海水浴場(chǎng)紫外線強(qiáng)度與海灘活動(dòng)適宜性研究

[摘要]紫外輻射過(guò)強(qiáng)會(huì)對(duì)身體產(chǎn)生許多負(fù)面影響。在海灘進(jìn)行旅游活動(dòng)的同時(shí)，怎樣享受陽(yáng)光，而又盡量避免紫外線危害，是每個(gè)海灘游客需要注意的問(wèn)題。本文采集全國(guó)18個(gè)浴場(chǎng)天氣狀況數(shù)據(jù)，采用輻射傳輸方程計(jì)算得出各浴場(chǎng)2003—2004年泳季(中午12時(shí))紫外線指數(shù)，計(jì)算泳季紫外線指數(shù)均值及10日滑動(dòng)平均值；歸納大陸浴場(chǎng)紫外線強(qiáng)度及其分布特征。根據(jù)世界衛(wèi)生組織及中國(guó)氣象局紫外線分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)擬定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，得出中國(guó)大陸18個(gè)浴場(chǎng)泳季適宜、較適宜和不適宜海灘活動(dòng)的日數(shù)。并根據(jù)紫外線指數(shù)與泳季長(zhǎng)度把大陸浴場(chǎng)劃分為短泳季弱輻射型、長(zhǎng)泳季弱輻射型、短泳季強(qiáng)輻射型、長(zhǎng)泳季強(qiáng)輻射型4種類型。

[關(guān)鍵詞]紫外線指數(shù)；海水浴場(chǎng)；中國(guó)大陸

[中圖分類號(hào)]F59

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

[文章編號(hào)]1002—50066(2008)01—0051—05

引言

陽(yáng)光是濱海吸引游客的“3S”——即沙灘、陽(yáng)光、大海三要素之一；但晴朗的天氣往往紫外輻射強(qiáng)烈。有證據(jù)表明，包括歐美在內(nèi)的世界許多國(guó)家近年來(lái)皮膚癌患病率有上升的趨勢(shì)，其主要原因之一是人們?cè)诼糜位顒?dòng)中的“趨光性”(sun-seeking behavior)，以及閑暇時(shí)間和金錢增多，航空交通的便利，使人們有能力在任何時(shí)間飛臨溫暖的陽(yáng)光海灘度假。因此，在海灘旅游活動(dòng)中怎樣享受陽(yáng)光，而又盡量避免紫外線危害是非常重要的。

1 紫外線對(duì)人體的影響

太陽(yáng)輻射包括可見(jiàn)光、紅外線輻射(熱輻射)和紫外線輻射。按照紫外線不同波長(zhǎng)所起的生物作用，太陽(yáng)紫外線輻射可分為：UV—A(315～400nm)、UV—B(280～315nm)和UV—C(100～280hm)3個(gè)部分。與人類生存環(huán)境與健康直接相關(guān)的紫外線主要是UV—B和UV—A。尤其是UV—B對(duì)人體健康的負(fù)面影響最大。

對(duì)人體來(lái)講，少量的紫外線輻射可以促進(jìn)維生素D的產(chǎn)生，每周接受幾次相對(duì)短暫的陽(yáng)光照射可以避免一系列疾病。紫外線輻射過(guò)強(qiáng)可以對(duì)身體產(chǎn)生許多負(fù)面影響：如殺傷細(xì)胞，損傷眼睛，破壞人體免疫系統(tǒng)，導(dǎo)致色素沉著，皮膚老化，并可能引起非黑素瘤(non-melanoma)和黑素瘤(melanoma)皮膚癌的發(fā)生。如果人的眼睛長(zhǎng)期暴露在紫外線照射下，會(huì)形成光角膜炎和光結(jié)膜炎，并可能形成白內(nèi)障。一般來(lái)說(shuō)，在太陽(yáng)下過(guò)度暴曬造成的直接后果是皮膚灼傷。

2 中國(guó)大陸海水浴場(chǎng)紫外線強(qiáng)度

2．1 計(jì)算方法

目前計(jì)算紫外線強(qiáng)度的方法有兩類：統(tǒng)計(jì)學(xué)模型和輻射傳輸方程。統(tǒng)計(jì)學(xué)方法較簡(jiǎn)便，但無(wú)明確的物理學(xué)意義。輻射傳輸方程從紫外輻射在大氣中傳輸?shù)奈锢頇C(jī)理出發(fā)，易于為人們所接受。本文主要采用蔡新玲等的輻射傳輸計(jì)算方法。由于該方法所用參數(shù)較少，便于計(jì)算，是物理意義明確、計(jì)算方法簡(jiǎn)單的紫外線指數(shù)模型。

考慮大氣分子散射作用、臭氧吸收及氣溶膠的削弱作用，晴空瞬時(shí)紫外線總輻射通量密度參數(shù)化公式：

Q_UV=ηξQ(α²/r²) (1)

其中Q_UV為晴空紫外線總輻射，Q為太陽(yáng)總輻射，η是Q_UV與Q的比值，取值為0.043；ξ為臭氧訂正系數(shù)，取1；α²/r²為日地距離訂正值，由于1月1日和7月1日的α/r接近于1，所以一般不做日地距離訂正。則紫外線計(jì)算公式為：

Q=S₀(C₁-C₂τ)sinh (2)

Q_UV=0.043S₀(C₁-C₂τ)sinh (3)

其中：S₀為太陽(yáng)常數(shù)，取1382W/m¹²。C₁、C₂為經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，分別為0.944、0.098；h為太陽(yáng)高度角，τ為混濁度系數(shù)；對(duì)于污染較重的城市τ取3.5～4.5，中小城市τ取2.5～3.5。

云對(duì)紫外輻射的減弱作用也十分明顯。在某些陰天情況下，到達(dá)地面的紫外線輻射要比晴空情況下減少30％。也就是說(shuō)，在一段時(shí)間某地可能出現(xiàn)晴空條件下的紫外線強(qiáng)度最大值，也可能出現(xiàn)受云影響減弱的紫外線強(qiáng)度值。因此，在預(yù)報(bào)中午有云時(shí)，需要對(duì)晴空紫外線強(qiáng)度進(jìn)行修正。采用美國(guó)NWS對(duì)晴空紫外輻射的云量訂正方案，并進(jìn)行內(nèi)插。根據(jù)晴空紫外線理論計(jì)算，考慮高度、云況的訂正，建立如下云量訂正后紫外線強(qiáng)度方程：

y=CAF(1+0.00016Hz)Q_UV (4)

計(jì)算晴空條件下的紫外線強(qiáng)度值，一般需要根據(jù)測(cè)站海拔高度對(duì)上述晴空紫外線輻射值進(jìn)行高度修正。考慮到海濱浴場(chǎng)大致地處0m海拔高度附近，不需要進(jìn)行高度訂正，因此方程(4)可以改寫(xiě)為：

Y=CAF·Q_UV (5)

其中，Q_UV=0.043S0(C₁-C₂τ)sinh，sinh=sinqφsinδ+cosφcosδcosω。式中：Y為云量訂正后紫外線強(qiáng)度，Hz為海拔高度，φ為地理緯度，ω為時(shí)角，δ為太陽(yáng)赤緯。CAF為由于云量而引起的紫外線總輻射衰減量，根據(jù)晴空、少云、多云、陰天做分段處理：

當(dāng)0≤N＜3時(shí)：

CAF=1+0.0053N-0.0133N²

當(dāng)3≤N＜7時(shí)：

CAF=1.121-0.075N

當(dāng)7≤N＜9時(shí)：

CAF=0.3548+0.2283N-0.02758N²

當(dāng)N=10時(shí)：

CAF=0.08

所謂“紫外線輻射指數(shù)”(Ultraviolet Index)是指一天中太陽(yáng)在天空中的位置最高時(shí)(一般是在中午前后)到達(dá)地面的太陽(yáng)光線中紫外線對(duì)人體的皮膚、眼睛等組織和器官可能的損傷程度。紫外線指數(shù)越大，表示紫外線輻射對(duì)人體皮膚的紅斑損傷程度愈加劇；同樣地，紫外線指數(shù)越大，也表示在愈短的時(shí)間里對(duì)皮膚的損害程度愈強(qiáng)。上述方法計(jì)算出的云量訂正后紫外線輻射強(qiáng)度可通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式近似地?fù)Q算為紫外線指數(shù)：

UVI=CY·10/△I (6)

式中C=0.4，為等效紅斑訂正因子；Y為云量訂正后紫外線輻射強(qiáng)度，單位為W/m²；△I=25mW/m²為單位紫外線指數(shù)相當(dāng)?shù)募t斑加權(quán)劑量率。需要說(shuō)明的是，由于該計(jì)算模型沒(méi)有考慮到地面反射等因素，而沙灘反射量可達(dá)紫外輻射總量的15％；因此，經(jīng)計(jì)算得出的指數(shù)可能偏小。

2．2 數(shù)據(jù)來(lái)源與計(jì)算結(jié)果分析

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家海洋環(huán)境預(yù)報(bào)中心。采集全國(guó)18個(gè)浴場(chǎng)2003—2004年泳期天氣狀況數(shù)據(jù)。全國(guó)浴場(chǎng)分為南北兩區(qū)。南區(qū)浴場(chǎng)主要包括三亞亞龍灣、北海銀灘、湛江東海島、陽(yáng)江閘坡、江門飛沙灘、深圳梅沙、汕尾紅海灣、東山馬鑾灣、廈門黃厝、平潭龍王頭等。北區(qū)浴場(chǎng)主要包括溫州大沙岙、連云港連島、日照萬(wàn)平口、青島第一、威海國(guó)際、煙臺(tái)金沙灘、北戴河老虎石、葫蘆島綏中。

本研究以觀測(cè)期作為游泳時(shí)期，即：從6月1日至10月31日為南區(qū)泳期，共153日。從6月25日至10月7日為北區(qū)泳期，共105日。

依據(jù)上述計(jì)算過(guò)程可以得出大陸地區(qū)浴場(chǎng)2003—2004年泳季每日(中午12時(shí))紫外線指數(shù)。并據(jù)此計(jì)算各浴場(chǎng)2003—2004泳季正午紫外線指數(shù)均值及10日滑動(dòng)平均值(圖1、圖2)。據(jù)此可以歸納各地浴場(chǎng)紫外線強(qiáng)度及其分布與變化特點(diǎn)：

(1)各浴場(chǎng)泳季正午紫外線指數(shù)均值相差較大，均值變化于2.7—4.9之間(表1)。其中北方浴場(chǎng)除了北戴河、葫蘆島等于或接近中間值(3.8)，溫州大于中間值外；其余浴場(chǎng)都小于中間值，說(shuō)明北方多數(shù)浴場(chǎng)泳季紫外線強(qiáng)度較小。而南方浴場(chǎng)中，除了北海、東山、江門浴場(chǎng)接近或等于中間值外，其余各浴場(chǎng)都大于中間值。說(shuō)明南方多數(shù)浴場(chǎng)泳季紫外線強(qiáng)度較大。

(2)南方浴場(chǎng)泳季10日滑動(dòng)平均值及其變化雖然各有不同，但總體來(lái)看具有相似的變化趨勢(shì)，出現(xiàn)雙峰、雙谷的現(xiàn)象(圖1)。低值分別出現(xiàn)在6月上旬左右和8月中、下旬至9月上、中旬；峰值分別出現(xiàn)在7月份和9月中旬至10月。北方浴場(chǎng)10日滑動(dòng)均值變化具有較大差別，但多數(shù)具有一峰一谷的特征(圖2)：山東、江蘇一帶浴場(chǎng)低值區(qū)主要出現(xiàn)在7月中旬到8月下旬，河北、遼寧一帶浴場(chǎng)的低值區(qū)主要出現(xiàn)在7月中、下旬，高值區(qū)多出現(xiàn)在9月中旬以后。而溫州大沙岙浴場(chǎng)具有南方浴場(chǎng)的變化特征。

(3)全國(guó)大部分浴場(chǎng)在9月中旬以后，都有紫外輻射平均增強(qiáng)的現(xiàn)象，反映了全國(guó)大部分沿海地區(qū)云量較少，秋高氣爽的天氣。南方大部分浴場(chǎng)及溫州等海水浴場(chǎng)在6月下旬到8月上旬有一個(gè)紫外輻射較強(qiáng)的時(shí)期，反映了這些地區(qū)處于伏旱區(qū)域，云量及雨量均較少。因此在上述兩個(gè)時(shí)段，在上述地區(qū)進(jìn)行海灘活動(dòng)應(yīng)該特別注意紫外線的傷害。

(4)根據(jù)計(jì)算公式得知，紫外線強(qiáng)度變化及其地區(qū)差異主要受云量、正午太陽(yáng)高度及大氣透明度的影響。

3 適宜性評(píng)價(jià)

3．1 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

目前還沒(méi)有把紫外線輻射納為天然浴場(chǎng)評(píng)價(jià)因子的報(bào)道。參照世界衛(wèi)生組織及中國(guó)氣象局規(guī)定的紫外線分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，考慮到人們海灘活動(dòng)的趨光性(應(yīng)適當(dāng)提高海灘活動(dòng)適宜度的紫外線指數(shù)上限)，暫擬定以下紫外線指數(shù)適宜性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

3．2 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表2)分南北兩區(qū)分別統(tǒng)計(jì)公報(bào)浴場(chǎng)2003—2004年各級(jí)別適宜度紫外線指數(shù)平均日數(shù)(表3、表4)。

南區(qū)浴場(chǎng)2003—2004年泳期內(nèi)，各浴場(chǎng)紫外線指數(shù)平均適宜日在57-103.5日，占泳季比重37.3％-67.6％。適宜日按以下序列遞減：北海——東山——江門——深圳——平潭——湛江——汕尾——三亞——廈門——陽(yáng)江。較適宜日在36-70.5日，占泳季比重23.5％-46.1％；較適宜日的遞減序列為：深圳——三亞——廈門——汕尾——東山——平潭——江門——湛江——北海——陽(yáng)江。不適宜日數(shù)在4-60日，占泳季比重為2.6-39.2％；不適宜日數(shù)遞減序列為：陽(yáng)江——湛江——汕尾——廈門——平潭——三亞——江門——東山——北海——深圳。

北區(qū)浴場(chǎng)2003—2004年泳期內(nèi)，各浴場(chǎng)紫外線指數(shù)平均適宜日數(shù)在52.5-77日，占泳季比重50％-73.3％；適宜日遞減序列為：煙臺(tái)——連云港——威海——青島——日照——北戴河——葫蘆島——溫州。較適宜日數(shù)在23.5-36日，占泳季比重為22.4％-34.3％；較適宜日遞減序列為：溫州——北戴河——葫蘆島——威海——日照——煙臺(tái)——青島——連云港。不適宜日數(shù)在2-18.5日，占泳季比重1.9％-17.6％；其遞減序列為：葫蘆島——溫州——北戴河——日照——連云港——青島——威海——煙臺(tái)。

確切的說(shuō)，上述“不適宜日”與“較適宜日”的說(shuō)法不夠準(zhǔn)確。因?yàn)檫m宜與否是根據(jù)正午時(shí)紫外線指數(shù)進(jìn)行劃分的。除去其他因素，紫外線輻射強(qiáng)度在日間是與太陽(yáng)高度呈正相關(guān)。正午可能達(dá)到的紫外線指數(shù)強(qiáng)度，在其他時(shí)間就可能達(dá)不到。因此，此處所說(shuō)的“不適宜”、“較適宜”是指正午前后(11-15時(shí))是不適宜的、較適宜的。因此，即使在不適宜日，除了正午(11時(shí)-15時(shí))以外的其他時(shí)間仍然是適宜的或較適宜的。

4 按照泳季長(zhǎng)短和紫外線指數(shù)劃分的浴場(chǎng)類型

根據(jù)2003—2004年紫外線指數(shù)及泳季長(zhǎng)短可以把大陸浴場(chǎng)劃分為以下類型：

短泳季弱輻射型：包括連云港、日照、青島、威海、煙臺(tái)等。氣溫、水溫低，泳季較短。且泳季云量多，紫外線較弱，UVI小于5的日數(shù)占泳季總?cè)諗?shù)一般在55％以上；大于等于7的日數(shù)在10％以下，UVI最大值都小于8。

長(zhǎng)泳季弱輻射型：包括北海、深圳、東山等。氣溫、水溫高，泳季長(zhǎng)。且泳季云量較多，紫外線指數(shù)相對(duì)較小，UVI小于5的日數(shù)占泳季總?cè)諗?shù)一般在55％以上，大于等于7的日數(shù)在10％以下，UVI最大值一般小于8。

長(zhǎng)泳季強(qiáng)輻射型：包括三亞、湛江、陽(yáng)江、廈門等南方多數(shù)浴場(chǎng)。氣溫、水溫高，泳季長(zhǎng)。泳季云量較少，紫外線強(qiáng)，UVI小于5的日數(shù)占泳季總?cè)諗?shù)在55％以下，大于等于7的日數(shù)占泳季總?cè)諗?shù)在10％以上，除廈門等大城市浴場(chǎng)受大氣污染影響，大氣透明度較小，UVI最大值小于8外，其他中小城市浴場(chǎng)UVI最大值都大于等于8。

短泳季強(qiáng)輻射型：包括北方秦皇島、葫蘆島等北方浴場(chǎng)。氣溫、水溫低，泳季短。泳季云量較少，紫外線強(qiáng)，UVI小于5的日數(shù)占泳季總?cè)諗?shù)比重在55％以下，大于等于7的日數(shù)占泳季比重在10％以上；由于位居北方，太陽(yáng)高度較小，除個(gè)別浴場(chǎng)外，UVI最大值一般小于8(表5)。

5 結(jié)論

(1)根據(jù)國(guó)家海洋局環(huán)境預(yù)報(bào)中心18個(gè)浴場(chǎng)2003—2004年天氣狀況監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算得出的泳季紫外線指數(shù)均值及10日滑動(dòng)平均值得出：正午紫外線指數(shù)均值南方浴場(chǎng)一般高于北方。南方浴場(chǎng)紫外線10日滑動(dòng)平均值具雙峰、雙谷的現(xiàn)象。北方浴場(chǎng)10日滑動(dòng)均值多數(shù)具有一峰一谷的特征。

(2)參照世界衛(wèi)生組織和中國(guó)國(guó)家氣象局紫外線指數(shù)分級(jí)擬訂的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)海灘活動(dòng)適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果表明：南區(qū)浴場(chǎng)2003—2004年泳期內(nèi)，適宜日遞減序列：北海——東山——江門——深圳——平潭——湛江——汕尾——三亞——廈門——陽(yáng)江；北區(qū)浴場(chǎng)適宜日遞減序列為：煙臺(tái)——連云港——威海——青島——日照——北戴河——葫蘆島——溫州。

(3)根據(jù)泳季長(zhǎng)度與紫外線強(qiáng)度可以把大陸浴場(chǎng)劃分為短泳季弱輻射型：包括連云港、日照、青島、威海、煙臺(tái)等；長(zhǎng)泳季弱輻射型：包括北海、深圳、東山等；短泳季強(qiáng)輻射型：包括秦皇島、葫蘆島等。長(zhǎng)泳季強(qiáng)輻射型：包括三亞、湛江、陽(yáng)江、廈門等南方多數(shù)浴場(chǎng)。

[責(zé)任編輯：張憲玉；責(zé)任校對(duì)：廉月娟]