应用气象学第八章医疗气象.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,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。,1,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,2,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,3,4.1 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。,4,4.1 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,5,4.1.1 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,6,4.1.1 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,9,4.1.1 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,10,4.1.1 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253 nm,，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,11,4.1.2 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(a,2,/r,2,),其中a,2,/r,2,为,日地距离订正值,：,(a,2,/r,2,)=1.00011+0.034221cosd+0.00128sind,+0.000719cos2d-0.000077sin2d,d=(2m/365),其中,臭氧订正系数，,比值（0.043）,m,为日数,12,4.1.3 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。,13,4.1.3 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,14,1 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？,15,1 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25 mW/m,2,16,1 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）=a,o,+a,1,z+a,2,z,2,其中 a,0,0.04556,a,1,=6.62033，,a,2,-0.23067,17,2 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 Q,uv,/25,Q,UV,=0.043 Q,Q=So (C1-C2,)sinh,sinh=sin(dblat)sin(selat)+cos(dblat),cos(selat)cosw,C1，C2经验系数，0.994,0.098，,浑浊系数,18,2 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：,0N1（晴空）：CAF=0.992；,1N3（少云）：CAF=0.896;,3 N 8（多云）：CAF=0.726;,N8:CAF=0.316,19,最大,分布从青藏高原向西北延伸至甘肃、内蒙古,为89,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56,属,中等强度,。,20,3,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。,21,3 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,22,3 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,。,23,3拉萨紫外线指数统计预报,24,3.1.4 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。,25,3.1.4 紫外线指数预报服务规范,预报量,级的划分,SPF SunProtection Factor,15-20,26,27,3.1.4 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。,28,3.1.4 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。,29,3.1.4 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,30,4.2 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”。,31,4.2 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。,32,4.2 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：,f500 1级 舒适,500,f675 2级 稍冷,675,f28 高度不适,2728 不适,2526.9 暖,1724.9,舒适,1516.9 C 冷,15 不适,37,38,4.2 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,39,图 辐射与对流、蒸发对人体平衡的贡献,40,4.2 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,。,41,4.2 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；,42,4.2 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。,43,4 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。,44,4 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。,ET18.9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。,45,5 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。,46,5 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。,47,5 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。,48,5 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,。,49,5 舒适度指数,舒适度指数的等级划分,50,6,舒适度指数应用,比较北京、南昌、广州三市的人体舒适度,51,6,舒适度指数应用,52,6,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,53,7 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）.,54,7 美国体感温度模型,T,b,R,s,T,s,R,f,T,f,R,a,T,a,E,b,Z,s,E,s,Z,f,E,f,Z,a,E,a,人体温度和水汽的传输途径,55,7 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(T25时)，衣服的覆盖率可认为是零，其热量平衡方程应为,Qg十QQv十Qu,56,7 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，,Qv0.143 0.00112Ta 0.0168ea,式中Ta为气温（），ea为周围空气中的水汽压(kPa)。,57,7 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,),58,7 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,59,（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+1.85V,hr=4.10+0.028Ta,式中，hc、hr单位均为W/K，V为风速（m/s），Ta为温度（）。,60,7 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,。,61,7 模型有关变量,（5）,空气衣服的显热传输阻力（R,f,),R,f,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-T,a,)*0.61,有风时 df=(25.8-T,a,)/0.886,W=h,c,+0.5 h,c,:热对流交换系数,62,7 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。,63,7 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-QuRs,es=eb-（eb-e）Zs/（Zs+Za）,假设Ts，es的初始值分别为,Ts=（37+Ta）/2 es=（5.65+ea）/2,64,7 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QQv十Qu，,65,7 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):,66,7 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,67,8 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+0.91 T+0.949 e,夏季室内成年ATc=-1.475+0.914 T+0.956 e,夏季室内老年ATY=-1.428+0.918 T+0.96 e,68,8 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+0.885 T+1.11 e-0.298V10,夏季遮蔽成年ATc=-0.848+0.890 T+1.117 e-0.256V10,夏季遮蔽老年ATY=-0.834+0.894 T+1.121 e-0.236V10,69,8 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+0.962 T+0.19 e-0.149V100.06Q,g,有遮蔽成年ATc=-0.467+0.963 T+0.19 e-0.13V10+0.06Q,g,有遮蔽老年ATY=-0.420+0.964 T+0.191 e-0.12V10+0.059Q,g,70,9 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）,。,71,9 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。,72,9 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。,73,4.3 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,74,4.3 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。,75,4.3 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210，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。,76,4.3 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。,77,4.3 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,78,4.3,(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,79,4.3 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；,80,4.3 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,81,4.3 花粉数量（浓度）预报,花粉数量的空间,分布特征,南京大学，1998,82,4.3 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盛夏。,83,4.3 花粉数量（浓度）预报,(2),春季,花粉数量的预测,Y,春,=-36.4076x,2,+1033.974 x-4607.8563,X,为旬平均气温预报,花粉数量与气温呈抛物线型相关,。进入春季，当旬平均气温从4C上升到13C，花粉浓度呈增加的趋势；旬平均气温在13-15 C期间，花粉数量达3000粒千mm 2的峰值。,当旬平均气温达到15以后，随着气温的继续升高，花粉浓度呈下降的趋势；气温升至24-25 C时，花粉浓度降至年内低点。此时，木本花粉期结束，同时也是雨季的开始,84,4.3 花粉数量（浓度）预报,(3)秋,季,花粉数量的预测,Y,秋,=-269.2478+16.9055X,1,+141.5927X,2,2.5247X,3,式中,X,1,为旬平均气温预报值，,X,2,为旬平均水汽压预报值，,X,3,为旬平均相对湿度预报值,花粉数量与气温的关系近似于线性关系.,到了8月下旬，草本科和禾本科的花粉急剧增加，立秋前后，达到极值.此后随着气温的下降而逐渐降低。当旬平均气温降至3以下时，花粉数量再度降至年内低点。,85,4.3 花粉数量（浓度）预报,(3)秋,季,花粉数量的预测,逐旬花粉数量与旬平均水汽压呈正相关,相关系数为0.7911；花粉数量随着空气的水汽压变小而减少。,旬花粉数量与旬平均相对湿度相关，相关系数低于花粉与水汽压相关量（相关系数为0.7022）,86,4.3 花粉数量（浓度）预报,(3)秋,季,花粉数量的预测,昆明：花粉过敏症发病率（）,y=140.415+5.123f+0.617u-0.221t,87,4.3 花粉数量（浓度）预报,(3)秋,季,花粉数量的预测,防治措施：1）通过品种、嫁接或修剪法，,控制果毛飞絮；,2）在花粉浓度最高时关闭门窗。,88,Ambrosia trifida，,Arkansas River,(4)国外花粉浓度预报举例,89,花粉浓度监测的采样点选择,按照城市功能分区，选择有代表性的不同类型地区设置采样点；,采样点呈几何状分布；,根据城市花粉源及人口分布、地形地貌因素有选择地设置采样点,90,91,低值,中等,高值,很高值,美国广播者协会NAB,Percentile,0-50th,50-75th,75-99th,99th,NAB Concen,0-9,10-49,50-499,500,Tulsa Concen,0-129,129-284,285-613,613,1994 花粉和孢子报告,Percentile,0-50th,50-75th,75-90th,90th,Tulsa Concen,0-129,129-284,285-410,411,塔尔萨模型,Tulsa Model,Percentile Goal,0-25th,25-50th,50-95th,95th,Actual Percentile,0-27th,27-47th,47-95th,95th,Concentration,0-49,50-99,100-489,490,多少为低值,中等,高值,很高值（粒/m,3,）?,92,93,94,95,96,97,98,