6.2. Явление космогенной эволюции интенсивности вариаций среднесуточной скорости ветра

В настоящее время проблема аэродинамической устойчивости строительных конструкций зданий и сооружений как в России, так и за рубежом, существенно обостряется не прогнозируемым ранее ростом интенсивности аварийно опасных аэродинамических процессов, которые являются причиной реализации новых, малоизученных ранее и, как следствие, ненормированных сверхпроектных ветровых нагрузок и воздействий на здания и сооружения.

Требуемая глубина прогноза ожидаемой эволюции интенсивности ветровых нагрузок и их влияния на деградацию надежности строительных объектов должна соответствовать глубине градостроительного планирования (до 100 лет), но не менее проектного срока их безопасной эксплуатации.

Настоящая монография относится к серии публикаций по представлению научной общественности уникальных междисциплинарных результатов исследований авторов в области неизвестных ранее явлений активации гравидинамических причинно-следственных механизмов реализации влияния космоземных связей на интенсивность природных процессов на нашей планете [1—8].

В монографии рассматриваются основные материалы исследований авторов по обнаружению, классификации, интерпретации и верификации глобальных (планетарного масштаба) колебаний интенсивности ветровых нагрузок, в результате которых было открыто неизвестное ранее явление космогенной эволюции интенсивности глобальных колебаний среднесуточной скорости ветра на урбанизированных территориях в результате действия гравидинамических возмущений в околоземном космическом пространстве.

Для верификации этого явления, а также в целях идентификации причинно-следственных связей и гравидинамического механизма его реализации авторами был применен метод спектрального вариометри-ческого анализа эволюционных процессов по данным метеорологических наблюдений вариаций среднесуточной скорости ветра в ряде географически разнесенных городов Земли (Москва, Лондон, Анкоридж, Буэнос-Айрес, Канберра, Токио и др.) в периоды до и после взрыва кометы Шумейкеров — Леви на Юпитере. Такое сопоставление, «до и после», было выбрано в целях обнаружения влияния всплеска гравитационного возмущения в результате взрыва кометы на Юпитере (с 16 по 22 июля 1994 г.) в пределах солнечной системы на активацию космоземных связей и ожидаемое последующее «возбуждение» природных аэродинамических процессов на Земле или отсутствие такого влияния. Для постановки задачи исследования была сформулирована гипотеза, в результате обоснования которой была составлена схема (рис. 6.6) предполагаемого механизма влияния гравитационного возмущения на вариации интенсивности колебаний среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы, достоверно регистрируемые сетью метеорологических станций.

Схема предполагаемого механизма влияния гравитационного возмущения на вариации интенсивности колебаний среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы Земли

Рис. 6.6. Схема предполагаемого механизма влияния гравитационного возмущения на вариации интенсивности колебаний среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы Земли

Операционная схема, отражающая один из вариантов применения метода спектрального вариометрического анализа эволюции интенсивности колебаний среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы Земли, представлена блок-схемой алгоритма его реализации на рис. 6.7, согласно которой в блоке 1 операций формируется массив данных метеонаблюдений среднесуточной скорости ветра V(f) за период [fi, ь], в блоке 2 — выделяются и нормируются по максимальному значению за период наблюдений вариации этого параметра, в блоке 3 — вычисляется спектральный образ этих вариаций.

Далее, на четвертом этапе, формируется теоретическая гипотеза или интерпретация механизма, причинно-следственных связей и закономерностей реализации исследуемого процесса, спектральный образ математической модели которого полученный путем обратного преобразования Фурье его нормированных вариаций, сопоставляется (блок 5) со спектрами нормированных вариаций данных наблюдений.

Блок-схема алгоритма реализации спектрального вариометрического анализа эволюции среднесуточной скорости ветра в периоды [r г] и [Г, г]

Рис. 6.7. Блок-схема алгоритма реализации спектрального вариометрического анализа эволюции среднесуточной скорости ветра в периоды [rb г2] и [Г3, г4]

В случае совпадения нормированных спектров модельных и натурных вариаций теоретическая модель может быть верифицирована как адекватная наблюдаемому явлению космогенной эволюции интенсивности глобальных колебаний амплитуды аэродинамических ветровых нагрузок на урбанизированных территориях в результате действия гравиди-намических возмущений в околоземном космическом пространстве.

Сопоставление спектров 2-1 и 2-1а позволит выявить новые или рост активности учтенных ранее причинно-следственных связей космогенной эволюции интенсивности колебаний среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы Земли в период [г3, г4] после взрыва кометы по сравнению с более ранним периодом наблюдений до взрыва pi, г2].

Показателем адекватности теоретической модели в спектральной области будет значение коэффициента кросскорреляции или свертки спектральных образов наблюдаемого и моделируемого по гипотезе исследуемого процесса (рис. 6.8).

Вариометрический анализ эволюции вариаций среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы, проведенный авторами по данным метеорологических наблюдений в ряде географически разнесенных городах Земли (Москва, Лондон, Анкоридж, Буэнос-Айрес, Канберра, Токио и др.), показал, что эволюция интенсивности вариаций среднесуточной скорости ветра во всех городах так же, как и для температурных процессов, как правило, содержит две компоненты: одна из них носит глобальный характер и наблюдается во всех перечисленных городах, а вторая представляет собой отражение локальных природных и техногенных проявлений климатических и орографических особенностей прилежащей к городам территории и подлежит климатическому районированию по ветровым нагрузкам, например на предмет выделения или идентификации их доминирующих локальных циклических (спектральных) компонент.

Вариант блок-схемы алгоритма операций по спектральной верификации теоретической модели космогенной эволюции вариаций среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы

Рис. 6.8. Вариант блок-схемы алгоритма операций по спектральной верификации теоретической модели космогенной эволюции вариаций среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы

Например, для конкретного j-го города или конкретной j-й урбанизированной территории эволюция интенсивности вариаций среднесуточной скорости ветра в спектральном отображении будет представлена в виде спектральной функции эволюции kVj(f), тогда глобальная составляющая Kv (J) может быть выделена в результате кросскорреляции в спектральной области эволюционных спектральных функций по

всем исследуемым городам или территориям, т.е.

(6.3)

где J — количество локальных точек (районов) наблюдения вариаций интенсивности среднесуточной скорости ветра.

В свою очередь, составляющая локальных проявлений местных (локальных) закономерностей эволюции вариаций интенсивности среднесуточной скорости ветра в спектральном отображении для конкретного j-го города или конкретной j-й урбанизированной территории может быть представлена выражением

KVm(f)=KVJ(f)=^П-[кУ1(П ? ? (6.4)

Рассмотренные версии алгоритмов спектрального вариометрического анализа вариаций интенсивности среднесуточной скорости ветра позволяют сформировать для каждой территории собственные спектральные «эталоны» резонансных и/или циклических климатических проявлений глобальных и локальных природных и техногенных процессов, оказывающих доминирующее влияние на формирование местных аэро-динмических условий, а следовательно, ветровых нагрузок на здания и сооружения. В инициативном порядке участниками научной школы академика РААСН В.И. Теличенко был разработан пакет программ «Evolution-V» для анализа эволюции ежесуточной средней скорости ветра при решении проектных задач оценки начального и текущего состояний остаточного ресурса аэродинамической устойчивости строительных конструкций и запаса геодинамической устойчивости систем типа «объект — основание».

Рассмотрим последовательность аналитических операций по обнаружению и верификации спектральных закономерностей влияния всплеска гравитационных возмущений в результате взрыва кометы на Юпитере на эволюцию интенсивности вариаций среднесуточной скорости ветра (Mean wind speed) (V(0) по официальным данным метеорологических наблюдений в городах: Лондон, Анкоридж, Буэнос-Айрес и Канберра.

Для исследования и верификации, в случае подтверждения гипотезы, рассматриваемого явления были использованы данные метеорологических наблюдений среднесуточной скорости ветра в указанных выше городах в период с января 1973 по август 2009 г. включительно.

При построении спектров колебаний и вариаций среднесуточной скорости ветра использовались два массива данных: до ([/ь /2] — с января 1973 по декабрь 1993 г. включительно) и после падения кометы Шумейкеров — Леви на планету Юпитер ([/з, Ц — с августа 1994 по август 2009 г. включительно). Количество суток первого периода составляет 7670, что соответствует при спектральном анализе минимальной выделяемой частоте /mjn=l,50900575-10'9 Гц, а количество суток второго периода составляет 5488, что соответствует при спектральном анализе минимальной выделяемой частоте/min=2,10897851-10'9 Гц. Учитывая нерегулярный характер выборок среднесуточной скорости ветра, верхняя граничная частота спектрального анализа была понижена до Утах =2,89-10'6 Гц, что соответствует 4 суткам по периоду цикла.

Основные частоты гравитационных возмущений, вызванных движением планет солнечной системы и Луны, соответствующие периодам обращения, радиальным гравидинамическим резонансам и их основным линейным и комбинированным гармоникам, были взяты из расширенной версии табл. 3.1 в диапазоне спектрального преобразования (fmin— /max), т.е. от 2,1-10’9 до 2,89-10’6 Гц, что соответствует периодам от 4 до 5488 сут.

Учитывая отсутствие в данных метеонаблюдений по городам Москве и Токио многосуточных фрагментов записей среднесуточной скорости ветра, в настоящем исследовании будут рассмотрены только данные по городам Лондону, Буэнос-Айресу, Канберре и Анкориджу.

На рис. 6.9 в качестве иллюстрации приведены образцы спектров вариаций среднесуточной скорости ветра в городах Лондоне и Анкоридже, нижняя огибающая спектра получена по данным с января 1973 по декабрь 1993 г., верхняя — по данным с августа 1994 по август 2009 г.

Спектр вариаций интенсивности колебаний среднесуточной скорости ветра в городах Лондоне и Анкоридже

Рис. 6.9. Спектр вариаций интенсивности колебаний среднесуточной скорости ветра в городах Лондоне и Анкоридже:

верхняя кривая по данным в период с августа 1994 по август 2009 г.;

нижняя кривая по данным в период с января 1973 по декабрь 1993 г.

На рис. 6.10 приведены кросскорреляционные спектры вариаций среднесуточной скорости ветра в городах Лондоне, Анкоридже, Буэнос-Айресе и Канберре (нижняя огибающая спектра — по данным с января 1973 по декабрь 1993 г., верхняя — с августа 1994 по август 2009 г. включительно).

В отличие от спектров вариаций среднесуточных и максимальных суточных температур в кросскорреляционном спектре глобальных вариаций среднесуточной скорости ветра (по данным метеонаблюдений в городах Лондоне, Анкоридже, Буэнос-Айресе и Канберре) более рельефно представлены циклы и резонансы гравитационных возмущений в околоземном космическом пространстве, в том числе в порядке убывания интенсивности аэродинамических проявлений в приповерхностном слое атмосферы Земли:

  • • вторая гармоника радиального гравидинамического резонанса Юпитера с периодом 1531,57 сут;
  • • комбинационная гармоника разности частот обращения Земли и радиального гравидинамического резонанса Юпитера с периодом 414,7 сут;
  • • комбинационная гармоника разности частот обращения Земли и Венеры с периодом 583,9 сут;
  • • комбинационная гармоника разности частот обращения и гравидинамического радиального резонанса Земли с периодом 881,8 сут;
  • • частота обращения Марса с периодом 686,68 сут.

м/с

Кросскорреляционный спектр вариаций среднесуточной скорости ветра в городах Лондоне, Анкоридже, Буэнос-Айресе и Канберре

Рис. 6.10. Кросскорреляционный спектр вариаций среднесуточной скорости ветра в городах Лондоне, Анкоридже, Буэнос-Айресе и Канберре: верхняя кривая по данным в период с августа 1994 по август 2009 г.; нижняя кривая по данным в период с января 1973 по декабрь 1993 г.

В области более высоких частот или малых периодов циклов и резонансов термы спектров ветровых проявлений имеют достаточно высокую плотность, обусловленную смешанными аэродинамическими и термодинамическими проявлениями комбинационных гармоник частот обращений и радиальных гравидинамических резонансов планет Земли и Луны, включая комбинационные гармоники частот гравидинамических возмущений Солнца.

Таким образом, спектры вариаций среднесуточной скорости ветра в городах Лондоне, Анкоридже, Буэнос-Айресе и Канберре в периоды до и после взрыва кометы Шумейкеров — Леви на Юпитере, а также их кросскорреляционные спектры подтверждают гипотезу о существовании неизвестного ранее явления космогенной эволюции интенсивности глобальных колебаний ветровых нагрузок на урбанизированных территориях гравидинамического происхождения. Доминирующие циклы эволюционных космогенных вариаций среднесуточной скорости ветра так же, как и температурные, имеют частоты, отличные от сезонного годичного цикла, вызывая, тем самым, не только рост интенсивности ветровых нагрузок, но и смещение их сезонных проявлений в спокойные периоды отсутствия всплесков гравитационных возмущений в околоземном космическом пространстве.

Наряду с этим сравнительный анализ спектров вариаций среднесуточной скорости ветра и сетки гравидинамических резонансов планет солнечной системы и их гармоник подтверждает существенную роль этих резонансов в эволюции аэродинамических процессов в приповерхностных слоях атмосферы как важной составляющей условий безопасной жизнедеятельности человека и биосферы в целом и является одним из доминирующих факторов потенциального снижения аэродинамической устойчивости и надежности строительных объектов в условиях глобального изменения климата.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >