JP2005308648A - 紫外線測定法、及び紫外線測定装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】紫外線受光素子18により紫外線測定を行ない、紫外線量の実測値を取得し(ステップ100)、基準強度比(例えば、基準となる太陽分光放射スペクトルにおける指定された紫外線波長領域の積分紫外線強度と、太陽分光放射スペクトルと紅斑曲線とから求められる積分紫外線強度と比)、及びその太陽高度補正係数に基づき、実測値を補正して、紅斑紫外線強度を求める(ステップ102)。そして、紅斑紫外線強度から紅斑紫外線強度やUV指数を求める(ステップ104)。作用曲線に関する積分紫外線強度の代わりに、他の特定領域の積分紫外線強度を適用し、当該特定領域の紫外線強度を求める。
【選択図】 図3
Description
その他の第2の目的は、任意の時間の紫外線情報を予測可能な紫外線測定方法及び紫外線測定装置を提供することである。
第1の本発明の紫外線測定方法は、特定の領域に分光感度を持つ紫外線受光素子を用いた紫外線測定方法であって、
基準となる太陽分光放射スペクトルにおける第1紫外線波長領域の第1積分紫外線強度と、太陽分光放射スペクトルにおける第2紫外線波長領域の第2積分紫外線強度又は太陽紫外線の分光放射スペクトルと特定の作用曲線とから求められる第3積分紫外線強度と、の比を基準強度比とし、
前記紫外線受光素子を用いた太陽紫外線強度の実測値を前記基準強度比及び前記基準強度比の太陽高度補正係数に基づき補正し、第2波長領域の紫外線強度又は特定の作用曲線に関係する紫外線強度を求めることを特徴としている。
基準となる太陽分光放射スペクトルにおける第1紫外線波長領域の第1積分紫外線強度と、太陽分光放射スペクトルにおける第2紫外線波長領域の第2積分紫外線強度又は太陽紫外線の分光放射スペクトルと特定の作用曲線とから求められる第3積分紫外線強度と、の基準強度比を記憶する記憶手段と、
前記紫外線受光素子を用いた太陽紫外線強度の実測値を前記基準強度比及び該基準強度比の太陽高度補正係数に基づき補正し、第2紫外線波長領域の紫外線強度又は特定の作用曲線に関係する紫外線強度を求める補正手段と、
を有することを特徴としている。
得られた紫外線強度を当該任意の時間の太陽高度情報により補正して、任意の時間の紫外線強度を予測することを特徴としている。
任意の時間の太陽高度情報を記憶する記録手段と、
得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、任意の時間の紫外線強度を予測する補正手段と、
を有することを特徴としている。
また、任意の時間の紫外線情報を予測可能な紫外線測定方法及び紫外線測定装置を提供することができる。
地上に到達する太陽光の紫外線(太陽紫外線)は酸素の吸収のため、200nmよりも長波長となる。さらに成層圏オゾンによる吸収は360nmから200nmに亘っている。このなかで290nm以下のオゾンの吸収は強いため、地上に到達する太陽紫外線は290nmより長波長となる。290nmから320nmの紫外線はUVBと呼ばれ、320〜400nmをUVAと呼ばれる。
UV1(λ,θ)=ΣF(λ)R(λ,θ)Δλ・・・式(1)
で求められる。ここで、Fは重み(たとえば紅斑曲線)、R(λ、θ)は基準となる太陽高度θでの分光放射強度を示す。Δλは分光放射スペクトルの波長刻みである。
UV2(λ,θ)=ΣR(λ,θ)Δλ・・・式(2)
で表される。ここで、R(λ、θ)は基準となる太陽高度θでの分光放射強度を示す。
UV1(λ,α1)=UV0(α1)×(UV1(λ,θ)/UV2(λ,θ))×P(α1)・・・式(3)
E(λ)=UV0(α1)×(UV1(λ,θ)/UV2(λ,θ))×P(α1)・・・式(4)
で表すことができる。なお、ここでUV1(λ,θ)=ΣE(λ)R(λ,θ)Δλであり。、基準紅斑紫外線強度である。
成層圏のオゾン層を横切る透過距離は、月日の変化と日周運動による太陽高度から計算される。
太陽高度(天頂角Z)は、
cosZ=cosD’cosL’+sinD’sinL’cosH・・・式(5)
で求められる。ここで、L’は、観測者の余緯度(緯度Lの余角)、D’は極距離角(赤緯Dの余角)、Hは時角である。
cosD'=sin23.5°sinα2・・・式(6)
で求められる。
H=±360°t/24時間・・・式(7)
で求められる。ここで、tは南中時からの時間。負は南中前を表す。南中時間は地域の標準時から経度差を補正することで求めることができる。さらに正確には均時差を補正することができる。
大気による減衰量の基本となる吸収係数は、太陽高度の異なる実測の太陽分光放射スペクトルから求めることができる。太陽からの紫外線が成層圏でのオゾンによる吸収により減衰し、対流圏の大気状態で吸収・散乱・反射などの影響を受ける。雲による散乱の波長依存性は空気分子による散乱(レーリー散乱)と異なり、波長依存性がほとんどない(Mie散乱)。
x(θ0)=−r0sin(θ0)+√{(r0sin(θ0))2+(r2 2+2r2r0)}−(−r0sin(θ0)+√{(r0sin(θ0))2+(r1 2+2r1r0)}・・・式(8)
で表される。
I=I0exp(−kx(θ0))(ここでI0は全UV、kは吸収係数)・・・式(9)
となるから、
Ib(θ0)=Ib0exp(−k(λb)x(θ0))×exp(−k(λ)x(θ0))・・・式(10)
I(θ0)=I0exp(−k(λ)x(θ0))・・・式(11)
であり、
Ib(θ0)/I(θ0)=(Ib0/I0)exp(−k(λb)x(θ0))・・・式(12)
で表される。
Ib(α1)=I(α1)αexp(−βx(α1))・・・式(13)
で表される。
Ib(α1)=I(α1)(Ib(γ)/I(γ))exp(−β(x(α1)−x(γ)))・・・式(14)
で表せる。
P(α1)=exp(−β(x(α1)−x(γ)))・・・式(15)
で表され、これを変換して、
Ib(α1)=I(α1)(Ib(γ)/I(γ))P(α1)・・・式(16)
となる。
UVB強度(太陽高度α1)=実測値(太陽高度α1)×基準強度比×太陽高度補正係数・・・式(17)
紅斑紫外線強度(太陽高度α1)=実測値(太陽高度α1)×基準強度比×太陽高度補正係数・・・式(18)
紅斑紫外線量=紅斑曲線×太陽紫外線分光照度×3600秒・・・式(19)
で表される。
であり、
Ib(γ)/I(γ)=UV指数×10/紅斑紫外線量/3600s・・・式(21)
であるから
UV指数=実測値UV0(μW/cm2)×UV指数/紅斑紫外線量×太陽高度補正係数・・・式(22)
で求められる。
前記電総研田無市水平データから太陽高度(仰角)77°での分光測定値を基準太陽紫外線とする。
Ib(77)/I(77)=0.0132=(Ib0/I0)exp(−k(λb)x(77))・・・式(23)
と表される。
Ib(77)/I(77)=0.0050=(Ib0/I0)exp(−k(λb)x(77))・・・式(24)
と表される。このようにして全紫外線量に対して、太陽高度77°の基準紅斑紫外線比(基準強度比)は0.005である。
Ib(31)/I(31)=0.0023=(Ib0/I0)exp(−k(λb)x(31))・・・式(22)
と表される。
−k(λb)=ln(0.0050/0.0023)/(x(77)−x(31))=−0.0434/km・・・式(25)
と求められる。
Ib0/I0=0.0050/exp(−k(λb)x(77))
=0.0122・・・式(26)
と求められる。
C=Ib(θ0)/I(θ0)=(0.0122)exp(−0.0434×x(θ0))・・・式(27)
で表される。
UVBに対しても同様な方法で求めることができる。
オゾン層透過距離x(θ0)は、太陽高度θ0(仰角)に対して、地球の半径r0を6400km、オゾン層の上限の高さr2を40km、オゾン層の下限の高さr1を20kmとし、前述の基準太陽分光放射スペクトル(南中高度77°田無市データ)の積分紫外線強度から求めた紫外線全量と紅斑紫外線量の比を基準とすると、例えば、太陽高度30°では透過距離が40kmであるため太陽高度補正係数Cは0.44であり、太陽高度50°では透過距離が26kmであるため太陽高度補正係数Cは0.78となる。
紅斑紫外線強度(30°)=実測値UV0(30°)×0.005×0.36・・・式(26)
と求まる。
紅斑紫外線量(mJ/cm2)=実測値UV0(30°)(μW/cm2)×1/1000×0.005×3600s×0.36・・・式(28)
で求められる。
例えば、晴天の夏の太陽高度が30°の時の紫外線強度の測定値が2500μW/cm2であるとき、太陽高度補正をして前述のごとく求めた紅斑紫外線強度は5μW/cm2である。お天気係数は例えば2500/3000(30°の予測値)であり、数時間後の太陽高度60°の時の予測値6000μW/cm2からもとめた紅斑紫外線強度24μW/cm2に対してお天気係数(2500/3000)を掛けたものがその日の予測された紅斑紫外線強度(20μW/cm2)であり、同様に別の時間の予測値を求めることができる。また、お天気係数は天気予報からおおよその値を求めることもできる。
SPF値は紅斑紫外線防御の程度を示すものであるので例えば行動予定時間内の積分紅斑紫外線積分強度が求められればその日の戸外での活動時間を4時間とするとその時の最小紅斑量(MED:肌が赤くなる紫外線量)になるようにするためのサンスクリーン剤を指定することができる。例えば紅斑紫外線量が4時間で400mJ/cm2(UV指数が10で4時間)の時は最小紅斑量が10mJ/cm2の人(常に赤くなる肌タイプ)に対しては1/40の防御が必要であるからSPF40を指定することができる。
16 液晶ディスプレイ
18 紫外線受光素子
20 操作パネル
22 データ入出力端子
24GPS受信器(太陽高度情報取得手段)
32 内部回路
36 カレンダー/時計(太陽高度情報取得手段)
38 メモリ(記憶手段)
Claims (14)
- 特定の領域に分光感度を持つ紫外線受光素子を用いた紫外線測定方法であって、
基準となる太陽分光放射スペクトルにおける第1紫外線波長領域の第1積分紫外線強度と、太陽分光放射スペクトルにおける第2紫外線波長領域の第2積分紫外線強度又は太陽紫外線の分光放射スペクトルと特定の作用曲線とから求められる第3積分紫外線強度と、の比を基準強度比とし、
前記紫外線受光素子を用いた太陽紫外線強度の実測値を前記基準強度比及び前記基準強度比の太陽高度補正係数に基づき補正し、第2紫外線波長領域の紫外線強度又は特定の作用曲線に関係する紫外線強度を求めることを特徴とする紫外線測定方法。 - 前記基準強度比の太陽高度補正係数を、地球大気への太陽光の透過長に基づき求めることを特徴とする請求項1に記載の紫外線測定方法。
- 前記基準強度比の太陽高度補正係数を、オゾン濃度情報に基づき求めることを特徴とする請求項1に記載の紫外線測定方法。
- 前記特定の作用曲線が、紅斑曲線であることを特徴とする請求項1〜3のいすれか1項に記載の紫外線測定方法。
- 特定の波長領域に分光感度を持つ紫外線受光素子と、
基準となる太陽分光放射スペクトルにおける第1紫外線波長領域の第1積分紫外線強度と、太陽分光放射スペクトルにおける第2紫外線波長領域の第2積分紫外線強度又は太陽紫外線の分光放射スペクトルと特定の作用曲線とから求められる第3積分紫外線強度と、の基準強度比を記憶する記憶手段と、
前記紫外線受光素子を用いた太陽紫外線強度の実測値を前記基準強度比及び該基準強度比の太陽高度補正係数に基づき補正し、第2紫外線波長領域の紫外線強度又は特定の作用曲線に関係する紫外線強度を求める補正手段と、
を有することを特徴とする紫外線測定装置。 - さらに、前記基準強度比の太陽高度補正係数を求めるための太陽高度情報を取得する太陽高度情報取得手段を有することを特徴とする請求項5に記載の紫外線測定装置。
- 太陽高度情報として、緯度情報及び/又は経度情報と日時情報とを取得することを特徴とする請求項6に記載の紫外線測定装置。
- 前記特定の作用曲線が、紅斑曲線であることを特徴とする請求項6に記載の紫外線測定装置。
- 特定の領域に分光感度を持つ紫外線受光素子を用いた太陽紫外線測定方法であって、
得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、当該任意の時間の紫外線強度を予測することを特徴とする紫外線測定方法。 - 指定された時間内で積算紫外線強度を演算することを特徴とする請求項9に記載の紫外線測定方法。
- 予測された前記積算紫外線強度に基づいて紫外線防御剤の種類を決定することを特徴とする請求項10に記載の紫外線測定方法。
- 特定の波長領域に分光感度を持つ紫外線受光素子と、
任意の時間の太陽高度情報を記憶する記録手段と、
得られた紫外線強度を任意の時間の太陽高度情報により補正して、当該任意の時間の紫外線強度を予測する補正手段と、
を有することを特徴とする紫外線測定装置。 - 指定された時間内で積算紫外線強度を演算する演算手段を有することを特徴とする請求項12に記載の紫外線測定装置
- 予測された前記積算紫外線強度に基づいて紫外線防御剤の種類を決定する決定手段を有することを特徴とする請求項12に記載の紫外線測定装置。
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