Ультрафиолетовая радиация у земной поверхности

Чубарова, Наталья Евгеньевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Ультрафиолетовая радиация у земной поверхности
ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Ультрафиолетовая радиация у земной поверхности"

московским государственный университет

им. М.В. ЛОМОНОСОВА

географическии факультет

2 00305744Ь •-«-■и/

На правах рукописи

ЧУБАРОВА Наталья Евгеньевна

УДК 551.521 17

УЛЬТРАФИОЛЕТОВАЯ РАДИАЦИЯ У ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

25 00.30 - метеорология, климатология, агрометеорология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

Москва 2007

0001574499

Работа выполнена на кафедре метеорологии и климатологии географического факультета Московского государственного университета им. М.В Ломоносова

Официальные оппоненты доктор физико-математических наук, профессор доктор физико-математических наук, профессор доктор географических наук, с.н с.

С. К. Гулев И.К. Ларин А.Н. Золотокрылин

Ведущая организация

Институт физики атмосферы им. А М Обухова Российской академии наук

Защита состоится «31» мая 2007 г. в «15» часов на заседании диссертационного совета Д-501 001 68 в Московском государственном университете им. М В. Ломоносова по адресу: 119992, Москва, ГСП-2, Ленинские горы, МГУ, географический факультет, 18 этаж, аудитория 1801

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке географического факультета МГУ на 21 этаже.

Автореферат разослан « 17 » апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат географических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Введение. Ультрафиолетовая радиация (УФР, Л5400 нм) составляет всего несколько процентов от потока солнечного излучения, приходящего на земную поверхность, однако ее воздействие на природную среду и здоровье человека очень велико. УФР действует на земные и водные экосистемы, влияет на качество воздуха, биогеохимические циклы и, в значительной степени, на здоровье человека

Согласно рекомендациям ВМО, УФ радиацию принято подразделять на три спектральные области область С (Я^280нм), которая полностью поглощается в верхних слоях атмосферы, область В (280-315 нм) и область А (315400 нм) Так называемая биологически активная УФР рассчитывается как интеграл произведения спектральной плотности энергетической освещенности на спектральную эффективность (иначе - спектр) биологического действия в диапазоне 280-400 нм Спектр биологического действия характеризует эффективность излучения разных длин волн для данного объекта (например, кожи, глаз и т п ) в относительных единицах Одним из наиболее распространенных является спектр эритемного действия, который характеризует эффективность УФР в образовании эритемы - покраснения кожи человека Последний и наиболее точный спектр эритемного действия был принят в 1993 г международным комитетом по освещению Он, как и большинство других спектров биологического действия, имеет максимум в области УФ-В и близок к спектральной эффективности некоторых других важных биологических реакций В зависимости от дозы и типа кожи облучение может приводить к дополнительному образованию витамина D, к ожогу кожи (помимо собственно эритемы) и развитию рака кожи

При описании воздействия УФР на здоровье человека часто используют понятие биологически активной эритемной радиации (Q,), которая рассчитывается с использованием спектра эритемного действия Для оценки степени опасности УФР для человека, согласно последним рекомендациям ВМО, ВОЗ и Программы ООН по окружающей среде, используются безразмерные УФ ин-

дексы, UVI, которые определяются путем нормирования Q, на величину 0 025

Актуальность проблемы исследования. Важная роль УФР в жизни биосферы и ее влияние на природную среду предопределяют необходимость е всесторонних исследований О серьезном внимании, уделяемом изучению УФР, свидетельствует большое число посвященных ей национальных и международных программ в рамках ВМО. Цель подписания в 1987 г Монреальского протокола заключалась в предохранении биосферы от воздействия повышенных доз коротковолновой УФР, возможных при истощении озонового слоя Земли В последние десятилетия обнаружены особенно сильные вариации УФР, обусловленные влиянием антропогенных факторов и изменениями глобального циркуляционного режима атмосферы Вместе с тем, до самого последнего времени пространственные и временные закономерности поступления УФР к поверхности Земли, а также влияние на нее разнообразных факторов были изучены недостаточно полно как из-за методических сложностей, так и вследствие большой временной и пространственной изменчивости УФР Этим и определяется актуальность представленной работы, в которой автор стремился воспол нить ряд существующих пробелов в этой области знаний и дать некоторые оценки воздействия УФР на здоровье людей в различных географических регионах

Цель и задачи. Основной целью работы являются экспериментальные ] модельные оценки ультрафиолетовой радиации у поверхности Земли в различ ных условиях, выяснение роли различных факторов, влияющих на УФР, определение пространственных и временных закономерностей УФР, ее изменчивости и ее биологических ресурсов в глобальном и региональном масштабе Для достижения указанной цели были поставлены следующие задачи

1 Усовершенствовать и адаптировать к реальным атмосферным услови ям радиационную модель путем уточнения и расширения ее оптического блока

2 Получить количественные оценки эффектов воздействия основны: атмосферных факторов и альбедо поверхности на величину и спектральны особенности УФР у поверхности Земли

3 Организовать мониторинг УФ-В радиации в Метеорологической обсерватории (МО) МГУ и на Звенигородской биостанции МГУ

4 Оценить биологические ресурсы УФР в Московском регионе и роль антропогенных факторов в их распределении

5 Разработать метод реконструкции УФ радиации и выполнить реконструкцию УФР в различных географических регионах

6 На основании наземных измерений УФР определить погрешности расчетов УФР по спутниковым данным и предложить способы их коррекции

7. Получить глобальные распределения УФ радиации и ее биологических ресурсов у поверхности Земли и выявить их пространственные и временные закономерности

Основные методы и средства решения.

1 Для проведения модельных расчетов использовалась усовершенствованная автором радиационная модель атмосферы с применением метода дискретных ординат в восьмипотоковом приближении На основе комплекса измерений была разработана оптическая модель атмосферы, являющаяся составной частью радиационной модели

2 Для осуществления радиационного мониторинга в МО МГУ с 1994 г используется автоматизированная система сбора и регистрации радиационных данных SUN, разработанная и внедренная автором совместно с инженерами и программистами из других институтов С 1999 г начат мониторинг УФ-В радиации в Москве и с 2000 г-на территории Звенигородской биостанции МГУ с помощью специально разработанного программного обеспечения В качестве средств измерения в УФ мониторинге используются приборы UVB-1 YES, которые неоднократно калибровались по международным стандартам в ходе международных сравнений

3 При анализе многолетних рядов радиационных измерений в Москве и Звенигороде был использован электронный архив данных по солнечной радиации МО МГУ, подготовленный при методическом руководстве и участии автора Использовались также данные измерений УФР, осуществленные с помощью

УФ спектрометра МО МГУ при участии автора, а также спектральные данные национального научного фонда США и мирового архива данных по УФР и озону

4 Для изучения аэрозольных свойств атмосферы в Москве автором был организован аэрозольный мониторинг с помощью солнечного фотометра CIMEL в рамках глобальной аэрозольной сети AERONET.

5 Для оценки качества спутниковых данных УФР были использованы ее измерения наиболее надежным американским прибором TOMS на спутниках Nimbus-7 и Earth Probe, обработанные по методике HACA, и европейским прибором MVIRI - на спутнике METEOSAT, обработанные по методике Европейского Объединенного Научного Центра

6 При анализе закономерностей распределения УФР по земному шару были использованы банки данных по озону и отражательной способности, полученные с 1979 по 2003 г прибором TOMS (8 версия), а для характеристики глобального распределения аэрозольной оптической толщины - данные аэрозольной сети AERONET с 1994 г по 2005 г

7 Для реконструкции УФР был разработан и применен оригинальный метод, базирующийся на данных стандартных актинометрических и метеорологических наблюдений Использовались архивы ВНИИГМИ-МЦД с середины 30-х гг XX века

8 Для анализа влияния малых газовых примесей на УФР использованы данные измерений концентраций газов в экологическом павильоне МО МГУ, организованном совместно с Институтом физики атмосферы РАН, данные Мо-сэкомониторинга, а также данные по приземному озону, полученные прибором 2В Technologies в МО МГУ при непосредственном участии автора

Научная новизна

1. Впервые получены количественные оценки ресурсов ультрафиолетовой радиации области В, эритемной радиации и УФ индексов для условий Московского региона

2 Выявлены особенности УФР в условиях крупного города-мегаполиса (на примере Москвы) на основании данных синхронных наблюдений в городе и пригороде

3 Впервые получены климатические характеристики наиболее важных аэрозольных параметров атмосферы- аэрозольной оптической толщины, параметра Ангстрема, альбедо однократного рассеяния и фактора асимметрии индикатрисы рассеяния в УФ диапазоне спектра для условий Москвы

4 На основании современных модельных и экспериментальных данных впервые оценено воздействие основных атмосферных факторов на УФ радиацию, в частности

4 1 Получены количественные оценки ослабления УФР малыми газовыми примесями и предложен новый метод оценки эффективности их действия с помощью предложенного автором параметра чувствительности.

4 2 Выявлен спектральный характер изменения УФ радиации за счет альбедо поверхности и оценено влияние пространственных неоднородностей поверхности на величину альбедо в зимних условиях

4 3 На базе многолетних измерений в МО МГУ получены характеристики пропускания УФР различными типами облаков, а также разорванной облачностью

4 4 С помощью нового, разработанного автором метода оценены оптические толщины облаков разных типов в теплый и холодный период года и их межгодовая изменчивость с 1968 г.

4 5 Получены количественные оценки ослабления УФР разными видами аэрозоля, включая дымовой аэрозоль

5 Разработан новый метод реконструкции УФР, позволяющий оценивать изменчивость УФ радиации с учетом различных биологических кривых действия в разных географических районах

6 Впервые реконструированы вариации УФР с середины 30-х гг. за счет облачного фактора над территорией России

7 Впервые с помощью метода реконструкции УФР выявлены причины ее межгодовой изменчивости в Московском регионе с 1968 г и показана роль каждого из рассматриваемых атмосферных факторов

8 Оценена роль облачного и озонного факторов в глобальной изменчивости УФР и выявлены регионы с преобладанием действия того или иного фактора

9 Оценены мировые ресурсы УФР, определены районы УФ оптимума, УФ недостаточности и избыточности в разные сезоны года с учетом всех наиболее важных атмосферных параметров, отражательных свойств поверхности и высоты над уровнем моря

Практическая значимость полученных результатов.

1 Выполненные автором количественные оценки влияния различных факторов (тропосферных газов, стратосферного озона, аэрозоля, облачности и отражательных свойств поверхности) на УФР позволяют определить вклад каждого фактора в изменение УФ радиации в разных географических регионах, что служит научной основой для разработки практических мер по снижению риска негативного воздействия УФР на окружающую среду и человека

2 Полученные автором численные характеристики атмосферных параметров в УФ диапазоне спектра, а также результаты УФ мониторинга в Московском регионе, используются для проверки точности расчетов УФР в различных моделях, а также при оценке качества данных спутниковых измерений Так, например, были предложены способы коррекции спутниковых УФ алгоритмов TOMS и JRC METEOSAT и обоснована некорректность алгоритма TOMS для расчета УФР в зимний и переходные сезоны года вследствие погрешностей оценок отражательных свойств поверхности

3 Предлагаемый метод определения оптических толщин облаков по данным наземных измерений УФР может быть использован для определения оптических толщин протяженной облачности в разных географических районах Оценки оптических толщин облаков различных форм, полученные авто-

ром, требуются при параметризации радиационных процессов в моделях климата и общей циркуляции атмосферы

4 Полученные временные и пространственные закономерности распределения УФР могут быть использованы при разработке рекомендаций по профилактике недостаточности и избыточности УФ облучения, при уточнении медицинских методик дозирования УФР в естественных условиях Разработанные номограммы позволяют оценить время, необходимое для формирования витамина D у людей с разным типом кожи

5 Разработанный метод реконструкции УФР дает возможность оценивать ее ресурсы в различных географических регионах В частности, метод был использован сотрудниками института Арктики и Антарктики при оценках УФР на станции Беллинсгаузен в Антарктиде, а также внедрен в практику Лесной службы Департамента сельского хозяйства США

6 Методические результаты работы могут использоваться в исследованиях аналогичного профиля, а также в учебном процессе по специальности «метеорология и климатология» и смежным специальностям

Личный вклад. Основные научные результаты были получены непосредственно автором диссертации Ряд экспериментальных и теоретических исследований, необходимых для получения этих результатов, был выполнен совместно с коллегами из МО МГУ и других институтов В частности, разработка системы регистрации актинометрической информации SUN и некоторых видов программного обеспечения, создание электронного архива актинометрической информации проводились совместно с исследователями из МГУ и других организаций по инициативе и при активном участии автора Мониторинг УФ-В радиации в Москве и Звенигороде был организован под непосредственным руководством и при участии автора Автор является ответственным исполнителем с российской стороны международного договора с HACA, в рамках которого ведется мониторинг аэрозольных свойств атмосферы в МО МГУ, а также международного договора с отделением Биомедицинской физики Медицинского университета в Инсбруке (Австрия), в рамках которого проводится тестирование и

калибровка УФ приборов Ряд исследований экспериментальных данных УФР в области 300-380 нм выполнен совместно с Е И Незваль Оценки влияния разорванной облачности на УФР сделаны по модели А Н Рублева методом Монте-Карло при участии автора

Основные положения, выносимые на защиту:

1 Количественные оценки влияния различных атмосферных факторов на УФ радиацию, полученные с помощью радиационной модели и по результатам наземных измерений УФР

2 Новый метод реконструкции УФР, позволяющий учитывать различные биологические спектры действия УФР и количественно оценивать вклад разных атмосферных факторов в ее изменчивость Определение с помощью этого метода вклада облачности и озона в вариации УФР на земном шаре

3 Оценка ресурсов УФ-В радиации в Московском регионе, полученная на основании данных мониторинга, проводимого в Москве с 1999 г и в Звенигороде с 2000 г Оценка влияния антропогенных факторов на изменение уровня УФР в Москве по сравнению с пригородом

4 Временные и пространственные закономерности распределения УФР и ее биологических ресурсов на земном шаре, полученные с учетом реальных полей озона, аэрозольного замутнения, облачности и альбедо поверхности

Апробация работы. По теме диссертации было сделано более 40 докладов на российских и международных симпозиумах Результаты работы докладывались на четырех международных радиационных симпозиумах (IRS), проводившихся в Эстонии (1992), США (1996), России (2000) и Южной Корее (2004), а также на четырех международных симпозиумах стран СНГ по атмосферной радиации МСАР в России в 1999, 2002, 2004 и 2006 гг. Результаты исследований были также представлены на VIII конференции по атмосферной радиации в США (1994), международной климатической конференции в Финляндии (1995), на международных симпозиумах SPARC в Австралии (1996) и в Аргентине (2000), на международной конференции по ультрафиолетовой радиации ECUV в Финляндии (1998), на VIII ассамблее IAMAS в Австрии (2001), на

конференции «Естественные и антропогенные аэрозоли IV» в России (2003), на объединенном симпозиуме EGS-AGU во Франции (2003), втором международном конгрессе по экологии пожаров и их управлению IWFEF в США (2003), международной конференции по изменению климата в России (2003), на юбилейной конференции Географического факультета МГУ (2004), на международном озоновом симпозиуме QOS в Греции (2004) и др Кроме того, результаты работы докладывались на семинарах в Годдардовском центре космических полетов HACA в 2001 и 2003 гг, в Колорадском государственном университете в 1999 и 2004 гг, в научных институтах Лесной службы США в 1999, 2001 и в 2004 гг и др

По теме диссертации опубликовано более 90 работ, из них 51 в ведущих российских и международных рецензируемых журналах и изданиях, в том числе 21 - в журналах, соответствующих перечню ВАК для докторских диссертаций Некоторые результаты диссертации опубликованы в монографии «Современные глобальные изменения природной среды» (2006), в «Справочниках эко-лого-климатических характеристик Москвы»(2003, 2005), в международных сборниках ВМО, в «Ozone Assessment 2006» и др

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и трех приложений Объем диссертации (без приложений) составляет 314 страниц машинописного текста, куда входят 128 рисунков и 26 таблиц Список литературы состоит из 319 наименований

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Введение посвящено состоянию изученности проблемы В первой его части дается обзор современного состояния знаний о воздействии УФР на земные и водные экосистемы и, главным образом, на здоровье людей и живые организмы Основным положительным действием умеренных доз УФР является формирование витамина D, в то время как избыточные дозы могут возбуждать различные заболевания кожи, зрения, ослаблять иммунную систему.

Для оценки степени опасности УФР для человека согласно последним рекомендациям ВМО предложены различные категории УФ индексов низкая

(UVI<1), средняя (UVJ= 3-5), высокая (UVJ=6-7), очень высокая (W/=8-10), экстремально высокая (JJVI> 11) По данным ВОЗ защита от Солнца необходима, начиная с UVI—3

Во второй части введения описано состояние изученности УФР у поверхности Земли Начало исследованиям УФ радиации в СССР положили работы 1930-х гг Н Ф Галанина и А Н Бойко Экспериментальные и теоретические работы профессора Географического факультета МГУ В А Белинского и его коллег послужили основой создания научной школы МГУ В МО МГУ с 1968 г под руководством М П Гараджа, а позже - Е И Незваль, проводится мониторинг УФР 300-380 нм, давший самые длинные в мире ряды наблюдений Однако спектральная кривая чувствительности уфиметра МГУ в значительной степени отличается от спектров биологического действия, что делает невозможным его использование для оценки биологически активной УФР

В последние десятилетия в связи с проблемой истощения озонового слоя исследованию коротковолновой УФР уделялось особенное внимание В изучении УФР большую роль играют программы наземного УФ мониторинга Мониторинг УФР проводится примерно в 200 пунктах с помощью широкополосных приборов и примерно в 100 пунктах - приборами с хорошим спектральным разрешением В результате получены новые, более качественные данные по УФР, обеспеченные современной метрологией Они, в свою очередь, позволяют более точно оценить воздействие на УФР основных геофизических параметров общего содержания озона, тропосферных газов, аэрозоля, облачности, альбедо поверхности (Zerefos et al, 2002; Calbo et al, 2005, Cede et al, 2002, Jossefson, Landelius, 2000 и др ). В России измерения коротковолновой УФР ведутся лишь в очень ограниченном числе пунктов

Большое внимание уделяется разработке численных методов расчета переноса солнечного излучения в атмосфере [Соболев, 1972; Joseph et al, 1976, Лиоу, 1984, Stamnes et al, 1988, Ленобль, 1990, Сушкевич, 2006, и др ] В последнее время активно разрабатываются модели в трехмерных средах на основе метода статистических испытаний, который, однако, требует довольно значи-

тельных ресурсов машинного времени

При изучении УФР возникает ряд серьезных трудностей, вызванных сложностью проведения измерений и большим разнообразием географических условий, что приводит к неопределенности оценок атмосферных параметров и степени их воздействия на УФР До последнего времени отсутствовали комплексные теоретические и экспериментальные оценки влияния газов, аэрозоля, облачности и альбедо на УФР, которые были бы основаны на данных многолетних измерений Для европейского региона России отсутствовали статистически обеспеченные оценки самих геофизических параметров в частности, аэрозольных и облачных характеристик в УФ области спектра

Важной задачей является разработка методов реконструкции УФР в прошлом. Однако использование в большинстве существующих методов региональных эмпирических зависимостей [Krzy'scin et al, 2004, den Outer et al, 2005 и др ] затрудняет их распространение в другие географические области и требует создания принципиально иного метода реконструкции УФР.

В последнее время активно развиваются спутниковые программы УФ мониторинга [Herman et al, 1999 и др ] Однако оценка качества данных спутникового зондирования показывает их значительную погрешность в ряде географических регионов Разница между спутниковыми и наземными УФ измерениями может достигать 40% [Fioletov et al, 2004] Отдельными исследователями предпринимались попытки оценить причины расхождений с данными спутниковых измерений [Aróla et al, 2005, Нерушев и др, 2001 и др ]

При характеристике УФР важно представлять ее глобальное распределение по земному шару Однако существующие в настоящее время карты УФР или устарели или носят сугубо региональный характер (например, атлас УФР для территории Новой Зеландии [Bodeker et al, 2002])

Таким образом, в области исследования УФР остается ряд важных проблем, решению которых и посвящена данная работа

Глава 1 «Радиационная модель переноса солнечного излучения в земной атмосфере». Для выявления закономерностей влияния на УФР различ-

ных факторов, а также для определения ее пространственно-временных особенностей необходима радиационная модель, максимально адаптированная к естественным условиям В качестве основы такой модели был использован стандартный программный комплекс TUV (Troposphere Ultraviolet Visible Model) [Madronich et al, 1998] Автором были сделаны следующие важные модификации включен программный модуль расчета радиационного переноса методом дискретных ординат в восьмипотоковом приближении с погрешностью менее 1%, изменен интерфейс входных данных, введен учет спектральной зависимости альбедо поверхности различных типов, введен учет зависимости силы тяжести от высоты для коррекции расчета давления на уровне моря, введена возможность расчета УФР в дополнительных спектральных диапазонах и с учетом других спектров биологического действия, изменены блоки учета молекулярного и аэрозольного ослабления по новым, более современным данным, усовершенствован способ задания вертикального профиля аэрозоля и его радиационных свойств, значительно расширен блок, связанный с учетом поглощения малыми газовыми примесями: более адекватно задано их вертикальное распределение, а их содержание соотнесено с измеряемой приземной концентрацией газов, введена возможность коррекции длин волн излучения на рефракцию воздуха Структура модифицированного программного комплекса TUV представлена на рис 1 Спектральные распределения некоторых атмосферных параметров модели приведены в Приложении 1 диссертации

Таким образом, была значительно усовершенствована радиационная модель атмосферы, позволяющая с высокой точностью оценивать спектральную плотность энергетической облученности у поверхности Земли и биологически активную УФР с учетом разных кривых биологического действия Определен оптимальный набор задаваемых постоянных и переменных параметров, наилучшим образом отражающих реальную атмосферу Новая организация входных параметров позволяет получать не только единичные оценки, но и рассчитывать глобальные поля УФР

Рис 1 Схема модифицированного программного комплекса ТТЛ/ Жирным шрифтом показаны полностью или частично модифицированные модули

Глава 2 «Оценки влияния различных атмосферных факторов на УФР». При выяснении закономерностей поступления УФ радиации к земной поверхности и причин ее временных и пространственных изменений необходимо иметь надежные количественные оценки вариаций УФР за счет действия основных атмосферных факторов Данная глава посвящена оценкам влияния

основных геофизических факторов на величину и спектральные особенности УФР, полученным по экспериментальным и модельным данным

В разделе 2.1 анализируется связь УФР с общим содержанием озона На основании модельных расчетов и спектральных измерений национального научного фонда США, а также измерений, выполненных с помощью спектрометра МО МГУ, были рассчитаны значения радиационного фактора усиления ЯХ(Л) за счет общего содержания озона (X) по выражению 11х(Л)=((1()(Л)/<2(Л))/(с{Х/Х), где ()(Л) - суммарная радиация на длине волны Л Величина ЯХ(Л) характеризует чувствительность УФР к озону Показано, что с ростом длины волны абсолютная величина ЯХ(Л) при высоте Солнца И0=40° уменьшается от 4 5 для 300 нм до 0 63 для 315 нм, при этом экспериментальные и модельные значения ЯХ(Л) согласуются удовлетворительно

Величина ЯХ(Л) сложным образом зависит от к0 максимум чувствительности к озону наблюдается при /го~10-20° Однако для эритемной радиации Ях плавно меняется от ~-1 15 при /го=50° до ~-0 7 при /г0=5°, что связано с ростом эффективной длины волны эритемной радиации при уменьшении 1гп

В разделе 2 2 на основании результатов модельных расчетов и измерений реальных концентраций газов оценено ослабление УФР у поверхности Земли за счет содержания тропосферных газов (N02, БОг, 03 и др ) В качестве характеристики влияния того или иного газа на УФР используется введенный автором параметр чувствительности А Б, характеризующий чувствительность УФ радиации к изменению тропосферного содержания ( С) того или иного поглощающего газа на 1 матм см . АБ = (с]<2(Л)/£)(Л)с1С) 100, (%/матм см)

В табл 1 приведены результаты расчетов АБ, которые свидетельствуют о неодинаковой чувствительности УФР в различных диапазонах спектра к различным газам, меняющейся от нуля до приблизительно -3% / матм см Интересно, что все обычно рассматриваемые широкополосные УФ интегралы, включая эритемную радиацию, Qэ, наименее чувствительны к тропосферному

озону Для <2, наблюдается наибольшая чувствительность к 802 в теплый период, а к N02 - в холодный

Табл 1 Параметр чувствительности АБ для различных тропосферных газов в разные сезоны года Полдень, 45°с ш *

Тропосферные газы Тип радиации АБ (%/матм см) Июль / Январь

03 N02 БОг

Эритемная радиация -0 6 /- 0 4 -0 8/-1 8 -1 0/-0 9

УФ-В радиация -0 3/ -0 4 -08/-1 5 -0 6 / -0 8

УФ-А радиация «0 01 -1 6/-3 0 «0 01

УФ радиация А+В «0 01 -1 6/-2 9 «0 01

*- общее содержание озона выше 2 км задавалось равным 300 матм см.

На основе данных по приземным концентрациям газов были оценены потери УФР при разных типах загрязнения воздуха В Москве наиболее значительное влияние на УФР оказывает N02 в типичных ситуациях ее потери за счет N02 составляют 2-3%, сильно увеличиваясь (до 10-15%) при адвекции воздуха из районов лесных пожаров

В разделе 2 3 обсуждаются свойства аэрозоля и его воздействие на УФР Для условий Москвы впервые был создан банк данных спектральных аэрозольных характеристик атмосферы в диапазоне 340-1020 нм на основании измерений фотометром СТМЕЬ за период 2001-2004 г с дополнительной отбраковкой данных при облачных условиях Распределение аэрозольных оптических толщин та близко к логнормальному С уменьшением X отмечается сдвиг в сторону больших значений та медианные значения равны, соответственно, ха5оо=0 15, Та38о=0 23 и Та34о=0 26 Условия, соответствующие низкому уровню замутнения атмосферы (Та550<0 1), отмечаются в Москве довольно часто — более, чем в 35%

случаев Значения т^о <0 1 имеют место более, чем в 10%, а т^оО 1 - примерно в 8% случаев

Наблюдается уменьшение величины параметра Ангстрема, а, в коротковолновой области медианные значения равны соответственно а44о-87о=1 6 и аз«-38о=1.1, что объясняется преобладанием субмикронной фракции аэрозоля

На основании данных о распределении частиц по размерам и комплексному показателю преломления, полученных по измерениям С1МЕЬ в видимом диапазоне спектра, и дополнительных расчетов по теории Ми были определены альбедо однократного рассеяния аэрозоля соаи фактор асимметрии индикатрисы рассеяния ga в УФ диапазоне Для типичного городского аэрозоля они равны соответственно091 ±001 иО 72±001

Одновременные измерения аэрозольных характеристик и УФ радиации в МО МГУ позволили получить количественные оценки влияния аэрозоля на УФР За счет типичного аэрозоля, наблюдаемого в Москве, потери суммарной УФР меняются в диапазоне 0-30% В условиях дымового аэрозоля ее ослабление гораздо сильнее и достигает 60-70%, в то время как для интегральной радиации оно составляет лишь 30%

Используя модельные расчеты с учетом реальных значений та, соа и ga и экспериментальные данные, получены оценки ослабления солнечной радиации в различных участках спектра за счет аэрозоля различных типов, включая дымовой аэрозоль На рис 2 приведены сравнения вычисленных и измеренных значений При относительно небольших оптических толщинах (т^оО 5), характерных для типичного городского аэрозоля, наблюдается удовлетворительное согласие между модельными и измеренными значениями (}3 в пределах ±10% Сравнения в условиях дымового аэрозоля показали, что сильное ослабление УФР определяется не только большими оптическими толщинами, но газовым поглощением, и, самое главное, ббльшими поглощающими свойствами аэрозоля в УФ диапазоне (гаа=0 91) в отличие от видимой области спектра (юа=0 95) Причиной этого, вероятно, служит изменение комплексного показа-

теля преломления дымового аэрозоля (роста его мнимой части) в УФ диапазоне спектра, который не определяется С1МЕЬ

В разделе 2 4 исследуется влияние свойств подстилающей поверхности на УФР При ясном небе и при отсутствии снега рост УФР за счет различных типов альбедо поверхности (трава, песок, бетон и др) не превышает 7%, в то время как при снеге он может составлять более 50% Для снежных условий по данным национального научного фонда США был выявлен спектральный характер роста УФР с максимумом в области 320-340 нм, подтвержденный и модельными расчетами Этот максимум определяется особенностями спектрального хода релеевского рассеяния, поглощения озоном и эффектами многократного переотражения

По оценкам, основанным на многолетних измерениях УФР в МО МГУ при ясном небе и при наличии и отсутствии снежного покрова, получена величина пространственного УФ альбедо Ап~0 4 в зимний период По данным спутника Ресурс-01 с пространственным разрешением ~50 м показано, что влияние неоднородностей поверхности в радиусе 4 км незначительно Ап меняется от 0 37 до 0 4 в зависимости от радиуса осреднения

В облачных условиях за счет эффектов переотражения рост УФР при Ап <0 4 невелик он несколько увеличивается с оптической толщиной облаков, тс, но не превышает 45% Однако при высоких значениях альбедо и больших

.о 70% о^

т-~ 50% -| г

Ц 30% го

и 10%

"5-10% о

5 -30%

■50%

0 12 3

д без учета газового поглощения а с газовым поглощением о с газовым поглощэнием и иа=0 91

Та380

Рис 2 Отношение рассчитанных значений Qэ к измеренным в зависимости от аэрозольной оптической толщины таз8о Расчеты сделаны без учета и с учетом содержания газов в атмосфере, а также с соа^О 91

оптических толщинах облаков наблюдается значительный рост УФР (~300% при Ап=0 8 и тс~60)

Раздел 2 5 посвящен влиянию облаков на УФ радиацию Оно исследуется с помощью величины пропускания суммарной радиации, С<з, равной отношению радиации в облачных и безоблачных условиях

На основании ежечасных измерений в МО МГУ суммарной УФР 300380 нм и данных об облаках за 1981-1990 гг получены количественные оценки С<з для разных видов и баллов облачности Показано, что потери УФР за счет сплошного покрова облаков нижнего яруса в среднем составляют 60-85%, среднего яруса - 30-25%, верхнего яруса - 4-5% На основе разработанного автором метода оценен вклад УФР за счет переотражения от поверхности при разных типах облаков При плотной облачности реальные значения Со определяются комбинацией свойств облаков и альбедо поверхности рост Сд за счет альбедо может составить от ~25% до ~70% при изменении Ап от 0 4 до 0 8.

Показано, что для облаков СЬ и 8с различия Сд (при исключении вклада переотраженной радиации) между теплым и холодным периодом статистически незначимы с 95% вероятностью Разница в пропускании УФР облаками N5 и St остается значимой, при этом N8 плотнее летом, а St — зимой

По экспериментальным и модельным данным была выявлена зависимость С(} от длины волны с максимумом в области 320-330 нм Показано, что уменьшение Сд при Х>330 нм определяется, главным образом, резким уменьшением релеевской оптической толщины, а уменьшение Сд при >.<320 нм связано с увеличением вероятности поглощения фотонов (за счет озона и аэрозоля) в оптически более плотном слое

На рис 3 приведена зависимость Сд от оптической толщины облака тс Видно, что значения Сд в УФ-В области примерно на 8-12% выше, чем в УФ-А, и относительные различия несколько увеличиваются с ростом тс

При моделировании климатической системы необходимо правильное описание радиационных свойств облачности. Автором был разработан метод определения оптических толщин облаков тс при разных типах подстилающей

поверхности по данным о Сд Величины тс протяженных облаков нижнего яруса составляют порядка 50 Летом наименее плотными являются слоистые (Тс_51~30), а наиболее плотными - слоисто-дождевые облака (тс№,~70) Зимой оптические толщины облаков разных видов меняются незначительно от 45 до 52

Влияние разорванной облачности на величину Ср имеет иной характер Зависимость Сд от балла облаков N верхнего и среднего яруса практически отсутствует и значимое ослабление наблюдается лишь при сплошном покрытии облаками Зависимость Ср от балла облаков нижнего яруса хорошо выражена и имеет нелинейный характер Обнаружен статистически значимый рост УФР при N=2 по сравненшо с ясным небом даже при часовом осреднении данных Учет второго фактора - продолжительности солнечного сияния - с помощью метода множественной регрессии позволил дополнительно повысить точность расчетов Сд (коэффициент детерминации К2=83 2% по сравнению с 7?2=79%, когда учитывается только 1\т)

Сравнение результатов, полученных методом Монте-Карло по трехмерной модели с использованием стохастической модели облачности, с данными экспериментальных измерений, проведенное автором совместно с А Н Рублевым и И В Геогджаевым, показало удовлетворительное согласие при коэффициентах облачного рассеяния 10-30 км"1 и N>2

Глава 3 «Реконструкции УФР у поверхности Земли». Для решения задач, связанных с долговременными оценками влияния УФР на биосферу, важно знать ее уровни в прошлом, когда измерения еще не проводились В данной

09 - г 20% - 10% о о

07 - * ^¡к. - 0% к :г

05 - -10% а: £ СП га о.

03 5 -20% X 5

01 -I - -30%

0 10 20 30 40 хс

» СО(УФ-А)

— О—СО УФ-В) —л—СОэ)

- - - СО УФ-В) / СО(УФ-А) -1,%

Рис 3 Величины Сд в зависимости от оптической толщины облака (левая ось) и относительные различия в Сд (правая ось)

главе приведены описание нового метода реконструкции УФР, оценка его точности по данным независимых измерений и результаты его применения В основу метода были положены установленные зависимости между УФР и геофизическими параметрами, подробно описанные в главе 2

Относительное изменение УФР в г-м году, V,, можно представить как сумму относительных вариаций УФР за счет различных факторов

X, г, Ме£ Л)= ЕрУ, (И) (VI,/X) + г2/гс, Рф А) + (1)

+ уЗу(Ыф А) + У4ц(Тс Роу»/ЕЩ (И),

где г - год, у — месяц, у1(Х) - изменчивость УФР за счет общего содержания озона (X), у2(та,РфА) - за счет аэрозольной оптической толщины (та), уЗСМфА) и у4(гс Рт) - за счет вариаций облачных параметров эффективного балла облачности и оптической толщины облака (гс), которые выражаются через величину пропускания облаками Сд Величины Рсу и Рт - повторяемость малооблачных случаев и условий сплошного покрытия облаками, А — альбедо поверхности Эффективный балл облаков можно определить как балл, при котором величина Сд соответствовала бы рассчитанной с учетом повторяемости различных баллов облаков и нелинейной зависимости (см ниже формулу 7)

Для учета сезонных вариаций УФР вводится весовая функция И7,, которая имеет степенную зависимость от высоты Солнца И , где не-

эффективная длина волны данного спектрального диапазона

Для оценки изменений УФР за счет озона используется величина радиационного фактора усиления Я/

у1„(Х)=(Х,/*)/Хрк* , (2)

где Х} — среднее значение озона в рассматриваемый период Используя зависимость УФР от та5}0, полученную по многолетним измерениям в МО МГУ, и учитывая повторяемость малооблачных условий Рф альбедо А и коэффициент переотражения Я, величину у2 можно рассчитать как

у2,/тац, Рс/Ц, А)=Рф, 0 103 ( та-та1])/(0 239-0 103га^/(1-ЯЛ^ (3)

Оценка альбедо поверхности проводилась с учетом весовых коэффициентов м>а, характеризующих относительную долю дней со снежным покровом для данного месяца у и года г

Ау=м>Ли А, +(1 - н\41]) А2, (4)

где А; — альбедо снега, А2 - альбедо травы

Относительная изменчивость УФР за счет изменения балла облачности, А), рассчитывается как

(5)

В выражении (5) параметр Сд А) определяется следующим образом С0(МеЖ, А)=С0(Нф А=0) / (Щ (С-В Св А=0))) (6)

где величины С~€ 9 и 0~0 6 получены по модельным данным

Величина СдШ^, А=0), записанная для краткости без индексов г и у, определяется как

10 I \

£{ [Р(Л7)-Р(М,Л' = 10) ] Сдт + Р{М,Н = Щ Свт Сд \ (7)

л/=о

где Р(М1) - повторяемое гь случаев с баллом облаков нижнего яруса (М) за рассматриваемый месяцу, Р(Ш, N=10) - то же при балле общей облачности N=10, — пропускание УФР нижней облачностью, Сдир - среднее пропускание УФР сплошным 10-балльным покровом облаков верхнего и среднего яруса Поскольку пропускание облаками верхнего и среднего яруса с баллом, отличным от 10, статистически незначимо отличается от условий ясного неба, то вводился только коэффициент Сдир=0 93

Изменчивость УФР за счет вариаций оптической толщины протяженной облачности учитывается отдельно

-ал)-'.. Н'Т:'0 ®

где С()(Тс) — пропускание УФР в условиях сплошной облачности, а тс рассчитывается по данным об интегральной радиации

Достоинством данного метода является то, что в основе аппроксимаций лежат физически обусловленные зависимости, количественно описывающие влияние того или иного фактора, что позволяет легко адаптировать данную методику к различным регионам земного шара Меняя чувствительность к тому или иному фактору, можно, кроме того, оценивать долговременные тренды УФР с учетом различных кривых биологического действия Метод позволяет также получать количественные оценки вкладов различных факторов в изменчивость УФР в разных географических регионах Единственное необходимое допущение — предположение об аддитивности и независимом влиянии факторов Дополнительные модельные расчеты показали, что эта гипотеза работает практически во всех условиях, за исключением редко встречающихся случаев с высокими концентрациями сильно поглощающего аэрозоля (юа<0 8) или при экстремально высоком содержании озона в нижних слоях тропосферы

Предлагаемый алгоритм был успешно тестирован по многочисленным данным спектральных и широкополосных наземных и спутниковых измерений в различных географических районах На рис 4 приведены примеры сравнений модельных реконструкций УФР с результатами непосредственных измерений УФР 300-380 нм (Q380) в МО МГУ с 1968 г, демонстрирующие удовлетворительное согласие в вариациях УФР (коэффициент корреляции г »0 8)

Для проверки разработанной методики использовались также спутниковые данные Q3 и Q380 для Москвы Отмечается хорошая сходимость последних (с учетом коррекции на поглощающий аэрозоль) с результатами реконструкции УФР (рис 5) Для Q380 коэффициент корреляции с данными TOMS составляет 0 94,

V,%20% 10% 0%

—•—УФР 300-380нм - -о- - УФР 300-380нм, реконструкция

Рис 4 Изменчивость УФР 300-380 нм по модельной реконструкции и по измерениям в Москве

а с МЕТЕ08АТ - 0 8, для <2Э он равен 0 96 и 0 83 Дополнительная проверка работы метода в других географических регионах также показала высокую корреляцию, превышающую 0 76 для всех регионов

юоюоюоюою сог-г-сосооооо

0)0)0)030)0)0)00 т-т-т-т-т-т-т-СМСМ

°-0э,кДж/м2, реконструкция —О—вариации Оэ, реконструкция1 -О- вариации Qa по TOMS —вариации (Ээ по METEOSAT j

Рис 5 Реконструкция эритемной радиации Q3 за период 1968-2003 гг в кДж/м2 (левая ось) и вариации Q3 (в %) по результатам реконструкции и по спутниковым данным (правая ось) Москва, теплый период

С помощью метода реконструкции оценены вклады различных факторов в межгодовую изменчивость УФР в Москве (рис 6) Вклад эффективного балла облаков составляет ±10-12%, вклады межгодовых вариаций оптических толщин облаков и аэрозольной оптической толщины не превышают ±2% Для эритемной радиации вариации за счет общего содержания озона составляют (±7-8%) Таким образом, основными факторами, ответственными за межгодовые вариации Q3, являются эффективный балл облаков и озон, а за вариации длинноволновой УФР - только эффективный балл облаков

На основании данных ВНИИГМИ МЦД сделана реконструкция вариаций УФР за счет облаков с середины 30-х по 90-е гг XX в для территории бывшего СССР в теплый период и установлены их пространственно-временные закономерности В среднем изменчивость УФР за счет облаков составляет ±7-16% В Западной Сибири падение УФР наблюдалось в конце 40-х гг, а в муссонной области Дальнего Востока - в 50-х В конце 30-х - начале 40-х гг и в конце 70-х отмечалось уменьшение УФР в Восточной Европе Показана значимая отри-

дательная связь УФР в этом регионе с циклоническими процессами, выделенными Л В Клименко [1999]

] 15% ' 10% 5% 0% -5% '-10% ,-15%

Рис 6 Реконструкция изменчивости УФР за счет различных атмосферных параметров Москва, теплый период

Для оценки изменчивости Q, в Евразии в теплый период за счет озона и облачности привлекались наземные, а также спутниковые данные TOMS В качестве характеристик изменчивости использовались величины Vd =ts(l) Ыv3) и Vx = ts(l) Ыvi), где vi и v3 определяются из выражений (2) и (5), а ts (I) - квантили распределения Стьюдента при вероятности 95% и числе свобод / (ts(l)~2). Наблюдается удовлетворительная согласованность величин Vci и Vx полученных по наземным и спутниковым данным Показано, что в целом преобладают вариации Q3 за счет облачности, составляющие в зависимости от региона ±3-16% Изменения Q3 за счет озона составляют ±3-11% Во многих географических районах Vci и Vx имеют значимую положительную связь (Ä2>30% для станций Ароза, Николаевск-на-Амуре, Иркутск и др ) В целом, изменчивость эритемной радиации над Евразией в теплый период составляет ±5-21%

По данным TOMS были сопоставлены вариации эритемной радиации по земному шару, возникающие за счет облачности и озона На рис 7 показана разница этих вариаций D= VcrVx

Наблюдается преобладание влияния облачности (£»0%), особенно в северном полушарии При этом заметное преобладание ее влияния (D>5%) отме-

-за счет эффективного балла облаков

—Л—за счет опт толщины облаков —■—за счет аэрозольной опт толщины - ■ о - - за счет озона (для Оэ)

чается в средних и высоких широтах северного полушария, в центральных районах Тихого океана и у берегов Юго-Восточной Азии. Отметим, что величина О в основном лежит в пределах ±5%, что соответствует незначительному преобладанию того или иного фактора в изменчивости (),.

а, во. v.r- -

1-Ни

■150

«И

Ил>

-50 0 50

долгота, градусы

-100

Г *

- • fcv' Ü

100 150

Рис. 7. Пространственное распределение разницы вариаций Q0 за счет облачности и озона. Май-сентябрь (а) и ноябрь-март (б).

Глава 4 «УФ радиация в Московском регионе». Мониторинг УФ радиации области В был организован под руководством автора в МО МГУ с 1999 г. и на Звенигородской биостанции МГУ с 2000 г. Используются широкополосные приборы UVB-1 фирмы YES с дискретностью измерений 1 мин; осуществляется постоянный контроль качества и стабильности работы приборов относительно международных стандартов. В МО МГУ измерения УФР проводятся с использованием аппаратно-программного комплекса SUN, который был разработан в начале 90-х гг. при участия автора и внедрен в работу актинометриче-ского отдела МО МГУ (его описание дано в приложениях 2 и 3 диссертации).

Для более точной оценки эритем по и радиации была усовершенствована методика, позволяющая уменьшать погрешности измерений, вызванные непол-

ным соответствием кривых спектральной чувствительности приборов 1Л/В-1 и спектра эритемного действия Для этого вводится дополнительная коррекция, полученная на основании модельных расчетов, в виде полиномов от высоты Солнца и общего содержания озона Введение такой коррекции существенно уменьшает погрешность измерений Qa

По данным измерений УФР в области 300-380 нм (0380) с 1968 г, а также данным, полученным за 5 лет измерений пиранометрами ЦУВ-1, был исследован режим УФР в Москве.

Обнаружено, что месячные суммы ()380 изменяются в течение года примерно в 15 раз, а и УФ-В радиации — примерно в 40-60 раз Такие значительные колебания УФР связаны с сезонными изменениями высоты Солнца и длины светового дня Различия в величинах сезонных колебаний УФР указанных спектральных диапазонов определяются ростом суммарной оптической толщины атмосферы с уменьшением длины волны за счет релеевской и аэрозольной оптической толщины, а также за счет озона

Для условий Московского региона выявлены периоды, когда необходима защита от Солнца, т е когда согласно международной классификации УФ индексов иУ1>3 На основании результатов измерений показано, что при средних условиях облачности такие уровни радиации наблюдаются в течение пяти околополуденных часов в июне, четырех - в июле и двух - в августе (рис 8) При определенных условиях с апреля по сентябрь УФ индексы могут не только превышать указанный порог, но и достигать высокой категории (Ш7~7), когда время образования эритемы составляет в зависимости от типа кожи 20-40 мин Анализ экстремумов

оооооооооооо оэгосососос0(осоососэ<о осмч-дасоосч-^-сосоос^

—♦—январь —и—февраль а март

—апрель -«—май —»—июнь

-©-июль —»—август —д- сентябрь

—❖—октябрь -п— ноябрь —Лг- декабрь

Рис 8 Средние часовые значения УФ индексов в разные месяцы в Москве

Q3 показал, что более, чем в 50 % случаев они наблюдаются при наличии разорванной облачности и несколько пониженном содержании озона

Согласно рекомендациям гигиенистов [Holick, Jenkins, 2003], время, необходимое для образования витамина D за счет УФР, может быть оценено на основании расчета порогового значения, соответствующего 25% от минимальной эритемной дозы (МЭД) для данного типа кожи Используя эти оценки и данные наших измерений, мы получили, что при средних условиях облачности витамин D за счет УФР не образуется с октября по февраль Этот период можно определить как период с УФ недостаточностью С мая по август в околополуденные часы время образования витамина D составляет менее 30 мин для кожи 3 и 4 типов и менее 15 мин - для кожи 1 и 2 типов, наиболее чувствительных к УФР В отдельные дни летом время его образования может сокращаться до 8 минут и менее

Измерения суммарной УФР 300-380 нм и реконструкция эритемной радиации в Москве (см рис 4, 5) выявили заметное падение УФР в конце 70-х годов и ее рост в 90-е годы Предложенная методика позволила четко определить, что заметное уменьшение УФР, начиная с 1976 г, было связано с ростом эффективного балла облаков (см рис 6), который, в свою очередь, был обусловлен изменением глобальных циркуляционных процессов в атмосфере Начиная с середины 80-х гг, в различных географических пунктах Европы был зафиксирован рост Q, как по данным измерений, так и по данным реконструкции Показано, что положительный тренд Qэ в Москве за этот период определяется комбинацией действия следующих факторов уменьшением эффективного балла облаков, содержания озона, а также заметным уменьшением аэрозольной оптической толщины, начиная с 1994 г.

Для выяснения пространственных вариаций УФР внутри города вне промышленных зон были проведены модельные расчеты УФР и специальные эксперименты в марте-октябре 2005 г Установлено, что измерения УФР в МО МГУ в целом отражают уровень УФР в центральных районах города При ясном небе пространственные вариации Q, за счет аэрозоля составляют по мо-

дельным оценкам ±4%, а УФР 300-380 нм - ±3%

Особое внимание уделялось сравнению УФР в городе и пригороде Сопоставление данных измерений оптических толщин при ясном небе в Москве и Звенигороде выявило систематические различия ( At380=O 085+0 036), которые связаны с более высоким содержанием аэрозоля и NO2 в Москве. Модельные расчеты показали, что в среднем дополнительное ослабление Q380 в городских условиях увеличивается в зависимости от содержания NO2 от 3% до 8%, a Q, — от 3 % до 5 3%

Мониторинг эритемной и суммарной интегральной радиации, проводимый в течение нескольких лет в Москве и Звенигороде, показал, что в 72% случаев, более высокий уровень Q3 наблюдается вне города- разница достигает 18% зимой и 9% летом При этом в некоторые месяцы превышение Q3 в Звенигороде наблюдалось даже при меньших значениях интегральной радиации в этом районе по сравнению с Москвой

Глава 5 «Оценка качества спутниковых данных УФР по результатам наземных измерений». Поскольку наземная сеть УФ измерений недостаточно густа, то при характеристике УФР активно привлекаются данные спутникового мониторинга При этом возникает проблема оценки точности спутниковых измерений УФР В данной главе обсуждаются вопросы, связанные с оценкой качества двух основных спутниковых алгоритмов восстановления УФР алгоритма НАСА для TOMS [Krotkov et al, 2002] и алгоритма JRC METEOSAT [Verde-bout, 2000] Европейского Объединенного Научного Центра В последнем используются данные измерений прибором MVIRI на борту METEOSAT, данные TOMS по озону, а также данные по дальности видимости с наземных метеорологических станций

Показано, что при проведении сравнений наземных измерений с данными TOMS (размер пикселя которого ~ 100км) необходим период осреднения наземных данных не менее 2 часов и учет систематических различий, зависящих от положения центра пикселя, которые связаны с мезомасштабными процессами,

определяющимися, в частности, особенностями рельефа Именно этим вызваны, вероятно, значительные расхождения между данными TOMS и спектральными данными измерений на немецкой альпийской станции Хохен Пайсенберг [McKenzie et al, 2001]

В целом, результаты расчетов УФР по стандартным алгоритмам TOMS и JRC METEOSAT заметно отличаются от данных наземных измерений (рис 9) Модельные расчеты и сравнения с измерениями УФР в условиях ясного неба показали, что в теплый период указанные различия, главным образом, связаны с неучетом в алгоритме TOMS коррекции на поглощающий аэрозоль, а в алгоритме JR.C METEOSAT - с погрешностями расчетов аэрозольных оптических толщин по дальности видимости

Применение аэрозольной коррекции в алгоритме JRC METEOSAT заметно улучшает качество восстановлений УФР (для теплого периода г=0 77 по сравнению с г=0 54, для холодного - г=0 56 по сравнению с г= 0 19)

Кроме того, обнаружено, что в алгоритме TOMS используется некорректный метод оценки отражательных свойств поверхности, ведущий к значительной недооценке УФР, особенно в период с нестабильным снежным покровом

cncncöcncncncncnojcncno

—*—JRC METEOSAT, стандартный алгоритм —»—TOMS,стандартный алгоритм —JRC METEOSAT, с коррекцией на аэрозоль —О—TOMS, с коррекцией на аэрозоль_

Рис 9 Относительная разница между спутниковыми расчетами и наземными измерениями годовых сумм суммарной УФР 300-380 нм (Q380)

Нами рекомендовано использовать среднемесячные значения аэрозольных оптических свойств по данным AERONET вместо данных по дальности видимости в алгоритме JRC METEOSAT и учитывать поглощающий аэрозоль в алгоритме TOMS

В табл. 2 приведено сопоставление между спутниковыми и наземными измерениями УФР Видно, что скорректированные с учетом аэрозоля данные TOMS по Q380 несколько выше (+4%), а данные JRC METEOSAT несколько ниже (-3%) наземных данных в теплый период

Табл 2 Средние относительные различия между наземными измерениями Q380 и спутниковыми оценками с учетом (Ото\к_тр и Qmet jap) и без учета (ßrowsH Qmet) коррекции на аэрозоль N — число лет

Виды различий Весь год (N) Теплый пе- Холодный пе-

риод (N) риод (N)

(Qtoms-Q380)/Q380,% 11+3% (21) 13±2% (21) -10±5% (21)

(QTOMS^P -Q380J/Q380, % 2+3% (21) 4±2% (21) -15±4% (21)

(QMET- Q380)/Q380,% -19+2% (15) -18±2% (17) -27+4% (16)

(QMETmp -Q380)/Q380,% -2+2% (15) -3+2% (17) -5+5% (16)

В холодный период года TOMS занижает УФР в среднем на 15%, и не согласуется с ее межгодовой изменчивостью, измеренной у поверхности Земли Данные JRC METEOSAT после аэрозольной коррекции в холодный период лучше согласуются с результатами наземных измерений как по абсолютной величине, так и по характеру межгодовой изменчивости УФР

Глава 6 «Пространственное распределение УФР у поверхности Земли». Одной из важнейших задач является выяснение закономерностей пространственного распределения УФР и ее биологических ресурсов, а также причин их обуславливающих Использование усовершенствованной радиационной модели атмосферы (см главу 1) с привлечением реальных геофизических параметров позволило дать надежные количественные оценки УФР на земном шаре В разделе 6 1 дается характеристика пространственного распределения (по сетке 2 5°х2 5°) параметров, необходимых для расчета УФР. Для оценки общего содержания озона применялись данные TOMS (версия 8) за период 1979-2003 г Для характеристики аэрозольной оптической толщины та исполь-

зовались данные сети AERONET за 1994-2005 г Впервые построены карты распределения та на длине волны 380 нм, отражающие реальную картину пространственного распределения тропосферного аэрозоля и его сезонные особенности

При расчете распределения УФ альбедо поверхности использовались данные о снежном покрове по Атласу снежно-ледовых ресурсов (1997) и спутниковые данные Для оценки альбедо поверхности в горах учитывалась также высота снеговой линии

Величина отражательной способности R на 331 нм, полученная по измерениям TOMS, использовалась для характеристики ослабления УФР облаками Для правильной оценки облачного пропускания предложен способ коррекции, основанный на учете поглощающего аэрозоля и спектральных особенностей пропускания

Сравнение результатов расчетов и данных экспериментальных измерений УФР в разных географических регионах показало высокую корреляцию (Я2>0 98) между ними и отсутствие систематических различий, что позволило применить данный подход для оценки УФР по всему земному шару

Анализ пространственно-временного распределения УФР дан в разделе 6 2 Основное внимание уделялось исследованию сезонной изменчивости УФР, а также особенностям ее распределения по земному шару для ясных и облачных условий в зимний и летний сезоны Были выполнены расчеты суммарной, рассеянной и прямой УФР нескольких длин волн (305, 315 и 380 нм), а также областей А и В, эритемной радиации и УФ индексов, по которым построены карты глобального распределения УФР

Для оценки сезонных различий были рассчитаны околополуденные значения зонально-осредненной УФР на 15 число каждого месяца в условиях ясного неба и фонового аэрозоля Выявлено некоторое смещение максимальных значений УФР в южное полушарие в зону 30°ю ш - 10°с ш, а также отчетливые широтные и сезонные градиенты, связанные с изменением высоты Солнца, и их нарушения для коротковолновой УФР за счет влияния озона

Анализ ослабления УФР области А и области В всей атмосферой Земли показал, что если УФ-А радиация уменьшается в 1 2-2 5 раза, то УФ-В - в 7250 раз, главным образом, благодаря озону, в чем и проявляются его защитные свойства

Доля рассеянной УФР в суммарной, при ясном небе заметно варьи-

рует с широтой и по сезонам, меняясь от 1 зимой в высоких широтах, до 3 и 5 - на экваторе

Для оценки времени Ю, необходимого для образования витамина О за счет УФР, были построены номограммы для разных типов кожи европейского населения (рис 10)

1 4 7 10

месяц

1 4 7 10 месяц

Рис 10 Время образования витамина Б в околополуденные часы, рассчитанное для четырех типов кожи 1(а), 11(6), Ш(в), Щг) при ясном небе как функция широты и месяца года

Даже при ясном небе и фоновом содержании аэрозоля граница УФ недостаточности (тй>60 мин) в зимние месяцы обоих полушарий может опускаться до 50° для первого, наиболее чувствительного к УФР, типа кожи, и до 44°- для четвертого типа кожи Невозможность получения витамина Б за счет УФР зимой в этих широтах согласуется и с данными клинических исследований [Но1-1ск, 1епктз, 2003]

Для контрастных месяцев года — января и июля — построены карты глобального распределения УФР на отдельных длинах волн и в некоторых спектральных диапазонах Примеры таких карт для ясных и облачных условий приведены на рис 11 и 12 Выявлены не только широтные, но и значительные высотные градиенты УФР, последние определяются уменьшением молекулярной толщины атмосферы, а также изменением содержания озона, аэрозоля и альбедо поверхности, что может вызывать удвоение УФР

долгота, градусы

Рис 11 Распределение полуденных значений УФ индексов (а) и УФ-А радиации (Вт/м2) (б) при ясном небе Июль

Пространственная изменчивость озона приводит к ±25% изменениям УФ индексов в июле и к более чем ±50% - в январе Влияние озона выражается также в усилении широтных градиентов ЦУ1 в средних широтах

Аэрозоль также заметно влияет на распределение УФР. его вариации приводят к изменениям ЦУ1 до ±10-12% и меняют долю рассеянной радиации в суммарной

В облачных условиях (см рис 12) в распределении УФР проявляются и дополнительные черты, связанные, главным образом, с локализацией облачных полей Отмечается заметное уменьшение УФР во внутритропической зоне конвергенции, в муссонных областях летних полушарий, а также ее значительное ослабление в зонах Алеутского и Исландского минимумов

Летом северного полушария облачность приводит к увеличению градиента УФР по направлению к экватору потери УФР за счет облаков уменьшаются от 38% до 23% для Qэ, и от 49% до 36% для УФР области А Зимой то же самое происходит в южном полушарии, в северном - этот эффект не так выражен за счет преобладания условий малооблачной антициклональной погоды над континентами Отметим, что в низких широтах эти потери примерно на 4% больше в «летнем» полушарии за счет более развитой конвекции.

-1-■--,--!-1 ' I- -10

-150 -100 -50 0 50 100 150

долгота, градусы

Рис 12 Распределение полуденных значений УФ индексов (а) и суммарной УФ-А радиации (Вт/м2) (б) в облачных условиях Июль

Для выявления пространственно-временных закономерностей биоресурсов УФР были разработаны специальные карты На них показаны области УФ недостаточности, где невозможно получить дозу УФР, необходимую для фор-

мирования витамина Б, области УФ оптимума, в которых уровень УФР уже достаточен для формирования витамина Б, но еще не является высоким, и области УФ избыточности Область оптимума подразделяется на две подобласти подобласть о, где в околополуденное время создаются условия для формирования витамина Б, но облучение не приводит к возникновению эритемы, и подобласть Ъ, где наряду с формированием витамина Б может возникать и слабая эритема, но значения УФ индексов не выходят за пределы умеренной категории (ЦУ1<5) Области избыточности подразделены на подобласти в соответствии с категориями УФ индексов, дополнительно выделена подобласть максимальных индексов (£/К7>15) Данная классификация относится, главным образом, к европейскому населению со вторым типом кожи

Пример распределения биологических ресурсов УФР при ясном небе и средних условиях облачности для лета северного полушария приведен на рис 13

При ясном небе четко прослеживается широтная зональность, которая нарушается преимущественно в горных районах В июле отмечается некоторое смещение областей с более низкими значениями к экватору из-за высоких концентраций аэрозоля над восточными побережьями Северной Америки и Юго-Восточной Азии, а также над океанами примерно на 60°с ш за счет более высокого содержания озона

В январе отклонения от широтной зональности за счет аэрозоля отмечаются в области Гвинейского залива, и за счет повышенного содержания озона над Тихим океаном и над северо-востоком Канады в зоне 50°-60°с ш

Области УФ оптимума при ясном небе летом северного полушария охватывают зону примерно от северного полюса до 58°-60°с ш, заметно отклоняясь к северу в горных районах Кордильер, Гренландии и Восточной Сибири, где могут наблюдаться области УФ избыточности 1 и даже 2 степени Летом южного полушария граница УФ оптимума смещена примерно на 5° к полюсу по сравнению с летней границей в северном полушарии

лийа^а^ ^ЗШ5^ - • ч.....

-150 -100 -50 0 50 100 150

долгота, градусы

□ - 0 - УФ недостаточность

О - 1 - УФ оптимум а

□ -2 - УФ оптимум b

_ - 3 - УФ избыточность первой степени

□ - 4 - УФ избыточность второй степени

III - 5 - УФ избыточность третьей степени

- 6 - УФ избыточность четвертой степени

Рис 13 Биологические ресурсы УФР при ясном небе (а) и в условиях облачности (б) Июль

Зимой северного полушария при ясном небе области УФ оптимумов а и Ъ также наблюдаются, соответственно, в зонах 25°-36°с ш и 36°-50°с ш Это означает, что в зимнее время даже в отсутствие облаков практически вся территория России, за исключением самого юга Европейской части и Дальнего Востока, находится в области УФ недостаточности

В облачных условиях нарушения зональности в распределении биологических ресурсов УФР выражены гораздо сильнее и связаны с центрами действия атмосферы Области УФ оптимумов по сравнению с ясным небом сдвигаются в сторону экватора Смещение их границ в летнее время соответствующих полушарий составляет примерно 20° от 60° до 40°с ш и от 65° до 46°ю ш В зимнее

время в обоих полушариях сдвиг границ за счет облачности составляет примерно 5° от 50° до 45° и от 25° до 20°.

В Заключении сформулированы основные выводы диссертации

1. Разработаны новые методы исследования УФР

1 1 Усовершенствована и адаптирована к реальным атмосферным условиям радиационная модель атмосферы

1 2 Разработан новый метод реконструкции УФР, позволяющий не только восстанавливать УФ радиацию в прошлые эпохи, но и количественно оценивать вклады различных факторов в ее изменчивость

1 3 Разработана система УФ-В мониторинга на базе широкополосных приборов, позволяющая определять эритемную радиацию

2. Получены количественные оценки влияния различных атмосферных параметров на УФР

2 1 По экспериментальным и модельным данным получены согласованные оценки влияния общего содержания озона на УФР и показана зависимость этого влияния от высоты Солнца

2 2 С помощью предложенного автором параметра чувствительности показана большая чувствительность эритемной радиации к S02 и N02, особенно к NO2 в зимний период года (-18 %/матм см) и меньшая - к тропосферному озону. Ослабление УФР за счет N02 для условий Москвы в среднем составляет 2-3%, увеличиваясь до 10-15% при адвекции воздуха из районов лесных пожаров

2 3 Оценены аэрозольные характеристики для условий Москвы в УФ диапазоне спектра t34o~0 26, аУФ ~1 1, юУФ ~0 91, gy<j> ~0.72, служащие важными входными параметрами радиационной модели Показано, что потери суммарной УФР за счет типичного аэрозоля меняются в диапазоне 0-30%, а ее ослабление за счет дымового аэрозоля достигает 60-70%

2 4 Впервые по экспериментальным данным для условий ясного неба выявлен спектральный характер роста УФР за счет высокого альбедо снега с

максимумом, превышающим 50% в области 320-340 нм, подтвержденный и V дельными расчетами Разработан метод оценки пространственного альбедо по верхности в УФ диапазоне, с помощью которого показано, что среднемного летняя величина альбедо в Москве зимой равна 0 4

2 5 Установлено, что потери УФР за счет облаков нижнего яруса составляют 60-85%, среднего яруса - 30-25%, верхнего яруса - 4-5% При плот ной облачности пропускание УФР растет на 25-70% при изменении альбедо I диапазоне 0 4-0 8. Оценены характеристики оптических толщин облаков разных форм для теплого и холодного периодов на основании разработанного метода определения оптических толщин облаков. Рассчитано ослабление УФР разорванной облачностью по данным экспериментальных измерений и моделирования, при балле облаков N>2 получено удовлетворительное согласие междз этими оценками

3. Оценены ресурсы эритемной и УФ-В радиации в Москве и Звенигороде Установлены большие изменения среднемесячных значений радиации - в 40-60 раз Показано, что средние и высокие категории УФ индексов (Ъ<11У1<1) могу] наблюдаться с апреля по сентябрь, с октября по февраль при средних условиях облачности витамин Б за счет УФР не образуется Оценки по модели выявили, что при ясном небе вариации УФР на территории Москвы носят случайный характер и не превышают ±4%, в пригороде за счет меньшего содержания аэрозоля и N02 ее уровень в среднем на 3-8% выше УФ-В мониторинг в Москве и пригороде показал, что в 72% случаев более высокие среднемесячные значения УФ-В радиации наблюдаются вне города разница достигает 18% зимой и 9% летом

целом, в Москве межгодовая изменчивость эритемной радиации определяется вариациями эффективного балла облаков (±10-12%), общего содержания озона (±7-8%), оптической толщины аэрозоля (±2%) и оптической толщины облаков (±2%)

5. С помощью разработанного метода реконструкции определена межгодовая изменчивость УФР за счет облачности на территории бывшего СССР с 30-хгг XX века, в среднем она составляет ±7-16% Наблюдаются некоторые региональные тенденции изменчивости УФР, например, ее уменьшение в Восточной Европе в конце 30-х - начале 40-х и в конце 70-х гг.

6. Для всей территории Евразии оценены межгодовые вариации эритемной радиации за счет озона (±3-11%) и облачности (±3-16%) Сопоставление изменчивости Q3 за счет этих факторов в глобальном масштабе выявило преобладание влияния облачности на большей части земного шара, особенно заметное в средних и высоких широтах северного полушария, в центральных районах Тихого океана и у берегов Юго-Восточной Азии

7. Оценено качество спутниковых восстановлений УФР Предложены способы коррекции спутниковых данных на аэрозоль, приводящей к уменьшению погрешностей восстановления УФР по TOMS - с +11% — до +2%, по METEOS AT - с -19% до -2%

8. На основании модельных расчетов определены характеристики широтного распределения и сезонных изменений зонально-осредненной УФР в разных спектральных интервалах при ясном небе и фоновых условиях аэрозоля Обнаружено смещение максимальных значений УФР в южное полушарие, а также отчетливые широтные и сезонные градиенты и их нарушения для коротковолновой УФР

ветствующих полушарий при ясном небе области УФ оптимумов распространяются от полюсов до 58-60°с ш и примерно до 65°ю ш за исключением горных районов В зимний период области УФ оптимумов в обоих полушариях лежат в зоне 25-50° В зимнее время даже в отсутствии облаков практически вся территория России, за исключением самого юга Европейской части и Дальнего Востока, находится в области УФ недостаточности Облачность ответственна за смещение границ областей УФ оптимумов в сторону экватора в летнее время обоих полушарий примерно на 20°, а в зимнее - на 5°

Таким образом, на основании современных экспериментальных данных и точных методов расчета получены оценки УФ радиации у поверхности Земли, выявлена роль различных факторов в изменчивости УФР и установлен ряд важных глобальных и региональных закономерностей пространственно-временных изменений УФ радиации и ее биологических ресурсов

Основные публикации по теме диссертации:

1 Незваль Е И, Чубарова Н.Е. Спектральное распределение солнечной радиации в интервале длин волн 290-560 нм при сплошном покрове облаков верхнего яруса В сб "Радиационные свойства перистых облаков", М Наука, 1989, стр 148-152

2 Абакумова Г М, Евневич Т В , Незваль Е И, Чубарова Н.Е., Шиловцева О А Влияние облаков верхнего яруса на солнечную радиацию в различных участках спектра по данным наземных измерений Радиационные свойства перистых облаков", М , Наука, 1989, стр 130-148

3 Абакумова Г.М, Изакова О.М, Незваль Е И , Чубарова Н.Е. -Влияние облаков верхнего яруса на интегральную и ультрафиолетовую радиацию по данным наземных многолетних наблюдений в Москве В сб МГК при президиуме АН СССР 'Повторяемость и радиационные свойства облаков верхнего яруса', Москва, 1990, стр 25-42

4 Абакумова Г М , Незваль Е И , Чубарова Н.Е. О связи пропускания рассеянной и суммарной радиации в различных участках спектра с оптической

толщиной перистых облаков Изв АН СССР, Физика атмосферы и океана,

1991, № 9, стр 967-972

5 Незваль Е И, Чубарова Н.Е. Радиационные свойства облаков верхнего яруса по данным спектральных измерений в интервале 310-560 нм Изв АН СССР, Физика атмосферы и океана, № 9,1991, стр 1015-1021

6 Чубарова Н.Е. Влияние перистых облаков на ослабление суммарной ультрафиолетовой радиации по результатам моделирования. Изв АН СССР, Физика атмосферы и океана, No 9,1991, стр 1022-1027

7 Nezval Ye I, N.Ye. Chubarova Radiative properties of upper level clouds according to the data of spectral measurements and calculations // Atmospheric Science Paper No 516, Department of Atmospheric Science, Colorado State University

1992, pp 109-125

8 Abakumova G M , Ye I Nezval', N.Ye. Chubarova, О A Shilovtseva, Ye V. Yarkho Upper level cloud influence upon global radiation indifferent regions of the spectrum // Atmospheric Science Paper No 516, Department of Atmospheric Science, Colorado State University 1992, pp 78-107

9 Чубарова Н.Е Пропускание суммарной УФ радиации облаками разных типов // Изв РАН Физика атмосферы и океана т 29, № 5,1993, стр 639-645

10 Chubarova N The determination of the cloud optical thickness from measurements of global UV radiation at ground / 1RS'92 Current problems in the Atmospheric Radiation A DEEPAK Publishing, 1993, USA, pp 93-95

11 Тарасова T A , Чубарова Н.Е. Определение оптической толщины сплошной облачности среднего и нижнего ярусов по измерениям потоков излучения в трех интервалах солнечного спектра на поверхности Земли при отсутствии снежного покрова // Изв РАН, Физика атмосферы и океана, 1994, №3, с 267271

12. Изакова ОМ, ТА Тарасова, Н.Е.Чубарова, ОА.Шиловцева Пропускание суммарной радиации слоисто-кучевыми облаками и оптические толщины облаков по данным многолетних измерений в различных участках спектра // Изв РАН, Физика атмосферы и океана, 1994, №3, с 378-382.

13 Волкова Е В , Чубарова Н.Е. Влияние различных параметров на ультра фиолетовую и биологически активную радиацию // Изв РАН, Физика атмосферы и океана, 1995, т 31, № 4, стр 531-539

14 Chubarova N.Ye., Nezval' Ye I Some results of long-term UV measurements and modelling m Moscow State University / Report of the WMO/STUK intercom-parison of erythemally-weighted solar UV radiometers WMO-GAW, No. 112, WMO-TD No 781, 1995, pp 18-21

15 Krotkov NA, IV Geogdjaev, N.Ye. Chubarova, SV Bushnev, TV. Kondranin, V U Khattatov A new database program for spectral surface UV measurements //J of Atmospheric and Oceanic Technology, 1995, vol 13, N 6, pp 12911299

16 Chubarova N.Ye. Variability of Cloud Optical Thickness Based on Ground Solar Irradiance Records m Moscow for 25 Years / IRS'96 Current problems in Atmospheric Radiation A Deepak Publishing 1997, Hampton, Virginia USA, pp214-217

17 Chubarova N.Ye., Krotkov N.A, Geogdzhayev IV , Kondranin T V , Khatat-tov, V.U. Spectral UV Irradiance the Effects of Ozone, Cloudiness and Surface Albedo / IRS'96 Current problems in Atmospheric Radiation A Deepak Publishing 1997, Hampton, Virginia USA, pp 881-885

18 Geodzhaev, IV , T Kondranin, A Rublev, N.Chubarova. UV radiation transfer through broken cloud fields Modeling and comparison with measurements / IRS'96 Current problems m Atmospheric Radiation A Deepak Publishing 1997, Hampton, Virginia USA, pp 865-868

19 Rublev AN, ANTrotsenko, IVGeogdzhaev, N.E.Chubarova, T V Kondranm, P Y Romanov The use of satellite data for determination of down-welling solar radiation / IRS'96 Current problems in Atmospheric Radiation A Deepak Publishing 1997, Hampton, Virginia USA, pp 488-491

20 Chubarova N.Ye , Nezval' Ye I Ozone, aerosol and cloudmess impacts on biologically effective radiation and UV radiation less 380nm / IRS'96 Current problems in Atmospheric Radiation A Deepak Publishing Hampton, Virginia USA,

1997, рр 886-889

21 Chubarova N.Ye. Ozone influence upon UV radiation and possible compensation of its impact by other atmospheric factors / WCRP-99 WMO/TD No 814, 1997, v 2 Stratospheric processes and their role in climate (SPARC), pp 521-524.

22. Геогджаев И В T В Кондранин А Н Рублев, Н.Е.Чубарова. Моделирование переноса УФ радиации через разорванную облачность и сравнение расчетов с измерениями // Изв РАН. Физика атмосферы и океана, 1997, т 33, № 5, стр 680-686

23 Абакумова ГМ , ЕВ Горбаренко, ОМИзакова, ЕИ.Незваль, В А Розенталь, Н.Е.Чубарова, О А Шиловцева Пропускание суммарной солнечной радиации и оптические толщины облаков нижнего яруса по данным Звенигородского эксперимента 1994 г // Изв РАН Физика атмосферы и океана, 1998,т 34,№1,стр 141-144

24 Halthore R N , V V. Kozoderov, EI Nezval, N.Ye. Chubarova, LA Shli-akova, В L Markham Atmospheric Optical Properties over the Russian Steppe during Summer // Remote Sensmg Reviews, v 17,1998, pp 221-238

25 Абакумова Г M, E.B Горбаренко, О М Изакова, Е И Незваль, Чубарова Н.Е., О А Шиловцева О зависимости пропускания суммарной радиации в различных областях спектра от балла общей облачности // Изв РАН. Физика атмосферы и океана, 1998, № 34, №1 стр 141-144

26 Чубарова Н.Е. Ультрафиолетовая радиация в условиях разорванной облачности по данным многолетних наземных наблюдений // Изв РАН Физика атмосферы и океана 1998 т 34 №1 стр 145-150

27 Розенталь В А, Чубарова Н.Е , Изакова О М., Шараев Г А Мониторинг радиационных потоков аппаратно-программным комплексом SUN // Оптика атмосферы и океана, 1999, т 12, №1, стр 82-86

28 Чубарова Н.Е., Рублев А Н , Троценко А Н, Трембач В В Вычисление потоков солнечного излучения и сравнение с результатами наземных измерений в безоблачной атмосфере//Изв РАН Физика атмосферы и океана 1999 т 35 №2 стр 222-239

29 Chubarova N. and Ye Nezval' Thirty year variability of UV irradiance . Moscow // Journal of the Geophysical Research, Atmospheres, 105, 2000, 1252912539

30 Chubarova N.Ye., AYuYurova, N N Uliumdzhieva, NAKrotkov, anc J R.Herman Biologically active UV irradiance Temporal and spatial variations based on satellite and ground measurements over Eurasia / IRS 2000 Current Problems in Atmospheric Radiation A Deepak Publishing, Hampton, Virginia 2001 pp 1189-1192

31. Chubarova N.Ye., A.Yu Yurova, NN Uliumdzhieva, PG Toropov, GM Abakumova, Ye I Nezval', О A Shilovtseva, N G. Pnlepsky, P Yu Zhmylev, Ye A Karpukhma, Ye A. Kolesmkova, A R Riebau, and A W Schoettle Variations of solar irradiance in different spectral regions and their possible effects on the phenologi-cal expression of forest plants (MSU Meteorological Observatory - Zvenigorod Biostation Experiment) / IRS 2000 Current Problems in Atmospheric Radiation A Deepak Publishing, Hampton, Virginia, 2001, pp 1101-1104

32. Chubarova N., A Yurova, N Krotkov, J Herman, PK Bhartia Comparisons between ground measurements of broadband UV irradiance (300 - 380 nm) and TOMS UV estimates at Moscow for 1979-2000 // Optical Engineering, 2002, v 41, No 12, pp 3070-3081

33 Чубарова H.E., Мониторинг биологически активной УФ радиации в Московском регионе // Изв РАН Физика атмосферы и океана, 2002, т 38, №3, стр 354-365

34 Незваль Е И , Чубарова Н.Е. Ультрафиолетовая радиация / Справочник эколого-климатических характеристик Москвы, т 1, под ред А А Исаева, М, Издательство Московского университета, 2003 г стр 87-111

35. Чубарова Н.Е. Биологически активная ультрафиолетовая радиация / Летопись погоды, климата и экологии Москвы 2001 год. Санкт-Петербург, Гид-рометеоиздат, 2003, стр 20-22

36 Улюмджиева Н Н, Чубарова Н.Е. Мониторинг аэрозольных свойств атмосферы по данным измерений солнечным фотометром CIMEL по программе

AERONET / Летопись погоды, климата и экологии Москвы 2001 год Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 2003, стр 26-29

37 Юрова А.Ю, Чубарова Н.Е. Мониторинг приземного озона прибором фирмы 2В Technologies Inc / Летопись погоды, климата и экологии Москвы 2001 год Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 2003, стр 71-73

38 Рублев А Н , Н.Е.Чубарова, А Н Троценко, Г.И Горчаков Определение общего содержания N02 по данным сети AERONET // Изв РАН, Физика атмосферы и океана, т 40, 2004, №1, стр 62-77

39 Чубарова Н.Е. Влияние аэрозоля и атмосферных газов на ультрафиолетовую радиацию в различных оптических условиях, включая условия дымной мглы 2002 г // Доклады Академии Наук, т 394, №1,2004, стр 105-111

40 Chubarova N., О Dubovik The sensitivity of aerosol properties retrievals from AERONET measurements to N02 concentration over industrial region on the example of Moscow // Optica Рига у Aplicada, v 37, No 3,2004,3315-3319

41 Chubarova N., Rublev A , Holben В Fires in Central Russia 2002 and their effects on optical properties of atmosphere and solar irradiance in different spectral regions // Optica Рига у Aplicada, v.37, No 3,2004, pp 3321-3326

42 Chubarova N.Y., YI Nezval, J.Verdebout, N Krotkov, and J Herman Long-term UV irradiance changes over Moscow and comparisons with UV estimates from TOMS and METEOSAT / Ultraviolet Ground- and Space-based Measurements, Models, and Effects V, ed by G Bernhard, J R Slusser, J R Herman, and W Gao, SPIE, 2005, pp 63-73

43 Чубарова H.E., А Ю Юрова, H H Улюмджиева, П А Торопов, E В Колесникова, В А Розенталь, Э Рибау Особенности метеорологического и радиационного режима в районе Звенигородской Биостанции МГУ в 2000-2001 г / Труды Звенигородской биологической станции МГУ им С Н Скадовского, т 4, М , Изд-во Московского университета, 2005, стр 6-15

44 Улюмджиева Н Н , Н.Е.Чубарова, А В Смирнов Аэрозольные характеристики атмосферы в Москве по данным солнечного фотометра CIMEL // Метеорология и Гидрология, 2005, №1, стр 48-57

45 Улюмджиева Н Н , Н.Е.Чубарова, Б Холбен Оптические свойства атм сферного аэрозоля в период лесных пожаров 2002 г в Московском регионе /, Метеорология и гидрология, №3,2005, стр 45-52

46 Чубарова Н.Е. Оптические и радиационные свойства дымового аэрозош по данным AERONET / Справочник эколого-климатических характеристик Москвы, том 2, под ред А А Исаева, М, изд-во Географического факультете МГУ, 2005 г., стр 127-132

47 Чубарова Н.Е. Глобальные изменения аэрозоля, облачности и ультрафиолетовой радиации / Современные глобальные изменения природной среды Москва, Научный мир, 2006, т 1, стр 55-67

48 Суркова Г В , Чубарова Н.Е. Азот, кислород и их соединения / Современные глобальные изменения природной среды Москва, Научный мир, 2006 т 1, стр 40-55

49 Chubarova N.Y., G М Abakumova, Е V Gorbarenko, ЕI Nezval' and О A Shilovtseva, А N Rublev The influence of forest and peatbog fires on the optical and radiative regimes of the atmosphere and radiative forcing over Central Russia / IRS 2004 Current Problems m Atmospheric Radiation A Deepak Publishing, Hampton, Virginia, 2006, p.439-443

50 Чубарова H. E. О роли тропосферных газов в поглощении УФ радиации // Доклады Академии Наук, т 407, №2,2006, стр 294-297

51 Bais AF, DLubin, AArola, GBernhard, MBlumthaler, N.Chubarova, С Erlick, H P Gies, N Krotkov, В Mayer, R L McKenzie, R Placental, G. Seckmeyer, J R Slusser. Surface Ultraviolet Radiation Past, Present and Future / Chapter 7 in Scientific Assessment of Ozone Depletion, Geneva, 2007.

Напечатано с готового оригинал-макета

Издательство ООО "МАКС Пресс" Лицензия ИД N 00510 от 01 12 99 г Подписано к печати 23 03 2007 г Формат 60x90 1/16 Услпечл 2,0 Тираж 120 экз Заказ 147 Тел 939-3890 Тел/Факс 939-3891 119992, ГСП-2, Москва, Ленинские горы, МГУ им МБ Ломоносова, 2-й учебный корпус, 627 к

Содержание диссертации, доктора географических наук, Чубарова, Наталья Евгеньевна

Введение.

Глава 1. Радиационная модель переноса солнечного излучения в земной атмосфере.

1.1. Описание метода дискретных ординат.

1.2. Структура модели.

1.3. Описание оптических параметров, задаваемых в модели.

1.3.1. Внеатмосферная радиация и поглощение различными газами.

1.3.2. Коррекция на рефракцию воздуха.

1.3.3. Коррекция на давление воздуха и расчет молекулярного ослабления.

1.3.4. Вертикальные профили распределения параметров.

1.3.5. Аэрозольные параметры атмосферы.

1.3.6. Оптические и микрофизические характеристики облаков.

1.3.7. Альбедо поверхности.

Глава 2. Оценки влияния различных атмосферных факторов на УФР

2.1. Влияние общего содержания озона на УФР.

2.2. Влияние тропосферных газов на УФР.

2.3. Влияние аэрозоля на УФР.

2.3.1. Оценки радиационных свойств аэрозолей по данным фотометра CIMEL.

2.3.2. Коррекция радиационных свойств аэрозоля за счет учета N02.

2.3.3. Влияние аэрозоля различных типов на УФР с учетом дополнительного поглощения газами в тропосфере.

2.4. Влияние альбедо поверхности на УФР.

2.5. Влияние облачности на УФР.

2.5.1. Оценка воздействия сплошного покрова облаков на УФ радиацию.

2.5.2. УФ радиация в условиях разорванной облачности.

2.5.3. Оптические толщины облаков по данным о пропускании суммарной радиации у поверхности Земли.

Глава 3. Реконструкции УФР у поверхности Земли.

3.1. Новый метод реконструкции УФР.

3.2. Проверка метода реконструкции УФР на независимом материале по наземным и спутниковым данным.

3.3. Реконструкция многолетних вариаций УФР в различных географических регионах с середины 30-х гг. XX века.

3.4. Анализ влияния облачности и озона на УФР по наземным и спутниковым данным измерений.

Глава 4. УФ радиация в Московском регионе.

4.1. Методические аспекты мониторинга УФ-В радиации в

Московском регионе.

4.1.1. Описание УФ биометра UVB-1 и методики измерений УФ-В радиации в МО МГУ.

4.1.2. Методика проведения УФ-В мониторинга.

4.2. Характеристика УФ радиации в Московском регионе.

4.3. Оценки возможных вариаций УФР в Москве при ясном небе

4.4. Сопоставление УФ-В радиации в Москве и пригороде на

Звенигородской биостанции МГУ.

Глава 5. Оценка качества спутниковых данных УФР по результатам наземных измерений.

5.1. Описание спутникового алгоритма NASA TOMS для восстановления УФР у поверхности Земли.

5.2. Описание алгоритма JRC METEOSAT для восстановления УФР у поверхности Земли.

5.3. Пространственные и временные ограничения при валидации спутниковых данных с большим полем зрения.

5.4. Оценки качества спутниковых восстановлений УФР при ясном небе.

5.5. Оценки качества спутниковых восстановлений УФР по алгоритму TOMS в облачных условиях.

5.6. Погрешности спутниковых восстановлений сезонных и годовых сумм УФР относительно наземных измерений и результатов модельных реконструкций.

Глава 6. Пространственное распределение УФР у поверхности Земли.

6.1. Пространственное распределение важнейших параметров, необходимых для расчета УФР.

6.2. Особенности географического распределения УФР.

6.2.1. Основные закономерности распределения УФ радиации при ясном небе.

6.2.2. Основные закономерности распределения УФ радиации в облачных условиях.

6.2.3. Распределение биологических ресурсов УФР по земному шару.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Ультрафиолетовая радиация у земной поверхности"

Ультрафиолетовая радиация (УФР) составляет лишь несколько процентов от всего потока солнечного излучения, приходящего на земную поверхность, однако ее воздействие на природную среду и здоровье человека очень велико. Ультрафиолетовая радиация обладает наибольшей биологической и фотохимической активностью в спектре солнечного излучения. Высокая эффективность воздействия УФР объясняется высокой энергией фотонов приходящего излучения в коротковолновой области спектра. Эта энергия растет с уменьшением длины волны от 0.49 10"18Дж при 400 нм (длинноволновая граница УФР) до 18

0.68 10"° Дж при 290 нм (коротковолновая граница УФ спектра у поверхности Земли). Вследствие этого с уменьшением длины волны биологическая активность УФ радиации увеличивается. По степени ее биологического воздействия согласно [299] УФР принято подразделять на три области: область УФ-С (100<Х<280нм), область УФ-В (280-315 нм), и область УФ-А (315-400 нм). (В некоторых странах за границу между областью УФ-В и УФ-А принимают длину волны 320 нм). Область УФ-С полностью поглощается в верхних слоях атмосферы кислородом и озоном; область УФ-В также в значительной степени ослабляется стратосферным озоном: к поверхности Земли доходит лишь небольшая ее часть. Таким образом, в естественных условиях к поверхности Земли поступает УФ радиация области А и В.

Действие УФ радиации, оказываемое на живую и неживую природу, может быть как положительным, так и отрицательным. На рис. 1 показаны объекты, на которые воздействует УФР. Видно, что УФР оказывает влияние на земные и водные экосистемы, на протекание биогеохимических циклов, качество воздуха, «время жизни» различных полимерных материалов, а также непосредственно на здоровье людей и живые организмы. человек и животный мир земные \ экосистемы уменьшение прироста биомассыподавление фотосинтеза, изменение во взаимодействии между видами, усиление подверженности к патогенезу) водные экосистемы подавление развития фитопланктона, изменение ^ структуры у соо бщ ест в).

УФ радиация

- ' фотохимические процессы в атмосфере разрушение полимерных материалов биогеохимические циклы влияние на баланс C02, СО, минеральных и органических веществ) синтез витамина D воздействие на кожу (эритема, пигментация, рак кожи фотокератоз и др.) влияние на иммунную систему (ослабление устойчивости к онкологическим заболевания.**, {усиление аллергических реакций и др.^ воздействие на глаза (фотокер а mum,

1катаракта, рак коньюкпшвы и др.)

Рис. 1. Воздействие УФ радиации на различные живые и неживые объекты.

Биологическое действие УФР. Механизмы и виды воздействия УФР на живые объекты. Биологическое воздействие УФР происходит через поглощение квантов света различными молекулами - хромофорами, которые присутствуют в покровных тканях кожи и глаз. Эти ненасыщенные молекулы могут переходить в более высокое энергетическое состояние. Компоненты молекулы, содержащие сопряженные двойные связи, свободно поглощают энергию в УФ области. Бензольные ядра с одним или двумя атомами азота, обнаруживают высокое поглощение в области УФ-В. Происходящие при этом бимолекулярные реакции довольно многочисленны; наиболее важными среди них являются те, в результате которых образуются тиминовые димеры. Так, в дезоксирибонуклеи-новой кислоте (ДНК), которая является носителем генетической информации, при поглощении кванта света происходит разрыв двойной связи между 5-м и 6-м атомами углерода в тимине (азотистое образование). Если такой разрыв происходит в соседних образованиях, то между ними могут замкнуться валентные связи и образовать димер тимина - основной фотопродукт облучения ДНК. Число димеров пропорционально дозе УФР и меняется с изменением длины волны при пике с максимумом в области 280 нм. В области УФ-В (до 315 нм) чувствительность большинства хромофор резко убывает с ростом длины волны. Однако разрушение молекул ДНК может наблюдаться и под воздействием больших доз УФ-А в присутствии некоторых веществ, которые называются фотосенсибилизаторы (например, акридин), когда возникают «сшивки» между ДНК и белками. Повреждение молекулы ДНК не позволяет выполнять ей свои функции и служит сигналом для вступления в действие других биологических процессов, которые, в свою очередь, могут привести к гибели клетки, генетической рекомбинации, мутагенезу и даже к канцерогенезу [86].

Что касается восстановительных процессов ДНК, то они довольно сложны. Отметим среди них процесс фотореактивации, в результате которого под действием видимого света и при определенных условиях фотореактивирующий фермент мономеризует димер и может восстановить молекулу до первоначального состояния [86]. Однако исследования процесса фотореактивации ДНК в клетках млекопитающих дали неоднозначные результаты.

УФР оказывает прямое действие и на рибонуклеиновые кислоты (РНК), однако поскольку молекула РНК существует во множестве копий, то для возникновения серьезных повреждений нужны очень большие дозы УФР.

Рассмотрим более подробно отрицательные и положительные эффекты воздействия УФР на здоровье людей и биоту. Отрицательное воздействие УФ радиации может быть острым и хроническим. УФ радиация действует, главным образом, на глаза, кожу, а также иммунную систему организма. Острое воздействие УФ радиации на кожу выражается в ее покраснении и возникновении эритемы и загара. Сильное покраснение может привести к образованию волдырей и повреждению кожных покровов с вторичными инфекциями и явлениями, характерными при ожогах первой и второй степени. Отрицательное хроническое воздействие УФР на кожу выражается в ее старении (солнечный эластоз), появлении изменений незлокачественного характера (актинический кератоз) и злокачественных опухолей кожи - в возникновении рака немеланомного типа (NMSC) и кожной меланомы (СММ). Ежегодно диагноз NMSC ставится 500 тыс. жителей США [143]. Доказательством того, что рак кожи немеланомного типа связан с УФ облучением подтверждается тем, что он обычно возникает у людей со светлой кожей на участках тела, наиболее подверженных воздействию солнечного света; в 80-90% случаев он возникает на голове, шее, кистях рук и предплечьях, а у женщин - на ногах. Кроме того, у негров NMSC практически не встречается, а в Австралии рак кожи - это заболевание переселенцев из северной Европы, при том, что местное население им практически не страдает [86]. Влияние непосредственного воздействия УФР подтверждается также высокой корреляцией между годовыми дозами УФ радиации и показателями заболеваемости раком кожи немеланомного типа, полученной Гордоном и Сильверстоуном [по 86]. По-видимому, возникновение NMSC определяется дозой облучения, накопленной в течение жизни. Чаще он встречается у людей, проводящих большое время на воздухе, или род деятельности которых связан с искусственным УФ излучением. Наиболее опасное для жизни заболевание злокачественной меланомой (СММ) также положительно коррелирует с УФ излучением [297]. Значимым фактором риска заболевания СММ являются солнечные ожоги, особенно полученные в детстве. Редкие периоды интенсивного УФ облучения (отпуск и т.п.) опаснее суммарных доз. [110]. Предшественниками меланомы считают обилие веснушек и родимых пятен [18]. По последним данным Онкологического центра им. Н.Н. БлохинаРАМН [10] отмечается положительная динамика заболевания меланомой кожи жителей России: от 3.4 тыс.чел. в 1985 г. 5 тыс. - в 1995 году и 6.6 тыс. чел. - в 2002 г. В США наблюдается положительный тренд заболеваемости меланомой с начала 70-х гг., составляющий примерно 4%. Нужно также отметить, что УФР в совокупности с действием некоторых химических соединений и лекарственных препаратов может приводить к сильному отрицательному воздействию на кожу даже при небольших дозах облучения.

Рассмотрим более подробно процессы, происходящие в коже человека под воздействием УФ излучения. В результате УФ облучения возникает эритема и загар, которые являются признаками воздействия УФР и репарации повреждений кожи. Эритема, которая выражается в покраснении кожи, проявляется после нескольких часов латентного периода и ограничивается участками, подвергшимися воздействию УФ радиации. В результате облучения происходит расширение кровеносных сосудов и увеличивается дермальный кровоток. Считается, что начальная фотохимическая реакция происходит в эпидермисе, где поглощение фотонов кератиноцидами может привести к освобождению внутриклеточных веществ, которые диффундируют и вызывают расширение сосудов. Это подтверждает наличие латентного периода, а также то, что большая часть энергии поглощается эпидермисом (рис. 2).

Для многих типов кожи через 48 часов после облучения начинается пигментация кожи («загар»). Он частично связан с миграцией пигментного меланина, присутствующего в базальных клетках, в поверхностные слои кожи. Загар также связан с образованием нового пигмента. По данным многочисленных экспериментов через 24 часа после облучения в клетках человека обнаруживаются также и «обгоревшие» клетки, диффузно распространенные по всему эпидермису. Они отличаются однородной потускневшей цитоплазмой и пикнотиче-скими пятнами и похожи на ороговевшие клетки. После этого наблюдается гиперплазия, которая наступает примерно через 2 дня, в результате чего отмечается постепенное увеличение толщины эпидермиса в течение 8-14 дней. Эти изменения представляют собой репарации повреждений, вызванных УФ излучением и в то же время защиту от дальнейшего облучения [86]. В литературе описываются попытки обнаружить процессы фотореактивации у человека в ходе облучения УФ за счет видимого света. Однако согласно [75] можно говорить только о несколько большем проценте людей, у которых за счет процессов фотореактивации видимый свет несколько ослабляет образование эритемы.

Воздействие УФ радиации на ДНК, как было показано выше, вызывает мутагенез, который в большинстве случаев связан с ошибками процесса SOS-репарации ДНК и, следовательно, может привести к канцерогенезу. В ряде исследований, описанных в [86], приводится следующий механизм: «ошибочное» востановление ДНК приводит к увеличению частоты хромосомных аберраций и росту мутаций, увеличивая скорость трансформации здоровых клеток в раковые и способствуя проявлению скрытых онкогенных вирусов, способных потенцировать рост раковых клеток.

Острое воздействие на органы зрения проявляется в развитии фотокератита («снежной слепоты») и фотоконьюктивита, которые обычно можно вылечить. Одним из наиболее опасных заболеваний глаз, вызываемых УФ радиацией, является катаракта, о чем свидетельствуют как экспериментальные, так и эпидемиологические данные [81]. Количество полностью слепых от катаракты людей в мире составляет примерно 20 млн. чел., при этом в тропиках их процент выше (до 30% пожилых людей). К другим УФ зависимым глазным патологиям относят птеригиум - гипертрофию глазной коньюктивы. Это заболевание часто возникает под воздействием искусственного УФ излучения. Оно является профессиональным заболеванием сварщиков. e I «еов с J Мейскера [

I крауаиa-JUM

I коиеч::иак тельшаии а-кориоу* (роговой слои) . г-мяипиоев слой б-люцидум (прозрачный слой) д-б,13альиа-»<п0точныи c.toi* ь-.*ран»лзЗг« (асряистьж с'сй) о-кориум м» дррмл

Рис. 2. Пропускание УФ радиации в коже человека по [86].

При действии на глаза, прежде чем УФ радиация попадает на сетчатку, она поглощается роговой оболочкой, хрусталиком и стекловидным телом. Как и в коже, более короткие длины волн поглощаются внешними слоями, в то время как более длинные волны проходят в более глубокие слои эпителия [86]. Установлено, что при повышенных дозах УФР в роговой оболочке возникает деструкция и некроз клеток эпителия. Отмечается торможение митозов и другие изменения в ядрах клеток, а позже в цитоплазме, где образуются вакуоли. При очень больших дозах происходит отслоение эпителия в центре роговицы, однако через 3-5 дней эпителий восстанавливается. Помутнение хрусталика (катаракта) вызывается большими дозами УФ радиации в течение продолжительного времени. Отмечаются как гистологические, так и биохимические изменения хрусталика: подавление митозов, фрагментация ядер клеток, денатурация белка, уменьшение глутатиона и др. [53].

К действию УФ излучения чувствительна иммунная система. Нормальная реакция клеточного иммунитета осуществляется путем взаимодействия антигена и антигенпредставляющих клеток с последующим вовлечением лимфоцитов

11 эффекторов [81]. Последние находятся в равновесии с лимфоцитами-супрессорами, количество или активность которых возрастает под воздействием УФ радиации. Есть мнение, что запускает эту реакцию уроканиновая кислота, локализованная в поверхностных слоях кожи. В результате длительного облучения большими УФ дозами страдает иммунная система организма в целом. Следствием этого является снижение резистентности к инфекционным агентам и к некоторым инфекционным заболеваниям [193], а также возможно развитие рака кожи. В качестве примера можно указать на заболевания с кожной фазой развития или зависящие от клеточного дефицита (корь, ветряная оспа, герпес и др).

Положительный результат воздействия УФ радиации связан, главным образом, с образованием витамина D (антирахитный эффект). УФР оказывает также благотворное действие на лечение некоторых кожных заболеваний (например, псориаза). Недостаток УФР может приводить к нарушению процесса обмена фосфора и кальция у разных групп населения, особенно у детей. В свою очередь это нарушает нормальный процесс формирования костной ткани и уменьшает активность защитных систем организма. Витамин D образуется фотохимическим путем в коже под действием УФР. Исследования показали, что витамин D образуется из так называемого провитамина (главным образом, из 7-дегидрохолестерола). Провитамин находится в самых нижних клетках рогового слоя кожи. Он затем преобразуется в превитамин, который является уже непосредственным предшественником витамина D. Согласно [86] нормальная суточная потребность в витамине D составляет 200 ME у взрослых, и 400 ME у детей (или соответственно 5-10 мкг холе(эрго-)кальциферола витамина D2). В последнее время считается, что дефицит витамина D, или D гормона 25[ОН]Оз, который создается в печени непосредственно из витамина D, может привести к различным заболеваниям. Дефицит витамина D обнаружен у людей, недостаточно времени проводящих вне помещений, а также при недостаточном поступлении этого витамина с пищей (главным образом, у детей). Он отмечается также у пожилых людей, проживающих в районах с низкой инсоляцией, а также у людей, ведущих неподвижный образ жизни. Отмечается, что способность кожи образовывать витамин D у пожилых людей в четыре раза меньше, а содержание 25(ОН)Оз в сыворотке их крови менее 30 мкг/л. Это классифицируется как гиповитаминоз D (пороговое значение витамина D при гиповитаминозе -40 мкг/л, пороговое значение, соответствующее дефициту витамина D, - 12-15 мкг/л) [207]. По данным Г.Я. Шварца [105], недостаточность витамина D может повысить риск некоторых хронических заболеваний, встречающихся в практике кардиологов (артериальная гипертензия) и эндокринологов (например, сахарного диабета типов 1 и 2) неврологов (эпилепсия, рассеянный склероз и боковой амиотрофический склероз, церебральные параличи), психиатров (болезнь Альцгеймера, шизофрения, маниакально-депрессивный психоз, аутизм), онкологов (рак предстательной, молочной, поджелудочной желез, толстой кишки и др.). В пользу связей недостатка витамина D с рассеянным склерозом говорит резкое возрастание случаев заболеваний с увеличением географической широты и генетическая предрасположенность к таким заболеваниям людей со светлой кожей и голубыми глазами [105]. Следует отметить также повышение риска заболевания диабетом 2 типа в северных странах у темнокожих выходцев из Азии (в 4-5 раз!) по сравнению с белокожими жителями. У женщин, проводящих достаточно длительное время на солнце и имеющих высокий уровень метаболитов D-гормона в крови, отмечено снижение на 20-50% частоты случаев рака молочной железы по сравнению с теми, кто редко подвергается инсоляции [207]. Особо следует отметить УФ недостаточность для темнокожих иммигрантов, переехавших из районов высоких широт. По данным [207] 80% пожилых афроамериканцев в США имеют дефицит витамина D. Это связано с низкой способностью их темной кожи утилизировать природную инсоляцию по сравнению с кожей белых. При этом к концу зимнего периода число темнокожих, страдающих недостатком витамина D значительно увеличивается. В работе В.К. Беликовой и др.[15] показано, что заболеваемость рахитом, вызываемым также недостатком витамина D, в районах, расположенных вблизи 65°с.ш. в 2-3 раза превышают таковые на 45° с.ш. Следует отметить, что избыточное УФ облучение может приводить и к обратной реакции и разрушению многих витаминов (особенно витамина С) [14].

Отмечается негативное воздействие УФР на различные растения и микробы, однако они способны вырабатывать защитные механизмы. Было показано, что увеличенные дозы УФ радиации не ведут к гибели организмов, но изменяют их продуктивность, жизненные циклы и приводят к выработке некоторых химических реагентов, ведущих к изменению защитных функций [297]. В последние годы было показано, что УФ излучение негативно влияет на рост и фотосинтез фитопланктона, а также на содержание в нем протеина [316]. Чувствительностью к УФ-В излучению обладают морские водоросли, зоопланктон, а также морские ежи и кораллы. УФ-В радиация способна непосредственно поражать икру и мальков рыб, личинок креветок и крабов, снижать репродуктивную способность, рост и выживаемость [316]. Известно, что УФ радиация действует и на высшие растения (уменьшение высоты, сухой массы, поверхности листьев и др.) Наибольшая чувствительность по результатам тестирований оказалась у семейства тыквенных (горох, соевые бобы и др.) [291].

Важную роль УФ радиация играет в биогеохимических связях. В частности, в результате ее действия на почвенные микроорганизмы (например, на циано-бактерии) может меняться скорость утилизации растворенного в воде азота воздуха, который участвует в процессах фотосинтеза. Этот процесс трудно переоценить, поскольку величина утилизации этими веществами в целом сравнима с объемом ежегодного производства искусственных азотных удобрений. Кроме того, УФ излучение способно активизировать и ключевой фермент ассимиляции азота - нитрогеназу [316]. Оно также оказывает и опосредствованное воздействие, разрушая органические компоненты почвы и нарушая сложившиеся взаимодействия между микробными и растительными компонентами агробиоценозов. УФ радиация также индуцирует активное протекание фотохимических реакций в атмосфере, что может улучшать качество воздуха.

Однако, говоря об эффектах УФ радиации, надо принимать во внимание одновременное действие таких факторов, как рост концентрации СОг, изменение температурного и влажностного режима и других, которые могут ослабить или, наоборот, усилить отрицательное действие УФ-В радиации на живые организмы.

Биологическую эффективность УФ радиации принято оценивать с помощью спектров (спектральной эффективности) биологического действия, которые характеризуют роль тех или иных длин волн УФ радиации для данного объекта (например, кожа, глаз и т.п.) в относительных единицах. Для оценки уровня биологически активной ультрафиолетовой радиации (БАУФР) используется следующее выражение:

400

0,бауфр~ Ш)Е(Я) dX (I)

280 где Е(Я) -спектральная эффективность биологического действия, Q(X) -спектральная плотность энергетической освещенности, выраженная в Вт/м2нм. Например, при расчете уровня биологически активной эритемной радиации используется спектр эритемного действия. На рис. 3 приведены спектры биологического действия на различные объекты. Как видно из рисунка, большинство спектров имеет максимум в УФ-В области. На практике спектры биологического действия часто называются также кривыми биологического действия.

Сходство различных кривых биологического действия объясняется похожими процессами, происходящими в результате поглощения фотонов радиации клетками организмов. Однако, если спектры действия, в частности, на кожу человека близки для всех рас, то в пороговых значениях образования эритемы существуют значителные различия. Согласно [299] выделяют четыре типа человеческой кожи для европейского населения. Их характеристика, а также пороговые значения минимальных эритемных доз приведены в табл. 1.

Между кривыми эритемного действия для типов кожи 1, 2 и 3, 4 существуют небольшие различия, однако общепринятой является кривая действия для типа кожи 1 и 2, определенная через 24 часа после облучения. Эта кривая действия была принята в качестве базовой международным комитетом по освещению в

1993 году и используется как международный эталон [163]. В настоящее время она также используется при оценках пороговых значений образования витамина D [207] и канцерогенеза [166] вследствие близости спектральных характеристик этих кривых действия. Следует отметить, что кривая действия образования витамина D, определенная in vitro украинской группой исследователей значительно отличается от используемой кривой эритемного действия (см. например, [293,191]).

Е(1) 1 0.1 0.01 0.001 0.0001 0.00001 0.000001 ооооооооооооо

COOlOT-OJiri^inCONODOlO счсчсосососооотсосососотг длина волны, нм

Эритемное действие(С1Е) — - -действие на ДНК —•— Канцерогенное действие (SCUP) —*— эритемное действие (ACGIH) !Действие на фитопланктон

Рис. 3. Спектры биологического действия в УФ диапазоне Е(Л): спектр эритемного действия по данным международного комитета по освещению (CIE) по [163,251) и ACGIH по [107], спектр канцерогенного действия на человека по [173], действие на ДНК по [280] и на фитопланктон по [165].

Надо отметить, что чувствительность кожи к УФР очень сильно зависит от внешних условий, сезона года, предшествующего облучения и некоторых индивидуальных особенностей человека. Так, женщины более чувствительны к облучению, чем мужчины, дети - в большей степени, чем взрослые. Для возраста 6-12 лет чувствительность будет составлять примерно 150% от уровня чувствительности взрослых [18, 86], Эритемная чувствительность разных частей тела также меняется: она убывает в последовательности: грудь (100%) живот, спина, шея (50%) верхние и нижние конечности (менее 25%) [18].

Табл. 1. Основные типы человеческой кожи для европейского населения и пороговые значения, необходимые для образования одной минимальной эритемной дозы (МЭД).

Тип кожи Образование загара Образование эритемы Цвет волос Цвет глаз Пороговая доза (МЭД)

I Не образуется никогда Образуется всегда Рыжий Голубой 200 Дж/м2(э)

II Образуется редко Образуется иногда Светлый Голубой или зеленый 250 Дж/м2(Э)

III Образуется Всегда Образуется редко Каштановый Серый или карий 350 Дж/м2(Э)

IV Образуется всегда Не образуется никогда Черный Карий 450 Дж/м2(э)

Наиболее распространенная кривая эритемного действия по CIE [163,251] задается следующим образом:

Е(Я)=\, для к <298 нм Е(Я)=\0л0094(298"Х) для298 < А, < 328 нм £^>Юл0015(139-Х) для 328 < I <400 нм (II)

Две-три минимальные эритемные дозы вызывают сильное покраснение кожи (яркую эритему), 5 доз - болезненный ожог, 10 доз - образование волдырей.

Согласно второму закону фотохимии (закону взаимности Бунсена и Роско) известно, что первичное фотохимическое воздействие зависит только от интенсивности и продолжительности облучения. Поскольку эритема и другие явления, связанные с УФ облучением, являются косвенными эффектами, то к ним этот, закон может быть применен лишь условно. Исходя из опытных данных, эритемное действие можно считать пропорциональным дозе, и оно не зависит от соотношения между плотностью потока энергетической освещенности и продолжительностью, если продолжительность облучения не превышает латентного периода, который может меняться от 1 до 6 часов [86]. Если же время облучения, необходимое для получения 1 МЭД, сравнимо с латентным периодом, то эритема не возникает. Продукты фотохимических реакций удаляются в результате обмена веществ или восстанавливаются. В.А. Белинским указывалось, что если эритемная доза была меньше пороговой эритемной дозы1, в течение часа, то эритема не образовывалась и при более длительном облучении [88]. В результате экспериментов было показано, что доза УФ радиации без образования эритемы не должна превышать 120 Дж/м (Э) при экспозиции 7 часов.

Люди, чья пофессия связана с работой на открытом воздухе, получают 10% от годовой суммы УФ радиации, приходящей к земной поверхности; люди, работающие внутри помещения - всего 3% [125]. Однако во время каникул или отпусков люди могут удвоить годовую норму [295]. Как видно из предыдущего обзора, это может иметь как позитивные (формирование витамина D), так и негативные последствия (рак кожи, катаракта). Пороговая доза для формирования витамина D оценивается разными авторами по-разному. По данным Holick [207] для получения примерно 800-1500 ME (или 20-40 мкг эргокальциферола витамина D) необходимо облучать 25% тела дозой УФ радиации, равной 25% от одной МЭД. Эти расчеты были сделаны, исходя из того, что одна минимальная эритемная доза при облучении всего тела создает примерно 10000-25000 ME. По другим источникам для формирования витамина D необходимо 50% от МЭД [309]. Для оценок in vitro 5% превитамина D образуется при облучении 2 МЭД [293]. Как отмечалось в [18], где однако использовался старый спектр эритемного действия, для нормального функционирования организма суточная доза эритемной радиации должна составлять не менее 12.5% и не более 75% от одной МЭД.

1 По нашим расчетам принятое в этой работе пороговое значение 80 мэр.час/м2 соответствует с учетом новой кривой эритемного действия примерно 262 Дж/м2 (э). (Это верно только для оценок при больших высотах Солнца). Таким образом, можно говорить, что приведенные В.А. Белинским оценки характерны для оценки МЭД у второго, наиболее распространенного типа кожи.

Согласно последним рекомендациям ВМО, Всемирной Организации Здравоохранения, UNEP и др. [194] при мониторинге УФ радиации и ее прогнозе рекомендуется использовать УФ индексы, UVI, которые определяются нормированием суммарной эритемной радиации на некоторое малое значение (0.025 Вт/м2(Э)):

UVI=QJ0.025 (III)

В зависимости от величины различают разные категории УФ индексов: низкая категория (UVI<2), средняя (UVI=3-5), высокая (UVI=6-7), очень высокая (£/Г/>8-10) и экстремально высокая (UVI> 11) по [194]. Согласно рекомендациям в [194], уже начиная с UVI=3, необходима защита от Солнца. В качестве предохранительных мер рекомендуются защитные кремы с фактором защиты SRF=15 и выше, защитные очки, одежда и проч.

Во многих странах наряду с прогнозом погоды, дается прогноз и УФ индексов (например, в США, Европе, Австралии). И население по телевидению информируется о возможных изменениях уровня УФ радиации.

Обзор исследований УФ радиации у поверхности Земли.

Исследованию УФ радиации, приходящей к земной поверхности, посвящено много работ. В Советском Союзе измерения УФР были начаты уже в 1930-х гг. Н.Ф. Галаниным и А.Н. Бойко. Пионерами в исследовании УФ радиации были также профессор кафедры меторологии и климатологии Географического факультета МГУ В.А. Белинский и его многочисленные ученики. Их экспериментальные и теоретические работы 50-70-х гг. XX столетия послужили основой создания целой научной школы в МГУ. В частности, необходимо упомянуть монографию под редакцией В.А. Белинского «Ультрафиолетовая Радиация Солнца и Неба» [18], Атлас карт ультрафиолетовой радиации [88] и некоторые другие его публикации [16, 17, 19, 88], а также последующие работы М.П. Га-раджа и Е.И. Незваль [26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 62]. В Метеорологической обсерватории МГУ усилиями М.П. Гараджа и Е.И. Незваль с 1968 г. был организован мониторинг УФ радиации 300-380 нм [26]. Проводились также исследования спектрального состава УФ спектрометром, разработанным в МО МГУ [25, 32]. В начале 60-х гг. большую роль в исследовании спектрального состава УФ радиации сыграли работы, выполненные Бенером [123] в Швейцарии, а также модельные исследования УФР, выполненные Грином с коллегами [195, 256, 255 и др.]. Кроме того, в 70-80-гг. много экспериментальных работ было выполнено в Польше и Чехословакии [283, 283].

В связи с проблемой истощения озонового слоя стала реальной угроза повышения доз коротковолновой УФ радиации и появления в ее спектре излучения более коротких длин волн. Были разработаны различные международные и национальные программы по изучению УФ радиации. В частности, исследования УФР ведутся в рамках программы GAW (Global Atmospheric Watch), ряда европейских программ (COST-713 и COST-726, EDUCE и др.), национальных американских программ USDA [127], EPA/NOAA и NSF http:/fosimail.biospherical.com/nsf/ и др. В Канаде был создан международный центр данных по УФ радиации http://www.msc-smc.ec.gc.ca/woudc/. В настоящее время существует также и европейский центр данных по ультрафиолетовой радиации в Финляндии (EUVDB). В то же время в 1994 году ВМО установила наблюдательный совет по УФ измерениям в программе GAW, позволяющий стандартизировать проведение наблюдений и оценку качества измерений на разных станциях мониторинга [308]. Таким образом, масштаб исследований УФР с конца 80-х гг. прибрел глобальный характер. Особую роль при этом выполняли исследования УФ радиации из космоса. В частности, большую роль в понимании трендов озона и УФР у поверхности Земли сыграли спектральные измерения прибором TOMS (Total Ozone Mapping Spectrometer), который был установлен в 1978 г. на борту спутника NIMBUS-7, а также, позднее, и на других носителях (http://iwocky.gsfc.nasa.gov/ [202, 203, 204). Кроме этого восстановление УФ радиации у поверхности Земли стало возможно с помощью прибора GOME (европейский УФ спектрометр на борту ERS-2) и с помощью комбинации спутниковых приборов: MVIRI на борту METEOSAT и TOMS на борту NIMBUS-7[300].

Использование данных измерений на полярно-орбитальных спутниках приборами типа TOMS, GOME позволяют получать данные измерений УФ радиации раз в день по всему земному шару. Поскольку грубое временное разрешение может давать большую погрешность в оценке дневной суммы эритемной радиации, то были предложены и другие методы определения атмосферных параметров с других спутников (например, данные ERBE [239] позволяют восста-навлитвать поля УФР с часовым интервалом). Для оценки пространственного распределения УФ радиации используется также климатология облачности ISCCP [244], данные METEOSAT [301, 302] или данные AVHRR[270], имеющие хорошее временное и пространственное разрешение. Валидация данных спутникового зондирования показывает неоднозначность восстановления УФР в разных географических регионах. Разница между спутниковыми УФ измерениями и данными наземных измерений может достигать 40% [250, 259]. В главе 5 подробно обсуждаются причины их различий, главной из которых, вероятно, является неучет поглощающего аэрозоля и газовых примесей в атмосфере [111,113,157, 160,250 и др.].

О важности исследований УФ радиации говорит и то, что достижениям в этой области науки посвящается глава в международном научном сборнике "Scientific Assessment of Ozone Depletion", который выходит раз в четыре года и спонсируется ВМО, ЕС, NOAA, UNEP, NASA [312, 313, 314, 315]. В ней описываются последние научные достижения в исследовании УФ радиации по модельным и экспериментальным данным, приводятся оценки пространственно-временных изменений УФ радиации, прогнозы УФ радиации в будущем и др.

В связи с уменьшением содержания общего содержания озона, особенно большое внимание в настоящее время уделяется исследованию его влияния на ослабление УФ радиации. В частности, в 90-ые годы по данным многочисленных измерений в различных точках земного шара была подтверждена степенная зависимость изменений эритемной радиации от общего содержания озона (рис. 4).

Рис. 4. Зависимость изменений эритемной радиации на поверхности Земли от изменения общего содержания озона. Географические пункты: Мауна-Лоа (Гавайи), Лаудер, (Новая Зеландия), Фессалоники (Греция), Гармиш (Германия), Торонто (Канада). Линией показаны модельные расчеты с радиационным фактором усиления за счет озона, равным 1.1. Ясное небо. По [243].

Однако существовало расхождение в оценках степени воздействия общего содержания озона на эритемную радиацию по данным разных авторов и модельным расчетам. Так, например, по данным [131] величина радиационного фактора усиления зс| счет озона RX=\A , а по данным модельных расчетов

Rx= 1.1.

Наблюдения в Новой Зеландии показали, что практически все полуденные максимумы УФ радиации совпадают с минимальным содержанием озона. На рис. 5 хорошо видна заметная отрицательная корреляция между озоном и УФ радиацией.

150 X Toronto Canada •'"'' Garmiich, Germany

•«о -so -*o -so -ao -io о

Ottm change [%]

2 Подробная характеристика rx дана в разделе 2.1.

I I II I I I I I I 4 I I It I I I I I I

1(a)

I I I I I I I I I I II I I I I I I I I I

Рис. 5. Содержание озона и УФ индексы в полдень в Лаудере (Новая Зеландия) с 1978 по 2000 г. Лето (декабрь-февраль). Точками показаны непосредственные данные измерений озона (а) и УФ радиации (Ь); сплошными линиями - ассимилированные данные по озону, полученные со спутников и по сети спектрофотометров Добсона (а), а также рассчитанные значения УФ индексов (Ь) согласно этим измерениям озона в разные месяцы, отмеченные цифрами. По [248].

Была численно оценена зависимость УФР у поверхности Земли от вертикального распределения озона и температуры и показано, что роль этих факторов может составлять несколько процентов. (229, 225).Учет особенностей вертикального распределения озона и температуры может быть важен при оценках многолетних трендов УФР.

В [185] сделаны попытки оценить влияние на ослабление УФР других газовых примесей (в частности, SO2), возникающих за счет извержений вулканов или при антропогенном загрязнении атмосферы. Однако эти оценки проводились лишь для отдельных случаев. В целом, до последнего времени недооценивалась роль диоксида азота и некоторых других газов в поглощении УФ радиации. Так, крупными учеными еще в 2002 году считалось, что общее содержание NO2 в атмосфере незначительно [240] и, следовательно, этот газ не может оказывать значимых эффектов на ослабление УФР. В разделе 2.2 приводятся оценки возможных вкладов антропогенных газовых примесей в поглощение УФР в разных условиях, которое было подтверждено и непосредственными наблюдениями в Москве.

Аэрозоль может существенно ослаблять поступление УФ радиации к земной поверхности. Известно, что характеристики аэрозоля, в частности, аэрозольная оптическая толщина и альбедо однократного рассеяния во многом определяют ослабление солнечной радиации. В настоящее время сеть измерений AERONET совместно с измерениями UVMFSR позволяют оценивать свойства аэрозоля в УФ диапазоне спектра, см., например, [218, 223]. Натурные эксперименты в Греции в 1996 г во время кампании PAUR II позволили оценить аэрозольные характеристики атмосферы в УФ области спектра. Показано, что параметр Ангстрема в этой области равен а = 1.0±0.5, а альбедо однократного рассеяния изменяется между 0.84 и 0.98 [319]. До последнего времени отсутствовали климатические оценки аэрозольных характеристик в УФ области спектра. Лишь в последней работе Ярославского приведена статистика аэрозольных свойств атмосферы в УФ диапазоне спектра для Польши [212]. Однако большая пространственная и временная изменчивость аэрозольных свойств атмосферы, особенно в УФ диапазоне спектра, делает необходимым проведение непосредственных аэрозольных измерений в московском регионе, которые были организованы с 2001 г. (см. раздел 2.3.3).

В серии работ было показано влияние пространственного распределения альбедо снега на поступление УФ радиации [231, 232, 285, 279]. В частности, по их оценкам влияние альбедо снега на длине волны 324 нм может увеличивать поток УФР у земной поверхности от 8 до 39%. Альбедо снега может оказывать влияние на УФР у поверхности Земли в радиусе 40 км, даже если в точке непосредственных измерений не наблюдается снега [285, 232].

Во многих работах показано влияние облачности как одного из важнейших факторов регулирования УФР у поверхности Земли. В частности, среди последних работ, посвященных исследованию ослабления УФ радиации сплошным покровом облаков, следует отметить статьи [141, 145, 214, 265 и др.]. В этих публикациях показано, что пропускание УФР сплошным покровом облаков варьирует в широких пределах: от 0.3 до 0.8 [141]. Во многих работах, выполненных разными авторами, в том числе и автором этого исследования, указывается на спектральный характер пропускания УФР облачностью [26, 27, 31, 95, 151, 170, 256]. Для эритемной радиации эта величина может быть выше на 15-45%, чем для интегральной радиации. В разделе 2.5 на основе современных модельных и экспериментальных данных дается объяснение этому эффекту. Показана также необходимость использования трехмерных моделей для описания УФ радиации в условиях разорванной облачности [315], что было сделано при оценке УФР в условиях разорванной облачности в Москве (см. раздел 2.5.2). Важным моментом является тот факт, что при открытом диске Солнца рост УФР по сравнению с ясным небом может быть существенным и достигать 25% [145].

В настоящее время большое внимание уделяется разработке методов предсказания уровня УФ радиации. Для разработки прогностических схем УФР используются численные модели прогноза погоды. В некоторых научных центрах (например, в NCEP, KNMI, ECMWF, ВОМ) в прогностические модели ассимилируются данные по общему содержанию озона и разрабатываются алгоритмы, позволяющие прогнозировать его содержание на несколько дней вперед. Такой прогноз производится по данным спутникового мониторинга (исходя из инерционности полей озона) или на основании существования статистических связей с метеорологическими полями на определенных высотах. В то же время эти модели дают информацию об облачности, уровне коротковолновой радиации и снеге [314]. На основании совокупности этих данных производятся прогностические оценки УФР [119, 238, 230,237].

В 70-90-е гг. XX века большое внимание уделялось разработке численных методов переноса солнечного излучения в атмосфере, необходимых для вычисления УФ радиации. Для оценок УФ радиации используются разные методы расчета, включая различные модификации двухпотоковых методов [34, 213, 54, 69, 71, 91], а также более точный метод дискретных ординат [288]. В частности, двухпотоковый метод дельта-Эддингтона был положен в основу создания банка данных спектров УФ радиации в облачных условиях в МО МГУ [95].

Наиболее часто используемыми моделями или программными комплексами для расчета УФ радиации являются libRadtran [242], тропосферная ультрафиолетово-видимая модель (TUV) [245], модель STAR [271] и некоторые другие. При оценке разорванной облачности или эффектов неравномерно распределенного альбедо поверхности обычно используются 3-х мерные модели. Довольно часто при этом применяется метод статистических испытаний (Монте-Карло) [33, 72, 57]. Однако, в случае больших оптических толщин и сильно вытянутых индикатрис рассеяния, требуются большие машинные ресурсы для реализации расчетов, а высокая точность может оставаться нереализованной из-за отсутствия данных о ряде параметров.

Начиная с конца 80-х гг., наблюдается активное развитие сети мониторинга УФ радиации. Можно выделить несколько типов измерений УФ радиации.

1. Измерения спектрального состава УФ радиации сканирующими спектро-радиометрами с разрешением лучше АА,=1нм (например, УФ спектрорадиомет-ры сети NSF SUV-100, спектрорадиометры Brewer, Bentham, Optronics и др.). На основании этих наблюдений организованы международные и национальные программы, например, программы УФ мониторинга Франции, Бельгии, Новой Зеландии, Швеции, Германии, США, Канады и других стран (см. например, обзор работы международного радиационного симпозиума в Санкт-Петербурге [85]).

2. Измерения многоканальными УФ радиометрами типа GUV-511, GUV-541 или UV-MFRSR, с помощью которых получают данные в нескольких каналах

УФ диапазона спектра с разрешением порядка ДА=2нм. Приборами такого типа проводятся измерения в США, Южной Америке и северной Европе.

3. Измерения широкополосными приборами типа UVB-1 YES или SL Biometer 501 А, вид спектральной чувствительности которых близок к кривой спектральной чувствительности биологически активной радиации и имеет максимум в УФ-В области спектра. Данные приборы являются наиболее распространенными. Из широкополосных приборов следует также отметить УФ радиометр фирмы Эппли в диапазоне 300-385нм с эффективной длиной волны в длинноволновой области спектра (http://www.eppleylab.com/).

Измерения УФ радиации с хорошим спектральным разрешением безусловно являются наиболее информативным и могут быть использованы для оценки воздействия УФ радиации на различные биологические системы. Однако изменение атмосферных условий во время сканирования по спектру, а также ограниченность временного разрешения измерений иногда приводят к трудностям в использовании этих данных. Высокая стоимость спектрорадиометров не позволяет приобретать несколько приборов для одного пункта даже в странах, где на исследования в этой области тратятся значительные средства. Поэтому возникают перерывы в наблюдениях, вызванные необходимостью проведения регулярных проверок работы приборов, и это может существенно затруднить оценку трендов измерений [124]. Многоканальные приборы типа UV- MFRSR, GUV-511, GUV-541 совмещают некоторые качества спектральных приборов (имея удовлетворительное спектральное разрешение) и широкополосных приборов, поскольку дают возможность проводить измерения с хорошим временным разрешением одновременно в нескольких каналах. Однако измерения в отдельных спектральных каналах требуют дополнительных исследований по созданию так называемого синтетического спектра УФ излучения [134], необходимого для решения большинства прикладных задач. Это связано в конечном итоге с привлечением дополнительных модельных расчетов, что несколько снижает ценность таких измерений. Широкополосные приборы, разработанные в 90-е годы (UVB-1 YES, SL501A), отличаются стабильностью и довольно удобны при проведении УФ мониторинга. Однако, приборы этого типа требуют проведения регулярных калибровок и проверки их характеристик. Даже небольшие отклонения в кривой спектральной чувствительности могут привести к значительным погрешностям в измерениях из-за изменения спектральной плотности энергетической освещенности в УФ области спектра на несколько порядков.

Следует отметить, что оптимальным вариантом УФ мониторинга является комбинация узкополосных многоканальных и широкополосных измерений, проводимых, например, на сети USDA в США [127], позволяющая выявлять зависимости БАУФР от параметров его определяющих (характеристик аэрозоля, озона и облачности).

В 90 - х годах мониторинг УФ радиации проводился примерно в 200 пунктах с помощью широкополосных приборов и примерно в 100 пунктах - приборами с хорошим спектральным разрешением. Наиболее густая сеть существует в Европе, Северной Америке и Австралии. В последнее время за рубежом большое внимание уделяется проведению международных сравнений широкополосных УФ биометров в рамках различных международных программ. Например, такие сравнения проводились в рамках программы WMO/STUK в 1995 г. в Финляндии, в рамках проекта COST 713 в 1999 г. в Греции и др. К сожалению, в России до последнего времени измерения коротковолновой УФР ведутся лишь в очень ограниченном числе пунктов и не везде регулярно. Измерения спектрального состава УФ радиации с помощью спектрорадиометра Brewer проводятся в Кисловодске, Якутске и Обнинске (см. например, описание результатов измерений в Обнинске в [259, 292]). Кроме того, измерения УФР проводятся в Воейково с помощью модифицированного озонометра М-124 [40].

В Метеорологической Обсерватории (МО) МГУ эпизодические спектральные измерения УФ радиации проводились в 70-90 х гг. [25, 32, 63, 197] в том числе, при непосредственном участии автора. Мониторинг УФР в области менее 380 нм проводится с 1968 г. уфиметром МГУ, имеющим максимум чувствительности в области 340-345 нм, и практически не чувствительным к области

УФ-В [49, 154, 156]. Следует подчеркнуть, что это самый длинный ряд непосредственных измерений УФ радиации в мире. Наряду с этими измерениями, с

1999 г. в МО МГУ и с 2000 г. в Подмосковье на Звенигородской биостанции МГУ под руководством автора начаты регулярные измерения широкополосными приборами UVB-1 YES с максимальной чувствительностью в УФ-В области спектра. Проведение одновременных радиационных измерений в городе и пригороде дает возможность судить о влиянии города на радиационный режим атмосферы.

Мониторинг УФ радиации в различных географических регионах и в том числе в Антарктиде, позволяет оценивать степень опасности уровней УФР для биоты. Так, спектральные измерения УФ радиации в Антарктиде в рамках программы NSF показали, что максимальное поступление УФ радиации наблюдалось в 1998 г. весной южного полушария в период мощной озоновой дыры. В

2000 году рекордная по размеру озоновая дыра охватила огромные территории, включая территорию Аргентины. В результате этого на станции Ушуйа были зарегистрированы максимальные значения УФР в октябре 2000 г. На рис. 6. приведены максимальные дневные дозы эритемной радиации на станциях NSF, расположенных в Антарктиде, на Аляске, в тропиках и в Аргентине. Пики УФР, зарегистрированные в октябре, возникают вследствие больших высот Солнца и низкого содержания озона во время озоновой дыры 2000 г. Отчетливо видно, что эти максимумы перекрывают максимум УФР, наблюдаемый в тропиках в Сан Диего.

Одна из основных задач, стоящая перед исследователями УФ радиации, заключается в оценке возможных трендов УФР, которые могут быть связаны как с изменением озона, так и с вариациями других геофизических параметров. Многие биологические эффекты зависят от продолжительности воздействия УФ радиации. Оценка изменчивости УФР в прошлом также важна для определения возможности адаптации различных биологических объектов к изменчивости уровня УФР. Для надежного выявления трендов также необходимы периоды, превышающие несколько десятилетий [307].

McMurdo •Palmer -South Pole -Ushuaia -San Diego ■Barrow 0

01-Jan

20-Feb 10-Apr 30-May 19-Jul

Date

07-Sep 27-Oct 16-Dec

Рис. 6. Максимальные дневные дозы эритемной радиации на станциях NSF. [134].

Однако мониторинг спектрального состава УФР с использованием калиброванных приборов начался лишь с конца 1980-х гг. В связи с этим в последние годы предпринимались попытки разработать разные подходы для восстановления УФР в прошлом. В целом, все разработанные методы можно разделить на несколько типов: статистические методы, когда эритемно-взвешенная УФ радиация или УФ радиация других спектральных диапазонов определяется только на основании статистических моделей, полученных на основании установленных зависимостей между современными данными спектральных измерений в УФ диапазоне и набором геофизических параметров (озон, интегральная солнечная радиация, продолжительность солнечного сияния и др.), данные о которых были известны в прошлом (см, например, [246, 188, 191, 171]). При другом подходе сначала на основании модели радиационного переноса рассчитываются возможные значения УФР, характерные для ясного неба, и далее, по данным о суммарной интегральной радиации [215, 169, 130] или о продолжительности солнечного сияния [235,236] производится коррекция данных для облачных условий. В работе [224] для нескольких европейских станций сравниваются два метода реконструкции УФР: усовершенствованная статистическая модель на основе MARS технологии и расчетный метод с учетом облачности. Было показано, что статистическая модель, хотя и дает лучшие результаты для суточных УФ вариаций, но может быть использована в других географических условиях только после настройки коэффициентов по большому ряду измерений.

Таким образом, использование статистического подхода или эмпирических зависимостей в указанных методах делали затруднительным их применение в других географических пунктах и требовали создания нового метода реконструкции УФР. Для выявления причин межгодовой изменчивости УФР автором был разработан метод реконструкции, восстанавливающий ежегодные аномалии УФР с учетом отдельных геофизических факторов при сохранении физического смысла каждого из факторов в отдельности [156] (см. также главу 3).

Принципиально другим подходом при реконструкции уровня и трендов УФР в прошлом является использование климатической модели с химическим блоком. В частности, в [216] описаны результаты восстановлений и прогнозы УФР по земному шару с использованием трехмерной климатической модели UMETRAC, и химической транспортной модели FinROSE. Использование рассмотренных методов позволяет оценивать как межгодовую изменчивость УФ радиации, так и делать климатические оценки УФ радиации. В частности, в статье [189] на основании данных TOMS и УФ реконструкций получена климатология УФ индексов над территорией Канады и США.

Рассмотрим оценки межгодовой изменчивости УФ радиации в различных географических пунктах. Наиболее длинный ряд реконструкции УФР по данным об озоне, продолжительности солнечного сияния и высоте снежного покрова был получен в Швейцарии [236] (рис. 7). В течение исследуемого периода с 1926 по 2003 г. видны значительные межгодовые колебания УФР с высокими значениями в середине 1940-х годов, в начале 60-х и в 1990-х г.

Рис. 7. Временные серии реконструированных значений УФР в Швейцарии, приведенные как отклонения от данных за 3940-1969 гг. Внизу показаны отклонения в процентах изменчивости УФР за счет облачности (коричневая линия), озона (зеленая линия) и снежного покрова (пунктир). По [236].

Уменьшение эритемной радиации с 1960 по конец 1970 г, объясняется, главным образом, уменьшением солнечного сияния, а ее рост в 1990-е гг. - уменьшением озона. Результаты восстановлений УФР с середины 1960 -х гг. по данным нескольких европейских обсерваторий в Восточной Европе (Бельск, Радек и Тыравере) [224] также демонстрируют резкое уменьшение УФР во второй половине 1970-х гг. Это согласуется с данными по трендам облачности, приведенными в работах [42, 201, 252].

При характеристике УФ радиации важно представлять ее глобальное распределение по земному шару. Отметим, что 30 лет назад В.А. Белинским и Л.М. Андриенко был создан атлас карт УФ радиации [88]. Однако использование упрощенной радиационной модели атмосферы, устаревших данных по озону, аэрозолю, облачности, а также устаревших кривых биологического действия не позволяют использовать этот атлас для практических целей в настоящее время. В некоторых странах в последние годы были также разработаны подобные атласы, которые, однако, носят сугубо региональный характер. Например, был выпущен атлас УФР для территории Новой Зеландии [130].

Все вышесказанное указывает на важную роль биологически активной УФ радиации, а также на сложную зависимость УФР от геофизических факторов. Детальному исследованию влияния геофизических факторов на биологически активную УФ радиацию, теоретическим и экспериментальным оценкам УФР, разработке методов реконструкции и восстановлению уровней УФР в прошлом в разных географических условиях, а также выявлению пространственных закономерностей распределения УФР по земному шару и посвящена настоящая диссертация.

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Чубарова, Наталья Евгеньевна

Выводы к главе 6:

• На основании данных TOMS и наземной аэрозольной сети AERONET получено пространственное распределение общего содержания озона, аэрозольной оптической толщины в УФ диапазоне, облачного пропускания по земному шару для летних и зимних условий по сетке с шагом 2.5x2.5°.

- «Впервые построены карты распределения аэрозольной оптической толщины на длине волны 380 нм, которые в целом отражают реальную картину пространственного распределения тропосферного аэрозоля и его сезонные особенности.

• Предложен способ коррекции стандартных данных TOMS по отражательной способности на 331 нм, основанный на учете поглощающего аэрозоля и спектральных особенностей пропускания облачностью. Это позволило исключить систематические различия в наземных и спутниковых измерениях при отсутствии снежного покрова.

• Получен сезонный ход зонально-осредненных значений УФ радиации в разных спектральных интервалах, а также отношений внеатмосферных значе-ниий УФР к наблюдающимся у поверхности Земли. Определен также сезонный ход доли рассеянной радиации в суммарной при ясном небе и фоновых условиях аэрозоля. Анализ зонально-осредненных УФ индексов (UVI) у поверхности

Земли выявил отчетливые широтные и сезонные градиенты, связанные с высотой Солнца, и их нарушения за счет озонового фактора в некоторых районах. Показано, что большие значения зонально-осредненных УФ индексов у поверхности Земли (UVI>14) большей частью наблюдаются в зоне 30°ю.ш. -10° с.ш. Сдвиг относительно экватора определяется меньшим расстоянием между Землей и Солнцем летом южного полушария, а также несколько большим содержанием озона летом северного полушария.

• Согласно рекомендациям гигиенистов рассчитаны номограммы для условий ясного неба, позволяющие оценивать время, необходимое для образования витамина D для разных типов кожи. Показано, что даже при ясном небе и фоновом содержании аэрозоля граница УФ недостаточности в зимние месяцы обоих полушарий может опускаться до 50° для первого, наиболее чувствительного к УФР, типа кожи, и до 44°- для четвертого типа кожи. На широте Москвы условия УФ недостаточности сохраняются в ноябре и во все зимние месяцы. В полярных районах северного полушария категория населения с четвертым типом кожи недополучает полезную УФ радиацию в течение всего года даже при фоновом содержании аэрозоля и ясном небе.

• Построены карты распределения УФ радиации для контрастных месяцев года (января и июля) для ясного неба и облачных условий. Выявлены не только широтные, но и значительные высотные градиенты УФР, которые определяются уменьшением молекулярной толщины атмосферы, обеспечивающим градиент УФР 5%/км, изменениями альбедо, аэрозоля и озона. Совокупное действие этих факторов может приводить к удвоению доз УФ радиации.

• Пространственная изменчивость озона приводит к ±25% изменениям UVI летом северного полушария и к более, чем ±50% - зимой. Роль озона выражается в усилении широтных градиентов UVI в средних широтах, а весной южного полушария - в нарушении градиентов UVI в полярных районах. Показана важная роль аэрозоля: изменчивость аэрозольной оптической толщины по земному шару приводит к изменению UVI до ±10-12% и в значительной степени меняет соотношение рассеянной и прямой компоненты излучения. Роль облачности заключается, главным образом, в смещении изолиний значений UVI в более низкие широты и усилении градиентов в средних широтах.

• Разработаны карты биологических ресурсов УФР, на которых показаны географическое распределение зон оптимальных доз УФР в околополуденное время в безоблачных и облачных условиях в зимний и летний периоды по всему земному шару. Для условий ясного неба области УФ оптимумов распространяются от полюсов до 58-60°с.ш. и примерно до 65°ю.ш., за исключением горных районов. В зимний период области УФ оптимумов в обоих полушариях лежат в зонах 25-50°. Это, в частности, означает, что в зимнее время, даже в отсутствие облаков, практически вся территория России, за исключением самого юга Европейской части и Дальнего Востока находится в области УФ недостаточности.

• В облачных условиях нарушения зональности в распределении биологических ресурсов УФР выражены гораздо сильнее и связаны с центрами действия атмосферы. Области УФ оптимумов по сравнению с ясным небом сдвигаются в сторону экватора. Смещение их границ в летнее время соответствующих полушарий составляет примерно 20°: от 60° до 40°с.ш. и от 65° до 46°ю.ш. В зимнее время в обоих полушариях сдвиг границ за счет облачности составляет примерно 5°: от 50° до 45° и от 25° до 20°.

Заключение

Сфурмулируем основные выводы из проведенного исследования.

1. Разработаны новые методы исследования УФР:

1.1. Усовершенствована и адаптирована к реальным атмосферным условиям радиационная модель атмосферы.

1.2. Разработан новый метод реконструкции УФР, позволяющий не только восстанавливать УФ радиацию в прошлые эпохи, но и количественно оценивать вклады различных факторов в ее изменчивость.

1.3. Разработана система УФ-В мониторинга на базе широкополосных приборов, позволяющая определять эритемную радиацию.

2. Получены количественные оценки влияния различных атмосферных параметров на УФР:

2.1. По экспериментальным и модельным данным получены согласованные оценки влияния общего содержания озона на УФР и показана зависимость этого влияния от высоты Солнца.

2.2. С помощью предложенного автором параметра чувствительности показана большая чувствительность эритемной радиации к SO2 и NO2, особенно к NO2 в зимний период года (-1.8 %/матм.см) и меньшая - к тропосферному озону. Ослабление УФР за счет NO2 для условий Москвы в среднем составляет 2-3%, увеличиваясь до 10-15% при адвекции воздуха из районов лесных пожаров.

2.3. Оценены аэрозольные характеристики для условий Москвы в УФ диапазоне спектра: Тз4о~0.26, аУФ ~1.1, соУФ ~0.91, gy<j> ~0.72, служащие важными входными параметрами радиационной модели. Показано, что потери суммарной УФР за счет типичного аэрозоля меняются в диапазоне 0-30%, а ее ослабление за счет дымового аэрозоля достигает 60-70%.

2.4. Впервые по экспериментальным данным для условий ясного неба выявлен спектральный характер роста УФР за счет высокого альбедо снега с максимумом, превышающим 50% в области 320-340 нм, подтвержденный и модельными расчетами. Разработан метод оценки пространственного альбедо поверхности в УФ диапазоне, с помощью которого показано, что среднемного-летняя величина альбедо в Москве зимой равна 0.4.

2.5. Установлено, что потери УФР за счет облаков нижнего яруса составляют 60-85%, среднего яруса - 30-25%, верхнего яруса - 4-5%. При плотной облачности пропускание УФР растет на 25-70% при изменении альбедо в диапазоне 0.4-0.8. Оценены характеристики оптических толщин облаков разных форм для теплого и холодного периодов на основании разработанного метода определения оптических толщин облаков Рассчитано ослабление УФР разорванной облачностью по данным экспериментальных измерений и моделирования; при балле облаков N>2 получено удовлетворительное согласие между этими оценками.

3. Оценены ресурсы эритемной и УФ-В радиации в Москве и Звенигороде. Установлены большие изменения среднемесячных значений радиации - в 40-60 раз. Средние и высокие категории УФ индексов (3<UVI<1) могут наблюдаться с апреля по сентябрь; с октября по февраль при средних условиях облачности витамин D за счет УФР не образуется. Оценки по модели выявили, что при ясном небе вариации УФР на территории Москвы носят случайный характер и не превышают ±4%; в пригороде за счет меньшего содержания аэрозоля и NO2 ее уровень в среднем на 3-8% выше. УФ-В мониторинг в Москве и пригороде показал, что в 72% случаев более высокие среднемесячные значения УФ-В радиации наблюдаются вне города: разница достигает 18% зимой и 9% летом.

4. Измерения Q380 и реконструкция эритемной радиации выявили заметное падение УФР в конце 70-х годов и ее рост в 90-е годы в Московском регионе. Установлено, что заметное уменьшение УФР, начиная с 1976 г., связано с ростом эффективного балла облаков. Рост эритемной радиации в 90-е годы связан с действием нескольких факторов: уменьшением эффективного балла облаков, содержания озона и, начиная с 1994 г., - аэрозольной оптической толщины. В целом, в Москве межгодовая изменчивость эритемной радиации определяется вариациями эффективного балла облаков (±10-12%), общего содержания озона (±7-8%), оптической толщины аэрозоля (±2%) и оптической толщины облаков (±2%).

5. С помощью разработанного метода реконструкции определена межгодовая изменчивость УФР за счет облачности на территории бывшего СССР с 30-хгг. XX века; в среднем она составляет ±7-16%. Наблюдаются некоторые региональные тенденции изменчивости УФР, например, ее уменьшение в Восточной Европе в конце 30-х - начале 40-х и в конце 70-х гг.

6. Для всей территории Евразии оценены межгодовые вариации эритемной радиации за счет озона (±3-11%) и облачности (±3-И6%). Сопоставление изменчивости Q3 за счет этих факторов в глобальном масштабе выявило преобладание влияния облачности на большей части земного шара, особенно заметное в средних и высоких широтах северного полушария, в центральных районах Тихого океана и у берегов Юго-Восточной Азии.

7. Оценено качество спутниковых восстановлений УФР. Предложены способы коррекции спутниковых данных на аэрозоль, приводящей к уменьшению погрешностей восстановления УФР по TOMS - с +11% - до +2%, по METEOSAT - с -19% до -2%.

8. На основании модельных расчетов определены характеристики широтного распределения и сезонных изменений зонально-осредненной УФР в разных спектральных интервалах при ясном небе и фоновых условиях аэрозоля. Обнаружено смещение максимальных значений УФР в южное полушарие, а также отчетливые широтные и сезонные градиенты и их нарушения для коротковолновой УФР.

9. Для летних и зимних условий получены основные закономерности глобального распределения УФР и разработаны карты биологических ресурсов УФР, на которых показано распределение зон УФ недостаточности, УФ опти-мумов и УФ избыточности в безоблачных и облачных условиях. Летом соответствующих полушарий при ясном небе области УФ оптимумов распространяются от полюсов до 58-60°с.ш. и примерно до 65°ю.ш. за исключением гор

313 ных районов. В зимний период области УФ оптимумов в обоих полушариях лежат в зоне 25-50°. В зимнее время даже в отсутствии облаков практически вся территория России, за исключением самого юга Европейской части и Дальнего Востока, находится в области УФ недостаточности. Облачность ответственна за смещение границ областей УФ оптимумов в сторону экватора в летнее время обоих полушарий примерно на 20°, а в зимнее - на 5°.

Библиография Диссертация по наукам о земле, доктора географических наук, Чубарова, Наталья Евгеньевна, Москва

1. Абакумова Г.М.,Гараджа М.П., Евневич Т.В., Зайцева Н.А., Незваль Е.И., Никольская Н.П. Влияние дымной мглы на приход солнечной радиации и естественную освещенность. Метеорология и гидрология, 1986, No 11, стр.46-52.

2. Абакумова Г.М., Евневич Т.В., Незваль Е.И., Шиловцева О.А., Ярхо Е.В.-Влияние облаков верхнего яруса на рассеянную и суммарную радиацию в различных участках спектра. Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1991, N 9,стр.914-923.

3. Абакумова Г.М., Евневич Т.В., Никольская Н.П.- Влияние города на прозрачность атмосферы МГУ, 1983, стр. 92.

4. Абакумова Г.М., Изакова О.М., Незваль Е.И., Чубарова Н.Е., Ярхо Е.В. О влиянии облачности на суммарную радиацию в различных участках спектра. Известия РАН. ФАО, 1994, №2, с. 196-203

5. Абакумова Г.М., Незваль Е.И., Шиловцева О.А., 2002: Влияние кучевой облачности на рассеянную и суммарную ультрафиолетовую, фотосинтетически активную и интегральную солнечную радиацию. Метеорология и Гидрология, 7,29-40.

6. Абакумова Г., Незваль Е., Чубарова Н. О связи пропускания рассеянной и суммарной радиации в различных участках спектра с оптической толщиной перистых облаков. ФАО 1991 №9, стр.967-972.

7. Аксель Е.М. «Заболеваемость и смертность населения от меланомы кожи России и странах мира». Материалы межведомственного семинара «Изменения климата и здоровье населения России 21 веке» 5-6 апреля 2004 г.

8. П.Аникин П.П.,Петрушин А.Г., Тарасова Т.А.-Оптические характеристики перистых облаков -В сб. Радиационные свойства перистых облаков, Наука ,1989, с.53-65

9. Аникин П.П., Шукуров А.Х. Спектральное ослабление излучения дымовым аэрозолем. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, т.24, №3, 1988, стр. 244-249.

10. Атлас снежно-ледовых ресурсов мира. М., Издательство РАН, 1997, 392 стр.

11. Беликова В.К., Забалуева А.П., Гальперин Э.Л. Гигиеническая оценка зонирования территории СССР по УФ обеспеченности в кн. Биологическое действие ультрафиолетового излучения. М., Наука, 1975 с 161-165.

12. Белинский В.А. Атлас карт распределения ультрафиолетовой радиации на территории СССР. Сб. Ультрафиолетовое излучение под ред. Н.М. Данцига, «Медицина», Москва, 1971, с. 303-309

13. Белинский В.А., Андриенко Л.М.- Упрощенная радиационная модель атмосферы в ультрафиолетовой области спектра.-в сб. Радиационные процессы в атмосфере и на земной поверхности, Л.,Гидрометеоиздат, 1974г.,стр.273-276.

14. Белинский В.А., Гараджа М.П., Меженная Л.М., Незваль Е.И.- Ультрафиолетовая радиация солнца и неба.- М., Издательство Московского Университета 1968 г.

15. Белинский В.А., А.Н. Золотокрылин. Бактерицидная радиация. Сб. Ультрафиолетовое излучение под ред. Н.М. Данцига, «Медицина», Москва, 1971, с. 321-324

16. Берлянд Т.Г., Полынская Е.М. Об ослаблении радиации облаками над континентами, Труды ГГО, No 427,1980, с.79-93

17. Берлянд Т.Г., Строкина Л.А. Глобальное распределение общего количества облаков, Ленинград, Гидрометеоиздат, 1980.

18. Брасье Г., Соломон С., Аэрономия средней атмосферы. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1987г.

19. Волковицкий О., Павлова Л.Н., Петрушин А.Г. Оптические свойства кристаллических облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1984,198с.

20. Волкова Е.В., Чубарова Н.Е. Влияние различных параметров на ультрафиолетовую и биологически активную радиацию // Изв. АН, ФАО, 1995, т.31, No 4, с. 531-539

21. Гараджа М.П. Исследование ультрафиолетовой радиации в Москве Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук, Москва , 1974 г.

22. Гараджа М.П. Особенности прихода ультрафиолетовой радиации при различных условиях облачности. Радиационные процессы в атмосфере и на земной поверхности, Л., Гидрометеоиздат, 1974, с. 261-264.

23. Гараджа М.П., Евневич Т.В., Незваль Е.И.- Распределение рассеянной радиации по зонам неба для различных участков спектра при отсутствии облачности.- Метеорология и климатология. No 11, 1972.

24. Гараджа М.П., Незваль Е.И. Влияние прозрачности атмосферы и облачности на режим ультрафиолетовой радиации Сб. Ультрафиолетовое излучение под ред. Н.М. Данцига, «Медицина», Москва, 1971, с. 316-320.

25. Гараджа М.П.,Незваль Е.И. Биологические основы оценки естественного ОИ при решении экологических проблем. Сб. Механизмы и оценка эффективности действия оптического излучения на биологические системы. Из-во Пущино,1985.

26. Гараджа М.П., Незваль Е.И. -Влияние облачности на величину и спектральный состав суммарной и рассеянной радиации в УФ и видимой областях спектра. Ш Всесоюзное совещание по атмосферной оптике и актинометрии. Тезисы докладов. Томск, 1983, с.308-310

27. Гараджа М.П., Незваль Е.И. Влияние аэрозольной составляющей атмосферы на спектральное распределение солнечной радиации. Метеорология и гидрология, 1984, No 4, с. 62-69.

28. Геогджаев И.В., Кондранин Т.В., Рублев А.Н., Чубарова Н.Е. Моделирование переноса УФ радиации в условиях разорванной облачности и сравнение с измерениями // Известия РАН, ФАО, 1997, т.ЗЗ № 5 с. 680-686

29. Гермогенова Т.А., Коновалов Н.В. Асимптотические характеристики решения уравнения переноса в задаче о неоднородном слое.- Ж. вычисл. мат. и мат. физики, 1974, т. 14, N 4.

30. Гильченко Н.Г. Оценка погрешности результатов измерений составляющих радиационного баланса. Труды ГГО, Гидрометеоиздат, 1985, вып. 488, стр. 112-118

31. Гирдюк Г.В., Егоров Б.Н., Малевский-Малевич С.П. Определение радиационного баланса поверхности океана, Санкт-Петербург, Гидрометеоиздат, 1992, 147с.

32. Горбаренко Е.В. Аэрозольная мутность атмосферы в Москве в конце 20 века. Метеорология и Гидрология , 2003, №7, стр. 13-18.

33. Груздев Н.М., Р.А.Скубко, В.П.Илларионов. Микрокалькулятор в кораблевождении. М., Воениздат, 1991, 304с.

34. Гущин Г.П., Соколенко С.А. Метод и прибор для измерения УФ-В радиации. Труды научно-исследовательского центра дистанционного зондирования атмосферы вып. 6 (554). Прикладная метеорология. С-Петербург, Гидроме-теоиздат, 2005.

35. Довгалюк Ю.А., Ивлев J1.C., Физика водных и других атмосферных аэрозолей. Издательство С-Петербургского Университета, 1998, 321стр.

36. Ефимова Н.А. Строкина J1.A. Байкова И.М., Малкова И.В. Изменения температуры воздуха и облачности в 1967-1990 гг. на территории бывшего СССР. Метеорология и гидрология 1994, №6, стр. 66-69.

37. Злокачественные новообразования в СССР и союзных республиках (Статистический справочник) М., 1989.

38. Исаков А.А. Лукшин В.В., Свириденков М.А. Спектронефелометрические исследования дымовых аэрозолей. Известия АН СССР, Физика атмосферы и океана, т.24, №3, 1988, стр. 258-261

39. Климек М., Вехет Б. Соколов М,. Сухомудренко, Шишкина Н. «Ультрафиолетовая измерительная техника» Издательство НСБИ Академии наук СССР, Пущино, 1977г. 252 стр.

40. Клименко JI.B. Атмосферные процессы над восточной европейской равниной за последние 100 лет. Москва, Издательство Московского университета, 1999 с. 127

41. Кондратьев К.Я., Биненко В.И. Влияние облачности на радиацию и климат. Л., Гидрометеоиздат, 1984.

42. Красновидов B.C., Лысак В.Ф., Осипович В.К. Защита кожи и глаз человека от УФ-излучения Солнца. Космическая биология и авиакосмическая медицина. М.:Медицина,К 4,1991,стр.43-45.

43. Красновидов B.C., Лысак В.Ф., Осипович В.К. Повреждение кожи и глаз УФ-излучением Солнца. Космическая биология и авиакосмическая меди-цина.М. :Медицина, 1991,N 4, стр.46-50.

44. Лиоу Ку-Нан. Основы радиационных процессов в атмосфере. Ленинград, Гидрометеоиздат, 1984 г., 375 стр.

45. Маршунова М.С. Условия формирования и характеристики радиационного климата Антарктиды. Л.: Гидрометеоиздат. 1980. - 211 с.

46. Махоткина Е.Л., И.Н. Плахина, А.Б. Лукин. Некоторые особенности изменения мутности атмосферы на территории России в последней четверти XX века Метеорология и Гидрология, 2005, №1, 28-36

47. Метод Монте-Карло в атмосферной оптике. Под ред. Марчука Г.И. Новосибирск, Наука, 1976.

48. Мячкова Н.А. Климат СССР. Издательство Московского университета 1983.стр. 191.

49. Мячкова Н.А., В.Н. Сорокина Климат Московской области. Москва, Изд-во Московского государственного университета, 1991, 53 с.

50. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам, вып. 5, часть 1. Росгидромет, Москва, 1997. Федеральная служба России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды,218 стр.

51. Национальный отчет «Об условиях загрязнения окружающей среды в Российской Федерации »(1990-1999) (2003)

52. Незваль Е.И. Исследование ультрафиолетовой радиации в горах на юге СССР. Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук, Москва, 1973, 256 с.

53. Незваль Е.И., Чубарова Н.Е. Спектральное распределение солнечной радиации в интервале длин волн 290-560 нм при сплошном покрове облаков верхнего яруса. В сб.'Тадиационные свойства перистых облаков", М. Наука, 1989, стр. 148-152

54. Незваль Е.И., Чубарова Н.Е. Радиационные свойства облаков верхнего яруса по данным спектральных измерений в интервале 310-560 нм. Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, № 9, 1991, стр. 1015-1021.

55. Нестеров В.Г., Гриценко М.В., Шабунина Т.А., Использование температуры точки росы при расчете показателя горимости леса. Метеорология и Гидрология, 1968, №4 ,стр. 102-104

56. Облака и облачная атмосфера, JL: Гидрометеоиздат, 1989.

57. Пылдмаа В.К., Тимановская Р.Г. Суммарная радиация у поверхности Земли в различных условиях облачности Теплообмен в атмосфере, М., Наука., 1972, стр.101-106

58. Радиационные алгоритмы в моделях общей циркуляции атмосферы. ВНИ-ИГМИ МИД, Обнинск, 1983,вып. 1.

59. Радиация в облачной атмосфере М.: Наука, 279с., 1981.

60. Розенталь В.А. Чубарова Н.Е., Изакова О.М., Шараев Г.А. Мониторинг радиационных потоков аппаратно-программным комплексом SUN. Оптика атмосферы и океана, т. 12, No 1, 1999с. 82-86

61. Романова JI.M. Поле излучения в плоских слоях мутной среды с сильно анизотропным рассеянием. Оптика и спектроскопия, 1963, т.14, N2, с. 262.

62. Рублев А.Н., Голомолзин В.П. Моделирование кучевой облачности. Препринт ИАЭ-5567.16. М., 1992,12 с.

63. Руководство гидрометеорологическим станциям по производству актино-метрических наблюдений . Л.,ГМИЗ, 1973,220 с.

64. Самойлова К.А., Сущенко Н.Б., Витушкина С.М., Комарова Л.А., Шагурина P.M. Ослабление видимым светом эритемообразующего действия УФ-излучения на кожу человека. Проблемы практической фотобиологии, Пущи-но, 1977. стр. 25-33.

65. Сивков С.И. Методы расчета характеристик солнечной радиации. Л.: Гид-рометиздат,1968.

66. Смирнов А.С., Плахина И.Н., Репина И.А., Автоматизированный комплекс для мониторинга радиационного баланса у поверхности океана. Препринт № 5, ИФА РАН, 1992, 35 стр.

67. Справочник по прикладной статистике. 'Финансы и статистика', 1990, тт.2,525с

68. Справочник эколого-климатических характеристик г. Москвы (по наблюдениям Метеорологической Обсерватории МГУ). Том 1. Под ред. Исаева А. А. Изд-во МГУ, 2003,308 стр

69. Стохастическая структура полей облачности и радиации, Тарту, 1972, 281с.

70. Стржижовский А.Д., Дьяконов А.С., Белоусов В.В. Медико-биологические эффекты естественного УФ-излучения.тлобальные последствия разрушения озонового слоя. Космическая биология и авиакосмическая медицина. М. Медицина, 1991,N 4,стр.4-10.

71. Тарасова Т.А.,Ярхо Е.В. Определение аэрозольной оптической толщины атмосферы по наземным измерениям прямой интегральной солнечной радиации. Метеорология и гидрология. JI.:Гидрометиздат, 1991 ,N 2,стр.66-71.

72. Тимановская Р.Г., Фейгельсон Е.М. К методике изучения статистической структуры наземных потоков солнечной радиации в облачных условиях -Теплообмен в атмосфере, М., Наука., 1972, стр.97-101

73. Тимофеев Ю.М., Шульгина Е.М., Мохов И.И. Международный Симпозиум по Радиации (С.-Петербург, 24-29 июля 2000 г.) // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 2002. т.38. № 3.

74. Трембач В.В., А.Н. Рублев, Т.А.Удалова. Математическое моделирование распределение потоков солнечного излучения на поверхности земли. Препринт ИАЕ-6168/16 Москва 2000, стр. 35.

75. Ультрафиолетовое излучение. Сер. Гигиенические критерии состояния окружающей среды, вып.14. Издательство «Всемирная организация здравоохранения», Женева, 1984.

76. Ультрафиолетовая радиация солнца и неба на земном шаре. Атлас карт, номограмм и графиков. Составители: В.А.Белинский, Л.М.Андриенко, Издательство Московского Университета, 1976. 81 с.

77. Улюмджиева Н., Н. Чубарова, А. Смирнов. Аэрозольные характеристики атмосферы в Москве по данным солнечного фотометра CIMEL. Метеорология и Гидрология, 2005, №1, стр. 48-57

78. Фейгельсон Е.М., Краснокутская Л.Д.- Потоки солнечного излучения в облаках. Л., Гидрометеоиздат, 1978, 160 с.

79. Хргиан А.Х. Физика атмосферы, тт. 1,2, М. Издательство Московского Университета, 1978.

80. Хромов С.П., Петросянц М.А., Метеорология и климатология. Издательство Московского университета, Издательство «КолосС», 2004, 582 стр.

81. Чандрасекар С. Перенос лучистой энергии. -М., Изд-во иностр. лит-ры, 1953, стр. 429

82. Чубарова Н.Е. Оценка влияния облачности на приход ультрафиолетовой радиации. Диссертация на соискание ученой степени кандидата географических наук, Москва, 1992, 196 стр.

83. Чубарова Н.Е, Пропускание суммарной УФ радиации облаками разных типов. Известия АН. Физика атмосферы и океана т.29, No 5,1993, с.639-645

84. Чубарова Н.Е. Глобальные изменения аэрозоля, облачности и ультрафиолетовой радиации / Современные глобальные изменения природной среды. Москва, Научный мир, 2006, т.1, стр. 55-67.

85. Чубарова Н.Е., Рублев А.Н., Троценко А.Н., Трембач В.В. Вычисление потоков солнечного излучения и сравнение с результатами наземных измерений в безоблачной атмосфере // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 1999. т. 35. №2. с. 222-239.

86. Чубарова Н.Е. Ультрафиолетовая радиация в условиях разорванной облачности по данным многолетних наземных наблюдений // Изв. АН. Физика атмосферы и океана. 1998. т. 34. № 1>с. 145-150.

87. Чубарова Н.Е., Мониторинг биологически активной УФ радиации в Московском регионе, «Известия АН. Физика атмосферы и океана»,2002, т.38, № 3,стр 1-12

88. Чубарова Н. Е. Влияние аэрозоля и атмосферных газов на ультрафиолетовую радиацию в различных оптических условиях, включая условия дымной мглы 2002 г. Доклады Академии Наук РАН, т.394, №1, 2004, стр.105-111

89. Чубарова Н. Е. О роли тропосферных газов в поглощении УФ радиации. Доклады Академии Наук РАН, т.407, №2, 2006, стр.294-297.

90. Шварц, Г.Я., Черноголов В.А. Дефицит D-гормона и некоторые виды патологии человека, 18-19 декабря 2004 г. Конференция «Витамин D и Костный метаболизм»

91. Янишевский Ю.Д. Актинометрические приборы и методы наблюдений. Д., Гидрометеоиздат, 1957, 415 с.

92. ACGIH, 1991-1992 Threshold Limit Values, American Conference of Governmental and Industrial Hygienists, 1992

93. Alexandrov M.D., Lacis A.A., Carlson B.E., Cairns B.Remote sensing of atmosphere aerosol and trace gases by means of multifilter rotating shadowband radiometer. P.II: climatological applications // J.Atmosph.Sciences.2002. V. 59, p. 544-566

94. Arking A., Absorption of solar energy in the atmosphere: discrepancy between model and observations. Science. 1996, v.273, p.779-792.

95. Armstrong B.K.// J. Derm ,. Surg. Oncol. 1989- v. 14, no 8, p. 835-849.

96. Arola, A., S. Kazadzis, N. Krotkov, A. Bais, J. Grobner, and J.R. Herman, Assessment of TOMS UV bias due to absorbing aerosols, J. Geophys. Res., 110, D23211, doi: 10.1029/2005JD005913,2005.

97. Arola, A., K. Lakkala, A. Bais, J. Kaurola, C. Meleti, and P. Taalas, Factors affecting short- and long-term changes of spectral UV irradiance at two European stations, Journal of Geophysical Research-Atmospheres, 108 (D17), -, 2003.

98. Atkinson R., D. L. Baulch, R. A. Cox, and R. F. Hampson, J. Kerr, M. Rossi and J. Troe. Evaluated kinetic, photochemical, and heterogeneous data for atmospheric chemistry. Phys. Chem. Ref. Data, 26, 521-1011, 1997.

99. Austin, J., and N. Butchart, Coupled chemistry climate model simulations for the period 1980 to 2020: Ozone depletion and the start of ozone recovery, Quart. J. Roy. Meteorol. Soc., 3225-3250,2003

100. Bais, A.F., A. Kazantzidis, S. Kazadzis, D.S. Balis, C.S. Zerefos, and C. Meleti, Deriving an effective aerosol single scattering albedo from spectral surface UV irradiance measurements, Atmos. Environ., 39 (6), 1093-1102, 2005

101. Bais A.F., Zerefos C.S., C. Meleti, I.C. Ziomas, K.Tourpali Spectral Measurements of Solar UVB Radiation and its Relations to Total Ozone, S02 and Clouds. Journal of Geophysical Research, 1993

102. Bass A.M., Pour R.J.// In Atmospheric Ozone. Ed. C.S. Zerefos and A. Chasi. Dordrecht: D. Reidel, 1984, p.606-610.

103. Bates D.R., 1984: Rayleigh scattering by air. Planet. Space Sci., 32, 785-790

104. Bener P. Investigation on the Influence of Clouds on Ultra-violet Sky Radiation /at 330 and 370 nm/ Contract AF61 /052/618 Technical Note 3 Davos 1964.

105. Bernhardt J.H. Matthes R. Human exposure to ultraviolet radiation: data. -Human exposure to ultraviolet radiation 1987, p. 201-202.

106. Bigelow D.S., Slusser J.R., Beaubien A.F. and Gibson J.H. The USDA Utra-violet Radiation Monitoring Program // Bulletin of the American Meteorological Society. 1998. v.79. №.4. p.601-615.

107. Blumthaler M.,Ambach W. Human solar ultraviolet radiant exposure in high mountains. Atmospheric Environment-B,1988,v.22, N 4,p.749-753.

108. Blumthaler M.,Ambach W. Solar UVB-albedo of various spaces. Photochemistry and Photobiology,v.48,N l,1988,p.85-88.

109. Bodeker, G., J. Burrowes, R. Scott-Weekly, S. E. Nichol, and R. L. McKenzie (2002), A UV atlas for New Zealand, in UV Radiation and its Effects, R. Soc. of N. Z., Wellington.

110. Bodhaine B.A., N.B. Wood, E.G. Dutton, J.R. Slusser On Rayleigh Optical Depth Calculations , Journal of Atmospheric and Oceanic Technology v. 16, pp. 1854-1861

111. Bojkov R., The Changing Ozone Layer, WMO and UNEP Programme, 1995, 25pp.

112. Booth R.C. Synthetic UV spectroradiometry // Proc. IRS'96: Current problems in Atmospheric Radiation / Eds Smith and Stamnes. A Deepak Publishing, Hampton, Virginia USA, 1997. p.849-852.

113. Booth, C.R., G. Bernhard, J.C. Ehramjian, V.V. Quang, and S.A. Lynch, NSF Polar Programs UV Spectroradiometer Network 1999-2000 Operations Report, 219 pp., Biospherical Instruments Inc., San Diego, 2001.

114. Briffa K.R. Jones P. Schweingruber F., Osborn Т., et al. Influence of volcanic eruptions on Northern Hemisphere summer temperature over the past 600 years// Nature 1998 v.393.p. 151-197

115. Brooks D. R., Mims F. M. III. Development of an inexpensive handheld LED-based sun photometer for the Globe program. J. of Geophys. Res., vol. 106, № D5,2001, pp. 4733-4740.

116. Bruhl C, P.J.Crutzen On the disproportional role of tropospheric ozone as a filter against solar radiation Geoph. Res. Letters, v. 16, No 7, p.703-706,1989

117. Calbo, J., D. Pages, and J. Gonzalez, Empirical studies of cloud effects on UV radiation: A review, Rev. Geophys., 43,2005.

118. Cancer statistics 1989 //Ca. A Cancer J. Clin. 1989 v. 39 nl p 3-20

119. Cascinelli N.,Marchesini R. Increasing incident of cutaneous melanoma, ultraviolet radiation and the clinician. Photochemistry and Photobiology,v.50,N 4, 1989, p.497-505.

120. Cede, A., M. Blumthaler, E. Luccini, R.D. Piacentini, and L. Nunez, Effects of clouds on erythemal and total irradiance as derived from data of the Argentine Network, Geophys. Res. Lett., 29 (24), 2223 doi:10.1029/2002GL015708, 2002.

121. Cede A., J. Herman, A.Richter, N.Krotkov, J.Burrows. Measurements of Nitrogen Dioxide total column amounts at Goddard Space Flight Center Using a Brewer Spectrometer in Direct sun Mode. Submitted to JGR, 2005

122. Cess R. et al., Absorption of solar radiation by clouds: observations versus models. Science, 267,496-499.

123. Chubarova N. The determination of the cloud optical thickness from measurements of global UV radiation at ground. IRS'92: Current problems in the Atmospheric Radiation. A. DEEPAK Publishing, 1993, USA c. 93-95

124. Chubarova N.Ye. Ozone influence upon UV radiation and possible compensation of its impact by other atmospheric factors / WCRP-99 WMO/TD No 814, 1997, v.2. Stratospheric processes and their role in climate (SPARC), pp.521-524.

125. Chubarova N.Ye., Nezval' Ye.I. Some results of long-term UV measurements and modelling in Moscow State University / Report of the WMO/STUK inter-comparison of erythemally-weighted solar UV radiometers WMO-GAW, No. 112, WMO-TD No.781, 1995, pp. 18-21.

126. Chubarova N. and Ye. Nezval', 2000: Thirty year variability of UV irradiance in Moscow, J. of the Geophysical Research, Atmospheres, 105, 12529-12539.

127. Chubarova N., A. Yurova, N. Krotkov, J. Herman, PK. Bhartia. Comparisons between ground measurements of broadband UV irradiance (300 380 nm) and TOMS UV estimates at Moscow for 1979-2000, Optical Engineering, 2002, v. 41, No 12, 3070-3081

128. CIE Technical Collection . Reference Action Spectra for Ultraviolet Induced Erythema and Pigmentation of Different Human skin Types. CIE Research Note, CIE Technical Collection. 1993/3

129. Cooper, O. R., et al. A springtime comparison of tropospheric ozone and transport pathways on the east and west coasts of the United States, J. Geophys. Res., 110, D05S90, doi: 10.1029/2004JD005183,2005

130. Davidson et al. (198x) at 273K Данные NCAR 2000.

131. Diaz, S., D. Nelson, G. Deferrari, and C. Camilion, A model to extend spectral and multi-wavelength UV irradiance time series, J. Geophys. Res., 108(D4), 4150,2003.

132. Dubovik O., Holben B. N., Eck T. F., Smirnov A., Kaufman Y. J., King M. D., Tanre D., Slutsker I. Variability of absorption and optical properties of key aerosol types observed in worldwide locations. J. of Atm. Sciences, vol. 59, 2002, pp. 590-608.

133. Dubovik O., King M. D. A flexible inversion algorithm for retrieval of aerosol optical properties from Sun and sky radiance measurements. J. of Geophys. Res., vol. 105, № D16, 2000, pp. 20673-20696.

134. Egorova Т., E. Rozanov, M. Schlesinger, N.Andronova, S. Malyshev, I. Karol, V.Zubov et al., Assessment of the effect of the Montreal Protocol on atmospheric ozone, Geophys. Res. Letters, vol. 28, no. 12, p. 2389-2392, 2001

135. Eck T.F., P.K.Bhartia, and J.B. Kerr, "Satellite Estimation of spectral UVB ir-radiance using TOMS derived ozone and reflectivity", Geophys. Res. Lett., 22, 611-614(1995).

136. Elanskii N. F. and О. I. Smirnova. Ozone and Nitrogen Oxide Concentrations in the Atmospheric Surface Layer over Moscow Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics Vol. 33, No. 5, 1997, p.551-565

137. Elokhov A. and Gruzdev A., Proc. SPIE, 1995 v. 2506, pp.444-454.

138. Engelsen O., Brustad M, Aksnes L and Lund Е/UV Radiation, Vitamin D and Human Health: An Unfolding Controversy Daily Duration of Vitamin D Synthesis in Human Skin with Relation to Latitude, Total Ozone, Altitude, Ground

139. Cover, Aerosols and Cloud Thickness Photochemistry and Photobiology, 2005, 81: 1287-1290

140. Evans, K.F., The spherical harmonics discrete ordinate method for three-dimensional atmospheric radiative transfer, J Atmos Sci, 55 (3), 429-446, 1998.

141. Feister U., and Greve R., Spectral albedo measurements in the UV and visible region over different types of surfaces. J. Photochemistry and Photobiology, v. 62, No. 4, pp.736-744, 1995

142. Fioletov, V.E., E. Griffioen, J.B. Kerr, D.I. Wardle, and O. Uchino, Influence of volcanic sulfur dioxide on spectral UV irradiance as measured by Brewer spectrophotometers, Geophys. Res. Lett., 25, 1665- 1668, 1998.

143. Fioletov, V.E., J.B. Kerr, D.I. Wardle, N. Krotkov, and J.R. Herman, Comparison of Brewer ultraviolet irradiance measurements with Total Ozone Mapping Spectrometer satellite retrievals, Opt. Eng., 41, 3051-3061, 2002.

144. Fioletov, V.E., J.B. Kerr, D.I. Wardle, N. Krotkov, and J.R. Herman, Comparison of Brewer ultraviolet irradiance measurements with Total Ozone Mapping Spectrometer satellite retrievals, Opt. Eng., 41, 3051-3061, 2002.

145. Fioletov, V. E., L. J. B. McArthur, J. B. Kerr, and D. I. Wardle (2001), Long-term variations of UV-B irradiance over Canada estimated from Brewer observations and derived from ozone and pyranometer measurements, J. Geophys. Res., 106,23,009-23,028.

146. Frederick J.E. et al. Annual and Interannual Behavior of Solar Ultraviolet Irradiance Revealed by Broadband Measurements // Photochemistry and Photobiology. 2000. v. 72. № 4. p. 488-496.

147. Galkin, O.N. and Terenetskaya, I.P., 1999, 'Vitamin D' biodosimeter: basic characteristics and prospect applications. Journal of Photochemistry Photobiology B:Biology, 53, pp.12-19.

148. Gantner, L., P. Winkler, and U. Kohler, A method to derive long-term time series and trends of UV-B radiation (1968-1997) from observations at Hohenpeis-senberg (Bavaria), J. Geophys. Res., 105,4879-4888, 2000.

149. Giannini S.H. Effects of Changes in Stratospheric Ozone and Global Climate. V.2 / ed by J. G. Titus, Washington 1986, 101-112p.

150. Green A.E.C.,Mo Т.,Miller J.H. A study of solar erythema radiation dozes. Photochemistry and Photobiology,1974,V.20, p.473-482.

151. Hader P., H.D. Kumar, R. C. Smith, and R. C. Worrest. Effects on aquatic ecosystems. UNEP, Journal of Photochemistry and Photobiology, B: Biology, 1998, p.53-68

152. Halthore R.N., V.V. Kozoderov,E.I. Nezval, N. Ye. Chubarova, L.A. Shli-akova, B.L. Markham Atmospheric Optical Properties over the Russian Steppe during Summer. Remote Sensing Reviews, v.l7, pp. 221-238

153. Hansen J., et al., Forcing and chaos in interannual to decadal climate change, J. Geophys. Res, v. 102(D) 25679-25720,1997

154. Hanson, D., A. Ravishankara, and S. Solomon, Heterogeneous reactions in sulfuric acid aerosols: A framework for model calculations, J. Geophys. Res., 99, 3615-3629, 1994.

155. Heckel A., A.Richter, T.Tarsu, F.Wittrock, C.Hak, I. Pundt ,W. Junkermann and J. P. Burrows. MAX-DOAS measurements of formaldehyde in the Po-Valley. Atmospheric Chemistry and Physics, 5, 909-918, 2005

156. Henderson-Sellers A. Continental Cloudiness Changes this Century. GeoJour-nal 273, 1992, pp. 255-262

157. Herman J.R., N.Krotkov, E.Celarier, D.Larko, and G.Labow, "The distribution of UV radiation at the Earth's surface from TOMS measured UV-Backscattered radiances", J. Geophys. Res., 104, 12059-12076 (1999).

158. Herman J.R., and E. Celarier, "Earth Surface Reflectivity Climatology at 340 nm to 380 nm from TOMS Data", J. Geophys. Res., 102, 28,003 28,011 (1997).

159. Herman J.R., D. Larko, and J. Ziemke "Changes in the Earth's Global UV Reflectivity from Clouds and Aerosols", J. Geophys. Res. 106, 5353-5368 (2001)

160. Holick M.F., Jenkins M. The UV advantage: new medical breakthroughs reveal powerful health benefits from sun exposure and tanning. A publication of ibooks, inc. 2003.

161. Ilyas M. -Effect of cloudiness on solar UV radiation reaching the surface, Atmospheric Environment, v.21 No 6,1987,pp. 1483-1484

162. International Panel on Climate Change(IPCC), Climate Change 2001: Synthesis Report. Technical Summary of the Working Group I Report. http://www.ipcc.ch

163. Jacobson, M. Z. Isolating nitrated and aromatic aerosols and nitrated aromatic gases as sources of ultraviolet light absorption, J. Geophys. Res., 104(D3), 3527— 3542.1999

164. Jaroslawski, J.P., and J.W. Krzyscin, Importance of aerosol variations for surface UV-B level: Analysis of ground-based data taken at Belsk, Poland, 19922004, J Geophys Res-Atmos, 110 (D16), art. no.-D 16201, 2005.

165. Joseph J.A.,Wiscombe W.J.,Weinman J.A. The Delta-Eddington Approximation for Radiative Flux Transfer J.Atmos.Sci., 1976, v.33, 12.

166. Josefsson, W., and T. Landelius, Effect of clouds on UV irradiance: As estimated from cloud amount, cloud type, precipitation, global radiation and sunshine duration, J. Geophys. Res., 105, 4927-4935, 2000.

167. Kaurola, J., P. Taalas, T. Koskela, J. Borkowski, and W. Josefsson, Long-term variations of UV-B doses at three stations in northern Europe, J. Geophys. Res., 105,20813-20820, 2000.

168. Krotkov N.A., P.K.Bhartia, J.Herman, V. Fioletov, J. Kerr, "Satellite estimation of spectral surface UV irradiance in the presence of tropospheric aerosols". J. Geophys. Res., Atmospheres, 103, 8779-8793 (1998).

169. Krotkov N.A., I.V. Geogdjaev, N. Ye. Chubarova, S.V. Bushnev, , T.V. Kondranin, V.U. Khattatov A new database program for spectral surface UV measurements. Atmospheric and oceanic Technology, 1997, vol.13, N.6, pp. 12911299.

170. Krotkov N.A, J.R.Herman, P.K.Bhartia V.Fioletov and Z.Ahmad, "Satellite estimation of spectral surface UV irradiance 2. Effects of homogeneous clouds and snow", J. Geophys. Res., Atmospheres, 106, 11743-11759 (2001)

171. Krzy'scin, J. W., Eerme, K., Janouch, M., Long-term variations of the UV-B radiation over Central Europe as derived from the reconstructed UV time series. Annales Geophysicae (2004) 22: 1473-1485.

172. Krzys'cin, J.W., Impact of the ozone profile on the surface UV radiation: Analysis of the Umkehr and UV measurements at Belsk (52°N, 21°E), Poland, J. Geophys. Res., 105, 5009-5015,2000.

173. Kudish A.I., V. Lyubansky, E.G. Evseev and A. Ianetz, Statistical analysis and inter-comparison of the solar UVB, UVA and global radiation for Beer Sheva and Neve Zohar (Dead Sea), Israel. Theoretical and Applied Climatology Climatology 80,1-15(2005).

174. Kylling, A., A.F. Bais, M. Blumthaler, J. Schreder, C.S. Zerefos, and E. Kos-midis, Effect of aerosols on solar UV irradiances during the Photochemical Activity and Solar Ultraviolet Radiation campaign, J. Geophys. Res., 103, 2605126060, 1998.

175. Lapeta, В., О. Engelsen, Z. Litynska, B. Kois, and A. Kylling, Sensitivity of surface UV radiation and ozone column retrieval to ozone and temperature profiles, J. Geophys. Res., 105, 5001-5007, 2000.

176. Lemus-Deschamps, L., L. Rikus, and P. Gies, The operational Australian ultraviolet index forecast 1997, Meteorol. Appl., 6, 241-251, 1999.

177. Lenoble J., " Modeling of the influence of snow reflectance on ultraviolet ir-radiance for cloudless sky", Appl. Optics, 37, (12) 2441-2447 (1998).

178. Lenoble, J., Influence of the environment reflectance on the ultraviolet zenith radiance for cloudless sky, Appl. Opt, 39, 4247-4254,2000.

179. Leontieva E., Stamnes K., Olseth J.A. Cloud optical properties at Bergen (Norway) based on the analysis of long-term solar irradiance records .Theor. Appl.Climatol. 50, p.73-82

180. Leszczynski К., K. Jokela, L.Ylianttila, R. Visuri and M. Blumthaler Erythe-mally Weighted Radiometers in Solar UV Monitoring: Results from the WMO/STUK Intercomparison, Photochemistry and Photobiology, 1998, 67(2), 212-221.

181. Lindfors, A. V., A. Arola, J. Kaurola, P. Taalas, T. Svenoe, Long-term erythemal UV doses at Sodankyla estimated using total ozone, sunshine duration, and snow depth, J. Geoph. Res., 108(D16), 4518, doi: 10.1029/2002JD003325,2003.

182. Lindfors, A., Vuilleumier L., Erythemal UV at Davos (Switzerland), 19262003, estimated using total ozone, sunshine duration, and snow depth . Journal Of Geophysical Research, Vol. 110, D02104, Doi: 10.1029/2004jd005231,2005

183. Long, C.S., A.J. Miller, H.-T. Lee, J.D. Wild, R.C. Przywarty, and D. Hufford, Ultraviolet index forecasts issued by the National Weather Service, В Am Meteorol Soc, 77 (4), 729-748, 1995.

184. Long, C.S., A.J. Miller, H.-T. Lee, J.D. Wild, R.C. Przywarty, and D. Hufford, Ultraviolet Index forecasts issued by the National Weather Service, Bull. Amer. Meteorol. Soc., 77, 729-748, 1996.

185. Lubin, D., E.H. Jensen, and H.P. Gies, Global surface ultraviolet radiation climatology from TOMS and ERBE data, J. Geophys. Res., 103, 26061-26091, 1998

186. Martin R.V., K. Chance, D. J. Jacob. An improved retrieval of tropospheric nitrogen dioxide from GOME, J. Geophys. Res., 107(D20), 4437, doi: 10.1029/2001JD001027, 2002.

187. Martin R., частное сообщение

188. Madronich, S. and S. Flocke, The role of solar radiation in atmospheric chemistry, in Handbook of Environmental Chemistry (P. Boule, ed.), Springer-Verlag, Heidelberg, 1998, pp. 1-26.

189. Madronich S., R.L.McKenzie, L.O.Bjorn, M.M. Caldwell, 1998: Changes in biologically active ultraviolet radiation reaching the Earth's surface. Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 46, 5-19.

190. Matthijsen, J., H. Slaper, H.A.J.M. Reinen, and G.J.M. Velders, Reduction of solar UV by clouds: A comparison between satellite-derived cloud effects and ground-based radiation measurements, J. Geophys. Res., 105, 5069-5080,2000.

191. Mayer, В., A. Kylling, Technical note: The libRadtran software package for radiative transfer calculations description and examples of use, Atmos. Chem. Phys. Discuss., 5, 1319-1381, 2005.

192. McArthur, L.J.B., V.E. Fioletov, J.B. Kerr, C.T. McElroy, and D.I. Wardle, Derivation of UV-A irradiance from pyranometer measurements, J. Geophys. Res., 104,30139-30151,1999

193. McGee and Burris, J. Quant. Spectr. Rad. Transf., v37, pi65, 1987

194. McKenzie, R., B. Connor, and G. Bodeker, Increased summertime UV radiation in New Zealand in response to ozone loss, Science, 285, 1709-1711, 1999.

195. McKenzie, R.L., K.J. Paulin, G.E. Bodeker, J.B. Liley, and A.P. Sturman, Cloud cover measured by satellite and from the ground: Relationship to UV radiation at the surface, Int. J. Remote Sens., 19, 2969- 2985,1998.

196. McKenzie R., G. Seckmeyer, A.F. Bais, J.B. Kerr and S. Madronich " Satellite retrievals of erythemal UV dose compared with ground-based measurements at northern and southern midlatitudes" J. Geophys. Res., 106, 24051-24 062 (2001).

197. McKinlay A.F. and Diffey B.L. A reference action spectrum for ultraviolet induced erythema on human skin // Human exposure to ultraviolet radiation. 1987. p.83-87.

198. Mokhov I.I., A.V. Chernokulsky. Global cloudiness: tendencies of changes from ISCCP data. Research activities in atmospheric and oceanic model-ing.CAS/JSC Working Group on Numerical Experimentation, Ed. J. Cote. Report No 13, 2003, p. 7-9

199. Molina L.T., and Molina M.J. absolute absorption cross sections of ozone iin the 185- to 350-nm wavelength range J. Geophys. Res., 91, 14501-14508 (1986)

200. Myhre, C.E.L., and C.J. Nielsen, Optical properties in the UV and visible spectral region of organic acids relevant to tropospheric aerosols, Atmospheric Chemistry and Physics, 4,1759-1769,2004.

201. Mo Т.,Green A.E.S. A climatology of solar erythema doze. Photochemistry and Photobiology,v.20,1974,p.483-496.Molina and Molina, JGR v.91, pl4501 (1986)

202. Nack M.L., Green A.E.S. Influence of Clouds, Haze and Smog on the Middle Ultraviolet Reaching the Ground. Appl. Optics, 1974,v.l3,No 10, p 2405-2415.

203. Naja, M., and H. Akimoto (2004), Contribution of regional pollution and long-range transport to the Asia-Pacific region: Analysis of long-term ozonesonde data over Japan, J. Geophys. Res., 109, D21306, doi:10.1029/2004JD004687.

204. Neckel H. and D.Labs, "The Solar Radiation Between 3300 and 12500 A", Solar Physics v.90, pp.205-258 (1984).

205. Optical properties of the atmosphere./ed. R.A.McClatchy, R.V.Fenn, J.E.A. Selby, F.E.Volz, J.S.Garing/ Environmental Res. Papers, 1972,No 411, 109 p.

206. Osborn T.J., Briffa K.R., Tett S.F.B., Jones P.D. and Trigo R.M. Evaluation of the North Atlantic Oscillation as simulated by a coupled climate model // Clim. Dyn. 1999. v. 15. № 3. p. 685-702.

207. Peterson J.T., E.C. Flowers, and J.H. Rudisill, Urban-rural solar radiation and atmospheric turbidity measurements in the Los-Angeles basin, J. Appl. Meteorol., 17, 1595-1609, 1978.

208. Petropavlovskikh I., Evaluation of Photodissociation Coefficient Calculations for Use in Atmospehric Chemical Models Cooperative Thesis No. 159, Universite Libre de Bruxellex and National Center for Atmospheric Research, 1995, 236 p.

209. Renaud, A., J. Staehelin, C. Frohlich, R. Philipona, and A. Heimo, Influence of snow and clouds on erythemal UV radiation: Analysis of Swiss measurements and comparison with models, J. Geophys. Res., 105,4961-4969,2000.

210. Revised Instruction Manual on Radiation Instruments and Measurements. WCRP Publications Series, No 7, WMO/TD 1986, No. 149.

211. Richter A., and J.P. Burrows. Retrieval of Tropospheric N02 from GOME Measurements, Adv. Space Res., 29(11), 1673-1683, 2002.

212. Richter, A., Burrows, J. P., H. Nii, H., Granier, C, Niemeier, U., Increase in tropospheric nitrogen dioxide over China observed from space, Nature, 437, 129132, doi: 10.1038/nature04092, 2005

213. Rozanov E. V., Zubov V. A., Schlesinger M. E., Yang F., Andronova, N. G. The UIUC 3-D Stratospheric Chemical Transport Model: Description and Evaluation of the Simulated Source Gases and Ozone, J. Geophys. Res., 104, 11,75511,781, 1999.

214. Ruggaber, A., R. Dlugi, and T. Nakajima, Modelling of Radiation Quantities and Photolysis Frequencies in the Troposphere, J Atmos Chem (18), 171-210, 1994.

215. Sabziparvar, A.A., P.M. de F. Forster, and K.P. Shine, Changes in ultraviolet radiation due to stratospheric and tropospheric ozone changes since preindustrial times, J. Geophys. Res., 103, 26107-26113, 1998.

216. Saraf, N., and G. Beig (2004), Long-term trends in tropospheric ozone over the Indian tropical region, Geophys. Res. Lett., 31, L05101, doi:10.1029/2003GL018516.

217. Sato, M., J.E. Hansen, M.P. McCormick, and J.B. Pollack 1993. Stratospheric aerosol optical depth, 1850-1990. J. Geophys. Res. 98, 22987-22994.

218. Second workshop on implementation of the baseline surface radiation network. Radiation and Climate. WCRP-64, WMO/TD-No 453,pp. 26

219. Setlow, R. В., The wavelengths in sunlight effective in producing skin cancer: a theoretical analysis, Proceedings of the National Academy of Science, 71, 33 63 -3366, 1974.

220. Schneider W., G. K. Moortgat, G. S. Tyndall and J.P. Burrows. Absorption Cross-Sections of N02 in the UV and Visible Region (200-700 nm) at 298 K. J. Photochem. Photobiol., A: Chem., 40,195-217, (1987)

221. Schwander, H., В. Mayer, A. Ruggaber, A. Albold, G. Seckmeyer, and P. Koepke, Method to determine snow albedo values in the ultraviolet for radiative transfer modeling, Appl. Opt., 38, 3869-3875, 1999.

222. Setlow, R. В., The wavelengths in sunlight effective in producing skin cancer: a theoretical analysis, Proceedings of the National Academy of Science, 71, 3363 -3366, 1974.

223. Shettle E.P., Green A.E.S. Multiple Scattering Calculation of Middle Ultraviolet Reaching the Ground. Applied Optics,vol. 13,No 7,1974,p.l567-1581.

224. Slingo A.A. GCM Parametrization for the Shortwave Radiative Properties of Water Clouds. Journal of Atmospheric Sciences v.46, No 10,p.l419-1427.

225. Slomka K. Preliminary Analysis of the Effect of Solar Zenith Distance, Total Ozone Content, Atmospheric Turbidity and Cloudiness on the solar UV Radiation Measured with a Robertson-Berger Meter. Inst. Geoph. Pol.Ac.Sci.,D-3 (106), 1976, p.1-9.

226. Smirnov A., Holben B. N., Eck T. F., Dubovik O. and Slutsker I. Cloud-screening and quality control algorithms for the AERONET database. Rem. Sens. Environ., №73, 2000, pp. 337-349.

227. Smolskaia, I., M. Nunez, and K. Michael, Measurements of erythemal irradiance near Davis Station, Antarctica: Effect of inhomogeneous surface albedo, Geophys. Res. Lett., 26, 1381-1384, 1999.

228. Solomon, S., R. W. Portmann, R. R. Garcia, L. W. Thomason, L. R. Pool, and M. P. McCormick, The role of aerosol variations in anthropogenic ozone depletion at northern midlatitudes, J.Geophys. Res., 101, 6713-6727,1996.

229. Staehelin J., et al., 1998: Total ozone series at Arosa (Switzerland): Homogeni-zation and data comparison. J. Geophys. Res., D5, 5827-5841.

230. Stamnes, K., S.-C. Tsay, W. Wiscombe, and K. Jayaweera, Numerically stable algorithm for discrete-ordinatemethod radiative transfer in multiple scattering and emitting layered media, Appl. Opt., 27,2502-2509,1988.

231. Stamnes, K., S.-C. Tsay, W. Wiscombe, I.Laszlo, DISORT, a General-Purpose Fortran Program for Discrete-Ordinate-Method Radiative Transfer in Scatteringand Emitting Layered Media: Documentation of Methodology DISORT Report, v.l.l, 2000,112 p.

232. Tarasova T, Fomin В., Solar Radiation absorption due to water vapor: advanced broadband parameterizations. J. Appl. Meteorology, 2000, p.l947-1951

233. Teramura A.H. // Effects of Changes in Stratospheric Ozone and Global Climate. V.l / ed by J. G. Titus, Washington 1986, 165-173 p

234. Terenetskaya, I.P., Duality of solar UV-B radiation and relevant dosimetry: vitamin D synthesis versus skin erythema (?)

235. Torres O., P.K.Bhartia, J.R.Herman, Z.Ahmad, and J.Gleason, Derivation of aerosol properties from satellite measurements of backscattered ultraviolet radiation: Theoretical basis, J. Geophys. Res, 103, 17099-17110, 1998

236. Urbach F. Potential effects of altered solar ultraviolet radiation on human skin cancer Photochemistry and photobiology v. 50 N4 1989, p,507-513.

237. UVB-1 Ultraviolet Pyranometer. Installation and User Guide. Version 2. Yankee Environmental Systems, Inc. 1997.

238. Van der Leun J.C., Tang X., Tevini M. Environmental effects of ozone depletion 1998 Assessment, Executive summary, в книге "Environmental effects of ozone depletion 1998 Assessment"// J. Photochemistry and Photobiology B: Biology. 1998. p.l 03.

239. Vanicek K., Frei Т., Z. Litynska, A. Shmalwieser. UV-Index for the Public, COST-713 Action, Brussels, 2000,27pp.

240. Verdebout, J., A method to generate surface UV radiation maps over Europe using GOME, METEOSAT, and ancillary geophysical data, J. Geophys. Res., Atmos. 105, 5049-5058,2000.

241. Verdebout J. , P. Vogt, " Satellite-derived UV maps over Europe: method and applications", Proc. SPIE International Symposium on Optical Science and Technology, San Diego, USA, July 29th August 3rd, 2001, vol. 4482,240-248, 2001.

242. Verdebout, J., A European satellite-derived UV climatology available for impact studies, Radiation Protection Dosimetry, vol 111,4. pp 407-11, 2004.

243. Verdebout J., A Satellite-Derived UV Radiation Climatology over Europe to Support Impact Studies, Arctic Antarctic and Alpine Research, vol. 36, No 3, 357363,2004.

244. Wang P, A. Richter, M. Bruns, J. P. Burrows, W. Junkermann, K.-P. Heue, T. Wagner, U. Piatt, and I. Pundt Airborne multi-axis DOAS measurements of tropo-spheric S02 plumes in the Po-valley, Italy. Atmos. Chem. Phys. Discuss., 5, 2017-2045,2005a

245. Wang P., A. Richter, M. Bruns, V. V. Rozanov, J. P. Burrows, K.-P. Heue, T.Wagner, I. Pundt, and U. Piatt. Measurements of tropospheric N02 with an airborne multi-axis DOAS instrument, Atmos. Chem. Phys., 5, 337-343, 2005b

246. Webb, A.R., B.G. Gardiner, T.J. Martin, K. Leszcynski, J. Metzdorf, and V.A. Mohnen, Guidelines for Site Quality Control of UV Monitoring, Global Atmosphere Watch, Report No. 126, 39 pp., World Meteorological Organization, 1998.

247. Wolff F. Risk-benefit evaluation of UV-exposure.- Human exposure to ultraviolet radiation, 1987,p. 109-112.

248. WMO, Radiation Commission, A preliminary cloudless standard atmosphere for radiation computations, WCP-112, WMO/TD-24, 53 pp., World Clim. Res. Programme, Int. Assoc. for Meteorol. and Atmos. Phys., Geneva, 1986.

249. WMO, Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1994, World Meteorological Organization, Geneva, Rep. No.37, 1995

250. WMO, Scientific Assessment of Ozone Depletion: 1998, World Meteorological Organization, Geneva, Rep. No.44, 1999

251. WMO, Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002, Global Ozone Research and Monitoring Project—Report No. 47,498 pp., Geneva, 2003.

252. WMO, Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2006, Global Ozone Research and Monitoring Project—In press, Geneva, 2006

253. Worrest R.G.// Effects of Changes in Stratospheric Ozone and Global Climate. V.2 / ed by J. G. Titus, Washington 1986, 175-191 p

254. Zavodska E. The Effects of Cloudiness, Sunshine and Snow Cover at Skalnate Pleso Contrib. Geophys. Inst. Slov. Acad. Sci. 1984,No 5, p.21-29

Информация о работе

Чубарова, Наталья Евгеньевна
доктора географических наук
Москва, 2007
ВАК 25.00.30

Диссертация

Ультрафиолетовая радиация у земной поверхности - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы