱了到達(dá)地面的紫外線輻射。另外,由于新鄉(xiāng)市地理位置靠北,在春秋季易受來(lái)自北方的冷空氣影響,大風(fēng)會(huì)引起塵土飛揚(yáng),有時(shí)侯甚至?xí)猩硥m暴出現(xiàn),對(duì)能見(jiàn)度有較大影響。

不考慮云量的影響(選取平均總云量在3成以下的日期)來(lái)分析能見(jiàn)度與紫外線輻射的相關(guān)關(guān)系,相關(guān)系數(shù)為0.68,相關(guān)性較好,可以作為影響紫外線輻射的主要因子。

4結(jié)論

(1)全年紫外線輻射5~8月最強(qiáng),夏季紫外線輻射對(duì)全年紫外線輻射的貢獻(xiàn)率最大

(2)一天中紫外線輻射的最大值出現(xiàn)在11~13時(shí),曲線呈現(xiàn)單峰型,紫外線輻射主要由太陽(yáng)高度角決定。

(3)影響紫外線輻射的氣象主要有云量、云狀、能見(jiàn)度、濕度等,其中云量和能見(jiàn)度對(duì)紫外線輻射影響最大,相關(guān)系數(shù)分別為-0.52和0.68。

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