Fluctuations in near-surface atmospheric pressure and human blood pressure as a consequence of fluctuations in UVB-UVA solar radiation in the frequency spectrum range of solar oscillations (Arctic-Antarctic)
Fluctuations in near-surface atmospheric pressure and human blood pressure as a consequence of fluctuations in UVB-UVA solar radiation in the frequency spectrum range of solar oscillations (Arctic-Antarctic)
Abstract
The correlation between fluctuations in surface atmospheric pressure (hPa) at Novolazarevskaya Station (Antarctica) and fluctuations in solar radiation in the 297–330 nm range (UVB-UVA) is examined. The analysis used data from observations made with the AvaSpec-2048 spectrometer and the Novolazarevskaya weather station on the days of the solstices on 21 December 2008 and 21 December 2018. Frequency range correlations between the hPa and int.297–330 nm time series showed maximum values of the coherence spectrum square relative to fluctuations of 3–10 minutes. Similar oscillations were observed in human blood pressure measurements taken on Severnaya Zemlya from 20 January 2017 to 18 April 2017 during the solar culmination interval. A connection was noted between the maximum amplitude of the hPa acrophase and a slight decrease in the amplitude of the "five-minute fluctuations" of systolic pressure (BPs), which should be associated with a local increase in the vasodilatory effects of active oxygen metabolites, the synthesis of which in the vessel walls is determined by the intensity of UVB (280–315 nm) and UVA (315–400 nm) radiation. The effect of maximum BPs at the moment of the Sun's passage through the meridian (true culmination) has been identified. The BPs effect may be caused by solar thermal influx, accompanied by the heating of ozone and water vapour in the stratosphere and, accordingly, in the troposphere through the absorption of UVB photons. It has been concluded that the group of "five-minute fluctuations" in the hPa and BPs time series is a consequence of the influence of the solar oscillation mechanism on the power of UVB-UVA radiation, which affects the near-surface temperature field and, in turn, forms the near-surface baric field. The latter is associated with the state of human blood pressure.
1. Введение
Рисунок 1 - Амплитудный спектр колебаний Солнца на участке SSI 350 nm-1500 nm
Рисунок 2 - Периодограммы интенсивности λ304 nm в дни солнцестояния 20.12.2009 г. и 20.12.2011 г. на ст. Новолазаревская
Примечание: AvaSpec-2048
2. Основные результаты
2.1. Временная характеристика NUV297-330 nm и приповерхностного атмосферного давления на ст.Новолазаревская (Антарктида) в дни солнцестояний с 2008 г. по 2018 г
Анализ спектров квадрата когерентности NUV297-330nm и приповерхностного атмосферного давления (hPa) на ст.Новолазаревская (Антарктида) проводился по данным наблюдений на спектрометре AvaSpec-2048 в дни солнцестояний 21.12. , . Формат обработки данных:
- преобразование данных в среднеминутные значения стандартных отклонений (SD);
- спектральный и гармонический анализ;
- кросс-преобразование Фурье-методом квадрата когерентности;
- кросс-спектр, включающий кросс-периодограмму, кросс-амплитуду, фазу и квадрат когерентности (Cxy):
где Axy — кросс-амплитуда, GxиGy — уравнения гармоник.
Рисунок 3 - Спектры квадрата когерентности int297-330nm (спектрометр AvaSpec-2048) и приповерхностного атмосферного давления (hPa) на метеостанции «Новолазаревская» за 21.12.2008 (минимум СА), 21.12.2014 (максимум СА) и 21.12.2018 (минимум СА)
Рисунок 4 - Квадрат когерентности интенсивности UVB (a) и UVA (b) с приповерхностным атмосферным давлением на НИС «Ледовая база Мыс Баранова» за 21.06.2025 г
Рисунок 5 - Сравнение временных распределений интенсивности UVB и UVA с приповерхностным атмосферным давлением в летнее солнцестояние 21.06.2025 г
Примечание: НИС «Ледовая база Мыс Баранова»
Учитывая роль силы тяжести в кровяном давлении и движении крови по сосудам, в качестве биомаркеров процессов, обусловленных колебаниями hPa, были выбраны параметры активности сердечно-сосудистой системы. Среди них систолическое (BPs) и диастолическое (BPd) артериальное давление, артериальный пульс (PS), а также зависящее от BРs внутриглазное давление (офтальмотонус, IOP). В измерениях принимал участие мужчина 35 лет без хронических заболеваний и вредных привычек. Измерения выполнялись с помощью тонометра A&D Medical UA и индикатора внутриглазного давления ИГД-02 ПРА diathera, позволяющего проводить неинвазивное измерение без контакта с роговицей. Измерения проводились с 20.01. по 18.04. 2017 г. в полуденном секторе с 13ч 00мин по 13ч 50мин с дискретностью 3-5 мин. Следовательно, ежедневно каждый параметр измерялся не менее 10 раз, что в итоге составило не менее 880 измерений. Для анализа облака данных применялась фильтрация методом T4253H (Statistica 6.0). В результате анализа средние значения биомаркеров составили: BPs~125мм.рт.ст.,BPd~78мм.рт.ст., PS~75уд./мин, IOP~14 мм.рт.ст. Для определения чувствительности биомаркеров к интервалу кульминации данные измерений преобразовывались в стандартные отклонения (SD). На рис.6 показаны распределения SDс применением фильтра T4253H.
Рисунок 6 - Колебания параметровIOP, BPs, BPd, и Pulseу мужчины 35 лет в интервале кульминации Солнца за период с 20.01.2017 г. по 18.04.2017 г
Примечание: НИС «Ледовая база Мыс Баранова»
Рисунок 7 - Колебания офтальмотонуса (IOP) и систолического артериального давления (BPs) у мужчины 35 лет в интервале кульминации Солнца за период с 20.01.2017 г. по 18.04.2017 г
Примечание: НИС «Ледовая база Мыс Баранова»
Рисунок 8 - Сравнение хода SD систолического артериального давления (BPs) у мужчины 35 лет и приповерхностного атмосферного давления (hPa) в интервале кульминации Солнца за период с 20.01.2017 г. по 18.04.2017 г
Примечание: НИС «Ледовая база Мыс Баранова»
3. Заключение
Максимальная амплитуда систолического артериального давления на рис.6-8 соответствует моменту кульминации Солнца, что может быть обусловлено солнечным термическим приливом в атмосфере, который сопровождается нагревом озона (О3) в стратосфере и парами воды в тропосфере через поглощение фотонов UVB. Солнечный термический прилив определяет суточный и полусуточный ход приземной температуры воздуха, а также приземного атмосферного давления и имеет две основные гармоники — суточную (24 ч) и полусуточную (12 ч). Фаза суточной гармоники меняется с высотой. Из-за этого сдвига происходит быстрое затухание амплитуды. Полусуточная гармоника движется с возбуждающим нагревом синфазно и усиливается. Кроме того, существует два вида солнечного термического прилива: мигрирующий и немигрирующий. Первый следует за Солнцем на запад, а второй может стоять на месте, или может следовать на запад или на восток. Так как момент истинной кульминации Солнца в любой географической точке изменяется по уравнению времени, то максимальная амплитуда BPs может варьировать от +14 до -16 мин.
Большинство биоритмов после запуска достаточно быстро угасают, поэтому в механизмах многих ритмов присутствуют компоненты, направленные на сохранение и усиление соответствующего ритма. В наиболее важных для жизнедеятельности механизмах биоритмов, например, фотосинтезе, циркадианных ритмах жизнедеятельности и др., энергия колебаний UVB-UVA, в том числе p-mods, выполняет функции такого усилителя (рис.8) . Кроме того, верхняя и нижняя кульминации Солнца (зенит и надир) через светочувствительные белки и другие вещества кожи , могут служить репером — точкой отсчета для полупериодов циркадианного ритма.