紫外線(xiàn)輻射對(duì)人體的影響及其預(yù)報(bào)

摘　要: 世界氣象組織規(guī)定了單位紫外線(xiàn)指數(shù)相當(dāng)于25mw/ m2 的紅斑加權(quán)劑量率。紫外線(xiàn)指數(shù)預(yù)報(bào),大致可分為統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)和模式預(yù)報(bào)兩種方法。統(tǒng)計(jì)預(yù)報(bào)主要依賴(lài)于紫外線(xiàn)的實(shí)測(cè)資料和對(duì)相關(guān)氣象要素的觀測(cè)。而模式預(yù)報(bào)主要依賴(lài)于對(duì)平流層臭氧的預(yù)報(bào)和大氣輻射傳輸模式的應(yīng)用。關(guān)鍵詞: 紫外線(xiàn); 太陽(yáng)輻射; 人體健康。

　　紫外線(xiàn)的監(jiān)測(cè)與預(yù)報(bào)是城市環(huán)境氣象服務(wù)的一個(gè)重要組成部分, 與常規(guī)天氣預(yù)報(bào)相比, 它的資料采集, 分析研究, 預(yù)報(bào)制作, 產(chǎn)品開(kāi)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(yáng)輻射與紫外線(xiàn)

太陽(yáng)輻射是以電磁輻射的形式傳遞給地球的,它包括了γ射線(xiàn)、χ射線(xiàn)、紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光、紅外線(xiàn)、微波、無(wú)線(xiàn)電波等等, 它們構(gòu)成了完整的太陽(yáng)光譜。紫外線(xiàn)是太陽(yáng)輻射的重要組成部分, 它不但對(duì)細(xì)菌有破壞作用, 而且對(duì)病毒也有殺傷作用。另外, 紫外線(xiàn)還可用于空氣和飲水的消毒。紫外線(xiàn)在太陽(yáng)光譜中, 位于紫光和χ 射線(xiàn)之間, 波長(zhǎng)約為5～400nm , 肉眼無(wú)法看見(jiàn)。但是,凡能透過(guò)可見(jiàn)光的物質(zhì), 也能吸收紫外線(xiàn), 例如,玻璃能吸收波長(zhǎng)小于350nm 的紫外線(xiàn), 空氣能吸收波長(zhǎng)小于200nm 的紫外線(xiàn)。表1 　光波長(zhǎng)及其對(duì)應(yīng)顏色紫藍(lán)淺蘭綠黃綠黃橙紅波長(zhǎng)范圍

2 　紫外線(xiàn)對(duì)人體健康的影響

紫外線(xiàn)的波長(zhǎng)在5 - 400nm 之間。按其波長(zhǎng)分為: 長(zhǎng)波紫外線(xiàn)(UVA) , 波長(zhǎng)在320 - 400nm 之間; 中波紫外線(xiàn)(UVB) , 波長(zhǎng)在290 - 315nm 之間; 短波紫外線(xiàn)(UVC) , 波長(zhǎng)在290nm 以下。由于短波紫外線(xiàn)(UVC) 大部分被臭氧層和云層吸收, 能到達(dá)地面并影響人體健康的只不過(guò)是長(zhǎng)波(UVA) 和中波紫外線(xiàn)(UVB) 。UVB 作用于皮膚表層, 短時(shí)間內(nèi), 就會(huì)引起皮膚發(fā)紅, 誘發(fā)炎癥, 對(duì)皮膚細(xì)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(xiàn)。UVA 作用于皮膚表層時(shí), 約有35 %～50 %透過(guò)表層, 到達(dá)真皮層, 其見(jiàn)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(zhǎng)時(shí)間失去彈性。同時(shí), 還有助于擴(kuò)大UVB 的影響, 具有相當(dāng)于15 倍UVB 的量。由于UVA 屬于長(zhǎng)波紫外線(xiàn),其波長(zhǎng)足以穿透玻璃窗, 窗簾, 甚至陰雨天也可以穿過(guò)云層, 射到皮膚。于是, 人們把UVA 稱(chēng)為生活紫外線(xiàn)。

紫外線(xiàn)輻射對(duì)皮膚的傷害主要來(lái)自UVA 和UVB。UVB 在夏季特別強(qiáng), 受UVB 的過(guò)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(guò)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(yáng)光中, 約有6 %左右是紫外線(xiàn)。其中, UVB 約占015 % , UVA 約占516 % , 后者是前者的10 倍之多。紫外線(xiàn)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(qiáng)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(shí)照射。陰天約有60 %～80 %的紫外線(xiàn)能穿透云層, 到達(dá)地面。即使在雨天, 還會(huì)有20 %～40 %的紫外線(xiàn)威脅皮膚。所以, 護(hù)膚應(yīng)是全天候的。紫外線(xiàn)隨著海拔升高,強(qiáng)度增大, 海拔高度每上升100 米, 紫外線(xiàn)輻射強(qiáng)度增加113 %。冰雪覆蓋的高山、雪原, 對(duì)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(xiàn)輻射強(qiáng)度預(yù)報(bào)

使用“紫外線(xiàn)指數(shù)預(yù)報(bào)”�！白贤饩�(xiàn)輻射強(qiáng)度”是指一天中太陽(yáng)在空中的最高位置(一般是中午前后) ,到達(dá)地面的太陽(yáng)光中紫外線(xiàn)輻射對(duì)人體的皮膚、眼睛等可能的損壞程度。

311 　預(yù)報(bào)量級(jí)的劃分

紫外線(xiàn)指數(shù)的取值范圍為0 - 15 ; 預(yù)報(bào)等級(jí)分為5 級(jí), 各級(jí)所對(duì)應(yīng)的紫外線(xiàn)指數(shù)及其輻射強(qiáng)度,對(duì)人體可能的影響和所需采取的防護(hù)措施見(jiàn)表2。表2級(jí)別到達(dá)地面的紫外線(xiàn)輻射量( 280 ～400nm)W/ m2紫外線(xiàn)指數(shù)紫外線(xiàn)輻射強(qiáng)度對(duì)人體可能影響( 皮膚曬紅時(shí)間[分鐘])需采取的防護(hù)措施一級(jí)< 5 0 , 1 , 2 最弱100 - 180 不需采取防護(hù)措施;二級(jí)5 - 10 3 , 4 弱60 - 100 可以適當(dāng)采取防護(hù)措施, 如: 涂抹防曬霜等三級(jí)10 - 15 5 , 6 中等30 - 60 外出時(shí)戴遮陽(yáng)帽, 太陽(yáng)鏡和太陽(yáng)傘等, 涂抹SPF 大于15 的防曬霜;四級(jí)15 - 30 7 , 8 , 9 強(qiáng)20 - 40 除了上述防護(hù)措施外, 上午十點(diǎn)至下午四點(diǎn)避免外出, 或盡可能在遮陰處;五級(jí)〉= 30 10 或大于10 很強(qiáng)小于20 盡可能不在室外活動(dòng), 必需外出時(shí), 要采取各種防護(hù)措施。

312 　紫外線(xiàn)輻射強(qiáng)度預(yù)報(bào)模式

31211 　晴天無(wú)云情況

3121111 　瞬時(shí)通量密度

瞬時(shí)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(xiàn)總輻射; Ω 為太陽(yáng)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(bào)方程是: Ω= So (C1 - C2τ) •Sin (h)[3 ]式中So 為太陽(yáng)常數(shù)(So = 1367W/ m2 ±013 %) ,C1C2 為經(jīng)驗(yàn)系數(shù), Benov 分別取C1 = 01944 , C2 ="01063" , τ為混濁度系數(shù), 對(duì)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(yáng)高度角: Sin (h) = sinΦsinδ+cosΦcosδ•cosω [4 ]這里Φ 為城市緯度, δ為太陽(yáng)赤緯, ω 為時(shí)角。ω= (12 - ΤRE) ( - π/ 12) (弧度) [5 ]式中ΤRE表示真太陽(yáng)時(shí), 它與地方時(shí)ΤLOC的關(guān)系為ΤRE ="ΤLOC" + △T (時(shí)) [6 ]ΤLOC = T北京+ (λ2120°E) ×4′(時(shí))這里λ為城市緯度, T北京表示北京時(shí), △T 表示時(shí)差, 由于它很小可以忽視不計(jì)。太陽(yáng)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(shí)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(shí)段ω1 - ω2 內(nèi)的UV 總量。當(dāng)ω1 為日出, 或ω2 為日落時(shí), 還需計(jì)算出相應(yīng)的日出日落時(shí)的時(shí)角ω0 ,ω0 = - arccos ( - tgφ•tgδ) [9 ]天空有云時(shí)的UV 總輻射ΩW- 2是在晴天UV 總輻射的基礎(chǔ)上進(jìn)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(duì)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(wú)量綱函數(shù)f (ω, δ, η) 的表達(dá)式為f (ω, δ, η) = (β1η1 +β2η2 +β3η3 ) sin (δ+01369445π) [12 ]其中δ為太陽(yáng)赤緯, 同(7) 式; η1 , η2 和η3–47 –紫外線(xiàn)輻射對(duì)人體的影響及其預(yù)報(bào)　　

4 　紫外線(xiàn)防御對(duì)策

由于臭氧層被破壞, 達(dá)到地面的紫外線(xiàn)輻射量增加, 給人類(lèi)和地球生物帶來(lái)各式各樣的問(wèn)題。有研究表明, 即使全球都能實(shí)現(xiàn)目前限制使用氟里昂的計(jì)劃, 今后紫外線(xiàn)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(shí)間。在21 世紀(jì), 人們需要調(diào)整工業(yè)布局, 保護(hù)大氣層。同時(shí), 人們還需要改變生活習(xí)慣, 學(xué)會(huì)使用化妝品防御紫外線(xiàn)對(duì)皮膚的損害, 以對(duì)付不斷增強(qiáng)的紫外線(xiàn)。在防紫外線(xiàn)的遮光藥品中, 如能將紫外線(xiàn)吸收劑和散射劑適當(dāng)配合起來(lái), 就可以防御到達(dá)地面的長(zhǎng)波紫外線(xiàn)(UVA) 和中波紫外線(xiàn)(UVB) 對(duì)皮膚的損害。表示防御程度的指標(biāo)是SPF (太陽(yáng)防護(hù)指數(shù)) , SPF 值越高, 表示防御紫外線(xiàn)的能力越強(qiáng)。根據(jù)日本氣象廳的計(jì)算, SPF = 35 就足夠了。為了避免紫外線(xiàn)輻射的危害, 夏季, 人們應(yīng)盡可能避開(kāi)午間外出。必須外出時(shí), 應(yīng)采取防護(hù)措施, 如戴太陽(yáng)鏡, 遮陽(yáng)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?yàn)?黑色衣服能大量吸收紫外線(xiàn), 而紅色衣服則能迅速“吃掉”紫外線(xiàn)。

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