Біометеорологія

Біометеороло́гія (від біо… і метеорологія) — міждисциплінарна наука про взаємозв’язки між фізичними і хімічними процесами в атмосфері та реакцією живих організмів на них.

Історична довідка

Як наука біометеорологія розвивається від початку 20 ст., систематичне вивчення зв’язку між умовами погоди та біологічними процесами започатковано в 1950-х. У 1956 в штаб-квартирі ЮНЕСКО (див. Організація Об’єднаних Націй з питань освіти, науки і культури) для консолідації зусиль вчених з усього світу, які працюють у галузі біометеорології, в м. Парижі було створено Міжнародне біометеорологічне товариство (англ. International Society of Biometeorology).

Характеристика

Одним із основних завдань біометеорології є вивчення впливу метеорологічних і геофізичних чинників на живі організми (зокрема людину). До найвпливовіших метеорологічних чинників належать:

• радіація сонячна;
• температура і вологість повітря;
• атмосферний тиск;
• вітер.

До геофізичних чинників упливу відносять такі:

• парціальна густина кисню;
• озон;
• явища атмосферної електрики;
• магнітне поле Землі.

Сонячна радіація впливає на температуру і фотосинтез, що критично важливо для росту рослин і життєдіяльності тварин. Особливо значущим для біосфери є ультрафіолетове випромінювання (ультрафіолетова радіація, ультрафіолет, скорочено — УФ,), яке стимулює вироблення у шкірі людини й тварин вітаміну D (див. Кальциферол), необхідного для нормального розвитку кісток, імунітету, обміну речовин. Недостатні дози УФ викликають розвиток патологій (сонячне голодування або ультрафіолетова недостатність), що особливо небезпечно для дітей (спричинює рахіт). УФ-промені мають бактерицидну дію і знищують різні патогени (мікроорганізми, віруси, гриби), сприяють знезараженню атмосфери та поверхні об’єктів (вода, ґрунт). УФ-радіація в невеликих дозах впливає на ріст і захисні реакції рослин, стимулює синтез захисних пігментів (антоціанів, флавоноїдів). Дія УФ-радіації може пошкодити клітини, ДНК, викликати рак шкіри, катаракту, порушення імунної системи у людей і тварин. Підвищене УФ-випромінювання пригнічує фітопланктон — основу океанічних трофічних ланцюгів, що загрожує морським екосистемам. Територія України за інтенсивністю ультрафіолетової радіації належить до зони ультрафіолетового комфорту.

Температура повітря — один із ключових чинників, які формують біосферу, визначають умови існування різних видів, впливаючи на їхні фізіологічні процеси. Підвищення температури прискорює фотосинтез, ріст і розвиток рослин, може зміщувати терміни квітування, проростання насіння. Надмірне нагрівання провокує тепловий стрес, зневоднення, зниження врожайності сільськогосподарських культур. Висока температура впливає і на мікроорганізми: активізує процеси гниття, бродіння, мінералізацію органічної речовини, може сприяти розвитку патогенів і шкідників. Висока температура навколишнього середовища негативно впливає і на організм людини, зумовлює виникнення захворювань за перегріву: теплової непритомності, теплового опіку з набряком, теплового виснаження, теплового удару та ушкоджень шкіри. Основою їх розвитку є розлади в системі кровообігу органів, порушення водно-електролітного балансу, гіпертермія.

За низької температури повітря уповільнюються біохімічні процеси, зростає ризик переохолодження організму (через посилену втрату енергії теплової). Це викликає дискомфорт, порушення чутливості та м’язової функції, озноб, обмороження. Холод спричиняє розвиток або загострення захворювань дихальної системи і опорно-рухової системи захворювань у людини. За низької температури можливе вимерзання рослин теплолюбних видів. Температура впливає на обмін речовин (метаболізм) живих організмів: у холоднокровних тварин (плазуни, земноводні) він прямо залежить від температури середовища, а у теплокровних зростають енергетичні витрати на терморегуляцію за екстремальних температур. Температура довкілля впливає на міграцію і розмноження живих організмів. Багато видів мігрують або змінюють активність залежно від температури. У помірних широтах зниження температури запускає період спокою у дерев. Зміна температури зумовлює зміну положення біокліматичних зон, зменшення біорізноманіття вразливих середовищ (Арктика, коралові рифи), спричиняє збільшення частоти лісових пожеж, посух, епідемій.

Суттєво впливає на біосферу вологість повітря: від неї залежить водний баланс організмів, стійкість до хвороб і розподіл живих істот на планеті. За вологістю визначають типи біомів: вологі тропічні ліси, посушливі пустелі, степи. Її зміна зумовлює зростання посушливості або заболоченості, зміщення зон поширення різних типів рослинності. Повітря вважається сухим за вологості до 55%, помірно-сухим — за 56–70%, вологим — за 71–85%, дуже вологим — вище 85%. Висока вологість стимулює активність бактерій і грибів (розкладання, гниття), сприяє поширенню паразитів та інфекцій. Низька вологість може спричинити зневоднення, особливо у дрібних тварин або тих, які мають вологу шкіру (наприклад, земноводні), викликає в’янення та пригнічення росту рослин, збільшує транспірацію.

Опади атмосферні визначають рівень зволоження середовища, що критично важливо для підтримки життя, розвитку біорізноманіття та стабільності екосистем. Вони впливають на колообіг води в природі (див. Колообіг речовин), ерозію ґрунтів і річкові системи, формують типи ландшафтів і біомів (наприклад, джунглі, степи, пустелі). Зміна кількості опадів спричиняє деградацію екосистем, опустелювання, заболочення. Достатня кількість опадів забезпечує ріст, розвиток і врожайність сільськогосподарських рослин. Опади також забезпечують наявність питної прісної води та середовище існування багатьох видів, зокрема земноводних. Дефіцит опадів призводить до посухи, в’янення та загибелі рослин, обмежує ареали деяких видів, викликає їхню міграцію.

Атмосферний тиск і вітер впливають на розподіл тепла і вологи, поширення видів. Вітер впливає на процеси транспірації, фотосинтезу, запилення рослин, особливо вітрозапилення, поширення пилку, плодів і насіння. Вітряна погода змінює поведінку комах, птахів, ссавців. До прикладу, птахи уникають польотів за сильного вітру. Вітер здатний істотно змінювати швидкість тепловіддачі організму людини, посилюючи охолоджувальну дію повітряного середовища. Вітряна погода в холодну пору року спричиняє зростання смертності, а в теплу — її зниження. Атмосферний тиск і його коливання впливають на організм подвійно: сприяють зміні насичення крові киснем і зміні кровообігу, механічно впливають на рецептори тіла та судини. На самопочуття хворих, які страждають на серцево-судинні захворювання (гіпертонія, стенокардія, інфаркт міокарда й інсульт) впливає не абсолютна величина тиску, а його неперіодичні коливання, пов’язані зі зміною погоди. Незначною зміною тиску вважають зниження або підвищення його середньодобового значення на 1–4 гПа, помірною — на 5–8 гПа, різкою — більш 8гПа. Випадки міждобової мінливісті атмосферного тиску на понад 8 гПа збігаються з піками викликів швидкої допомоги з приводу загострень серцево-судинних захворювань.

Методи досліджень

На живі організми (зокрема й людину) здебільшого впливає не один ізольований метеорологічний чинник, а їхній комплекс. Для визначення комфортності погоди найчастіше використовують біокліматичні індекси — умовні одиниці, які характеризують оптимальний мікрокліматичний режим (поєднання температури, вологості повітря та швидкості його переміщення), що є непрямим індикатором стану навколишнього середовища. Основним складником біокліматичних індексів є температура повітря. Ефект дії відносної вологості, швидкості вітру, сонячної радіації та інших чинників визначають за їхнім впливом на температуру повітря. Експериментально встановлено, що однакове відчуття тепла формується за різних поєднань метеорологічних величин. Оцінити його можна за допомогою розрахунку ефективних температур: еквівалентно-ефективних, радіаційно-еквівалентно-ефективних і біологічно активних. Еквівалентно-ефективною є температура, за якої у нерухомому і насиченому вологою повітрі тепловідчуття людини таке саме, як за цього поєднання температури повітря, відносної вологості та швидкості вітру.

У біометеорології також застосовують метод теплового балансу для кількісного виразу умов теплообміну людини з навколишнім середовищем. Основним показником тепловідчуття вважають середню температуру шкіри, а показником напруження терморегуляторної системи людини — вологовтрати з поверхні шкіри.

Структура

Серед основних напрямів біометеорології виділяють біометеорологію людини, біометеорологію тварин або зоометеорологію, біометеорологію рослин (розділом якої є агрометеорологія), космічну біометеорологію.

Наукові школи

На початку 20 ст. природодослідник К. Дорно (1865–1942; тепер РФ — Швейцарія) зацікавився зв’язком між кліматичними умовами і станом організму людини, оскільки його донька захворіла на туберкульоз. На основі отриманих ним результатів досліджень зародилася біометеорологія. Становлення цієї науки відбулося завдяки внеску Г. Флона (1912–1997; Німеччина), Г. Ландсберга (1906–1985; Німеччина — Швейцарія), К. Бюттнера (1903–1970; Німеччина — США) та інших кліматологів. У той же період такі дослідження проводили і в Радянському Союзі, зокрема М. Будико, Б. Айзенштадт (1913–1995; Білорусь — Росія), А. Ісаєв (1939–2007; тепер РФ) та інші вчені, що стало підґрунтям для розвитку біометеорології, медичної кліматології, курортології.

В Україні

В Україні головною методологічною установою з вивчення впливу кліматичних і погодних чинників на організм людини був Кримський республіканський НДІ фізичних методів лікування і медичної кліматології ім. І.М. Сєченова МОЗ України (розташований у м. Ялта; від 2014 перебуває в окупації). Фахівці інституту шукали можливості застосування природних лікувальних чинників з метою профілактики та лікування хвороб різних органів і їхніх систем.

Значну увагу дослідженням цього напряму приділяють науковці Національної академії медичних наук України, національних медичних університетів, Одеського державного екологічного університету та ін.

Міжнародна співпраця

Спеціалізованою платформою для сприяння міждисциплінарній співпраці метеорологів, біологів, зоологів, медичних працівників, екологів та інших вчених є Міжнародне біометеорологічне товариство. Серед афілійованих до товариства організацій — Міжнародна асоціація міського клімату, Міжнародне товариство сільськогосподарської метеорології, Міжнародний союз біологічних наук, Всесвітня організація охорони здоров’я та Всесвітня метеорологічна організація.

Значення

За ініціативи Міжнародного біометеорологічного товариства в рамках Європейського співробітництва в галузі науки і технологій (англ. European Cooperation in Science and Technology, COST) від 2009 розробляється універсальний індекс теплового комфорту (англ. Universal Thermal Climate Index, UTCI), який засновано на врахуванні впливу різних метеорол. чинників на орг-м людини. Цей індекс застосовують у біометеорології людини дедалі частіше, перспективним є його використання в міському плануванні.

Література

1. Бокша В. Г., Богуцкий Б. В. Медицинская климатология и климатотерапия. Киев : Здоровье, 1980. 262 с.
2. Дмитренко В. П. Погода, клімат і урожай польових культур. Київ : Ніка-Центр, 2010. 620 с.
3. Silva R. G. da, Maia A. S. Principles of Animal Biometeorology. Dordrecht : Springer, 2013. 261 p.
4. Bröde P., Napoli C. Di, Rosa L. et al. Sensitivity of UTCI Thermal Comfort Prediction to Personal and Situational Factors — Residual Analysis of Pedestrian Survey Data // Applications of the Universal Thermal Climate Index UTCI in Biometeorology. Cham : Springer, 2021. P. 67–80.

Автор

В. О. Балабух

Покликання на цю статтю: Балабух В. О. Біометеорологія // Велика українська енциклопедія. URL: https://vue.gov.ua/Біометеорологія (дата звернення: 11.10.2026).

Статус гасла: Оприлюднено
Оприлюднено: 22.05.2025

Медичні науки