НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ НА ЗДАНИЯ И СООРУЖЕНИЯ. ЯВЛЕНИЕ КОСМОГЕННОЙ ЭВОЛЮЦИИ ИНТЕНСИВНОСТИ ГЛОБАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ СРЕДНЕСУТОЧНОЙ СКОРОСТИ ВЕТРА НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ
LOADINGS AND INFLUENCES ON BUILDINGS AND CONSTRUCTIONS. THE SPACEGENIC EVOLUTIONS PHENOMENON OF A WIND DAILY AVERAGE SPEED GLOBAL FLUCTUATIONS INTENSITY IN THE URBANIZED TERRITORIES
В.И.Теличенко, М.С.Хлыстунов, В.И.Прокопьев, Ж.Г.Могилюк
V.I. Telichenko, M.S. Hlystunov, V.I. Prokopjev, J.G. Mogiluk
МГСУ (НИУ)
В статье рассматриваются материалы открытия методом вариометрическо-го спектрального анализа неизвестного ранее явления глобальных вариаций среднесуточной скорости ветра в результате действия гравидинамических возмущений в околоземном космическом пространстве.
In article are presented materials of opening by a spectral variametric analysis method of the unknown person before phenomenon of a wind daily average speed global fluctuations intensity as a gravidynamic indignations action result in a circumterraneous space.
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 статья 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 космо-земных связей на интенсивность природных процессов на нашей планете [1-8].
В статье 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 космогеннои 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 вариаметрического 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 Шумейке-ра-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 года) в пределах солнечной системы на активацию космо-земных 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 разработана схема (рис.1) предполагаемого механизма влияния гравитационного возмущения на вариации интенсивности колебаний среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы, достоверно регистрируемые сетью метеорологических станций.
Рис.1. 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 вариаметрического анализа эволюции интенсивности колебаний среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы Земли, представлена блок-схемой алгоритма его реализации на рисунке 2, согласно которой в первом блоке операций формируется массив данных метеонаблюдений среднесуточной скорости ветра У(1) за период [11,12], во втором - выделяются и нормируются по максимальному значению за период наблюдений вариации этого параметра, на третьем - вычисляется спектральный образ этих вариаций.
ьфи^цц;;
Тп^ч-V{1]| ► 11 , I) ^ V;
чЛ—Г
Рис.2. Блок-схема алгоритма реализации спектрального вариометрического анализа эволюции среднесуточной скорости ветра в периоды [^У и [13Д4]
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 (операция «5») со спектрами нормированных вариаций данных наблюдений. 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 гравидинамических возмущений в околоземном космическом пространстве.
Сопоставление спектров (2-1) и (2-1 а) 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 [13Д4] после взрыва кометы по сравнению с более ранним периодом наблюдений до взрыва [11,12].
Показателем адекватности теоретической модели в спектральной области будет значение коэффициента кросскорреляции или свертки спектральных образов наблюдаемого и моделируемого по гипотезе исследуемого процесса (рис.3).
41
1пра\1,
3
'.п/п^р^чо т) тиЦМ
t *
"тт^Ч-Ш) «"<N1,1111
*
Ж
А, < Л
Рис.3. Вариант блок-схемы алгоритма операций по спектральной верификации теоретической модели космогенной эволюции вариаций среднесуточной скорости ветра в приповерхностном
слое атмосферы
2/2П11 ВЕСТНИК _2/201J_МГСУ
Вариаметрический анализ эволюции вариаций среднесуточной скорости ветра в приповерхностном слое атмосферы, проведенный авторами по данным метеорологических наблюдений в ряде географически разнесенных городов Земли (Москва, Лондон, Анкоридж, Буэнос-Айрес, Канберра, Токио и др.), показал, что эволюция интенсивности вариаций среднесуточной скорости ветра во всех городах, также 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.
Например, для конкретного j-ro города или конкретной j-ой урбанизированной территории эволюция интенсивности вариаций среднесуточной скорости ветра в спектральном отображении будет представлена в виде спектральной функции эволюции kVj (f), то тогда глобальная составляющая K]r_m (f) может быть выделена в результате кросскорреляции в спектральной области эволюционных спектральных функций по всем исследуемым городам или территориям, то есть
_ 1
кггл (f) = rivf)
_ j=1 _
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-то города или конкретной j-ой урбанизированной территории может быть представлена выражением:
КГлок (f) = Kj(f) = kVj (f) - [kVj(f) * кГгл (f)]2.
Рассмотренные версии алгоритмов спектрального вариаметрического 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 аэ-родинмических условий, а, следовательно, ветровых нагрузок на здания и сооружения. В инициативном порядке участниками научной школы академика РААСН Тели-ченко В.И. был разработан пакет программ «Evolution-V» для анализа эволюции ежесуточной средней скорости ветра при решении проектных задач оценки начального и текущего состояния 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 гравитационного возмущений в результате взрыва кометы на Юпитере на эволюцию интенсивности вариаций среднесуточной скорости ветра (Mean wind speed) (V(t)) 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 года по август 2009 года включительно.
При построении спектров колебаний и вариаций среднесуточной скорости ветра использовались два массива данных: до ([^У - с января 1973 года по декабрь 1993 года, включительно) и после падения кометы Шумейкера - Леви на планету Юпитер ([13Д4] - с августа 1994 года по август 2009 года включительно). Количество суток первого периода составляет 7670, что соответствует при спектральном анализе минимальной выделяемой частоте 1т1п=1,50900575*10-9 Гц, а количество суток второго периода составляет 5488, что соответствует при спектральном анализе минимальной выделяемой частоте 1ть=2, 10897851*10-9 Гц. Учитывая нерегулярный характер выборок среднесуточной скорости ветра, верхняя граничная частота спектрального анализа была понижена до 1"тах =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 гра-видинамическим резонансам и их основным линейным и комбинированным гармоникам, были взяты из таблицы 1 первой статьи данной серии публикаций, в диапазоне спектрального преобразования (^п-^ах), то есть от 2,1*10-9 до 2,89*10-6 Гц, что соответствует периодам от 4 до 5488 суток.
Учитывая отсутствие в данных метеонаблюдений по Москве и Токио многосуточных фрагментов записей среднесуточной скорости ветра, в настоящем исследовании будут рассмотрены только данные по Лондону, Буэнос-Айресу, Канберре и Ан-кориджу.
На рис.4 для иллюстрации приведены образцы спектров вариаций среднесуточной скорости ветра в Лондоне, Анкоридже, Буэнос-Айресе и Канберре (синяя или нижняя огибающая спектра - по данным с января 1973 года по декабрь 1993 года, красная или верхняя - с августа 1994 года по август 2009 года включительно).
ус (ГУ. »те
Рис.4. Спектр вариаций среднесуточной скорости ветра в Лондоне и Анкоридже
На рис.5 приведены кросскорре-ляционные спектры вариаций среднесуточной скорости ветра в городах Лондоне, Анкоридже, Буэнос-Айресе и Канберре (синяя или нижняя огибающая спектра - по данным с января 1973 года по декабрь 1993 года, красная или верхняя - с августа 1994 года по август 2009 года включительно)
3 г^а
д :1
ни
наш
Рис.6. Кросскорреляционный спектр вариаций среднесуточной скорости ветра в Лондоне, Анкоридже, Буэнос-Айресе и Канберре
В отличие от спектров вариаций среднесуточных и максимальных суточных температур в кросскорреляционном спектре глобальных вариаций среднесуточной скорости ветра (по данным метеонаблюдений в 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:
X вторая гармоника радиального гравидинамического резонанса Юпитера, с периодом -1531,57 суток;
^ комбинационная гармоника разности частот обращения Земли и радиального гравидинамического резонанса Юпитера, с периодом - 414,7 суток;
X комбинационная гармоника разности частот обращения Земли и Венеры, с периодом - 583,9 суток;
комбинационная гармоника разности частот обращения и гравидинамического радиального резонанса Земли, с периодом - 881,8 суток; и частота обращения Марса, с периодом - 686,68 суток.
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 Лондоне, Анкоридже, Буэнос-Айресе и Канберре в периоды до и после взрыва кометы Шумей-кера-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 также, как и температурные, имеют частоты отличные от сезонного годичного цикла, вызывая, тем самым, не только рост интенсивности ветровых нагрузок, но и смещение их сезонных проявле-
ний 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, в том числе этих резонансов, в эволюции аэродинамических процессов в приповерхностных слоях атмосферы, как важной составляющей условий безопасной жизнедеятельности человека и биосферы в целом, а также одним из доминирующих факторов потенциального снижения аэродинамической устойчивости и надежности строительных объектов в условиях глобального изменения климата.
Литература:
1. Джанибеков В.А. Хлыстунов М.С., Подувальцев В.В. Влияние геоэкологической эффективность природных и техногенных процессов на безопасность промышленных объектов и инженерных коммуникаций. IV Всероссийская научная конференция «Физические проблемы экологии (Экологическая физика)». Сб. трудов. -М.: ИПМ РАН -МГУ им.Ломоносова М.В., 2004
2. Никитский В.П., Хлыстунов М.С. Проблема контроля уровня микрогравитации на борту космической станции международная проблема глобаотных катастроф. Theses " International aerospace congress IAC "94" -M-H.: NASA, Org. committee IAC " 94, 1994
3. Никитский В.П., Хлыстунов М.С. Гравитационная модель катастроф. -М.: "Aerospace courier", January -February, 1999
4. Теличенко В.И., Король Е.А., Хлыстунов М.С. Детальные исследования и анализ мало изученных причинно-следственных связей и механизмов подготовки и реализации аварий на строительных объектах. - Москва-Иваново: Вестник отделения строительных наук РААСН, том 2, 2010, стр.324
5. Теличенко В.И., Завалишин С.И., Хлыстунов М.С. Глобальные риски и новые угрозы безопасности ответственных строительных объектов мегаполиса. -М.: АСВ, Научно-технический журнал «Вестник МГСУ» Периодическое научное издание, Спецвыпуск №2, 2009, с.4
6. Теличенко В.И. , Король Е.А., Хлыстунов М.С. Грависейсмометрический мониторинг высотных зданий. -М.: Журнал «Высотные здания», №1, 2008
7. Хлыстунов М.С. Гравидинамическая теория стихийных бедствий. Сборник трудов IV Всероссийского экологического семинара. - М.: ЮНЕСКО-ЦПК им.ЮА.Гагарина, 2000
8. Хлыстунов М.С., Завалишин С.И. Подувальцев В.В. Космогенные процессы деградации геотехнической надежности промышленных объектов и техносферы мегаполисов. IV Всероссийская научная конференция «Физические проблемы экологии (Экологическая физика)». Сб. трудов. -М.: ИПМ РАН -МГУ им.Ломоносова М.В., 2004
Literature:
1. Djanibekov V.A. Hlystunov M.S., Poduval'cev V.V. Vliyanie geoekologicheskoi effektivnost' prirodnyh i tehnogennyh processov na bezopasnost' promyshlennyh ob'ektov i injenernyh kommunikacii. IV Vserossiiskaya nauchnaya konferenciya «Fizicheskie problemy ekologii (Ekologicheskaya fizika)». Sb. trudov. -M.: IPM RAN -MGU im.Lomonosova M.V., 2004
2. Nikitskii V.P., Hlystunov M.S. Problema kontrolya urovnya mikrogravitacii na bortu kos-micheskoi stancii mejdunarodnaya problema globaotnyh katastrof. Theses " International aerospace congress IAC "94" -M-H.: NASA, Org. committee IAC " 94, 1994
3. Nikitskii V.P., Hlystunov M.S. Gravitacionnaya model' katastrof. -M.: "Aerospace courier", January -February, 1999
4. Telichenko V.I., Korol' E.A., Hlystunov M.S. Detal'nye issledovaniya i analiz malo izuchen-nyh prichinno-sledstvennyh svyazei i mehanizmov podgotovki i realizacii avarii na stroitel'nyh ob'ek-tah. - Moskva-Ivanovo: Vestnik otdeleniya stroitel'nyh nauk RAASN, tom 2, 2010, str.324
5. Telichenko V.I., Zavalishin S.I., Hlystunov M.S. Global'nye riski i novye ugrozy bezopas-
2/2П11 ВЕСТНИК _2/201J_МГСУ
nosti otvetstvennyh stroitel'nyh ob'ektov megapolisa. -M.: ASV, Nauchno-tehnicheskii jurnal «Vest-nik MGSU» Periodicheskoe nauchnoe izdanie, Specvypusk №2, 2009, s.4
6. Telichenko V.I. , Korol' E.A., Hlystunov M.S. Graviseismometricheskii monitoring vysot-
nyh zdanii. -M.: Jurnal «Vysotnye zdaniya», №1, 2008
7. Hlystunov M.S. Gravidinamicheskaya teoriya stihiinyh bedstvii. Sbornik trudov IV Vseros-siiskogo ekologicheskogo seminara. - M.: YuNESKO-CPK im.Yu.A.Gagarina, 2000
8. Hlystunov M.S., Zavalishin S.I. Poduval'cev V.V. Kosmogennye processy degradacii geotehnicheskoi nadejnosti promyshlennyh ob'ektov i tehnosfery megapolisov. IV Vserossii-skaya nauchnaya konferenciya «Fizicheskie problemy ekologii (Ekologicheskaya fizika)». Sb. trudov. -M.: IPM RAN -MGU im.Lomonosova M.V., 2004
Ключевые слова: здания, сооружения, основания, надежность, глобальные изменения климата, среднесуточная скорость ветра, вариации, околоземное космическое пространство, гравидинамические возмущения, неизвестное ранее явление, космогенная эволюция, вариомет-рический метод анализа, эволюционные циклы, алгоритмы верификации, прогноз
Keywords: buildings, constructions, bases, reliability, climate global changes, wind daily speed, variations, circumterraneous space, gravidynamic indignations, unknown earlier phenomenon, space-genic evolution, variametric analysis method, evolutionary cycles, verification algorithms, forecast
Рецензенты: д.т.н., проф. В.Б.Николаев, зам. научного руководителя ОАО «НИИ Энергетических сооружений Росгидро» - зам. директора НТЦ Сооружений, конструкций и материалов; Зам.директора по науке ВНИИГИМ, к.т.н. М.А.Волынов, С.н.с. ВНИИГИМ,
д.ф.-м.н. Н.М. Евстигнеев