Az UV-sugárzás mérése és előrejelzése az Országos Meteorológiai Szolgálatnál
Tóth Zoltán, Varga-Fogarasi Szilvia
[email protected] [email protected] Országos Meteorológiai Szolgálat Földfelszíni Megfigyelések Osztálya
Micsoda? Sugárzás?
A napsugárzás spektruma ULTRAIBOLYA: 50 - 380 nm UV-C UV-B UV-A
50-280 nm 280-320 nm 320-380 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. 30 globálsogárzás-mérőhely
●
●
5 UV mérőhely (Siófok, Bp-PSzL, Kékestető, K-Puszta, Sármellék) 4 hosszúhullámú sugárzás mérőhely (project)
Eszközök - spektrális
(Brewer)
LI-1800 (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 (2004-2009) 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) – 2009 (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 400 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 0 286
324 nm
2
6
mW/(m nm)
mW/(mnm)
10
900 800 700 600 500 400 300 200 100 0 363
UVINDEX >8 7.0-7.9
kategória
extrém nagyon erős 5.0-6.9 erős 3.0-4.9 mérsékelt 0.1-3.0 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 (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 (λ ) e 0
(−σ(e λ ) d )
σeλ dx
λ Iλ , Iλ0
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 = 7.093 B = -3.927 C = -0.636 D = 1.525 E = 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 =5.8 sin 3 h−4.7sin 2 h+2.2sin h+0.3 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+0.3
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 > 0.8
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 450
430
410
390
370
350
330
310
290
270
250
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 40
35
30
25
20
15
10
5
0
-14
12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
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 00 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 30 pontjára:
-1,0
-2,0
-3,0
-4,0
-2,0
2,0 -3,0
1,0 -5,0
0,0 -7,0
25
73
49
1,0
94
46
43
88 91
40
37
34
31
85
82
79
28
22
MIN MAX ÁTLAG
76
19
70
16
94 13
91 10
7
88
67
64
61
58
85
4
-1,0
1
0,0
55
82
79
76
73
70
67
64
61
58
55
52
49
46
43
40
37
34
31
28
25
22
19
16
13
ￍ
ÁTLAG_00 ÁTLAG_12
94
91
88
85
82
79
76
73
70
67
64
61
58
55
52
6,0
52
49
46
43
40
37
34
31
28
25
22
19
16
13
10
7
7 10
3,0
4
-6,0
1
-4,0 4
1
2. Térképes előrejelzés vfk 7,0
4,0 5,0
3,0
2,0
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 30
35
30
25
25
20 20
15 15
10
10
5
5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
0
Az e ltéré s ek e lo s zlás a - Budapes t, 3 órás 35
30
Az e lté ré s e k e lo s zlás a - Budape s t, 4 ó rás 40
35
30 25
25 20
20 15
15 10
10
5
0
5
0
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
30
30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0
Az e lté ré s e k e lo s zlás a - K-pus zta, 3 órás 40
Az e lté ré s e k e lo s zlás a - K-pus zta, 4 ó rás 30
35 25 30 20 25
20
15
15 10 10 5 5
0
0
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 30
Az e lté ré s e k e lo s zlás a - Ké ke s te tő , 2 ó rás 30
25
25
20
20
15
15
10
10
5
5
0
0
Az e lté ré s e k e lo s zlás a - Ké ke s te tő , 3 ó rás 30
25
Az e lté ré s e k e lo s zlás a - Ké ke s te tő, 4 órás 35
30
25 20
20 15 15 10 10
5
0
5
0
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 30
30
25 25
20 20
15 15
10
10
5
5
0
0
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
30 30
25 25
20 20
15 15
10 10
5
0
5
0
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
20
16
18
14
16
12 14
10 12
8 10
6
8
4
6
2
4
0
2
0
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
30
14 25 12 20 10
8
15
6 10 4 5 2
0
0
3. Napi menet előrejelzés vfk 0,5 UVI-NÁL (0,01 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 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
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!
