常志坤，吳 薇，黃 毅

（滄州市氣象局，河北滄州 061000）

0 引言

紫外輻射對(duì)大氣環(huán)境、人和多種動(dòng)植物的健康有明顯影響。2017年10月27日，世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考，紫外線輻射（波長(zhǎng)100～400 nm，包括UVA、UVB和UVC）在一類(lèi)致癌物清單中。我國(guó)的紫外線觀測(cè)始于20世紀(jì)90年代初，1992年我國(guó)最先在長(zhǎng)春和北京開(kāi)始紫外輻射光譜的觀測(cè)[1]，現(xiàn)今已有許多學(xué)者對(duì)紫外輻射進(jìn)行了觀測(cè)和研究[2-4]。

本研究利用2017年12月至2018年12月滄州市氣象站紫外輻射數(shù)據(jù)、常規(guī)氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，分析滄州地區(qū)紫外輻射強(qiáng)度的日、月、季節(jié)變化規(guī)律，并對(duì)多個(gè)氣象要素要素進(jìn)行相關(guān)性分析，找出對(duì)紫外輻射有影響的因子，再通過(guò)逐步回歸分析，建立紫外輻射強(qiáng)度的預(yù)報(bào)方程。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源

紫外輻射數(shù)據(jù)來(lái)自滄州市氣象局。紫外輻射觀測(cè)使用日本EK0 INSTRUMENTS公司研制的高精度大氣紫外輻射傳感器，使用其觀測(cè)UVA、UVB的日、分鐘觀測(cè)數(shù)據(jù)，光譜響應(yīng)范圍：UVA：315～400 nm，UVB：280～315 nm。所使用的氣象數(shù)據(jù)，為滄州國(guó)家自動(dòng)站的站點(diǎn)的平均氣溫、最高氣溫、海平面氣壓、日照時(shí)數(shù)、最小能見(jiàn)度、平均風(fēng)速、降水量、相對(duì)濕度、相對(duì)濕度基本氣象要素的日觀測(cè)數(shù)據(jù)。

2 滄州市紫外線輻射強(qiáng)度變化特征分析

2.1 日變化規(guī)律

對(duì)滄州市紫外A、B輻射分春（3—5月）、夏（6—8月）、秋（9—11月）、冬（12—2月）四個(gè)季節(jié)計(jì)算逐小時(shí)紫外輻射均值。由于夜間紫外A輻射和B輻射均基本為零，以每日05～20時(shí)逐小時(shí)的平均數(shù)據(jù)分析，見(jiàn)圖一。無(wú)論是全年平均，還是四季平均，紫外A、B輻射日變化曲線均呈現(xiàn)“單峰型”的分布特征，峰值現(xiàn)在中午12時(shí)前后。且四季中，小時(shí)紫外輻射強(qiáng)度整體呈現(xiàn)夏季＞春季＞秋季＞冬季。滄州冬季能夠接收到紫外A輻射的時(shí)段為08～16時(shí)，夏季則延長(zhǎng)至08～16時(shí)，冬季日紫外輻射時(shí)間明顯小于夏季。因此，業(yè)務(wù)上規(guī)定日紫外輻射強(qiáng)度是按照每日10～14時(shí)平均值也是較符合實(shí)際的情況的。

對(duì)夏季紫外A、B輻射的逐小時(shí)均值做K-S檢驗(yàn)，PUVA=0.665＞0.05，PUVB=0.665＞0.05，符合正態(tài)分布特征，紫外輻射日變化分布特征與氣象要素分布極相似，一定程度上說(shuō)明了紫外輻射強(qiáng)度變化與氣象要素之間聯(lián)系密切。

2.2 月、季變化規(guī)律

紫外A、B輻射的月季變化規(guī)律有所不同（見(jiàn)圖1）。其中，夏季的A輻射占全年總輻射量達(dá)45%，明顯多于同期B輻射的占比值36%，冬季的A輻射占全年總輻射量達(dá)6%，明顯少于同期B輻射的占比值12%，說(shuō)明紫外A輻射比B輻射的季節(jié)變化特征更為明顯。

從紫外A、B輻射的月輻射總量來(lái)看，A輻射7月份最大達(dá)768.16 W/m2，而紫外B輻射的6月份最大達(dá)54.69W/m2。這主要是由于兩者的波長(zhǎng)不同，UVA的波長(zhǎng)（400～320 nm之間）大于UVB（320～280 nm之間），致使UVA比UVB的穿透能力更強(qiáng)，而天氣狀況對(duì)UVB的干擾更大造成的。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2018年7月降雨量224.3 mm，降雨日數(shù)12天均明顯多于6月降雨量91.6 mm，降雨日數(shù)6天，造成7月UVB總量明顯衰減，最大值出現(xiàn)在6月。

表1 紫外A、B輻射與大氣因子相關(guān)系數(shù)表

圖1 一年中逐月紫外A輻射強(qiáng)度均值（左圖），紫外B輻射強(qiáng)度均值（右圖）

3 建立紫外A、B輻射的預(yù)報(bào)模型

3.1 與氣象要素的相關(guān)性分析

分別用逐日紫外A、B輻射與太陽(yáng)高度角、溫濕壓、能見(jiàn)度、降水量及其變量進(jìn)行相關(guān)分析，尋找關(guān)鍵影響因子，得出相關(guān)系數(shù)R大于0.5，且在0.01水平（雙側(cè)）上顯著相關(guān)的影響因子。按照與紫外A輻射相關(guān)系數(shù)大小的因子排序?yàn)椋鹤罡邭鉁兀菊缣?yáng)高度角＞平均氣溫>海平面氣壓。按照與紫外B輻射相關(guān)系數(shù)大小的因子排序?yàn)椋鹤罡邭鉁兀酒骄鶜鉁兀菊缣?yáng)高度角＞海平面氣壓（表1）。

3.2 建立預(yù)報(bào)模型

根據(jù)以下兩點(diǎn)原則選擇統(tǒng)計(jì)建模的環(huán)境因子：

1）與紫外線指數(shù)相關(guān)性顯著；

2）在實(shí)際評(píng)估或預(yù)測(cè)中易于獲取。

選取2017年12月18日至2018年12月17日數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本用來(lái)建立模型。得到預(yù)測(cè)模型結(jié)果如下：

紫外A輻射預(yù)報(bào)模型：

Y=-5.638221+0.389886*X1+0.214115*X2+0.381221*X3-0.000233*X4

其中：Y為紫外A輻射（W/m2）；

X1為最高氣溫（℃）；

X2為正午太陽(yáng)高度角（°）；

X3為平均氣溫（h）；

X4為海平面氣壓（pa）。

紫外B輻射預(yù)報(bào)模型：

Y=-0.074208+0.000027*X1+0.010180*X2+0.030893*X3+0.024802*X4

其中，Y為紫外B輻射（W/m2）；

X1為最高氣溫（℃）、X2為平均氣溫（℃）；

X3為正午太陽(yáng)高度角（°）；

X4為海平面氣壓（pa）。

4 結(jié)語(yǔ)

本文利用滄州市氣象站紫外輻射、氣象觀測(cè)數(shù)據(jù)，研究了滄州地區(qū)紫外輻射強(qiáng)度的日、月、季節(jié)變化規(guī)律，并建立紫外輻射強(qiáng)度的預(yù)報(bào)模型方程。主要內(nèi)容和結(jié)論如下：

1）滄州紫外A、B輻射日變化曲線均呈現(xiàn)“單峰型”的分布特征，峰值現(xiàn)在中午12時(shí)前后，冬季能夠接收到紫外A輻射的時(shí)段為08～16時(shí)，夏季則延長(zhǎng)至08～16時(shí)，逐小時(shí)的紫外A、B輻射符合正態(tài)分布特征。紫外A輻射比B輻射的季節(jié)變化特征更為明顯。從紫外A、B輻射的月輻射總量來(lái)看，A輻射7月份最大達(dá)768.16 W/m2，而紫外B輻射的6月份最大達(dá)54.69 W/m2。

2）氣象因子與紫外A輻射相關(guān)系數(shù)大小排序?yàn)椋鹤罡邭鉁兀菊缣?yáng)高度角＞平均氣溫＞海平面氣壓。氣象因子與紫外B輻射相關(guān)系數(shù)大小排序?yàn)椋鹤罡邭鉁兀酒骄鶜鉁兀菊缣?yáng)高度角＞海平面氣壓。