医疗气象

1 第四章医疗气象 医疗气象 1 研究天气 气候对正常健康人生理过程的影响机理 2 研究制作短期 中期及长期医疗气象预报的方法 提高预报准确率 3 研究不同季节 不同区域气候条件的气象要素与疾病的关系 2 国外医疗气象学研究内容 1 气象与生理 研究气象对人体的影响 关键是研究气象要素引起人体的生理变化 目前研究的方法有两种 一是直接观察对人体的影响 另一个是以动物进行实验研究 第四章医疗气象 3 国外医疗气象学研究内容 2 气象与疾病 近年来气象病的研究较多地集中于哮喘 感冒 冠心病 关节炎 传染病 眼病 高山病 牙病 糖尿病 胃溃疡 老年病等等 初步建立了医疗气象预报方法 第四章医疗气象 4 4 1紫外线指数 适量的紫外线照射 可以使人体合成维生素D 具有预防和治疗佝偻病的作用 还有杀灭细菌的作用 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 患皮肤黑瘤 皮肤癌及白内障等 5 4 1紫外线指数 澳大利亚在20世纪80年代开始监测紫外辐射新西兰1987年每一小时发布一次紫外短时预报加拿大 美国先后也开始发布紫外指数预报 6 4 1 1紫外线的生物效应 按照波长所起的生物作用 可分为三部分 紫外线A段 波长为320 400nm紫外线B段 波长为275 320nm紫外线C段 波长为200 275nm 7 4 1 1紫外线的生物效应 1红斑效应 1 红斑 紫外线B段长时间照射人体皮肤会出现潮红 2 红斑形成的机制 组胺和类组胺 3 紫外线不同生物效应波长的划分 通过规定以功率为1W的297nm波长的紫外线灯的红斑辐射强度为一个红斑剂量 8 4 1 1紫外线的生物效应 1红斑效应 波长nm 强度 9 4 1 1紫外线的生物效应 1红斑效应 4 红斑剂量的季节变化5 8月份占全年总量的75 76 4月 9月占8 9 3月 10月占3 4 2月 12月占1 以下 10 4 1 1紫外线的生物效应 2色素沉着效应黑色素原黑色素紫外线的吸收色素沉着对局部皮肤有保护作用 防止短波辐射损害深层组织 氧化酶 出汗 11 4 1 1紫外线的生物效应 3紫外线的杀菌作用紫外线最强杀菌作用位于253nm 不同细菌对不同波长的紫外线敏感性不同在中午12时至下午2时紫外线强度最大波长最短 空中细菌最少 12 4 1 2晴空紫外线辐射理论计算 晴空瞬时UV总辐射通量密度公式 Quv Q a2 r2 其中a2 r2为日地距离订正值 a2 r2 1 00011 0 034221cosd 0 00128sind 0 000719cos2d 0 000077sin2dd 2m 365 其中 臭氧订正系数 比值 0 043 m为日数 13 4 1 3紫外线指数预报 国际上 一种是地面仪器测定 另一种是辐射传输模式推测 我国 主要有上海气科所SUR 1 SUR 2 锦州322所生产的TBQ 4 3 湖北气科所生产的PC 2 北师大生产的UV B等几种型号 14 4 1 3紫外线指数预报 上海气科所生产的SUR 1太阳紫外线辐射仪 15 1美国紫外线指数预推 用数值预报模式作出臭氧场预报每一个网格点每一波长的光辐射量晴空条件下海平面的红斑病辐射量 预报水平 16 1美国紫外线指数预推 紫外线强度等级划分表 世界气象组织 一个单位紫外线指数相当于25mW m2 17 1美国紫外线指数预推 1994年夏季美国国家气象中心海拔高度订正辐射剂量增加值 km ao a1z a2z2其中a0 0 04556 a1 6 62033 a2 0 23067 18 2紫外线指数预报模式方法 根据晴空紫外线理论计算模型 引入云量 建立了预报模式 y CAF Quv 25QUV 0 043 QQ So C1 C2 sinhsinh sin dblat sin selat cos dblat cos selat coswC1 C2经验系数 0 994 0 098 浑浊系数 19 2紫外线指数预报模式方法 CAF为云量引起的紫外线总辐射衰减量 0 N 1 晴空 CAF 0 992 1 N 3 少云 CAF 0 896 3 N 8 多云 CAF 0 726 N 8 CAF 0 316 20 最大 分布从青藏高原向西北延伸至甘肃 内蒙古 为8 9 强度属强或很强 河北 京 津至辽宁半岛 以及我国南方两广地区由于预报的云和降水影响而出现相对低值 为5 6 属中等强度 21 3拉萨紫外线指数统计预报 公式式中 为地面反射辐射量 为单位时间内的紫外辐射总量占太阳总辐射量的比例 取值范围见下表 22 3拉萨紫外线指数统计预报 公式 为与大气透明状况有关的系数 为太阳高度角 字母分别为纬度 太阳赤纬 太阳时角 23 3拉萨紫外线指数统计预报 云衰减度公式式中 08为08时水汽压 08为08时总云量 为辐射放大因子 它表示西藏高原臭氧对紫外辐射剂量率的影响 为回归方程系数 24 3拉萨紫外线指数统计预报 25 3 1 4紫外线指数预报服务规范 预报项目名称统一称为 紫外线辐射强度预报 对外公开发布时使用 紫外线指数预报 紫外线辐射强度 是指一天中太阳在天空中的位置最高时 到达地面的太阳光线中的紫外线辐射对人体的皮肤 眼睛等组织和器官可能的损伤程度 原则上每天发布两次 26 3 1 4紫外线指数预报服务规范 预报量级的划分 SPFSunProtectionFactor15 20 27 28 3 1 4紫外线指数预报服务规范 预报业务技术流程 1 统计方法及辐射传输模式等预报方法 2 紫外线辐射强度监测实况和其它气象要素背景状况的收集和分析 3 天气形势分析及各种预报资料的收集 尤其应特别注意天气现象 云量 水汽压 风向 风速等要素的预报和变化情况 4 综合分析判断和评价 得到紫外线指数预报结果 29 3 1 4紫外线指数预报服务规范 预报服务举例 XX地区明天中午前后紫外线指数6 紫外线辐射强度中等 在直射阳光下暴露30分钟以上时有可能对皮肤等产生轻微影响 请注意进行适当防护 外出活动时请注意戴上遮阳帽和太阳镜 也可以涂擦一些防晒霜 30 3 1 4紫外线指数预报服务规范 今后工作 1 云对紫外线有衰减作用 应考虑不同云量 不同形状地影响 2 预报对流层气溶胶 因为它对紫外线有影响 但不确定因素较多 3 臭氧垂直廓线变化对紫外线影响10 应考虑平流层至对流层臭氧垂直廓线 4 通过卫星观测资料 获得最新臭氧量资料 31 4 2舒适度指数 南方冬季气候与北方相比相同点是同属大陆性季风气候同样受北方冷空气的侵袭形成大风降温天气 所谓 风寒 不同之处在于南方的冬季并不像北方那么干燥 有时寒潮会带来连续性雨雪天气 湿度大 甚至近于饱和 即所谓 湿寒 32 4 2舒适度指数 1 适用于南方的寒 湿 冷指数公式 式中f为舒适度指数 t为温度 V为风速 h湿度 寒冷程度的4级标准分别是 1级 舒适 2级 稍冷 3级 较冷 4级 寒冷 此指数计算公式不使用于夏季 日平均温度小于20C为公式适用期 33 4 2舒适度指数 1 适用于南方的寒 湿 冷指数公式 在平均温度小于等于20C的条件下 等级划分标准为 f 5001级舒适500 f 6752级稍冷675 f 8503级较冷f 8504级寒冷 34 4 2舒适度指数 2 适用于北方室外寒冷环境下 反映风速及气温对人体的影响寒冷指数公式为 其中H为寒冷指数 即人体皮肤温度为33 时 人体表单位面积散热量 kcal m2 V为风速 m s t为体温与周围气温之差 35 4 2舒适度指数 2 不同寒冷指数的人体感觉 36 3实感温度 它是人体在不同气温 湿度和风速条件下 所产生的热感觉指标 它以静止饱和的大气 风速 0 相对地湿度 100 条件下使人产生舒适的温度例如下述三种情况所说的感觉都相当于实感气温17 7 气温17 7C 相对湿度100 风速0 气温22 4C 相对湿度75 风速0 5m s 气温25 相对湿度20 风速2 5m s 37 4 2实感温度 2 冬季 实感气温在17 2 21 7 时 夏季在18 9 23 9C 人们感觉舒适 在此范围内的实感气温叫作舒适带 有人将实感气温分成不同几类感觉标准 28 高度不适27 28 不适25 26 9 暖17 24 9 舒适15 16 9C冷 15 不适 38 39 4 2实感温度 影响因子 辐射经验公式Tr 0 42Ca 1 0 9Mc Ia式中Ca为外衣对辐射的吸收能力Mc为云量系数Ia为辐射增温系数 40 图辐射与对流 蒸发对人体平衡的贡献 41 4 2实感温度 影响因子 湿度 1 当气温在27 1 32 且静风时 相对湿度在70 时 人体皮肤温度稍有上升 属舒适的范围 如果相对湿超过70 人体则感觉不适 有湿热感 但若有2 3级以上的风 人体就能感觉舒适 42 4 2实感温度 2 当气温在32 1 35 静风或微风时 如果相对湿度大于60 人体就会感闷热 相对湿度小于60 就会感到热 3 当气温在35 1 以上 相对湿度大于60 无论风速大小 人体均感到闷热 43 4 2实感温度 影响因子 风当风速加大 气流增加的散热率大于对流对人体的加热值 正反两个作用抵消 人净得为散热 高温时 气流速度超过某个特定值 反而造成人体皮肤加热 使人不舒服 44 4不适指数 温湿指数 1 温湿指数是指不同气象条件下人的舒适感 公式如下 Bon 0 72 Ta Tw 40 6其中Ta 气温 Tw 湿球气温 Bon为不适指数 温湿指数 指数在60 65大部分人舒适 75时一半人不适 80时大部分人不舒适 45 4不适指数 温湿指数 2 国家气候中心张清提出了温湿指数ET Td 0 55 1 r 58 Td 其中ET为温湿指数 单位为 Td为14时的温度 r为14时相对湿度 ET 18 9可看作由冷应力引起的不舒适指标 ET 25 6看作由热应力引起的不舒适指标 46 5舒适度指数 舒适度指数是度量温度 湿度 风等气象要素对人体综合作用 表征人体在大气环境中舒适与否 提示人们根据气象因子来调节生理 适应环境以及防范冷热突变的指数 47 5舒适度指数 人体对外界冷热的舒适感 并不能仅仅根据气温或其他任何单一的气象要素评价 当气温适中时 大气湿度变化对人体舒适感的影响较小 当气温较高或偏低时 才对人体的温热感产生影响 48 5舒适度指数 气流对人体体温调节也起着重要作用 它决定人体的对流散热 并影响空气的蒸发力 从而间接影响出汗的散热效率 当气温 人体皮肤温度时 气流总是产生散热效果 当气温 皮肤温度时 可对人体起到加热和散热两个相对作用 49 5舒适度指数 舒适度指数的计算方法其中K为人体舒适度指数 T为温度 RH为湿度 V为风速 50 5舒适度指数 舒适度指数的等级划分 51 6舒适度指数应用 比较北京 南昌 广州三市的人体舒适度 52 6舒适度指数应用 53 6舒适度指数应用 三个地区舒适度所占比例较大的依次为占47 7 的 冷 58 5 的 凉 51 的 舒适 明显表示人体舒适的程度在逐渐增加 54 7美国体感温度模型 美国生物气象学家Steadman对于一个以1 4米 秒步行的人来说 获得热量的主要方式 一是体内新陈代谢产生的热量 Q 二是通过皮肤和衣服吸收的太阳辐射 Qg 人体的失热应由3部分组成 即肺呼吸作用失热 Qv 衣着失热和人体裸露部分失热 Qu 55 7美国体感温度模型 TbRsTsRfTfRaTaEbZsEsZfEfZaEa人体温度和水汽的传输途径 56 7美国体感温度模型 若以 表示人体衣着覆盖率 则有人体热量平衡方程 Qg Q Qv 1 Qu Qf在炎热天气状况下 T 25 时 衣服的覆盖率可认为是零 其热量平衡方程应为Qg十Q Qv十Qu 57 7美国体感温度模型 Qv因为在炎热状况下从肺中呼出的气体几乎和人体表面的温度及水汽压相同 此时肺散失热量仅是海平面状况下散失热量的2 一12 Qv 0 143 0 00112Ta 0 0168ea式中Ta为气温 ea为周围空气中的水汽压 kPa 58 7美国体感温度模型 Qu可通过物理学中的欧姆定律求得 Rs为皮肤显热传输阻力 Zs为皮肤潜热传输阻力 Ra为空气的显热传输阻力 Za为空气的潜热传输阻力 Tb为体温 Ta为气温 eb为体内水汽压 kPa ea为周围空气中的水汽压 kPa 59 7模型有关变量 1 体内新陈代谢产生的热量 Q 是一个随年龄 性别 活动剧烈程度而变化的量 60 2 空气显热传输阻力 Ra Ra 1 hc hr Ra单位为 K W hc为对流热交换系数 hr为辐射热交换系数 其表达式为hc 7 6 1 85Vhr 4 10 0 028Ta式中 hc hr单位均为W K V为风速 m s Ta为温度 61 7模型有关变量 3 空气的潜热传输阻力 Za Kpa W Za可利用边界层的湿度传输原理Za 0 0606 hc 4 皮肤的潜热传输阻力 Zs Zs的值主要取决与湿度和风速的大小 设其为Zs 0 0446 kPa W 62 7模型有关变量 5 空气衣服的显热传输阻力 Rf Rf主要取决与衣服的厚度 风速等要素 Df为衣着厚度 dm 无风时df 25 8 Ta 0 61有风时df 25 8 Ta 0 886W hc 0 5hc 热对流交换系数 63 7模型有关变量 6 净辐射 Qg W Qg为人体单位面积的净辐射 引入实测值 7 体内温度 Tb 由于排汗 风等影响 体内温度经常高于体表温度 体表温度不能作为衡量舒适度的指标 所以要引入体内温度进行计算 体内水气压大小主要取决于外界相对湿度的大小 具体计算方法见第 8 步 64 7模型有关变量 8 在热量达到平衡的过程中 体表温度Ts和体表水气压es的传输可表示为Ts Tb QuRses eb eb e Zs Zs Za 假设Ts es的初始值分别为Ts 37 Ta 2es 5 65 ea 2 65 7模型有关变量 8 经多次叠代 Tb 33 5 1 7Rs eb 4 4 1 20Rs 代入无辐射平衡方程Q Qv十Qu 66 7模型有关变量 8 其中 2a 14 Q Qv Zs Za b 7 Q Qv Ra Zs Za 7 33 5 Ta Zs Za 7Ra 4 4 ea c Zs Za 0 35Ra 再将Rs代入热量平衡方程 求得ea 1 6kPa时的Ta 体感温度AT 67 7模型有关变量 8 体感温度的变化主观上主要取决于Q值大小 Q值不同决定了模型不同 年龄 环境 68 8模型分析 8 1 室内体感温度 无辐射 无风速 用理论计算的体感温度得普遍适应得体感温度 夏季室内幼年ATy 1 636 0 91T 0 949e夏季室内成年ATc 1 475 0 914T 0 956e夏季室内老年ATY 1 428 0 918T 0 96e 69 8模型分析 8 2 室外有遮蔽时体感温度 无辐射 有风速 用理论计算的体感温度得普遍适应得体感温度夏季遮蔽幼年ATy 0 963 0 885T 1 11e 0 298V10夏季遮蔽成年ATc 0 848 0 890T 1 117e 0 256V10夏季遮蔽老年ATY 0 834 0 894T 1 121e 0 236V10 70 8模型分析 8 3 室外体感温度 辐射 有风速 用理论计算的体感温度得夏季普遍适应得体感温度有遮蔽幼年ATy 0 59 0 962T 0 19e 0 149V10 0 06Qg有遮蔽成年ATc 0 467 0 963T 0 19e 0 13V10 0 06Qg有遮蔽老年ATY 0 420 0 964T 0 191e 0 12V10 0 059Qg 71 9应用情况 1 不同年龄 不同体质 不同生态适应能力地人群对环境的感受舒适与否不完全一致 但对环境的感受变化是一致的 2 用体感温度划分等级范围不能看成绝对标准 尤其是相临等级分界值的界定不可避免带有主观性和交叉性 还需在使用中不断修正 完善 蒋玉珍 2002 72 9应用情况 3 人体舒适度指数预报准确率很大程度上取决于日平均气温 相对湿度 风速 云量等要素的预报准确与否 4 人体舒适度与野外施工 高空作业 高温高湿作业 军事装备等的关系有待加强 以减少事故 增加生产的安全性 提高军队的战斗力 73 9应用情况 5 虽然旅游产业发展取决于社会经济发展水平 假日时间 旅游人群自身情况等多种条件 但它和气候条件也存在紧密联系 各旅游区域的以后舒适度在很大程度影响旅客人数 74 4 3花粉数量 浓度 预报 本节介绍内容 1 花粉数量的时间分布特征 2 春季花粉数量的预测 3 秋季花粉数量的预测 4 国外花粉浓度预报举例 75 4 3花粉数量 浓度 预报 1 花粉数量的时间分布特征体积小重量轻 表面有小刺 可随风传播易附在粘膜上 已知青草 杂草 树木的花粉是空气过敏原 30种花粉与20种孢子能引起花粉热 76 4 3花粉数量 浓度 预报 1 花粉数量的时间分布特征有些人吸入花粉后会产生过敏反应 如流鼻涕 流眼泪 打喷嚏 鼻痒 鼻塞 眼耳奇痒 即花粉症 Pollinosis 美国居民发病率在2 10 英国有15 广播电视部门把花粉数作为日常播放内容 就像天气预报一样 1980S年代 我国建立花粉监测点近100个 北京 天津 昆明等城市已开展花粉浓度监测与预报服务 77 4 3花粉数量 浓度 预报 1 花粉数量的时间分布特征南京 从3月份开始 花粉进入高发期 松花粉 油菜花粉 到了5月份 法国梧桐花粉满天飞絮1立方米的平均花粉量有800颗左右 从8月至10月 南京的草本类的过敏性植物花粉就进入了高发期 主要由葎草 豚草 黄蒿 藜科类植物 78 4 3花粉数量 浓度 预报 1 花粉数量的时间分布特征专业人员总结了致敏花粉的5条标准 a 花粉量大 在空气中含量较高b 花粉体积小 易于吸入呼吸道c 大多数为风媒花粉 虫媒花的花粉量少 d 产生花粉植物生长广泛 田间 路旁 荒地 山坡e 花粉内含有引起过敏的抗原 79 4 3 1 花粉数量的时间分布特征专业人员总结了致敏花粉的5条标准 a 花粉量大 在空气中含量较高b 花粉体积小 易于吸入呼吸道c 大多数为风媒花粉 虫媒花的花粉量少 d 产生花粉植物生长广泛 田间 路旁 荒地 山坡e 花粉内含有引起过敏的抗原 80 4 3花粉数量 浓度 预报 1 花粉数量的时间分布特征采样方法 1 涂抹凡士林的玻璃片 2 空气微生物采样器 81 4 3花粉数量 浓度 预报 1 花粉数量的时间分布特征昆明 近4年资料 82 4 3花粉数量 浓度 预报 花粉数量的空间分布特征南京大学 1998 83 4 3花粉数量 浓度 预报 花粉数量年际变化的双峰型与气温 湿度等气象要素年际变化的单峰型前后各差半个位相 即旬花粉数量的双峰分布在春 秋两季 而旬平均气温与湿度及降水等气象要素的峰期正值