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前言:
随着臭氧层破环这一重大环境问题的提出,围绕臭氧空洞引发的一系列环境事件而展开的讨论备受国际社会关注。平流层臭氧量的减少已经导致地球表面紫外(ultraviolet,UV)辐射水平增加,导致由日光紫外辐射的过度暴露所引起的直接或间接的健康损伤有所增加。据WHO报告,全球因过度紫外线暴露导致的疾病负担总量约达150万伤残调整寿命年,其中白内障约占53万。我国国民由于肤色的原因皮肤癌患病率很低,但白内障患病率却很高。因此,研究眼部紫外线暴露日间分布规律对于减少眼部紫外线的过度暴露,预防和延迟白内障的发生有重要意义。
本研究选择了我国不同纬度的三亚(18.4°N)、绍兴(30.1°N)和沈阳(41.6°N)三个地区作为监测地点,以获得几乎覆盖全部太阳高度的眼部紫外线暴露数据,全面阐明眼部紫外线暴露的日间分布规律。我们采用旋转式眼部紫外线暴露模型模拟人体户外站立状态下眼部的紫外线暴露情况,对模型正对太阳时、背对太阳时及平均暴露状态下的眼部紫外线暴露强度及与眼部损伤作用光谱相关的眼部生物有效暴露强度、眼部紫外线暴露剂量进行了研究,进而阐明我国不同纬度地区眼部紫外线最大暴露所在的太阳高度时空分布规律。同时,我们还建立了便于公众进行眼部防护的指导性的眼紫外线指数UVIE,它也是对UVI预报的重要补充和完善。
本研究在防止眼部紫外线过度暴露方面,将指导公众正确认知眼部紫外线暴露的危险时段,提升公众的防护意识,积极正确的使用太阳防护措施,有效避免紫外线所致的眼部损伤。
材料与方法:
一、旋转式眼部紫外线暴露模型
旋转式眼部紫外线暴露模型由三部分组成,分别是转盘、支架及人体模型,整体高度约1.65米。转盘转速为1min/转。光纤光谱仪的一个探头置于模型右眼中心眼表面最前位置,用于进行眼部紫外暴露强度的监测。眼部探头的视线低于水平面约10°,眼视角约139°。光纤光谱仪另一探头位于模型头顶水平位置,用于进行水平环境紫外辐射强度的监测。由于本研究进行的是绝对辐射强度的测量,所以光谱仪进行了辐射定标,光谱范围为200nm-400nm。仪器的校正由英国国家物理实验室(NationalPhysicalLaboratory,NPLGB)进行。
二、监测方法
本实验的监测地点分别为三亚市(18.4°N,109.7°E,海拔约18m),绍兴市(30.1°N,120.6°E,海拔约553m),沈阳市(41.6°N,123.5°E,海拔约66m)。监测地点均位于五层楼楼顶,楼顶均为水泥地面,视线范围内无遮挡。本实验的监测均选在三个地区年最高太阳高度日前后几天进行。本研究选择晴朗天气进行监测,天空中尽量无云,监测时间从日出到日落。每次监测开始时将模型正对太阳方向,转盘以顺时针方向匀速旋转进行监测,每1秒进行一次采样,每两次监测的间隔为15分钟。本研究选择三个地区各自最有代表性的一天作为研究对象,分别为三亚的7月11日,绍兴的5月30同和沈阳的6月25日。
三、数据处理及分析
本实验监测获得的数据由“AvaSoft7.4forUSB2.0”软件转换为MicrosoftExcel格式,并采用“OriginPro8.0”数据处理软件进行计算,得到整波长光谱数据,在此基础上得到不同采样点的强度积分值,最后结合不同生物有效光谱权重,计算生物有效暴露强度。
结果:
1、模型正对太阳时,不同纬度三个地区监测日的眼部UVB、UVA暴露强度的日间变化呈双峰分布曲线。眼部UVB日间峰值出现在太阳高度50°-60°左右,眼部UVA日间峰值出现在太阳高度40°～50°左右。平均暴露状态下,太阳高度40°～60°左右与正午太阳高度最高时的眼部紫外线暴露强度值接近。模型背对太阳时,三个地区的眼部紫外线暴露日间分布与环境紫外辐射日间分布规律一致,呈单峰分布。随着太阳高度的增高,不同的暴露状态对眼部的紫外线暴露的影响逐渐减小。
2、模型正对太阳时,不同纬度三个地区不同波长的环境辐射强度值随太阳高度的增加而增大。对于眼部紫外线暴露光谱而言,不同波长的光谱强度随时间的变化在UVB波段范围内和UVA波段范围内的表现与论文一中眼部紫外线暴露强度的日间分布一致,UVB段和UVA段的最大值分别出现在太阳高度50°～60°左右和40°～50°左右。
3、模型正对太阳时,不同纬度三个地区眼部生物有效暴露强度的日间变化规律呈双峰分布曲线,峰值出现在太阳高度50°～60°左右。当太阳高度相同时,晶体加权有效暴露强度最大,角膜加权有效暴露强度其次,最小的为结膜加权有效暴露强度。
4、模型正对太阳时,不同纬度三个地区UVIE日问变化规律呈双峰分布,UVIE最大值均出现在08:00～10:00和14:00～16:00这两个时间段,太阳高度40°～60°左右,而正午太阳高度最高时的值反而有所减小。在这段时间内,其对应的UVI值在4～8左右。在监测日,三个地区的UVIE危险等级的日间分布均以四级为主,只有三亚地区出现了最大危险级别五级。
5、模型正对太阳时,不同纬度三个地区眼部UVB、UVA暴露剂量及ICNIRP加权有效暴露剂量的日间分布也呈双峰分布的特点,峰值均出现在太阳高度40°～60°左右。
6、我国不同季节太阳高度40°～60°累积持续时间最长的地区分别为春季40°N左右、夏季50°N左右、秋季20°N左右、冬季18°N左右。全年累积持续时间随纬度的增高而降低。从11月到2月,除去太阳高度小于40°的日期,所有纬度的眼部最大暴露时间段均包括正午太阳高度最高的时间段。
结论:
1、监测日模型正对太阳时,不同纬度眼部UVA、UVB暴露强度与环境辐射强度日间变化规律不同,呈双峰分布。眼部UVA暴露日间间峰值出现在太阳高度40°～50°左右,眼部UVB暴露日间峰值出现在太阳高度50°～60°左右。
2、监测日平均暴露状态下,太阳高度位于40°～60°左右时的眼部紫外线暴露强度与正午太阳高度最高时的眼部紫外线暴露强度值接近。
3、监测日不同纬度三个地区太阳高度相近时,眼部紫外线暴露强度及环境紫外辐射强度不同,这可能与当地的空气质量有关。
4、监测同模型正对太阳时,不同纬度眼部紫外线暴露光谱强度中UVB段和UVA段的最大值分别出现在太阳高度50°～60°左右和40°～50°左右,与论文一中眼部UVB及UVA暴露强度的峰值出现的太阳高度一致。
5、监测日模型正对太阳时,不同纬度眼部生物有效暴露强度的日间变化呈双峰分布,峰值出现的太阳高度与眼部UVB暴露强度峰值出现的太阳高度一致,约在50°～60°左右。太阳高度相同时,眼部UVB暴露光谱强度所致晶体损伤最为严重,其次为角膜损伤。
6、监测日模型正对太阳时,不同纬度眼紫外线指数UVIE日间分布呈双峰分布,峰值出现的太阳高度范围为40°～60°,该太阳高度对应的UVI值为4～8左右。
7、监测日模型正对太阳时,不同纬度眼部暴露剂量日间变化呈双峰分布,最大值位于太阳高度40°～60°左右。
8、我国不同纬度不同季节太阳高度40°～60°累积持续时间分布不同。春、夏、秋、冬四个季节的最长累积持续时间分别出现40°N、50°N、20°N和18°N地区。
9、我国全年太阳高度40°～60°累积持续时间随纬度增高而递减。