泰安市紫外线辐射特征研究
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摘要利用泰安市2007―2009年紫外线逐日观测资料,分析太阳紫外线辐射强度的年等级日数和月、日变化特征。指出泰安紫外线辐射较强,在生活中需注意预防紫外线辐射。
关键词紫外线;辐射;强度;等级;指数;山东泰安
中图分类号 P422.62 文献标识码A文章编号 1007-5739(2010)16-0013-02
一般情况下,将太阳辐射中波长为200~400 nm的光线称为紫外线[1],其能量仅占太阳总辐射量的8%。按照紫外线的不同波长所起的生物效应,紫外线分为A、B、C 3个波段,分别为UV―A(320~400 nm)、UV―B(290~320 nm),UV―C(200~290 nm)。在太阳总辐射中,紫外线辐射尽管所占能量比例较少,但由于其光量子能量较高,具有一定的穿透力,所产生的光化学作用和生物学效应十分显著。近年来,人类活动对大气层中的臭氧层有不同程度的破坏,医学证明,人体接受适量的紫外线照射可预防和治疗佝偻病,然而过量的紫外线照射可使人体产生红斑、色素沉着、免疫系统受到抑制,甚至患皮肤癌、白内障等疾病[2]。随着经济的快速发展,人们越来越关注环境气候问题,同样也越来越关注紫外线辐射对人体的不同影响。现在许多国家开始进行太阳紫外线辐射观测和预报。澳大利亚、新西兰、美、英、法等国先后开始发布紫外线指数预报,1992年我国最先在长春和北京开始紫外线辐射光谱的观测[3],1999年广州、上海、天津等城市也相继开展了紫外线辐射观测和预报工作。泰安市气象局于2003年进行紫外线辐射强度观测,研究发现,由于所处纬度的不同及其他因素影响,各地的紫外线辐射强度差异明显。现报告如下。
1资料与方法
1.1监测仪器
上海气科所SUR―1型太阳紫外线监测仪,属宽波段紫外观测仪器。仪器工作原理是:太阳光线通过测量仪器的石英玻璃保护窗口以后,到达紫外线滤光片,其中只有280～400 nm波段的紫外光线可以穿透滤光片,其他波段的光线(包括可见光、红外光和远红外光线)都被有效地阻截。利用半导体紫外光电探测器对透过滤光片的紫外光线进行测量,将光信号转变成电信号后输出,仪器经计量标定后,电压值就可以换算成相应的紫外线辐射强度值[4-5]。因设定通过光波段为280~400 nm,其他波段的光线都被有效地阻截,所以实时观测每分钟1个数据皆包括在紫外线不同波长的3个谱区中。
1.2分析方法
所用资料为2007―2009年泰安站的紫外线辐射强度(W/m2)实况观测资料。观测时间一般为每日4:00―20:00,每分钟观测1次。根据中国气象局的有关规定,每日的日平均紫外线辐射强度取10:00―14:00的平均值,并根据此时间段的平均辐射强度值划分为5级辐射强度等级(表1)。从原始观测资料提取辐射量强度进行分析,按照国家气象局规定计算日平均辐射等级资料。
2结果与分析
2.1紫外线辐射等级日数特征
利用2007―2009年泰安市紫外线辐射观测资料,统计各等级日数百分比变化曲线(图1),分析如下:①泰安市的紫外线辐射强度等级为4级的日数最多,占总日数的63%;3级次之,占总日数的22%。说明泰安的紫外线辐射较强,在生活中人们需注意预防紫外线辐射。②3年中各月均没有出现5级的辐射日数。1级的日数较少,仅占总日数的3%。说明泰安不需要采取防护措施和不宜外出进行室外活动的时间较少。③从紫外线辐射强度年极值上分析,3年中出现日期相差不大,分别为30.2 W/m2(2007-04-02)、31.3 W/m2(2008-05-12)、29.9 W/m2(2009-05-11)。可见,出现紫外线辐射强度的最强日期多在春季4、5月份。
2.2月变化特征
冬季各月太阳高度角较低,紫外线辐射最弱;夏季各月太阳高度角较高,紫外线辐射最强。紫外线辐射强度随各月份太阳高度角的不同而有明显变化规律(图2),分析如下:①泰安各月地面紫外线辐射量平均值的曲线呈单峰型,辐射量最高值出现在4、5月,1、12月最低。②3年中各月的地面紫外辐射量有一个共同特点,即太阳直射角最高的6月并不是辐射量最大的月份,说明影响紫外线辐射量的其他因素如云量、云状等占有很大比重。③1―3月和10―12月的紫外线辐射量变化急剧,出现骤升和骤降,而3―9月的紫外辐射量曲线起伏平缓。
2.3日变化特征
与太阳辐射一样,到达地面的紫外线辐射具有明显的日变化规律。在夜间总辐射为0,日出后如无其他因素影响,则随着太阳高度角和太阳总辐射量的增加,紫外线辐射强度也随之增加,在正午时达到最大值。午后,随着太阳高度角的逐渐降低而减小。
同样,紫外线辐射随太阳高度角的日变化特征,反映在1年的各季、各月中有相同的规律,冬季太阳高度角要低于夏季,所以太阳总辐射量和紫外线辐射量也低于夏季。
2007年冬季和夏季在晴空无云状态下任意2 d的辐射强度变化(图3),分析如下:①日变化曲线呈单峰型特征,两日最大辐射量(曲线的最高点)都是出现在12:00。②2007年7月10日平均辐射量13.67 W/m2,最大辐射量24.58 W/m2;2007年12月14日平均辐射量4.59 W/m2,最大辐射量13.49 W/m2。③1 d中辐射强度上升和下降的速率是不同的。经计算,冬季的上升期平均速率为2.95 W/h,下降期2.64 W/h;夏季,上升期平均速率5.88 W/h,下降期7.34 W/h。可见,下降速率大于上升速率。④夏季高值区出现在9:00―17:00时,冬季出现在11:00―13:00时。此时人们外出需作紫外线防护[6]。
3结论
分析2007―2009年泰安市紫外线辐射强度的年等级日数和月、日变化特征发现:①泰安市紫外线辐射强度存在着明显的季节、月、日变化特点,一年之中,出现4级的日数最多,占总日数的63%,出现1级次数较少,无5级辐射日数出现;②按月分析,辐射量最高值出现在4、5月间,1、12月辐射量最小。③就1 d而言,日变化曲线呈单峰型特征,辐射最强时段出现在正午时,夏季高值区出现在9:00―17:00时,冬季出现在11:00―13:00时。此时外出需作紫外线防护。
4参考文献
[1] 王越,徐虹.西安市紫外线辐射强度与气象因素的关系[J].陕西气象,2002(6):17-19.
[2] 王澄.紫外线辐射指数预报系统[J].内蒙古气象,2005(3):28-29.
[3] 张书余.医疗气象预报基础[M].北京:气象出版社,1999:43.
[4] 楼丽银.紫外辐射SUR―1观测结果分析研究[J].浙江气象,2002,23(3):43-46.
[5] 张东风,白素莲.紫外实时监测及专业预报系统[J].湖北气象,2000(3):14-16.
[6] 王宗海,韩秀兰.SUR―1型紫外线辐射强度监测仪的使用[J].山东气象,2003,23(1):53-54.
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