Уточнение расчета индексов ультрафиолетовой радиации в условиях горных стран

Введение

В связи с наБлюдающимся в атмосфере Земли за последние десятилетия в средних и высоких широтах обоих полушарий уменьшением общего содержания озона (ОСО), который является основным поглотителем ультрафиолетовой радиации (УФР) солнца, приобрела актуальность проБлема защиты биосферы планеты от избыточных доз эритемной УФР. Биосфера Армении находится в условиях повышенного естественного фона УФР вблизи границы биологических ресурсов устойчивости к воздействиям УФР. Это показывает, в частности, высокая зависимость заболеваемости населения Армении кожным раком от колеБаний уровня ОСО [1]. Поэтому контроль и прогноз уровней и доз УФР является одним из основных элементов экологической Безопасности для населения страны.

Материал и методы

Контроль и прогноз уровней и доз УФР в различных регионах территории Армении осуществляется в принятой в международной практике форме индексов УФР (УФИ). Разработанная для этого методика расчетов основана на базе синтеза двух основных методик: С08Т-713 и NCEP - применяемых соответственно в Европе [2] и в США [3]. Эти методики несколько различаются формой учета влияния ОСО, сезонного хода высот солнца, высоты местности над уровнем моря и оБлачности неба на режим УФ-облучения земной поверхности. Однако обе они разраБотаны для стран, территории которых расположены преимущественно на уровне моря. Поэтому они не учитывают влияние вертикального распределения приземного озона (ВРПО) на режим УФ-облучения, что характерно для горных стран с большим перепадом высот. Армения относится к числу таких стран.

Для повышения точности оценок и прогнозов индексов УФР эти базовые методики дополнены разработанным нами алгоритмом учета ВРПО. Это позволяет повысить точность оценок УФИ на (10- 12)%, что осоБенно существенно для весенне-летнего сезона, когда значения УФИ достигают наиБольших уровней, а также зимнего сезона для горных регионов, когда значения УФИ бывают высокими вследствие высокой отражательной способности снежного покрова.

Методика учета ВРПО разработана на основании анализа результатов многолетних систематических измерений ОСО над территорией Армении на различных высотах над уровнем моря, полученных на метеостанциях «Арабкир» (1113м н.у.м.) и «Амберд» (2070м н.у.м.). Ввиду Большой изменчивости значений ОСО во времени произведена статистическая обработка этих данных - вычислены десятидневные (декадные) средние значения ОСО для сглаживания полученных рядов. По разностям этих декадных средних составлены соответствующие (декадные) оценки содержания озона и его сезонной динамики в приземном слое атмосферы. Из этих оценок выявлены средний градиент уБывания ОСО (X) по высоте (Н):DX/DH=-24*DU//км, где DU (Добсоновские единицы) - единицы измерения ОСО [3], а Н измеряется в километрах, - и сезонные вариации этого градиента в приземном слое атмосферы над территорией Араратской долины в интервале высот (1000-1500) м н.у.м.

Значения индексов УФР для каждого из регионов на территории Армении согласно базовой методике ([2], [3]) определяются из уравнения I=I_O *F *[1+K_H * (H-H_O)],где I₀ -УФИ для Араратской долины, Н-средняя высота населенных пунктов выбранного региона и Н₀-средняя высота Араратской долины над уровнем моря, а зависимость УФИ от высоты определяется фиксированным коэффициентом К_Н=0.08, а F—коэффициент пропускания УФР оБлаками, определяемый в соответствии с [3] по состоянию оБлачности неба по формуле Б=1—0.056*С, где С — степень облачности в Баллах: 0 соответствует ясному небу, а 10 — полному покрытию неба облаками.

Коэффициент К_Н связывает значение индекса I при высоте местности Н и БезоБлачном неБе (Б=1) с вычисленным по Базовой методике значением 10 при высоте местности Н₀ (также при БезоБлачном неБе). Для учета влияния ВРПО на вертикальное распределение значений УФИ вместо этого коэффициента с фиксированным значением 0.08 рекомендуется использовать переменный коэффициент К_Н=К_к+К_03, где К_R-градиент УФИ вследствие рэлеевского рассеяния УФР в атмосфере при ясном небе, а К₀₃-вследствие вертикального градиента ОСО в приземном слое атмосферы.

Результаты.

На основании теоретических расчетов с учетом внеатмосферного спектра УФР [4], формулы Ангстрема [4] и кривой эритемной эффективности УФР [3], определен вертикальный градиент К_R УФИ: КИ=0.021. Зависимость градиента УФИ от ВРПО в оБщем виде задается по формуле: К₀₃=М*ЭХ/ ЭН, - где значение коэффициента М. вьшрано из условия согласования значений коэффициента К_Н с рекомендуемым базовой методикой коэффициентом 0.08 для равнинных территорий, где для вертикального градиента ОСО в приземном слое атмосферы наиБолее характерны значения от -8 до -10 DU/км; получаем М=- 0.0066, - и, окончательно, I=I₀ * (1—С) * [1+(0.021—0.0066 * ЭХ/ЭН) * (Н-Н₀)]. 

Таким оБразом в Базовую методику определения УФИ введен учет сезонных вариаций зависимости УФИ от ВРПО.

Заключение.

Полученные оценки влияния ВРПО на интенсивность оБлучения земной поверхности ультра-фиолетовой радиацией с достаточной для экспе-риментальных данных степенью точности могут Быть экстраполированы до высот порядка 3000м н.у.м., то есть практически на все населенные районы Армении, что позволяет использовать ее во всех видах деятельности, связанных как с использованием, так и с защитой от солнечной ультрафиолетовой радиации. Данная методология рекомендуется для применения при наличии станций наБлюдения озона, расположенных на относительно неБольшом расстоянии друг друга (до 30-50 км), но на существенно различной высоте (1-2 км). Ее применение в осоБенности эффективно в странах, где развиты горнолыжный спорт, горный туризм, горная курортология. 

Список литературы

1. Матевосян П.А., Мнацаканян М.Г., Базикян Г.К.,Мелконян Д.О., Погосян П.Б., 1999. Исследование взаимосвязи ультрафиолетовой радиации солнца и раковых заболеваний кожи в Армении. НАН РА Гитутюн, ХХХIХ, N1, с. 25-27.
2. K.Vanicek, T.Frei, Z.Litynska, A.Schmalwieser (2000).UV-Index for the Public. COST-713 Action “UVB Forecasting”.Brussells.
3. UNEP/WMO Scientific Assessment of Ozone Deplation:1998. WMO/Global Ozone Research and Monitoring Project. Report No.44, с. 9.37-9.38, 9.41-9.42
4. Белинский В.А., Гараджа М.П., Меженная Л.М.,Незваль Е.И., 1968, Ультрафиолетовая радиация солнца и неба. Л., Гидрометеоиздат., стр.34

Вопросы, ответы, комментарии