紫外线阳光对皮肤的影响模型建立与求解

紫外线阳光对皮肤的影响模型建立与求解

5.1 问题一的分析与求解5.1.1 问题一的分析 已知：暴晒20分钟--会引起皮表深浅不同的红斑，出现 ：发红、晒伤、炎症、疼痛等症状。长期无防护暴晒--破坏皮肤的组织结构； 对肌肤细胞生化方面的改变； 在表皮和真皮层都存在伤害。 皮肤受损标准（P）：首先皮肤损伤与暴晒时间（t）成正比，与紫外线强度（Q）成正比，同时与皮肤颜色有关即肤色越黑，越不容易晒伤。那些皮肤较好且很少晒太阳的人更容易快速晒伤，因为他们的黑色素水平较低，而黑色素能够为皮肤晒伤提供天然的保护。因此随着时间的增加，他们的晒伤程度会越来越严重。假定大多数人都是中性皮肤，在这个标准下进行定义。皮肤受损程度=紫外线强度*照射时间*1或2或31是指皮肤比较黑，2是指皮肤颜色介于黑色和白色之间，类似于小麦色，3是指皮肤白皙或苍白。紫外线强度=t时刻的紫外线指数*（UVA波所占的百分比*UVA波对皮肤的伤害系数+UVB波所占的百分比*UVB波对皮肤的伤害系数）UVA,UVB波对皮肤的伤害系数二者为定值。5.1.2 问题一的求解接下来，我们来研究一天当中不同时间紫外线强度的变化，通过研究这一点，就可以算出一天当中不同时间的皮肤受损程度。以北京地区为例。通过上网搜索，得到以下模型到达地表紫外辐射气候学计算方法采用以下模型：气候学紫外辐射模型气候学紫外辐射模型的原理:就是到达地表的紫外辐射强度与太阳总辐射之间在某个地区总是为一个较为固定的比值, 预测出太阳总辐射就可算出到达地表的太阳紫外辐射。因此到达地表的瞬时UV辐射通量密度参数化公式可写成QUV= G*F*Q(A2r2)式中QUV是晴天紫外总辐射, Q是太阳总辐射, G是QUV与Q的比值(不同季节长期观测的平均值), N是臭氧校正系数(为该地区臭氧年平均值与计算时臭氧值之比值), a2Pr2为日地距离校正值,可采用参考文献上的公式计算(Ar)2= 1100011+ 01034221cosd+ 0100128sind+01000719cos(2d)+01000077sin(2d)其中d=2Pn/365n是日数(正整数), 以一月一日为零开始。Q的计算公式为Q= S0(C1- C2S)*sinh其中S0是太阳常数, C1、C2是经验系数,Benov分别取为C1= 01944, C2= 01063, S是浑浊度系数。H是太阳高度角sin(h)=sinUsinD+ cosUcosDcosXi式中U是地区纬度,D是太阳赤纬, Xi是时角。地表紫外辐射的方法（以下数据测量为网上得到） 我们观测时间一般选择在正点前后各一分钟,若有云即将遮住太阳或太阳即将露出云层, 即云通过太阳下方前后, 测值可能出现不稳定时, 我们推迟或提前观测。观测时发现, 紫外辐射仪的脉动很大, 相对来说, 天空总辐射表相对稳定, 因此我们观测的程序是: 开机→稳定→读紫外辐射表头→读总辐射表头→读紫外辐射表头→平均两次紫外辐射测值。观测与计算结果比较 由于目前紫外辐射测量仪器的精度和时效很难保证紫外辐射研究或服务的需要, 人们一般采用计算的方法, 其中研究工作中大多采用辐射传输的计算模型, 它精度高, 物理意义明确, 有较强的机理性;而开展服务则大多采用经验计算方法, 所需资料少,且易于取得, 方法简单。我们采用三种方法计算了地表紫外辐射量, 并比较其计算结果, 同时我们将观测资料与计算结果作一比较。我们任选择了一年中4个季节的4个晴天, 采用3种计算方法计算了北京地区全天各正点时的紫外辐射量, 同时求算了各计算值与观测值的相对差异(见表)。分析表, 发现简化模型DISORT方法计算值与观测值全天平均差异较大, 早晚差异值尤其大, 而中午前后差异相对较小(因为早晚测值较小,中午测值较大), 气象台站所预报的紫外辐射强度往往是每日正午时刻的紫外辐射值(大值), 此时这二个模式的计算结果均与实测值相差不大, 是台站预报允许的误差范围。而气候学模式计算值与观测值相对差异较大, 但正午时刻的紫外辐射值换算成紫外线指数, 与实测值相比还是在允许的范围内。 同时分析计算和观测结果可知, DISORT计算值大, 观测值次之, 气候学模式计算值小, 简化模式计算值介于观测值和气候模式结果之间