Tóth Zoltán, Varga-Fogarasi [email protected] [email protected]
Országos Meteorológiai SzolgálatFöldfelszíni Megfigyelések Osztálya
Az UV-sugárzás mérése és előrejelzése az Országos
Meteorológiai Szolgálatnál
Számított mennyiségek● Albedo (Reflex / Globál)● RH sugárzási egyenleg● HH sugárzási egyenleg● Teljes sugárzási egyenleg● Szürke (szélessávú) optikai mélység● Aeroszol optikai mélység● Hullámhossz exponens● Konkrét aeroszol részecske eloszlás● Légoszlop teljes ózontartalma
● Légoszlop teljes SO2 tartalma
Az OMSZ sugárzásmérő tevékenysége
Spektrális és szélessávú mérések
● 1 teljes programmal működő állomás (Budapest-Pestszentlőrinc)
● 1 kvázi teljes programmal működő állomás (Kékestető)● kb. 30 globálsogárzás-mérőhely● 5 UV mérőhely (Siófok, Bp-PSzL, Kékestető, K-Puszta,
Sármellék)● 4 hosszúhullámú sugárzás mérőhely (project)
Az OMSZ és a Világ
● WMO REGIONÁLIS NAPSUGÁRZÁSI KÖZPONT – szélessávú napsug. mérések
● UV ÉS TELJES ÓZONTARTALOM REFERENCIA ÁLLOMÁS – Brewer spektrofotométer
● BSRN (Baseline Surface Radiation Network) ÁLLOMÁS (operatív adatküldés küszöbén)
● POTENCIÁLIS BROAD BAND UV REGIONÁLIS KÖZPONT (COST 723 (2004-2009) ajánlás)
Az UV-mérések históriája● Első többéves monitoring: Scotti et al. 1975-85
(8 mérőhely, USA és Kanada területén)● Ilyas (Malaysia), McKenzie (Új-Zéland), Bais et al
(Görögország) – sporadikus mérési kampányok● Itthon: Patakyné Kovács Márta (OMSZ, Petry-
csészékben baktériumok)● OMSZ UV monitoring hálózata: 1994-től (a
világon az elsők között!)
→→→ (nemzetközi) testületek, szereveződésekNAPSUGÁRZÁSVÉDELMI TUDOMÁNYOS ÉS SZAKÉRTŐI TESTÜLET (légkörfizika, biofizika, bőrgyógyászat, szemészet, immunológia, szo-ciológia, vöröskereszt, közegészségügy, látszerészet) – 2009(Elnökhelyettes: Tóth Zoltán)
Az UV sugárzás biológiai hatása
Elektromágneses sugárzásElektromágneses sugárzás
Akciós spektrum(az adott biol. rendszer érzé-
kenységének ~Hfüggése)
Akciós spektrum(az adott biol. rendszer érzé-
kenységének ~Hfüggése)
Biológiailag effektív sugárzás = MÉRT SPEKTRUM x AKCIÓS SPEKTRUM
Biológiailag effektív sugárzás = MÉRT SPEKTRUM x AKCIÓS SPEKTRUM
Jó, de mi az az UV-INDEX?mérés
(irradiancia: I)akciós spektrum (EAS):
Erythema Akciós Spektrum
biológiailag hatékony dózisBHD(λ) = I(λ) * EAS(λ)
teljes effektív dózisTED = Σ BDH(λ)
1 MED: Az a hatékony dózis, amely szemmel látható bőrpírt okoz1 MED/h az effektív dózis, ha az éppen mért UV irradiancia 1 óraalatt okoz bőrpirt
MED és INDEXBőrtípus 1 MED (mJ/m2)I (kelta) 21II (É-Eu) 25
III (Kp-Eu) 25IV (D-Eu) 45
UV-INDEX:Azt az effektív irradianciát jelenti, amelyet a
spektrális irradiancia 400 nm-ig tartó, ErythemaAkciós Spektrummal való súlyozásával kapunk
úgy, hogy a súlyozás 1-es értéke 297 nm-nél van.
UV-INDEX
kategória
>8 extrém7.0-7.9 nagyon
erős5.0-6.9 erős3.0-4.9 mérsékelt0.1-3.0 gyenge
Brewer spektrofotométerrel mért UV spektrumok
0
2
4
6
8
10
12
nm
mW
/(m2
nm)
0100200300400500600700800900
mW
/(m 2 nm)
286 363324
biológiai spekt rum
fizikai spekt rum
Az előrejelzés menete● Vázlatpontokban:
1. Ózon előrejelzés készítése
teljes ózontartalom – légoszlop termikus strukturája● 4 geopotenciálszint hőmérséklete (100, 200,
300, 1000 hPa) EZMWF előrejelzésből● empirikus egyenlet
2. UV irradiancia előrejelzése teljesen derült esetre➔ csillagászat➔ ózon
3. borultság-korrekció
Az előrejelzés elmélete● egyenletekben kifejezve:
– alapja: Beer-Bougert-Lambert törvény
-dIλ=σeλIλ0dx
I λ= I (λ0)e(−σ(e λ )d )
σeλ extinkciós koefficiensdx útλ hullámhosszIλ , Iλ0 monokromatikus irradiancia
megvalósítás:parametrizált, nem spektrális Beer-Bougert-Lambert egyenlettel (szürke közelítés)
Az előrejelzés elméleteBIOL. EFFEKTÍV UV IRRADIANCIA mW/m2-ben (felhőtlen esetre parametrizált nem –monokromatikus Beer-Bouguert-Lambert törvény a teljes féltérre ):
I UV=sin he(A+Bμ X +C μ2+E μ2)
ahol:I
UV: erythemával súlyozott UV-B irradiancia
h: napmagasságμ: relatív optikai ózontömegX: a légoszlop teljes ózontartalma A = 7.093B = -3.927C = -0.636D = 1.525E = 0.1183
A napi menet előrejelzése● Nem a parametrizált Beer-Bouguert-Lambert egyenletet
használjuk. Okok:– Reggel a kezdő óráig nem mindig van még mért ózon érték– DE:
a mért UV értékből egy átbocsátási együtthatótszámítható, amely tartalmazza az ózon és az aeroszol miatti extinkciót
IUV NORM=5.8sin3 h−4.7sin2 h+2.2sin h+0.3
(Németh, P., Tóth, Z., Nagy, Z., 1996: Effect of weather conditions on UV-B radiation reach-ing the earth’s surface. Journal of Photoche-mistry and Photobiology B: Biology 32 (1996), 177-181.)
IUV PR=τ IUV NORM ,ahol τ=IUV MÉRT
IUV NORM(6 hUT )
→ IUVPR tízperces ér-tékeiből órás érték elő-állítása, majd UV Index értékké alakítása
A napi menet előrejelzése
felhőzet az első órában
felhőzet később
előrejelzés módja
- + τ-val felhőtlenre, majd előrejelzett felhőzet szerinti korrekció
- - triviális eset+ + IUV
NORM korrekciója az előrejelzett felhőzettel
+ - IUVNORM
érték az előrejelzett UV érték
IUV NORM=5.8sin3 h−4.7sin2 h+2.2sin h+0.3
IUV PR=τ IUV NORM
felhős def.: τ > 0.8
felhőtlen eset [W/m2] (korrekcióval)
ahol τ=IUV MÉRT
IUV NORM
τ: mért értékből kapott átbocsátási együttható
VerifikációÓzon előrejelzése
Felhőzet korrekcióTérképes
Órás
UV előrejelzése(*,O3)
Ózon előrejelzésverifikációja
Órás előrejelzésverifikációja
Térképes előrejelzésverifikációja
1. ózon előrejelzés verifikációjaMért és e lőreje lze tt ös s z-ózon tartalom
250
270
290
310
330
350
370
390
410
430
450
KlímaátlagTerm. vált. fe lső ha t.Term. vált. a lsó ha t.Mért O3Előre je lze tt O3
1. ózon előrejelzés verifikációjaAz e lőre je lze tt é s mért napi ózon átlagok s zázalékos e ltéré s e inek e los zlás a
0
5
10
15
20
25
30
35
40
-14 -12
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10 12 14
2. Térképes előrejelzés vfk● irradiancia számított érték lesz:
uv = UV(globáls(x,y),O3)
UV =A⋅( GlobalGlobalmax
)+B⋅( OzoneOzoneavg
)
Előrejelzés készül naponta kétszer, másnapra:8 UT futás ← ALADIN 00 UT16 UT futás ← ALADIN 12 UT
2. Térképes előrejelzés vfk
-6,0
-4,0
-2,0
0,0
2,0
4,0
6,0
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94
MINMAXÁTLAG
-7,0
-5,0
-3,0
-1,0
1,0
3,0
5,0
7,0
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94
MINMAXÁTLAGᅪ
-4,0
-3,0
-2,0
-1,0
0,0
1,0
2,0
3,0
1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46 49 52 55 58 61 64 67 70 73 76 79 82 85 88 91 94
ÁTLAG_00ÁTLAG_12
3. Napi menet előrejelzés vfkAz e ltérés ek elos zlás a, Budapes t, 1 órás
0
5
10
15
20
25
30
35
0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5
Az eltérés ek e los zlás a - Budapes t, 2 órás
0
5
10
15
20
25
30
Az eltérés ek e los zlás a - Budapes t, 3 órás
0
5
10
15
20
25
30
35
Az e ltérés ek e los zlás a - Budapes t, 4 órás
0
5
10
15
20
25
30
35
40
3. Napi menet előrejelzés vfkAz e ltérés ek e los zlás a - K-pus zta, 1 órás
0
5
10
15
20
25
30
35
Az eltérés ek elos zlás a - K-pus zta, 2 órás
0
5
10
15
20
25
30
35
Az e ltérés ek elos zlás a - K-pus zta, 3 órás
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Az eltérés ek e los zlás a - K-pus zta, 4 órás
0
5
10
15
20
25
30
3. Napi menet előrejelzés vfkAz eltérés ek e los zlás a - Kékes tető, 2 órás
0
5
10
15
20
25
30
Az e ltérés ek e los zlás a - Kékes te tő , 3 órás
0
5
10
15
20
25
30
Az e ltérés ek elos zlás a - Kékes tető, 4 órás
0
5
10
15
20
25
30
35
Az eltérés ek e los zlás a - Kékes tető , 1 órás
0
5
10
15
20
25
30
3. Napi menet előrejelzés vfk
Az eltérés ek e los zlás a - SM, 3 órás
0
5
10
15
20
25
30
Az e ltéré s ek e los zlás a - Sárme llék, 1 órás
0
5
10
15
20
25
30
35
Az e ltérés ek e los zlás a - Sármellék, 4 órás
0
5
10
15
20
25
30
Az e ltérés ek e los zlás a - SM, 2 órás
0
5
10
15
20
25
30
3. Napi menet előrejelzés vfkAz e ltérés ek e los zlás a - S iófok, 1 órás
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18 Az e lté rés ek e los zlás a - S ió fok, 2 órás
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
Az e ltérés ek e los zlás a - S iófok, 3 órás
0
2
4
6
8
10
12
14
16
Az e ltéré s ek e lo s zlás a - S ió fok, 4 órás
0
5
10
15
20
25
30
3. Napi menet előrejelzés vfk0,5 UVI-NÁL (0,01 W/m2 )KISEBB ELTÉRÉSEK (%):
● 5 „leggyengébb”:● 15 – KK 1, SF 1, SF 3● 16 – KP 3● 17 – KK 2● 18 – KP 4● 19 – SF 2, KK 3
● 5 legerősebb:● 37 - BP 4● 33 - KK 4● 32 – BP 1, SM 1 ● 29 – KP 1, BP 3● 28 – SM 4
Átlagos eltérések:
Konklúziók - Térkép
Felhőzet előrejelzés:bizonytalan
durvább modellfelbontás
Térképes előrejelzés:átlagban elég pontos (<1UVI)
délutáni frissítés az újabbALADIN futtatásból nem
javítja az előrejelzést
Ózon előrejelzés jó minőségű
Konklúziók – napi menet● Pontossága 1 UVI körüli az egész időszakot figyelembe véve
● 1 és 2 órára 0,2-0,3 UVI ● 4 órára is 1 UVI alatti
● Az egész időszakot figyelembe véve nincs száottevő függés az előrejelzés időtartamától
● viszont a derült esetekben van● Az eltérések eloszlásai állomásfüggőek
● néhány állomás furcsa viselkedése(pl. Budapest szép eredményeket hozott, de a legtöbb 5UVI<hiba is Bp)
UV-előrejelzésa jövőben
Eddig:● legmagasabb napállás● környező 5 óra legkisebb felhőzete pixelenként● összes felhőzet, nincs differenciálás
A most készülő módszerben:● napi menet minden pixelre, és ezek maximumát vesszük● felhőzet
● 3 szinten különválasztva (napi menetben már eddig is így volt)
● környező pixelek értékei (? jövő)