Einfluss von Aer osolen auf den UV Index. Volkmar Holzwarth, ZMMF Freiburg

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1 Einfluss von Aer osolen auf den UV Index Volkmar Holzwarth, ZMMF Freiburg

2 Übersicht 1. Einleitung 1. UV Strahlung 2. Gesundheitliche Auswirkungen 3. Wirkungsspektren 2. UVI Vorhersage des ZMMF 1. UVI Definition und Werte 2. Einflussfaktoren und Vorhersage 3. Aerosole Übersicht AOD-Klimatologien Klimatologie vs. Beobachtungen MACC Vorhersagen 4. Zusammenfassung

3 1.1 Ultraviolette (UV) Strahlung Kurzwellige, energiereiche elektromagnetische Strahlung UVC: nm UVB: nm UVA: nm Quellen: Sonne, Hg-Dampflampen, Lichtbogenschweißen,

4 1.1 UV-Absorption in der Erdatmosphäre Robert A. Rohde UV-Anteil an Gesamtstrahlung etwa 8%

5 1.2 Gesundheitliche Auswirkungen Haut: Vorzeitige Hautalterung Erythema (Sonnenbrand) Basaliom, Plattenepithelkarzinom Malignes Melanom

6 1.2 Gesundheitliche Auswirkungen Augen: Photokeratitis (Schneeblindheit) Photoconjunktivits Katarakte (Grauer Star) Aderhautmelanom

7 1.2 Gesundheitliche Auswirkungen DNA-Schädigung Immunsuppression/-modulation Vitamin D-Synthese (positiv!)

8 1.3 Wirkungsspektrum Biologische Wirkung verschiedener Strahlungsfrequenzen unterschiedlich

9 2.1 UV Index (UVI) UVI = k er 400 nm E (λ ) s er (λ ) dλ 280 nm Tageshöchstwert der sonnenbrandwirksamen UV Strahlung Bezogen auf horizontale Fläche; Abweichung für andere Orientierungen UVI Hoeppe et al. (2004) spektrale Bestrahlungsstärke E (λ ) Erythem Referenzwirkungsspektrum ser (λ ) Konstante ker= 40m2W-1

10 2.1 UVI Werte Deutschland: UVI ~ 0 8 (in Alpen auch ) Tagesmaxima des UV-Index am Obs. Hohenpeißenberg, Ozonbulletin des DWD, Nr. 117 (2007)

11 2.1 UVI-Werte (Sub-)Tropen: UVI bis In besonderen Lagen (z.b. Anden, Tibet): UVI über 17 Darwin, Australien (12oS) Mt. Milha, Tibet (29oN, 5060m a.s.l.) Dahlback (2007)

12 2.2 Einflussfaktoren Sonnenstand Tageszeit Jahreszeit Geogr. Breite Stratosphärischer Ozongehalt Bewölkung Aerosole Höhe über Meeresspiegel Reflektionsvermögen des Bodens

13 2.2 ZMMF-Verfahren für die globale UVI Vorhersage Großräumiger UVI (Sonnenstand, Gesamtozon) Aerosole Höhe Albedo Wolken Staiger & Koepke 2005 Basiswertberechnungen, Tabellen und Anpassungsfaktoren mit Strahlungstransportprogram STARNeuro (Schwander et al. 2001)

14 3.1 Aerosole Feste/flüssige Schwebeteilchen in der Luft Mineralstaub Meersalz Organische (biogene) Verbindungen Schwarze Kohlenstoffverbindungen Sulfate Natürliche und anthropogene Quellen

15 3.1 Räumliche und zeitliche Variabilität Vert. konzentriert in troposphärischer Grenzschicht Räumlich (hori.) und zeitlich sehr variabel, abhängig von Emissionsquellen Zeitl. Variation auf Stunden- bis Jahreszeiten-Skala AOD-Wochenmitte/Wochenende-Verh. Georgoulias & Kourtidis (2012) 0.4 AOD % Bsp. Jahresgang (Obs. Hohenpeißenberg) Dez00 Dez02 Dez04 Dez06

16 3.1 Quantifizierung Aerosol optische Dicke (AOD) τ = ln( I OF ) I TOA ITOA: Bestrahlungsstärke ext. Atmosphäre IOF: Bestrahlungsstärke Oberfläche ω= κ scatter κ scatter + κ absorp = Streuung Absorption + Streuung ω = 1 : reine Streuung ω = 0 : reine Absorption U. Kaminski, DWD Single-scattering albedo (SSA)

17 3.1 Einfluss von AOD und SSA auf UVI ZMMF Algorithmus: Berücksichtigt durch multiplikativen Faktor UVIAOD/UVI0 UVI0: Großräumiger UV-Index (Meereshöhe, AOD=0.2, SSA=0.88,TO3=300DU) Funktionale Form ermittelt mit Strahlungstransportprogramm STARNeuro

18 3.2 Bisherige AOD/SSA-Klimatologie des ZMMF (I) SSA: halbjährige Mittel (Sommer- und Winterhalbjahr) basierend auf GADS (Global Aerosol Data Set, Koepke et al. 1997) AOD: Monatsmittel basierend auf Ca. 5 Jahren MODIS-Beobachtungen Über Wüstengebieten:TOMS-Beobachtungen Empirischen Werten in polaren Regionen

19 3.2 Bisherige AOD/SSA-Klimatologie des ZMMF (II)

20 3.2 Vergleich verschiedener AOD-Klimatologien Beispiel: September

21 3.2 Rel. Abweichung AeroCom-ZMMF-Klimatologien für Sept. Rel. Abweichung von 5-20%: UVI±1, 2, Aerosole Aerosole können können über über UV UV Warnung Warnung entscheiden entscheiden

22 3.3 Beobachtungen: AERONET-Stationen

23 3.3 Vergleich AOD-Messwerte AOD-Klimatologie

24 3.3 AOD-Ereignis vs. AOD-Klimatologie (I)

25 3.3 AOD-Ereignis vs. AOD-Klimatologie (II)

26 3.3 AOD-Ereignis vs. AOD-Klimatologie (III) Klimatologie gibt tatsächliche AOD-Verteilung oft unzureichend wieder

27 3.4 Alternative: tägliche AOD-Vorhersagen MACC-Projekt des GMES Programms Entwicklungsdaten zur Evaluierung

28 4. Zusammenfassung Tägl. Berechnung und Veröffentlichung des UVI zur Warnung und Förderung gesundheitsbewussten Verhaltens Für Allgemeinheit und spez. Risikogruppen (HIPPOlino-Projekt) Weiterentwicklung der UVI Vorhersage des ZMMF Einfluss von Aerosolen auf den UVI: Aerosole Aerosole können können UV UV Index Index nachhaltig nachhaltig beeinflussen beeinflussen und und sind sind relevant relevant für für die die UVI UVI Vorhersage Vorhersage Work in progress: Analyse und Qualitätseinstufung der AODKlimatologien und AOD-Vorhersagen (MACC)

29 Ihr Ansprechpartner: Dr. Volkmar Holzwarth ZMMF / KU1 FG C Stefan-Meier-Str Freiburg i.br. volkmar.holzwarth@dwd.de Tel.: +49 (0) 69 / Fax: +49 (0) 69 /