Tóth Zoltán, Varga-Fogarasi Szilviatoth.z@met.hu fogarasi.sz@met.hu

Országos Meteorológiai SzolgálatFöldfelszíni Megfigyelések Osztálya

Az UV-sugárzás mérése és előrejelzése az Országos

Meteorológiai Szolgálatnál

Micsoda? Sugárzás?

A napsugárzás spektrumaULTRAIBOLYA:

50 - 380 nm

UV-C 50-280 nmUV-B 280-320 nmUV-A 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 (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)

Eszközök - spektrális

LI-1800

(equipped with a tube)

(mounted on a sun-tracker)

(Brewer)

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, 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-sugárzást mérő műszerek

Az UV-INDEX

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

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 UV-sugárzás 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 (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

Verifikáció

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

● No mi a baj?

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● 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:

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:

Öööö... akkor most mi van?

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)

Tessék parancsolni!

További szép napot kívánok az Igen

Tisztelt Publikumnak magam és tanult

kollégám, Tóth Zoltán nevében!