Az UV-sugárzás mérése és előrejelzése az Országos Meteorológiai Szolgálatnál Tóth Zoltán, Varga-Fogarasi Szilvia toth.z@met.hu fogarasi.sz@met.hu Országos Meteorológiai Szolgálat Földfelszíni Megfigyelések Osztálya
Micsoda? Sugárzás?
A napsugárzás spektruma ULTRAIBOLYA: 5-38 nm UV-C UV-B UV-A 5-28 nm 28-32 nm 32-38 nm
Sugárzási komopnensek
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
Sugárzásmérés az Országos Meteorológiai Szolgálatnál
Az OMSZ sugárzásmérő tevékenysége Globál UV LW
Az OMSZ sugárzásmérő tevékenysége Spektrális és szélessávú mérések 1 teljes programmal működő állomás (BudapestPestszentlőrinc) 1 kvázi teljes programmal működő állomás (Kékestető) kb. 3 globálsogárzás-mérőhely 5 UV mérőhely (Siófok, Bp-PSzL, Kékestető, K-Puszta, Sármellék) 4 hosszúhullámú sugárzás mérőhely (project)
Eszközök - spektrális (Brewer) LI-18 (equipped with a tube) (mounted on a suntracker)
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 (24-29) ajánlás)
Whoooooowwww!
Az UV-sugárzás mérése
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, Petrycsészékben baktériumok) OMSZ UV monitoring hálózata: 1994-től (a világon az elsők között!) (nemzetközi) testületek, szereveződések NAPSUGÁRZÁSVÉDELMI TUDOMÁNYOS ÉS SZAKÉRTŐI TESTÜLET (légkörfizika, biofizika, bőrgyógyászat, szemészet, immunológia, szociológia, vöröskereszt, közegészségügy, látszerészet) 29 (Elnökhelyettes: Tóth Zoltán)
Az UV-sugárzást mérő műszerek
Az UV-INDEX
Az UV sugárzás biológiai hatása Elektromágneses Elektromágnesessugárzás sugárzás Akciós Akciósspektrum spektrum (az (azadott adottbiol. biol.rendszer rendszerérzéérzékenységének kenységének~hfüggése) ~Hfüggése) Biológiailag Biológiailageffektív effektívsugárzás sugárzás== MÉRT MÉRTSPEKTRUM SPEKTRUMxxAKCIÓS AKCIÓSSPEKTRUM SPEKTRUM
Jó, de mi az az UV-INDEX? mérés (irradiancia: I) akciós spektrum (EAS): Erythema Akciós Spektrum biológiailag hatékony dózis BHD(λ) = I(λ) * EAS(λ) teljes effektív dózis TED = Σ BDH(λ) 1 MED: Az a hatékony dózis, amely szemmel látható bőrpírt okoz 1 MED/h az effektív dózis, ha az éppen mért UV irradiancia 1 óra alatt okoz bőrpirt
MED és INDEX Bőrtípus 1 MED (mj/m2) I (kelta) 21 II (É-Eu) 25 III (Kp-Eu) 25 IV (D-Eu) 45 UV-INDEX: Azt az effektív irradianciát jelenti, amelyet a spektrális irradiancia 4 nm-ig tartó, Erythema Akciós Spektrummal való súlyozásával kapunk úgy, hogy a súlyozás 1-es értéke 297 nm-nél van. Brewer spektrofotométerrel mért UV spektrumok 12 2 bio lógiai spekt rum 8 fizik ai spekt rum 4 2 286 324 nm 2 6 mw/(m nm) mw/(mnm) 9 8 7 6 5 4 3 2 363 UVINDEX >8 7.-7.9 kategória extrém nagyon erős 5.-6.9 erős 3.-4.9 mérsékelt.1-3. gyenge
Indexelni kötelező! Térképes előrejelzés (42x38) Órás előrejelzés
Az UV-sugárzás előrejelzésének mikéntje
Ismétlés: Milyen előrejelzés készül? Térképes előrejelzés (32x48) Órás előrejelzés
Mi határozza meg az UVsugárzás erősségét?
Az előrejelzés menete Vázlatpontokban: 1. Ózon előrejelzés készítése teljes ózontartalom légoszlop termikus strukturája 4 geopotenciálszint hőmérséklete (, 2, 3, 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=σeλiλdx I λ = I (λ ) e ( σ(e λ ) d ) σeλ dx λ Iλ, Iλ extinkciós koefficiens út hullámhossz monokromatikus irradiancia megvalósítás: parametrizált, nem spektrális Beer-Bougert-Lambert egyenlettel (szürke közelítés)
Az előrejelzés elmélete BIOL. EFFEKTÍV UV IRRADIANCIA mw/m2-ben (felhőtlen esetre parametrizált nem monokromatikus Beer-Bouguert-Lambert törvény a teljes féltérre ): I UV =sin h e ( A+ Bμ X +C μ 2 + E μ2 ) ahol: IUV: erythemával súlyozott UV-B irradiancia h: napmagasság μ: relatív optikai ózontömeg X: a légoszlop teljes ózontartalma A = 7.93 B = -3.927 C = -.636 D = 1.525 E =.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 =5.8 sin 3 h 4.7sin 2 h+2.2sin h+.3 IUV MÉRT IUV PR=τ IUV NORM, ahol τ= (6 h UT ) IUV NORM (Németh, P., Tóth, Z., Nagy, Z., 1996: Effect of IUVPR tízperces érweather conditions on UV-B radiation reachtékeiből órás érték előing the earth s surface. Journal of Photocheállítása, majd UV Index mistry and Photobiology B: Biology 32 (1996), értékké alakítása 177-181.)
A napi menet előrejelzése 3 2 IUV NORM =5.8 sin h 4.7sin h+2.2sin h+.3 IUV PR= τ IUV NORM IUV MÉRT ahol τ= IUV NORM felhőtlen eset [W/m2] (korrekcióval) τ: mért értékből kapott átbocsátási együttható felhős def.: τ >.8 felhőzet az első órában felhőzet később - + τ-val felhőtlenre, majd előrejelzett felhőzet szerinti korrekció - - triviális eset + + IUVNORM korrekciója az előrejelzett felhőzettel + - IUVNORM érték az előrejelzett UV érték előrejelzés módja
Verifikáció
Verifikáció Ózon előrejelzése Ózon előrejelzés verifikációja UV előrejelzése(*,o3) Térképes előrejelzés verifikációja Térképes Felhőzet korrekció Órás Órás előrejelzés verifikációja
1. ózon előrejelzés verifikációja Mé rt é s e lő re je lze tt ö s s z-ó zo n tartalo m 45 43 4 39 37 35 33 3 29 27 25 Klíma á tla g Te rm. vá lt. fe ls ő ha t. Te rm. vá lt. a ls ó ha t. Mé rt O3 Előre je lze tt O3
1. ózon előrejelzés verifikációja Az e lő re je lze tt é s mé rt napi ó zo n átlag o k s zázalé ko s e lté ré s e ine k e lo s zlás a 4 35 3 25 2 15 5-14 12 - -8-6 -4-2 2 4 6 8 12 14
2. Térképes előrejelzés vfk No mi a baj?
2. Térképes előrejelzés vfk irradiancia számított érték lesz: uv = UV(globáls(x,y),O3) Global Ozone UV = A ( )+ B ( ) Global max Ozone avg Előrejelzés készül naponta kétszer, másnapra: 8 UT futás ALADIN UT 16 UT futás ALADIN 12 UT
2. Térképes előrejelzés vfk évesátlag(mérés előrejelzés) teljes időszakra
2. Térképes előrejelzés vfk évesátlag(mérés előrejelzés) teljes időszakra
2. Térképes előrejelzés vfk Mért és előrejelzett UVI eltérései a térkép 3 pontjára:
-1, -2, -3, -4, -2, 2, -3, 1, -5,, -7, 25 73 49 1, 94 46 43 88 91 4 37 34 31 85 82 79 28 22 MIN MAX ÁTLAG 76 19 7 16 94 13 91 7 88 67 64 61 58 85 4-1, 1, 55 82 79 76 73 7 67 64 61 58 55 52 49 46 43 4 37 34 31 28 25 22 19 16 13 ￍ ÁTLAG_ ÁTLAG_12 94 91 88 85 82 79 76 73 7 67 64 61 58 55 52 6, 52 49 46 43 4 37 34 31 28 25 22 19 16 13 7 7 3, 4-6, 1-4, 4 1 2. Térképes előrejelzés vfk 7, 4, 5, 3, 2, MIN MAX ÁTLAG
3. Napi menet előrejelzés vfk Az e ltéré s e k e lo s zlás a - Budape s t, 2 ó rás Az e lté ré s e k e lo s zlás a, Budape s t, 1 órás 3 35 3 25 25 2 2 15 15 5 5,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 Az e ltéré s ek e lo s zlás a - Budapes t, 3 órás 35 3 Az e lté ré s e k e lo s zlás a - Budape s t, 4 ó rás 4 35 3 25 25 2 2 15 15 5 5
3. Napi menet előrejelzés vfk Az e lté ré s e k e lo s zlás a - K-pus zta, 2 ó rás Az e lté ré s e k e lo s zlás a - K-pus zta, 1 ó rás 35 35 3 3 25 25 2 2 15 15 5 5 Az e lté ré s e k e lo s zlás a - K-pus zta, 3 órás 4 Az e lté ré s e k e lo s zlás a - K-pus zta, 4 ó rás 3 35 25 3 2 25 2 15 15 5 5
3. Napi menet előrejelzés vfk Az e lté ré s e k e lo s zlás a - Ké ke s te tő, 1 ó rás 3 Az e lté ré s e k e lo s zlás a - Ké ke s te tő, 2 ó rás 3 25 25 2 2 15 15 5 5 Az e lté ré s e k e lo s zlás a - Ké ke s te tő, 3 ó rás 3 25 Az e lté ré s e k e lo s zlás a - Ké ke s te tő, 4 órás 35 3 25 2 2 15 15 5 5
3. Napi menet előrejelzés vfk Az e lté ré s e k e lo s zlás a - S árme llé k, 1 ó rás 35 Az e lté ré s e k e lo s zlás a - S M, 2 ó rás 3 3 25 25 2 2 15 15 5 5 Az e lté ré s e k e lo s zlás a - S M, 3 ó rás Az e lté ré s e k e lo s zlás a - S árme llé k, 4 ó rás 3 3 25 25 2 2 15 15 5 5
3. Napi menet előrejelzés vfk Az e lté ré s e k e lo s zlás a - S ió fo k, 1 ó rás Az e lté ré s e k e lo s zlás a - S ió fo k, 2 ó rás 18 2 16 18 14 16 12 14 12 8 6 8 4 6 2 4 2 Az e lté ré s e k e lo s zlás a - S ió fo k, 4 ó rás Az e lté ré s e k e lo s zlás a - S ió fo k, 3 ó rás 16 3 14 25 12 2 8 15 6 4 5 2
3. Napi menet előrejelzés vfk,5 UVI-NÁL (,1 W/m2 ) KISEBB ELTÉRÉSEK (%): 5 legerősebb: 37 - BP 4 33 - KK 4 32 BP 1, SM 1 29 KP 1, BP 3 28 SM 4 5 leggyengébb : 15 KK 1, SF 1, SF 3 16 KP 3 17 KK 2 18 KP 4 19 SF 2, KK 3 Átlagos eltérések:
Öööö... akkor most mi van?
Konklúziók - Térkép Ózon előrejelzés jó minőségű Felhőzet előrejelzés: bizonytalan durvább modellfelbontás Térképes előrejelzés: átlagban elég pontos (<1UVI) délutáni frissítés az újabb ALADIN futtatásból nem javítja az előrejelzést
Konklúziók napi menet Pontossága 1 UVI körüli az egész időszakot figyelembe véve 1 és 2 órára,2-,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-előrejelzés a 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)
Tessék parancsolni!
További szép napot kívánok az Igen Tisztelt Publikumnak magam és tanult kollégám, Tóth Zoltán nevében!