Борислав Благоев Стефан Димитров

Борислав БлагоевСтефан Димитров

Геофизичен институт- БАНСекция Физика на атмосферата

Биологически активна ултравиолетова радиацияМетоди и модели за измерване

• Ултравиолетова радиация и UV-индекс;• Измервания на биологически активното

ултравиолетово излъчване на Слънцето по света;

• Измерване на ултравиолетовата радиация в България;

• Прогнозиране и модел на индекса на биологически активната ултравиолетова радиация;

• Метод за изчисление на времето за изгаряне, представянето му и полезна информация.


Слънцето е звездата в центъра на нашата Слънчева система. Планетата Земя е разположена в

орбита около Слънцето, както и други планети, астероиди, комети и облаци космически прах.

Главната звезда в една планетарна система бива наричана „слънцето“ на системата, а в случай на

повече от една звезда говорим „слънца“. Енергията, излъчвана от слънцето под формата на светлина,

поддържа почти целия живот на Земята чрез механизма на фотосинтезата. Слънцето е

определящо за състоянието на климата и времето на Земята. Спектърът на излъчване на Слънцето включва светлинни, топлинни и ултравиолетови(UV) лъчи. Ултравиолетовият диапазон обхваща

вълни с дължина между 100 и 400 нанометра (nm) и се разделя на три части:

UVA – между 315 и 400 nmUVB – между 280 и 315 nmUVC – между 100 и 280 nm

Ултравиолетова радиация и UV- индекс


Когато слънчевата светлина преминава през атмосферата, цялата UVС- и приблизително 90% от

UVВ-радиацията се абсорбират от озона, водната пара, кислорода и въглеродния двуокис.

Атмосферата влияе по-малко на UVА- радиацията. Ето защо лъчението, която достига земната

повърхност, се състои основно от UVА-и малки количества UVВ- радиация.

Установяването на вредните ефекти върху човека и неговото здраве води до необходимостта от

прецизни и навременни измервания на UV-радиацията и прогнозиране на UV-индекса .

UV-индексът характеризира нивото на слънчевата UV-радиация върху земната повърхност.

С нарастването на UV-индекса се увеличава и вероятността за увреждане на кожата и очите, като

колкото е по-висок той, толкова по-кратко е времето необходимо за увреждане. UV- индексът

може да бъде представен чрез графики, таблици и диаграми.



Индекс на биологически активната ултравиолетова радиация

Където Еλ е спектралното слънчево излъчване, изразено в W/(m2nm), при дължина на вълната λ и dλ - интервал на вълната, използвани в сумирането. Ser(λ) е референтният еритемен спектър на действие и Ker е константа равна на 40 m2/W.

dSEkI er

nm

nmerUV )(..

400

250


Mеждународно приета скала за представяне UV – индекса чрез цветови кодове


Измервания на биологически активното ултравиолетово излъчване на Слънцето по света

Водещи страни в измерването и изследването на UV-индекса са:- САЩ - National Science Foundation (NSF); The Environmental Protection Agency (EPA); The United States Department of Agriculture (USDA)- Kaнада - Meteorological Service of Canada (MSC); The Canadian Weather Network - Финландия - Finnish Meteorological Institute (FMI); (STUK) The Radiation and Nuclear Safety Authority; University of Helsinki; Finnish Institute of Occupational Health - Гърция - Aristotle University of Thessaloniki; University of Athens; Academy of Athens, Foundation for Biomedical Research - Япония - The Japan Meteorological Agency (JMA); National Institute for Environmental Studies (NIES).


Измервания на UV-индекса се извършват и в много други страни по света. В някои от тях, като Аржентина и Италия например, има изградени мрежи за наблюдение. Въпреки сериозността на проблема с UV-радиацията повечето държави започват да инсталират уреди за измерването и през 90-те години на миналия век.В момента съществуват множество производители на спектрофотометри, спектроскопи и др. инструменти за мониторинг и анализ на радиационното лъчение. Водещи фирми са Bentham , Eppley, Solar Light , Yankee, Kipp & Zonen, които произвеждат едни от най-разпространените уреди от този тип Brewer Mk IV .

Brewer Mark IV

Yankee UVB-1 Pyranometer

Global UV Monitoring Organizations

http://www.bentham.co.uk/

http://www.bentham.co.uk/

http://www.eppleylab.com/

http://www.solarlight.com/

http://www.yesinc.com/

http://www.kippzonen.com/

http://cires.colorado.edu/websites/uv/lindex.html


Измерване на ултравиолетовата радиация в България

От началото на 2007 година в Геофизичния институт към БАН функционира апаратура за мониторинг на биологично ефективното ултравиолетово излъчване на Слънцето в диапазона 280-315 nm. Апаратурата е производство на Solar Light Company, Philadelpia, модел 501 и е предназначена за наземни измервания.Комплектът включва датчик и устройство за управление и съхранение на информацията. Режимът на работа е непрекъснат и осигурява автоматично натрупване на стойности на индекса на ултравиолетовото излъчване (UV-индекс).


В момента измерватели на биологично активната ултравиолетова радиация работят в София, сградата на ГФИ, в Геофизична станция Витоша и в Шкорпиловци - Черноморска база на Институт по Океанология – БАН, като мрежата ще се разширява и в бъдеще. Измерваните през деня стойности се представят на всеки час на Интернет страницата на Геофизичния институт.

http://www.geophys.bas.bg/uv_index/uv_index_bg.htm


Прогнозиране и модел на индекса на биологически активната ултравиолетова радиация

На базата на проведените измервания е определена стойността на индекса при положение на Слънцето в зенит (зенитен ъгъл =0 и при напълно ясно небе). Тази стойност е UV0= 9. Зависимостта на индекса от локалното време (LT) при ясно небе е:

LTUVLTUV 20 cos

Това уравнение отчита влиянието на поглъщането на ултравиолетовата радиация от атмосферата исе използва за прогнозиране на стойностите на UV-индекса в зависимост от календарната дата и локалното време.


Метод за изчисление на времето за изгаряне, представянето му и полезна информация

Методът се основава на зависимостта между минутите престой на слънце и UV – индекса, като се взимат предвид четирите основни типа кожа:

- силно чувствителна

- чувствителна

- нормална

- слабо чувствителна


Типове кожа

0

20

40

60

80

100

120

140

160

2 4 6 8 10 12

UV индекс

мин

ути

Tип 1

Tип 2

Tип 3

Tип 4


y = 0,4697x2 - 12,009x + 86,473 – Тип кожа 1 y = 0,7305x2 - 18,811x + 134,34 – Тип кожа 2 y = 1,1255x2 - 26,091x + 177,20 – Тип кожа 3 y = 1,2175x2 - 29,629x + 211,29 – Тип кожа 4

Използвайки получените от графиката уравнения, можем да пресметнем необходимото време за изгаряне на всеки

отделен тип кожа.


Фактори, влияещи върху допустимото време за излагане на слънце:

1. Надморска височина UV-радиацията се увеличава с 10 % на всеки 1000 метра или по-точно с 1 % на всеки 100 метра.

2. Влияние на oколните повърхности: Отражението от околни повърхности влияе силно върху продължителността на излагане на слънце като времето за безопасен престой се намалява съответно при:Снежна покривка – с 1.9 пъти;Пясък – с 1.15 пъти; Морска пяна – с около 1.25 пъти;Вода – с около 1.1 пъти.


В момента се разработва нова страница от сайта на ГФИ, на която всеки ще може да провери времето за изгаряне и препоръчителния защитен фактор на лосиона, който да използва.

Предвидено е автоматично определяне на индекса на биологически активната ултравиолетова радиация при ясно небе по средния за България модел за зададена дата и час. На базата на този индекс се изчислява допустимото време за престой под преки слънчеви лъчи без предпазни средства, като се отчитат и зададени тип кожа, надморска височина и наличие на условия за отражение-сняг, пясък, вода. Предлага се минимално допустим защитен фактор на слънцезащитен крем, който позволява безопасен престой два часа.

Към страницата


Заключение

1. Извършено е проучване на световния опит в измерването, моделирането и прогнозирането на индекса на биологически активната ултравиолетова радиация.

2. На базата на измерване на UV-индекса в България е изготвен среден модел за страната, отчитащ сезона и локалното време.

3. На базата на препоръките и изследванията на световни здравни организации е съставен алгоритъм и програма за изчисление на времето за безопасен престой под слънчевите лъчи в зависимост от UV-индекса, типа на човешката кожа, надморската височина и наличие на отражение от сняг, вода или пясък.


Благодарим за вниманието!

Със специални благодарности на н.с. инж. Пламен Мухтаров

за вещите съвети в процеса на работа.

Documents

Борислав Благоев Стефан Димитров