辽宁太阳紫外线辐射特征及强度预报

辽宁太阳紫外线辐射特征及强度预报

第2 2卷第 1期20 0 6年 2月

气象与环境学报J OUR L O NA F M哐TE R DGY AN NVI ONM哐NT 0 OI DE R

Vl .2 No 1 0 2 . 1F bu r 0 6 e ra y2 0

辽宁太阳紫外线辐射特征及强度预报张云海杨洪斌龚强2(. 1中国气象局沈阳大气环境研究所，沈阳 10 1; . 106 2辽宁省气象能源开发应用研究所，沈阳 10 1) 106摘要：用紫外线观测仪器对辽宁 4个地区紫外线辐射强度进行观测，究了辽宁地区紫外线辐射强度的变化特征；利研分

析了影响到达地面紫外线辐射强度的因子。结合 M数值模式建立了统计预测模型， M5建立了紫外线辐射强度分级标准和对人体健康影响的对应关系。结果表明：宁地区的紫外线辐射强度，辽总体上是西、北部较东、南部稍强，但相差不大；紫外线辐射强

度具有明显的季节变化，夏季最大、冬季最小。每年 5 9月紫外线强度维持在一个较高的水平， -日最大值出现在每日的 1~ 11时。夏季紫外线对人体的影响最大， 4冬季基本无影响。云量的变化对紫外线强度的影响较大。紫外线辐射强度预报模型的预测结果较为理想。

关键词：紫外线辐射观测；紫外线强度；健康影响

18年以来， 90全球范围内设立了约 5 0个紫外线监测点， 19年已超过 20个…。太阳紫外线辐到 93 5射强度(简称紫外线辐射强度)的预测也逐渐开展起

辽宁东、、北部的 4南西、个地区，形成辽宁地区紫外线辐射强度观测网，监测点四周无强烈反射物体和遮蔽物。

来。美国、加拿大等发达国家都已经开展多年且效果较好。英国在春夏季每天的气象预报中包括紫外

2观测结果和影响因子分析2 1辽宁紫外线辐射强度基本特征 .2 11季节变化 ..

线辐射强度预测，称作紫外线指数 ( v i i s, U dc )以 n e利人们防护。我国从 2世纪 9年代也开始了这方 0 0

面的研究工作l J北京、 ,武汉等地已经开发了相应的方法，并在业务中使用。从 20年起， 01我们在辽

根据 20 -2 0年计 3a 0 1 03 观测资料分析可以看

出，辽宁年紫外线辐射强度较强。从地区分布来看，

宁地区对地面紫外线辐射强度进行了连续监测，得到 2 0 -2 0年计 3a 0 1 03 紫

外线辐射资料并建立了估算紫外线辐射强度的方法及对应等级指数。

其中西部地区最强，南、北、中部地区次之，东部地区最弱，但地区差并不明显。从季节分布上，全省紫外线辐射强度具有明显季节变化，如图 1所示，夏季最

1观测方法紫外线测量仪分为宽波段测量仪和窄波段测量仪。选用由上海市气象科学研究所开发研制的 S R U一

1型太阳紫外线辐射强度宽波段测量仪， 2 0 对 8~

40r 1 0 l波段的紫外光线进行观测， t. T输出电压 0 0~4 0m响应速度 05 S仪器常数为 64 V, ., ./c 2 (m - 大，其次是秋、春季，冬季最小。4月开始紫外线辐射t . )辐照度测量范围 0 001 0~199×15图 1 2 0 42 0 t V, .0×15 .9 0 0 1 0 3年辽宁平均日紫外线辎射最大强度季节变化

t Cq。 . l…。仪器与计算机连接， t ' W- l每隔 1m n自动产 i时(每年 8月一翌年 3月 ) 0~2,4 1时 (每年 4 ~8月)。观测地点为丹东、口、营阜新和沈阳，分别代表收稿日期：0 5 1 4修订日期：06—0 20—1—2; 20 2—1。 3

生一个记录，数据库。观测时间为每日0~1强度显著增强， -9存人 5 9 6月紫外线辐射强度一直较强， 1 0月开始紫外线辐射强度逐渐减弱。紫外线辐射强度日最大值 7月平均最大，日最大值月平均为 3 .4 0 0

基金项目：辽宁省气象局科技项目“辽宁省城市气象环境业务系统的建设与研究”9 o 1资助。 (8o ) 作者简介：张云海。,9 6年生，男 16硕士。副研究员，主要从事大气环境、天气气候方面的研究， - i yn a h n@ ht i coin。 E ma:u hi ag oma l z l.

辽宁太阳紫外线辐射特征及强度预报

第1期W .一达到 m 2,

张云海等：辽宁太阳紫外线辐射特征及强度预报

3 5

3 .OW 2 0 O mI以上的天数占月总天数

度参数化公式为：

的 2%; 2 8月为 2 .3 W 96 m~, 1%;占 5 9月为 2 . m一， 6 7 8 W. 2占%。由此可见， 5辽宁夏季紫外线

O r 1 Q(/ ) u一= a y

() 1

式() Q一为晴天紫外线总辐射；为太阳总 1中 1 Q

辐射强度较强。2 1 2 F变化 .。 t

辐射；刁为 Ou与 Q的比值， r

I值定为 00 1 (/ .4; a )为日地距离订正值。采用以下公式计算：, )(/) a y=1 0 0 1 0 0 4 1od+0 0 1 .0 1+ .3 2 2 cs .02 s d+0 0 07 902 8i n .0 1 cs一0 0 00 7i2 .0 7 s d n () 2

辽宁紫外线辐射强度的日变化有明显规律，一天中紫外线辐射强度呈不对称波峰状态，6 8 0~0时紫外线辐射强度变化比较平稳，呈上升趋势。0 8时

式( ) d 35优为 E数， 1 1E至 1 2中：2m/6, t自月 t 2月3 1日。由于 1月 lF(/=09 3 7月 lF Ia 7) .8 2, I

开始紫外线辐射强度显著加强，0 5时是紫外线 1~1辐射强度最强的时段， 1 5时后逐渐减弱。1~2 6 0时

(/ ) .17与 10 a 7:10 6 1 .偏差很小，故可不作日地距离订正。式 ()太阳总辐射预报方程为： 2中，Q: S( l C rs h 0 C— 2 )i n () 3

紫外线辐射强度下降很快。日最大紫外线辐射强度出现在1:~1:0 13 0 2 o。最大紫外线辐射强度冬季 E t中维持时间较短，季日中维持时间较长。这与华夏

式() S为太阳常数， 1 6 t;, 2 3中 0取 7 r ClC为 3 W f

北地区的紫外线辐射强度 E变化呈对称波峰形式略 t有差别【。图 2 20年 6月 2 t晴朗无云)为 03 2E(沈

经验系数，分别取 094 00 8 r ., .9;为浑浊度系数， 9空气污染较重的大城市 r .~45中小城市 r =35。,=25 ., .~35乡村=15 .; .~25 h为太阳高度角。s h=s s+cs 0 0c i n i i n n 0 cs cs u () 4

式( ) 为城市纬度 ( 4中单位为弧度)为太阳赤；

纬；为时角， c u叫=(2 1一关系式为 T 0 L=

)~丌 1 )单位为弧 (/2,

度；为真太阳时( 单位为时 )它与地方时 0,的十△ ( )△ T时， T表示时差，由于相对较小可以忽略， L以北京时表示。太阳赤纬 8 T0的近似公式为(单位为弧度 ):图 2 03 6 2 20年月 2日沈阳紫外线辐射强度日变化: 0. 0 9 8— 0. 9 9 2 o d+ 0 0 0 06 1 3 9 1 cs .7 2 7 i d一 0 0 6 7 8 o d

+ 0. 0 0 sn 5 sn . 0 5 cs 0 0 9 7 i2d一0. 0 02

阳紫外线辐射强度日变化，基本反映了辽宁地区的紫外线辐射强度的日变化特征。22影响因子 .

6 7o3 9 cs d+0 0 14 s 3 .0 8i d n

() 5

3 12引入云量建立预测方程 ..

影响紫外线辐射强度变化的因子很多。就大尺

由于阴天的概率与晴天、少云、多云等 3个概率具有代数关系，即几个概率之和为 1。根据实际观测

度而言，大气中的臭氧量及其垂直分布、地面反照率

等是最重要的影响因素。就辽宁局地而言，由于处在中纬度地区全年臭氧的日变化很小(%)]决±1 E, 6

资料，利用回归方法求出有关常数及晴天、少云、多云的云系数 (概率分别为 P,, 6: c P )常数 ( os) C nt :036± .7 )晴天系数甜=06 6 0 07少 .1( 0 12, .± ., 7 3云系数盘：0 50±0 0 3,云天系数 a .8 ( .3 )多 b= 04 0± .7 ) .1 ( 0 O7。用来确定云衰减因子 ( AF的方 C )程为：C F= C nt c c+ap: b b A o s十aP s s+a P () 6

定紫外线辐射强度的重要因素主要是地区的太阳高度角、拔海高度、日照时间、云量等。对于辽宁而言，一

年中东部地区有云、日雨天数较多，西部地区相对

较少，因此东部地区紫外线辐射强度相对西部地区弱。

3紫外线辐射强度预报3 1预报方法 .

因此，晴天概率为 10 0%的 C F为 0 9,云 A .少 9

天概率为 10的 C F为 0 8,云天概率为 0% A .多 910 0%的 C F为 0 7, A .2阴天概率为 10 0%的 C F为 A0. 1 3。

紫外线指数预测采用以下方法进行，并根据云量进行订正[ 。

3 13云量的确定 ..

3 11一般情况 ..晴天(无云)状态下，瞬时紫外线总辐射通量密

云量的确定采用数值模式 MM5出的云量预输报结果。以每日 1 8 j 2时的云量预报作为当日最大

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气象与环境学报

第 2卷 2

紫外线强度预报的云量影响因子。

如表 1。

32紫外线辐射强度分级与人体健康影响 .将辽宁紫外线辐射强度按辐射量划分 5个级

3 3效果检验 .根据沈阳 20 0 3年 7月逐日 1 4时云量实测资

另、O

I1个指数，』分别代表紫外线辐射强度由弱到强。

料，用上述方法计算对应时刻的紫外线辐射量、紫外线指数及对应等级，结果如表 2。表 2中除个别时次预报值较实测值偏差较大外 (等级差 1,级)多数情

指数是指当太阳在天空中的位置最高时 (O 5 1~1时)。同时，将紫外线辐射强度对人体健康影响及需要采取防护措施进行定性描述，也相应划分为 5,级

况下预报值与实测值基本相符。

衰 1紫外线强度对人体影响

2 5 2 6 2 7

4 38

3 02 8 1 4 4 7 4 2 8

2 9 2 9

1 09

9 97

1 7 6 69

62

2 82 9

1 09 9

3 34

32 9

3 03 1

3

3 1

1 0

4语结现在紫外线指数预测方法已于 2 0 0 2年在辽宁

霪题：紫外辐射观测时间还比较短，且观测站点相对较

辽宁太阳紫外线辐射特征及强度预报

第1期

张云海等：辽宁太阳紫外线辐射特征及强度预报

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少，只有 3a 4个观测站点资料，对紫外线辐射强度

吕仁。,田， .春地区紫外光谱辐射观测达李卫李福等长

的预测订正和检验都有一定的困难。此外，紫外线辐射强度预测准确度还受到数值模式预报准确度的 影响。相信随着资料的丰富、方法的改进，准确预报率会进一步提高。

和初步分析，大气科学， 9,03: 3 31 1 62 ()3~ 5 . 9 4 王普才，吴北婴，章文星，紫外辐射传输模型计算与等.实际测量的比较，大气科学，9 92 ( )3 9 6 . 19,3 3:5—3 4

王普才，吴北婴，章文星，影响地面紫外辐射的因素等.分析 .大气科学，992()1 9 19,31:— . 周允华，中国地区的太阳紫外辐射 .地理学报， 8,1 1 64 9() 13—1 3 2:3 4.

参考文献’[] WH . nin et e t Cir 0Ut v l a 1 O E vom n l a h rea 6,la o t— r a H l t i1 r eR idain Ge e aW HO。9 4: 1 it . n v: o 19 2 .

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周晓珊，杨森，张立祥，中尺度数值模式( 5 3在沈 MM v )阳区域气象中心的试用，气象，012 ()2— 2 20,78: 3。 8

Ch r c e it s o lr v o e a i to n t n e st r d c in a a t rsi fu t a il tr d a in a d isi tn iy p e ito c1J 1J 1J 1J 1 _ 1J

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