紫外線輻射對人體的影響及其預(yù)報
摘 要: 世界氣象組織規(guī)定了單位紫外線指數(shù)相當(dāng)于25mw/ m2 的紅斑加權(quán)劑量率。紫外線指數(shù)預(yù)報,大致可分為統(tǒng)計預(yù)報和模式預(yù)報兩種方法。統(tǒng)計預(yù)報主要依賴于紫外線的實測資料和對相關(guān)氣象要素的觀測。而模式預(yù)報主要依賴于對平流層臭氧的預(yù)報和大氣輻射傳輸模式的應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 紫外線; 太陽輻射; 人體健康。
紫外線的監(jiān)測與預(yù)報是城市環(huán)境氣象服務(wù)的一個重要組成部分, 與常規(guī)天氣預(yù)報相比, 它的資料采集, 分析研究, 預(yù)報制作, 產(chǎn)品開發(fā)都與前者不大相同, 它所涉及的范圍廣, 內(nèi)容多。
1 太陽輻射與紫外線
太陽輻射是以電磁輻射的形式傳遞給地球的,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, 它們構(gòu)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作用。另外, 紫外線還可用于空氣和飲水的消毒。紫外線在太陽光譜中, 位于紫光和χ 射線之間, 波長約為5～400nm , 肉眼無法看見。但是,凡能透過可見光的物質(zhì), 也能吸收紫外線, 例如,玻璃能吸收波長小于350nm 的紫外線, 空氣能吸收波長小于200nm 的紫外線。表1 光波長及其對應(yīng)顏色紫藍淺蘭綠黃綠黃橙紅波長范圍
2 紫外線對人體健康的影響
紫外線的波長在5 - 400nm 之間。按其波長分為: 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。由于短波紫外線(UVC) 大部分被臭氧層和云層吸收, 能到達地面并影響人體健康的只不過是長波(UVA) 和中波紫外線(UVB) 。UVB 作用于皮膚表層, 短時間內(nèi), 就會引起皮膚發(fā)紅, 誘發(fā)炎癥, 對皮膚細胞造成傷害。夏季外出旅游, 海濱游泳, 人們發(fā)現(xiàn)皮膚變黑了, 這就是由于UVB 照射的原因。因此, 人們把UVB 叫做休假紫外線。UVA 作用于皮膚表層時, 約有35 %～50 %透過表層, 到達真皮層, 其見效雖不象UVB 那么快,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, 還有助于擴大UVB 的影響, 具有相當(dāng)于15 倍UVB 的量。由于UVA 屬于長波紫外線,其波長足以穿透玻璃窗, 窗簾, 甚至陰雨天也可以穿過云層, 射到皮膚。于是, 人們把UVA 稱為生活紫外線。
紫外線輻射對皮膚的傷害主要來自UVA 和UVB。UVB 在夏季特別強, 受UVB 的過度照射后,皮膚產(chǎn)生紅斑, 表皮增厚并老化, 甚至出現(xiàn)皮膚癌; UVA 不隨季節(jié)變化, 受UVA 的過度照射后,皮膚彈性降低, 皺紋增多, 老化加速, 這些都屬于不可復(fù)原的損傷, 決不可等閑視之。人們接觸的陽光中, 約有6 %左右是紫外線。其中, UVB 約占015 % , UVA 約占516 % , 后者是前者的10 倍之多。紫外線不僅存在于直射的日光之中, 還存在于下墊面的反射之中。積雪的反射率最強為85 % ,沙灘為25 % , 水面為5 % , 綠地為3 %。在日光下,人體受到日光和下墊面反射光同時照射。陰天約有60 %～80 %的紫外線能穿透云層, 到達地面。即使在雨天, 還會有20 %～40 %的紫外線威脅皮膚。所以, 護膚應(yīng)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(jié)膜炎、角膜炎、雪盲癥等。
3 紫外線輻射強度預(yù)報
使用“紫外線指數(shù)預(yù)報”。“紫外線輻射強度”是指一天中太陽在空中的最高位置(一般是中午前后) ,到達地面的太陽光中紫外線輻射對人體的皮膚、眼睛等可能的損壞程度。
311 預(yù)報量級的劃分
紫外線指數(shù)的取值范圍為0 - 15 ; 預(yù)報等級分為5 級, 各級所對應(yīng)的紫外線指數(shù)及其輻射強度,對人體可能的影響和所需采取的防護措施見表2。表2級別到達地面的紫外線輻射量( 280 ～400nm)W/ m2紫外線指數(shù)紫外線輻射強度對人體可能影響( 皮膚曬紅時間[分鐘])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(dāng)采取防護措施, 如: 涂抹防曬霜等三級10 - 15 5 , 6 中等30 - 60 外出時戴遮陽帽, 太陽鏡和太陽傘等, 涂抹SPF 大于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 或大于10 很強小于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(yù)報模式
31211 晴天無云情況
3121111 瞬時通量密度
瞬時UV 輻射通量密度參數(shù)化公式為:Ωw - 1 ="η•Ω•(a/" r) 2 [1 ]式中ΩW- 1為晴天紫外線總輻射; Ω 為太陽總輻射; ΩW- 1與Ω的比值η暫定為01053(a/ r) 2 為日地距離訂正值:(a/ r)2 ="1100011" +01034221cos (d) +0100128sin (d) +01000719cos2d + 01000077sin2d [2 ]其中: d = 2πm/ 365m 為日數(shù)(正整數(shù)) , 以1 月1日為始, 12 月31 日為止。由于1 月1日(a/ r) = 019832 , 7 月1日(a/ r) = 1101671 , 與1 的偏差很小, 故不作日地距離訂正也行。Ω的預(yù)報方程是: Ω= So (C1 - C2τ) •Sin (h)[3 ]式中So 為太陽常數(shù)(So = 1367W/ m2 ±013 %) ,C1C2 為經(jīng)驗系數(shù), Benov 分別取C1 = 01944 , C2 ="01063" , τ為混濁度系數(shù), 對于空氣污染較重的大城市τ= 315 - 415 , 中小城市τ= 215 - 315 , 鄉(xiāng)村τ="115" - 215。h 為太陽高度角: Sin (h) = sinΦsinδ+cosΦcosδ•cosω [4 ]這里Φ 為城市緯度, δ為太陽赤緯, ω 為時角。ω= (12 - ΤRE) ( - π/ 12) (弧度) [5 ]式中ΤRE表示真太陽時, 它與地方時ΤLOC的關(guān)系為ΤRE ="ΤLOC" + △T (時) [6 ]ΤLOC = T北京+ (λ2120°E) ×4′(時)這里λ為城市緯度, T北京表示北京時, △T 表示時差, 由于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(nèi)的UV 總量ΩT- 1 = ∫ωω21ΩUV - 1dω [8 ]將[1 ] - [ 7 ] 式代入[ 8 ] 積分后即可得到時段ω1 - ω2 內(nèi)的UV 總量。當(dāng)ω1 為日出, 或ω2 為日落時, 還需計算出相應(yīng)的日出日落時的時角ω0 ,ω0 = - arccos ( - tgφ•tgδ) [9 ]天空有云時的UV 總輻射ΩW- 2是在晴天UV 總輻射的基礎(chǔ)上進行云量、反射率和季節(jié)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 ]這里ηr 為總云量, A1 和A2 分別為地面和云對UV 的反射率, A2≈011 ; A1 取為黃裸地01024 , 黑裸地01066 , 水泥地01067 , 砂地01042 , 草地01021 , 新雪01835。無量綱函數(shù)f (ω, δ, η) 的表達式為f (ω, δ, η) = (β1η1 +β2η2 +β3η3 ) sin (δ+01369445π) [12 ]其中δ為太陽赤緯, 同(7) 式; η1 , η2 和η3–47 –紫外線輻射對人體的影響及其預(yù)報
4 紫外線防御對策
由于臭氧層被破壞, 達到地面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(xiàn)目前限制使用氟里昂的計劃, 今后紫外線的增加還要持續(xù)20 年左右,恢復(fù)臭氧和原狀則需要50 年的時間。在21 世紀(jì), 人們需要調(diào)整工業(yè)布局, 保護大氣層。同時, 人們還需要改變生活習(xí)慣, 學(xué)會使用化妝品防御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(dāng)配合起來, 就可以防御到達地面的長波紫外線(UVA) 和中波紫外線(UVB) 對皮膚的損害。表示防御程度的指標(biāo)是SPF (太陽防護指數(shù)) , SPF 值越高, 表示防御紫外線的能力越強。根據(jù)日本氣象廳的計算, SPF = 35 就足夠了。為了避免紫外線輻射的危害, 夏季, 人們應(yīng)盡可能避開午間外出。必須外出時, 應(yīng)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,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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