Медико-климатическая характеристика термического режима

В оценках влияния погоды и климата на организм человека исходят прежде всего из характеристики его теплообмена, выделяя соответственно комфортную, субкомфортную (относительно благоприятную) и дискомфортную (неблагоприятную) погоды. Применяются различные методы расчета теплового баланса организма и ряд комплексных показателей, характеризующих влияние погоды на человека (индекс суровости Г. Бодмана, оценка суровости зим по И. М. Осокину, эквивалентно-эффективные температуры и др.).

Теплоощущение человека определяется совокупным воздействием температуры, влажности воздуха и скорости ветра. В зимний период теплоощущение оценивается условными температурами по методу Арнольди, согласно которому скорость ветра, равная 1 м/с, снижает теплоощущение человека на 2°С. В летний период теплоощущение человека определяется эффективными и эквивалентно-эффективными температурами, в которых учитывают все три компонента теплоощущения. Они рассчитываются по двум шкалам:

нормальная шкала – теплоощущение по погоде одетого человека на отдыхе, выполняющего легкую нагрузку;

основная шкала – теплоощущение обнаженного человека при приеме воздушной ванны на открытом и закрытом участках местности.

Рассчитываются ЭТ и ЭЭТ по номограммам, в которых по левой шкале ординат отложена температура воздуха, по правой – температура смоченного термометра, определяемая по влажности воздуха по психрометрическим таблицам. Кривая показывает скорость ветра. Теплоощущение при приеме солнечных ванн определяется радиационными эквивалентно-эффективными температурами (РЭЭТ), которые на 6° выше ЭЭТ. Теплоощущение в летний период подразделяется на: холодное (ЭЭТ менее 8°), прохладное (ЭЭТ 8-16°), комфортное (ЭЭТ 17-22°), перегрев (ЭЭТ более 22°).

Для рекреации также важно учитывать термический дискомфорт как перегрева в летний период, так и переохлаждения в зимний. Для оценки степени благоприятности жаркой и теплой погод в теплый период года используют показатели величины потоотделения и температуры поверхности тела; для определения степени холодового дискомфорта в зимний период предложена приведенная температура, учитывающая температуру воздуха, скорость ветра, величину солнечной радиации и влажность воздуха. В итоге определены зоны комфорта, в пределах которых нагрузка на терморегуляторные механизмы минимальна, что обеспечивает нормальное функционирование организма. Для оценки воздействия холодовых процедур – воздушных ванн и морских купаний – введена величина «холодовой нагрузки»[43].

Второе важное метеорологическое явление – атмосферное давление. Атмосферное давление – это давление, оказываемое атмосферой на нижележащие слои воздуха и всю земную поверхность. Оно равно весу столба воздуха, простирающегося от данного уровня до внешней границы атмосферы. Атмосферное давление измеряется в миллиметрах ртутного столба (мм рт. ст.), миллибарах (мБ) или гектопаскалях (ГПа). В среднем на уровне моря на 45° широты при 0°С атмосферное давление примерно составляет 760 мм рт. ст. или 1013 мб и называется нормальным. В среднем на уровне моря давление составляет 1,033 кг/см². В технике это число принято за единицу давления и называется атмосфера.

Атмосферное давление непрерывно меняется в связи с изменением температуры и перемещением воздуха. В течение суток оно повышается дважды (утром и вечером), дважды понижается (после полудня и после полуночи).

Воздушные массы отличаются друг от друга по свойствам, поэтому они неизбежно начинают перемещаться в горизонтальном и вертикальном направлениях. Причиной их перемещения является неравномерный нагрев Земли и, как следствие, разность атмосферного давления. Она действует как сила, вызывающая движение воздуха – общую циркуляцию атмосферы под которой понимается система горизонтальных и вертикальных воздушных течений в тропосфере воздушной оболочки Земли, осуществляющая обмен теплом и влагой между разными широтами. Создается общая циркуляция атмосферы под влиянием неодинаковой солнечной радиации на разных широтах на суше и море, а усложняет ее отклоняющее влияние вращения Земли, процессы волно- и вихреобразования.

Ветер – одно из важнейших проявлений общей циркуляции атмосферы – есть горизонтальное движение воздуха относительно земной поверхности. Ветры возникают и поддерживаются из-за неравномерного горизонтального распределения атмосферного давления – барического градиента. Чем больше разница в атмосферном давлении (барический градиент) – тем сильнее ветер. Воздух перемещается из областей высокого давления к областям низкого давления, но из-за ускорения Кориолиса отклоняется от этого направления (вправо в Северном полушарии и влево – в Южном).

Ветер характеризуется скоростью и направлением. Скорость ветра определяется в м/с и км/ч. Средняя скорость ветра у земной поверхности составляет 5-10 м/с. Существует оценка скорости ветра в баллах по действию, которое ветер производит на земной поверхности. Эта система предложена английским адмиралом Ф. Бофортом и называется шкалой Бофорта. Скорость ветра изменяется в широких пределах от полного штиля (0-0,5 м/с), до шторма (более 15-20 м/с) и урагана (более 30 м/с).

Под воздушной массой понимается крупная масса воздуха в тропосфере, обладающая определенными общими свойствами (температурой, влагосодержанием, динамическими особенностями и др.), связанными с районом формирования и движущаяся как одно целое в одном из течений общей циркуляции атмосферы. Выделяют четыре типа воздушных масс, в каждом из которых выделяются также континентальные и морские воздушные массы, различия между которыми заключаются в содержании влаги: экваториальные, тропические, умеренные, арктические (антарктические).

Отмечается такая закономерность – если воздушные массы движутся в более высокие широты или на более холодную поверхность, их называют теплыми, так как они приносят потепление. Воздушные массы, перемещающиеся в более низкие широты или на более теплую поверхность, называются холодными – они приносят похолодание. Переходная зона в атмосфере между двумя воздушными массами с разными свойствами получила название атмосферный фронт. Ширина атмосферного фронта составляет в среднем несколько десятков километров, а толщина – несколько сотен метров.

Атмосферные фронты делятся на циклональные(теплые и холодные) и климатические. Фронты между основными типами воздушных масс называются по типу воздушной массы, располагающейся со стороны полюсов. Следовательно, выделяют три типа атмосферных фронтов – тропический (их два – северный и южный), разделяющий экваториальную и тропическую воздушные массы, умеренный (их также два),разделяющий умеренную и тропическую и арктический (антарктический), разделяющий арктическую (антарктическую) и умеренную. С их прохождением связаны контрастные смены погоды, сопровождающиеся перепадами температуры, влажности, давления воздуха, изменениями скорости и направления ветра, выпадением осадков и другими дискомфортными явлениями.

Теперь остановимся на понятиях «циклон» и «антициклон». Антициклон представляет собой нисходящий поток холодного воздуха, образующий на земной поверхности область повышенного атмосферного давления. Циклоном называется восходящий поток теплого воздуха, образующий на земной поверхности области пониженного атмосферного давления. Циклоны и антициклоны образуются при условии вторжения потоков воздуха, не территорию, сильно отличную от них по температуре и являются неотъемлемой принадлежностью умеренных воздушных масс. Циклоны образуются на атмосферных фронтах и приносят, в отличие от антициклонов, теплую и дождливую (снежную) погоду. В антициклонах преобладает ясная сухая погода с высокими температурами летом и сильными морозами зимой.

Человек реагирует на резкие изменения погоды, особенно атмосферного давления, влажности и температуры. Выделяют даже особый тип метеозависимых людей. Можно лишь отметить, что любой человек является метеозависимым, хотя эта зависимость проявляется у каждого в разной степени. Существует средняя пороговая метеочувствительность человека: перепад температуры в 6°С в сутки; перепад атмосферного давления в 5 мб за сутки; перепад содержания кислорода в воздухе в 5 г/м³.

Люди, страдающие нарушениями артериального давления, заболеваниями сердечно-сосудистой и дыхательной систем, по-разному реагируют на эти изменения. Так, у гипотоника возникает болезненная реакция на понижение атмосферного давления, а у гипертоника – на его резкое повышение. Для гипертоников перемены погоды более опасны, чем для гипотоников, так как у гипотоника психологическая и физиологическая реакция на смену погоды совпадают, а у гипертоников нет. Это явление – «ножницы» между физиологической и психологической реакцией на смену погоды – приводит к наступлению таких грозных осложнений, как инфаркт, инсульт, стенокардия, гипертонический криз.

Механизм воздействия изменения температуры и давления на организм человека определяется колебанием плотности кислорода в воздухе, которое зависит от этих двух величин, а содержание кислорода обусловливает окислительные процессы в организме человека. На резкие перепады плотности кислорода организм человека дает болезненную реакцию (например, горную болезнь).

С ветровым режимом связано воздействие воздушного потока на организм человека на уровне человеческого роста. В связи с этим условия подразделяются на:

§ аэростатические – штиль (0 м/с)

§ слабодинамические – менее 1 м/с (тихий ветер)

§ среднединамические – 1-4 м/с (легкий ветер)

§ сильнодинамические – более 4 м/с (слабый ветер)

При скорости ветра более 7-8 м/с обычно не рекомендуется проводить туристские занятия.

Важными метеорологическими элементами также являются влажность воздуха и атмосферные осадки. Степень увлажнения территории обусловливается соотношением осадков и испарения. Испарение – это испарившееся и поступившее в воздух количество водяного пара. Скорость испарения зависит от многих причин, но главным образом от температуры воздуха и ветра. Количество воды, которое могло бы испариться при данных условиях, называется испаряемостью. Испаряемость, как и испарение, выражается в миллиметрах слоя испарившейся воды (мм); за конкретный период – мм/год и т. д.

Увлажнение территории характеризуется коэффициентом увлажнения (К), под которым понимается отношение суммы осадков (Q) к испаряемости (И):

К = (если К выражается в долях единицы) и К= ´100% (в %).

Увлажнение бывает избыточным, когда К > 1, или > 100%; нормальным, когда К = 1, или 100%; недостаточным, когда К < 1, или < 100%. По степени увлажнения выделяют влажные (гумидные) и сухие (аридные) территории. Коэффициент увлажнения характеризует условия стока, развитие растительности и др. В лесной зоне он равен примерно 1,0-1,5, в лесостепной 0,6-1,0, в степях 0,3-0,6, полупустынях 0,1-0,3, пустынях менее 0,1.

Содержание водяного пара в воздухе характеризуют количественно и называют влажностью воздуха. Максимальное количество водяного пара может содержать воздушная масса, которая сформирована над водной поверхностью при высоких температурах. Воздушная масса над континентом и при высоких и при низких температурах содержит малое количество водяного пара.

Обычно влажность больше днем, чем ночью, в течение года наибольшая влажность отмечается в летние месяцы, а наименьшая – зимой. В низких широтах, где воздух гораздо холоднее, влажность больше, чем в средних и высоких. При определенной температуре воздух может содержать соответствующее количество влаги (водяных паров). Предел содержания водяного пара в воздухе при данной температуре называется максимальной влажностью (Е).

Влажность воздуха бывает абсолютная и относительная. Абсолютная влажность воздуха – количество водяного пара (г), содержащееся в м³ воздуха. Относительная влажность воздуха – соотношение реального количества содержащегося в воздухе водяного пара к максимально возможному его содержанию при данной температуре. При 100%-ой относительной влажности неизбежно происходит выпадение осадков. Воздух, имеющий максимальную влажность, называется насыщенным.

Ощущение человеком влажности воздуха связано с относительной влажностью воздуха, абсолютную влажность человек не ощущает. Для туристских целей важна относительная влажность в дневные часы. Зимой почти повсеместно относительная влажность высокая, ее суточный ход не выражен, преобладают влажные дни (с влажностью до 80%). В теплый период наблюдаются большие суточные колебания влажности (от 80% ночью до 50-60% днем). Иногда в особенно «сухие» дни влажность падает до 30% и менее. Для здоровых людей наиболее благоприятна относительная влажность в 40-60%.

С абсолютной влажностью связано такое дискомфортное явление, как духота. Оно наблюдается в теплый период, когда плотность водяного пара достигает 18 мб и более. Духота особенно тяжело переносится, если сопровождается термическим перегревом – развивается гигротермический дискомфорт. Духота плохо переносится больными с заболеваниями сердечно-сосудистой системы, бронхиальной астмой. Сильная духота летом характерна для районов Прикаспия и Черноморского побережья Кавказа[44].

Атмосферные осадки – продукты конденсации водяного пара, выпадающие из облаков в виде дождя, мороси, града, крупы, снега или непосредственно оседающие из воздуха на земную поверхность в виде росы, инея, изморози и др. Атмосферные осадки измеряются толщиной слоя выпавшей воды в мм за определенный промежуток времени (чаще всего за год).

Осадки различают по физическому состоянию – жидкие (морось, дождь) и твердые (снег, крупа, град). По характеру выпадения различают: ливневые осадки (они интенсивны, непродолжительны, захватывают небольшую площадь), обложные осадки (средней интенсивности, равномерны, длительны – могут продолжаться сутками, захватывая большие площади), моросящие осадки (мелкокапельные взвешенные в воздухе, дают мало осадков). Характер выпадения осадков очень важен для проведения туристских занятий.

Зимой по продолжительности залегания снежного покрова определяют пригодность территории для занятия лыжным спортом. Летом значение имеет повторяемость дождливых погод, которая препятствует туризму и отдыху. Дождливым считается день, когда выпадает более 3 мм осадков в дневное время. Но иногда ливневые дожди, особенно после продолжительного зноя, не мешают отдыху и лечению и освежают воздух (при условии их кратковременности).

Рассмотрим теперь основные вопросы и методы оценки биоклимата, а также особенности процедуры проведения биоклиматического зонирования территории.

Каждый параметр биоклимата оценивается в баллах, далее производится интегральная оценка режима (термического, ветрового, радиационного и др.). Затем ведется подсчет значений биоклиматического потенциала по сезонам года и в среднем за год. Таким образом, имеется возможность оценивать и сравнивать биоклиматические условия разных территорий, выявлять наиболее благоприятные для отдыха и лечения сезоны и устанавливать адаптационный радиус действия конкретной курортной зоны.

Биоклиматические параметры входят в биоклиматический паспорт курортов и территорий, в котором дается характеристика местного биоклимата. На территории курорта в течение четырех центральных месяцев сезонов (январь, апрель, июль и октябрь) проводятся наблюдения за основными метеорологическими характеристиками в установленные сроки. Полученные данные сравнивают с данными ближайшей метеостанции. Затем по ряду многолетних наблюдений для данной метеостанции рассчитываются параметры биоклимата и вносятся поправки на местные условия.

При оценке биоклимата наиболее важен учет дискомфортных явлений погоды. К ним относятся переохлаждение и перегрев, избыток и недостаток УФ излучения, изменчивость (контрастность погоды), духота, гигротермический дискомфорт, ветровые нагрузки, туман, осадки, грозы и другие явления. Они вредны для человека. При стихийных бедствиях и метеорологических явлениях исключаются все виды туристской деятельности.

На основании расчетов биоклиматического потенциала строятся карты отдельных медико-климатических параметров и биоклиматического потенциала. По ним выделяются районы по степени благоприятности для туризма, отдыха и лечения. По значениям биоклиматического потенциала проводится зонирование территории по степени комфортности для туризма, отдыха и лечения. В связи с этим обычно выделяют следующие зоны комфортности:

· комфортная – щадящий и щадяще-тренирующий режим;

· относительно комфортная – щадящий и раздражающий режимы или преобладание тренирующих условий;

· дискомфортная – раздражающие условия;

· экстремальная – раздражающие условия доминируют во все сезоны года.