应用气象学 第八章 医疗气象

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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。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

2、。第四章 医疗气象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。4.1 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200-275nm4.1.1 紫外线的生物效应1 红斑效应

3、（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 。4.1.1 紫外线的生物效应1 红斑效应 波长 nm强度 (%)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4.1.1 紫

4、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-0.000077sin2d d=(2m/365) 其中 臭氧订正系数，比值（0.043）m为日数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

5、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。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？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/m21 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+a2 z2 其中 a00.04556,a1=6.62033，a2-0.230672 紫外线

6、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/25 QUV=0.043 QQ=So (C1-C2 )sinhsinh=sin(dblat) sin(selat)+cos(dblat) cos(selat) cosw C1，C2经验系数，0.994,0.098， 浑浊系数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 28 高度不适2728 不适2526.9 暖1724.9 舒适1516.9 C 冷15 不适4.2 实感温度 影响因子辐射 经验公式 T

7、r=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为辐射增温系数图 辐射与对流、蒸发对人体平衡的贡献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。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；4.2 实感温

8、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。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。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，

9、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。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。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。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

10、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。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。5 舒适度指数舒适度指数的等级划分6 舒适度指数应用比较北京、南昌、广州三市的人体舒适度6 舒适度指数应用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 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

11、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）.7 美国体感温度模型Tb Rs Ts Rf Tf Ra TaEb Zs Es Zf Ef Za Ea人体温度和水汽的传输途径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 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

12、 0.00112Ta 0.0168ea 式中Ta为气温（），ea为周围空气中的水汽压(kPa)。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) 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 （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+1.8

13、5V 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（）。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=0.0446kPa/W。 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+0.5 hc: 热对流交换系数7 模型有关变量（6

14、）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。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）/27 模型有关变量（8）经多次叠代，Tb=33.5+1/（7Rs） eb=4.4+1/（20Rs）

15、代入无辐射平衡方程QQv十Qu ， 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):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 e8 模型分析（8.2）室外有遮蔽时体感温度（无辐射、有风速）用理