紫外線輻射對人體(ti) 的影響及其預報

摘　要: 世界氣象組織規定了單位紫外線指數相當於(yu) 25mw/ m2 的紅斑加權劑量率。紫外線指數預報,大致可分為(wei) 統計預報和模式預報兩(liang) 種方法。統計預報主要依賴於(yu) 紫外線的實測資料和對相關(guan) 氣象要素的觀測。而模式預報主要依賴於(yu) 對平流層臭氧的預報和大氣輻射傳(chuan) 輸模式的應用。關(guan) 鍵詞: ; 太陽輻射; 人體(ti) 健康。

　　紫外線的監測與(yu) 預報是城市環境氣象服務的一個(ge) 重要組成部分, 與(yu) 常規天氣預報相比,它的資料采集, 分析研究, 預報製作, 產(chan) 品開發都與(yu) 前者不大相同, 它所涉及的範圍廣, 內(nei) 容多。

1 　太陽輻射與(yu) 紫外線

太陽輻射是以電磁輻射的形式傳(chuan) 遞給地球的,它包括了γ射線、χ射線、紫外線、可見光、紅外線、微波、無線電波等等, 它們(men) 構成了完整的太陽光譜。紫外線是太陽輻射的重要組成部分, 它不但對細菌有破壞作用, 而且對病毒也有殺傷(shang) 作用。另外, 紫外線還可用於(yu) 空氣和飲水的消毒。紫外線在太陽光譜中, 位於(yu) 紫光和χ 射線之間, 波長約為(wei) 5～400nm , 肉眼無法看見。但是,凡能透過可見光的物質, 也能吸收紫外線, 例如,玻璃能吸收波長小於(yu) 350nm的紫外線, 空氣能吸收波長小於(yu) 200nm 的紫外線。表1 　光波長及其對應顏色紫藍淺蘭(lan) 綠黃綠黃橙紅波長範圍

2 　對人體(ti) 健康的影響

紫外線的波長在5 - 400nm 之間。按其波長分為(wei) : 長波紫外線(UVA) , 波長在320 - 400nm之間; 中波紫外線(UVB) , 波長在290 - 315nm 之間; 短波紫外線(UVC) , 波長在290nm 以下。由於(yu) 短波紫外線(UVC) 大部分被臭氧層和雲(yun) 層吸收, 能到達地麵並影響人體(ti) 健康的隻不過是長波(UVA) 和中波紫外線(UVB) 。UVB 作用於(yu) 皮膚表層, 短時間內(nei) , 就會(hui) 引起皮膚發紅, 誘發炎症, 對皮膚細胞造成傷(shang) 害。夏季外出旅遊, 海濱遊泳, 人們(men) 發現皮膚變黑了, 這就是由於(yu) UVB 照射的原因。因此, 人們(men) 把UVB 叫做休假紫外線。UVA 作用於(yu) 皮膚表層時, 約有35 %～50 %透過表層, 到達真皮層, 其見效雖不象UVB 那麽(me) 快,但卻能引起一次性的皮膚黑化, 令肌膚長時間失去彈性。同時, 還有助於(yu) 擴大UVB 的影響, 具有相當於(yu) 15 倍UVB 的量。由於(yu) UVA 屬於(yu) 長波紫外線,其波長足以穿透玻璃窗, 窗簾, 甚至陰雨天也可以穿過雲(yun) 層,射到皮膚。於(yu) 是, 人們(men) 把UVA 稱為(wei) 生活紫外線。

紫外線輻射對皮膚的傷(shang) 害主要來自UVA 和UVB。UVB 在夏季特別強, 受UVB 的過度照射後,皮膚產(chan) 生紅斑, 表皮增厚並老化, 甚至出現皮膚癌; UVA 不隨季節變化, 受UVA 的過度照射後,皮膚彈性降低, 皺紋增多, 老化加速, 這些都屬於(yu) 不可複原的損傷(shang) , 決(jue) 不可等閑視之。人們(men) 接觸的陽光中, 約有6 %左右是紫外線。其中, UVB 約占015 % , UVA 約占516 % , 後者是前者的10 倍之多。紫外線不僅(jin) 存在於(yu) 直射的日光之中, 還存在於(yu) 下墊麵的反射之中。積雪的反射率最強為(wei) 85 % ,沙灘為(wei) 25 % , 水麵為(wei) 5 % , 綠地為(wei) 3 %。在日光下,人體(ti) 受到日光和下墊麵反射光同時照射。陰天約有60 %～80 %的紫外線能穿透雲(yun) 層, 到達地麵。即使在雨天, 還會(hui) 有20 %～40 %的紫外線威脅皮膚。所以, 護膚應是全天候的。紫外線隨著海拔升高,強度增大, 海拔高度每上升100 米, 紫外線輻射強度增加113 %。冰雪覆蓋的高山、雪原, 對眼睛的危害較大, 容易引起結膜炎、角膜炎、雪盲症等。

3 　紫外線輻射強度預報

使用“紫外線指數預報”。“紫外線輻射強度”是指一天中太陽在空中的最高位置(一般是中午前後) ,到達地麵的太陽光中紫外線輻射對人體(ti) 的皮膚、眼睛等可能的損壞程度。

311 　預報量級的劃分

紫外線指數的取值範圍為(wei) 0 - 15 ; 預報等級分為(wei) 5 級, 各級所對應的紫外線指數及其輻射強度,對人體(ti) 可能的影響和所需采取的防護措施見表2。表2級別到達地麵的紫外線輻射量( 280 ～ 400nm)W/ m2紫外線指數紫外線輻射強度對人體(ti) 可能影響( 皮膚曬紅時間[分鍾])需采取的防護措施一級< 5 0 , 1 , 2 最弱100 - 180 不需采取防護措施;二級5 - 10 3 , 4弱60 - 100 可以適當采取防護措施, 如: 塗抹防曬霜等三級10 - 15 5 , 6 中等30 - 60外出時戴遮陽帽, 太陽鏡和太陽傘(san) 等, 塗抹SPF 大於(yu) 15 的防曬霜;四級15 - 30 7 , 8 , 9強20 - 40 除了上述防護措施外, 上午十點至下午四點避免外出, 或盡可能在遮陰處;五級〉= 30 10 或大於(yu) 10 很強小於(yu) 20 盡可能不在室外活動, 必需外出時, 要采取各種防護措施。

312 　紫外線輻射強度預報模式

31211 　晴天無雲(yun) 情況

3121111 　瞬時通量密度

瞬時UV 輻射通量密度參數化公式為(wei) :Ωw - 1 ="η•Ω•(a/" r) 2 [1 ]式中ΩW- 1為(wei) 晴天紫外線總輻射; Ω 為(wei) 太陽總輻射; ΩW- 1與(yu) Ω的比值η暫定為(wei) 01053(a/ r) 2 為(wei) 日地距離訂正值:(a/ r)2 ="1100011" +01034221cos (d) +0100128sin (d) +01000719cos2d + 01000077sin2d [2 ]其中: d = 2πm/ 365m 為(wei) 日數(正整數) , 以1 月1 日為(wei) 始, 12 月31日為(wei) 止。由於(yu) 1 月1 日(a/ r) = 019832 , 7 月1日(a/ r) = 1101671 , 與(yu) 1 的偏差很小,故不作日地距離訂正也行。Ω的預報方程是: Ω= So (C1 - C2τ) •Sin (h)[3 ]式中So 為(wei) 太陽常數(So = 1367W/ m2 ±013 %) ,C1C2 為(wei) 經驗係數, Benov 分別取C1 = 01944 , C2 ="01063" , τ為(wei) 混濁度係數, 對於(yu) 空氣汙染較重的大城市τ= 315 - 415 , 中小城市τ= 215 - 315 , 鄉(xiang) 村τ="115" - 215。h 為(wei) 太陽高度角: Sin (h) = sinΦsinδ+cosΦcosδ•cosω [4 ]這裏Φ 為(wei) 城市緯度, δ為(wei) 太陽赤緯, ω 為(wei) 時角。ω= (12 - ΤRE) ( - π/ 12) (弧度) [5 ]式中ΤRE表示真太陽時, 它與(yu) 地方時ΤLOC的關(guan) 係為(wei) ΤRE ="ΤLOC" + △T (時) [6 ]ΤLOC = T北京+ (λ2120°E) ×4′(時)這裏λ為(wei) 城市緯度, T北京表示北京時, △T 表示時差, 由於(yu) 它很小可以忽視不計。太陽赤緯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 　任意時段(ω12ω2) 內(nei) 的UV 總量ΩT- 1 =" ∫ωω21ΩUV" - 1dω [8 ]將[1 ] - [ 7 ] 式代入[ 8 ] 積分後即可得到時段ω1 - ω2 內(nei) 的UV 總量。當ω1 為(wei) 日出, 或ω2 為(wei) 日落時, 還需計算出相應的日出日落時的時角ω0 ,ω0 = - arccos ( - tgφ•tgδ) [9 ]天空有雲(yun) 時的UV 總輻射ΩW- 2是在晴天UV 總輻射的基礎上進行雲(yun) 量、反射率和季節等因素的訂正, 方法是ΩUB - 2 = [△ΩW+f (ω, δ, η) ] ΩUV - 1 [10 ]式中△ΩSUV = 011 ×ηt (A1•A2) / (1 - A1A2) [11 ]這裏ηr 為(wei) 總雲(yun) 量, A1 和A2 分別為(wei) 地麵和雲(yun) 對UV 的反射率, A2≈011 ; A1取為(wei) 黃裸地01024 , 黑裸地01066 , 水泥地01067 , 砂地01042 , 草地01021 , 新雪01835。無量綱函數f (ω, δ, η) 的表達式為(wei) f (ω, δ, η) = (β1η1 +β2η2 +β3η3 ) sin (δ+01369445π) [12 ]其中δ為(wei) 太陽赤緯, 同(7) 式; η1 , η2 和η3–47 –紫外線輻射對人體(ti) 的影響及其預報　　

4 　防禦對策

由於(yu) 臭氧層被破壞, 達到地麵的紫外線輻射量增加, 給人類和地球生物帶來各式各樣的問題。有研究表明, 即使全球都能實現目前限製使用氟裏昂的計劃, 今後紫外線的增加還要持續20 年左右,恢複臭氧和原狀則需要50 年的時間。在21 世紀, 人們(men) 需要調整工業(ye) 布局, 保護大氣層。同時, 人們(men) 還需要改變生活習(xi) 慣, 學會(hui) 使用化妝品防禦紫外線對皮膚的損害, 以對付不斷增強的紫外線。在防紫外線的遮光藥品中, 如能將紫外線吸收劑和散射劑適當配合起來, 就可以防禦到達地麵的長波紫外線(UVA) 和中波紫外線(UVB) 對皮膚的損害。表示防禦程度的指標是SPF (太陽防護指數) , SPF 值越高, 表示防禦紫外線的能力越強。根據日本氣象廳的計算, SPF = 35 就足夠了。為(wei) 了避免紫外線輻射的危害, 夏季, 人們(men) 應盡可能避開午間外出。必須外出時, 應采取防護措施, 如戴太陽鏡, 遮陽帽等等。另外, 在服裝的顏色上, 以紅色最佳, 白色次之, 黑色避之。因為(wei) ,黑色衣服能大量吸收紫外線, 而紅色衣服則能迅速“吃掉”紫外線。

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