Методическое пособие 764

The paper presents the assessment of thermal comfort in the residential complex "Dolphin" (Voronezh). Performed microclimatic observations have led to the conclusion that around high-rise buildings formed a wind regime, characterized by high wind speeds and the formation of zones of turbulence , even with a weak background wind. The calculation of the equivalent-effective temperature as an indicator of the level of thermal comfort is the result of complex action of temperature, humidity and wind speed. Based on the analysis of the obtained results the proposed General recommendations for landscaping to reduce the adverse effect of wind

Key words: thermal comfort, microclimate, wind conditions, equivalent-effective temperature

Federal State Budgetary Educational Institution of Higher Education Voronezh state technical University

УДК 551.507.362

В.И. Ковалев, А.С. Солнцев, А.Ш. Шихахмедов

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ЭВАКУАЦИОННЫХ РАБОТ В ТЕМНОЕ ВРЕМЯ СУТОК НА ОСНОВЕ ДАННЫХ О ЕСТЕСТВЕННОЙ НОЧНОЙ ОСВЕЩЕННОСТИ

В работе представлен поход позволяющий производить оценку естественной освещенности в темное время суток, как основного фактора влияющего на условия видимости объектов ночью. Предложенная оценка отличается от уже существующих тем, что она основана на учете метеорологических условий. Применение данной методики позволит более эффективно планировать проведения различных мероприятий в темное время суток без применения осветительных средств

Ключевые слова: видимость, естественная освещенность, метеорологические условия, ночь

Наиболее информативное чувство восприятия человеком внешнего мира – зрение, являясь весьма совершенным оптико-биологическим инструментом, обладает, к сожалению, ограниченной спектральной чувствительностью. Из широкого диапазона спектра оптического излучения (от 0,001 до 1000 мкм) глаз воспринимает очень узкий участок от 0,38 до 0,78 мкм, да и то, начиная с определенного уровня освещенностей: при освещенностях менее 0,01 Люкс глаз не воспринимает цвета и различает только крупные близлежащие объекты.

Как показала практика при ликвидации происшествий техногенного характера, поиска и спасения, терпящих бедствие в темное время суток не производится, работы останавливаются. Хотя необходимо проводить работы постоянно, ибо от этого могут завесить жизни и здоровье людей. Интенсивность производства работ должна основываться на условиях видимости объектов, которая напрямую зависят от естественной освещенности (ЕО).

До сегодняшнего момента определѐнной методики анализа и прогноза ЕО и еѐ влияние на дальность видимости объектов в тѐмное время суток нет. ЕО в настоящее время ассоциируют с фазой Луны. Как показала практика - это приводит к большим ошибкам, и выработало направление принятий решений о прекращении различных работ с наступлением темноты или применением средств подсветки местности, что является малоэффективно и дорогостоящим. Как показали исследования, ЕО напрямую зависит от метеорологических условий, таких как количество и форма облаков, распределение которых в темное время суток мало исследовано.

Исходя из выше сказанного, возникает противоречие между фактическими значениями ЕО выдаваемой при планировании выполнения работ ночью и фактической ЕО в зависимости от метеорологических условий

Исходя из этого, целью работы является оценка возможности производства эвакуационных работ в темное время суток на основе данных о ЕО в зависимости от метеорологических условий.

Для проведения исследования была сформирована архивная выборка на основе наблюдений за ЕО, которая была определена на основе данных о Лунном месяце и наблюдений за количеством и формой облаков в осенний период ночью над Европейской территории РФ. Количество случаев в выборке 670.

Лунный месяц можно разделить на четыре фазы [1,2]:

71

1 фаза - время, близкое к новолунию, когда ночи наиболее темные;

2фаза - время, близкое к первой четверти, когда Луна светит по вечерам, а вторая половина ночи темная;

3фаза - время, близкое к полнолунию, когда Луна светит всю ночь, и свет ее наиболее интенсивен;

4фаза - время, близкое к последней четверти, когда вечера темные, а утренняя половина ночи освещается Лунным светом.

Особое влияние на освещенность в темное время суток оказывает облачность, в темное время суток она создает такую же преграду для света, падающего от Луны, что и для света от Солнца в светлое время суток [1, 2].

Следовательно, облачность будет производить ослабление светового потока и уменьшать естественную освещенность в темное время суток в той же пропорции, что и в светлое.

Исследования проводились в типовых синоптических ситуациях циклона (Zn) и антициклона (Az), при которых проводились полеты ВС (в зоне атмосферных фронтов полеты не проводились).

Анализ ЕО проводился по статистическим характеристикам (повторяемость непрерывной продолжительности и повторяемость градаций количества баллов облачности различной оптической плотности в типовых синоптических ситуациях в разных сезонах года).

Рассматривались типовые синоптические ситуации циклона (рис. 1): I – передняя часть циклона; II –центр циклона; III – теплый сектор циклона; IV – тыловая часть циклона. Типовые синоптические ситуации антициклона (рис. 1): I - гребень антициклона; II –западная периферия антициклона; III – восточная периферия антициклона.

Рис. 1. Типовые синоптические ситуации циклона и антициклона

В результате проведенных исследований было определено, что наибольшая повторяемость непрерывной продолжительности количества баллов наблюдается в весенний период, здесь наблюдается наименьшая тенденция к разрушению облаков всех видов оптической плотности. Установлено, что облачность с количеством 0-2, 3-5 баллов имеет более крутое распределение непрерывной продолжительности по сравнению с 6-8, 9-10 баллов. Следовательно, с наступлением темного времени суток облачность с меньшим количества баллов начинает быстрее разрушаться, чем облачность с большим количеством баллов. В результате данных исследований были определено распределение ЕО в процентах за год и по периодам рис. 2 и 3.

72

Повторяемость градаций естественной освещенности в процентах за год

(0,01-0,001)

(0,001-0,0001) 15%

25%

(0,04-0,01)

20%

Рис. 2. Распределение естественной освещенности в процентах за год

Данный график показывает, что значения ЕО наиболее повторяющейся за год. Повторяемость ЕО в процентах выглядит следующим образом: (0,001-0,0001) 25%, (0,01-0,0001) 15%, (0,04-0,01) 20%, (0,14-0,04) 10%, (0,3-0,14) 30%.

Рис. 3. Повторяемость градаций естественной освещенности в зависимости от фазы Луны в течение года

Этот график наглядно показывает ход ЕО в зависимости от фазы Луны. На основе этих исследований в работе произведена разработка прогноза ЕО. Прогноз ЕО, основанный на выявленных в результате анализа изменения формы и количества баллов облачного покрова, для рассмотренных типов синоптических ситуаций, производится текущим прогнозированием. Основной характеристикой для прогноза ЕО является количество баллов облачности различной оптической плотности ночью.

В работе сверхкраткосрочный прогноз ЕО основан на аналогичном прогнозе количества баллов облачности и реализован методом наукастинга. Полученные ранее характеристики временной изменчивости количества баллов облачности в темное время суток позволяют использовать следующие прогностические подходы для сверхкраткосрочного прогноза количества баллов:

-на срок до двух часов метода физической экстраполяции;

-на срок до шести часов метода авторегресии скользящего среднего[1,3]. Идентификация моделей временных рядов осуществлялась по автокорреляционной

функции (рис. 3), осредненным по всей совокупности реализаций.

73

климатическими) и I0 – удельное количество прогностической информации.

Количество прогностической информации сверхкраткосрочного прогноза естественной освещенности в темное время суток

Анализ таблицы показывает, что при использовании данного метода, прогноз содержит наименьший элемент случайностей и несет большую информацию о будущем ЕО по сравнению с инерционным прогнозом.

Следовательно, значения общей оправдываемости и количество прогностической информации указывают на возможность использования полученного прогноза для определения ЕО в темное время суток.

Анализ ЕО в темное время суток позволяет сделать следующие выводы:

Наибольшая повторяемость непрерывной продолжительности количества баллов облачности в ночью, как основного фактора, влияющего на ЕО, в рассматриваемых типах синоптических ситуаций наблюдается в течение 2-3 часов, а наименьшая – через 5-6 часов после наступления темного времени суток.

Наибольшая повторяемость наибольшей ЕО наблюдается в типовых синоптических ситуациях антициклона по сравнению с циклоном, т.к. повторяемость значений наибольшей ЕО в них в 2-3 раза больше, чем в типовых синоптических ситуациях циклона.

При одной и той же фазе Луны повторяемость наибольшей ЕО в типовых синоптических ситуациях циклона, наблюдается в тылу циклона (26-35%), а наихудшей – в центре и передней части циклона (30-43%). В типовых синоптических ситуациях антициклона, наибольшая ЕО наблюдается в западной периферии антициклона (29-54%), а наименьшая – в восточной (24-46%).

ЕО зависит от количества баллов облачности, которая во всех рассматриваемых типах синоптической ситуации имеет тенденцию к размыванию. Предложен метод физической экстраполяции при прогнозировании количества баллов облачности на срок 1-2 часа и метод скользящего среднего - на 3-6 часов.

Предложен метод прогноза ЕО в темное время суток. Оценка достоверности и успешности сверхкраткосрочного прогноза ЕО показывают, что он содержит наименьший элемент случайностей и несет большую информацию по сравнению с инерционным прогнозом, и ее можно рекомендовать использовать на практике при метеорологическом обеспечении возможности производства эвакуационных работ в темное время суток на основе данных о ЕО в зависимости от метеорологических условий.

75

Литература

1.Дорофеев В.В. Видимость для авиационных целей./ В.В.Дорофеев. И.О.Бакланов, А.В. Степанов, В.И. Ковалев // Монография – Воронеж: ВАИУ 2014. 209 с.

2.Матвеев Л.Т. Физика атмосферы./ Л.Т.Матвеев. – С.-Пб.: Гидрометеоиздат, 2000. -

780 с.

3.Шаронов В.В. Свет и цвет/ В.В. Шаронов - Государственноѐ издание физикоматематической литературы М. 1961г – 311 с.

ФГКВОУ ВПО Военный учебный-научный центр Военно-воздушных сил «Военновоздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина» (г. Воронеж)

V. I. Kovalev, A. S. Solntsev, A. S. Shikhakhmedov

TO ASSESS THE POSSIBILITY OF PRODUCTION OF EVACUATION WORKS IN THE DARK BASED ON NATURAL NIGHT ILLUMINATION

This paper presents the campaign allow the assessment of natural lighting in the dark as the main factor influencing the visibility of objects at night. The proposed assessment is different from the already existing fact that it is based on meteorological conditions. The application of this methodology will allow to plan more effectively for various activities in the dark without the use of lighting means

Key words: visibility, natural light, weather conditions, night

Air force academy named after professor N.E. Zhukovskogo and Y. A. Gagarin (Voronezh)

УДК 551.507.362

В.И. Ковалев, Я.С. Ушаков, Т.А. Сухоруков

НАУЧНО МЕТОДИЧЕСКИЙ АППАРАТ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ УСЛОВИЙ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ АЭРОЗОЛЬНЫХ ЧАСТИЦ ОТ ПОЖАРОВ

ИВЫБРОСОВ ОТРАВЛЯЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ПРИ АВАРИЯХ И КАТАСТРОФАХ

Вработе показано, что основной проблемой при ликвидации последствий катастроф и аварий является задымление вызванное выбросами аэрозольных веществ и пожаров. Предлагается научно-методический аппарат, который показывает, что облако аэрозоли является неоднородным и зависит от метеорологических условий. Данный научно-методический аппарат может быть использован при принятии обоснованного решения по выделению средств и сил по ликвидации последствий катастроф и аварий на предприятиях, в зависимости от метеорологических условий

Ключевые слова: видимость, аэрозольное облако, метеорологические условия

Как показали практические наблюдения и проведенные исследования, все катастрофы и аварии на предприятиях происходят с выбросом в атмосферу большого числа аэрозольных примесей и отравляющих веществ, которые формируются в аэрозольное облако (АО), и не только загрязняют атмосферу и препятствуют устранению последствий происшествия, а могут привести к отравлению людей принимающих участие в ликвидации последствий или оказавшихся рядом с метом происшествия. Структура аэрозольного облака не является однородной, концентрация аэрозоли сильно изменяется от очага к периферии.

В работе основным критерием качества аэрозольного облака является дальность видимости объекта, скрытого в нем, которая напрямую зависит от концентрации веществ. На сегодняшний момент, нет методик, определяющих влияние метеорологических условий распределение концентрации веществ в аэрозольном облаке [1], хотя метеорологические условия вносят наибольший вклад не только в распределение частиц аэрозоли в облаке, но и в распространение аэрозольных частиц от пожаров и выбросов отравляющих веществ при авариях и катастрофах на предприятиях.

76

Исходя из выше сказанного, возникает противоречие между значениями тактикотехнических характеристик средств, образующих аэрозольное облако, и реальными ее характеристиками в зависимости от метеорологических условий. Исходя из данного противоречия, возникает необходимость более детального изучения вопроса влияния метеорологических условий на характеристики зоны распространения облака отравляющих веществ при пожарах и катастрофах на предприятиях.

Поэтому целью данной работы является разработка научно методического аппарата оценки влияния метеорологических условий на распространение аэрозольных частиц от пожаров и выбросов отравляющих веществ при авариях и катастрофах на предприятиях.

Для этого в работе решены следующие задачи:

–исследовано влияние метеорологической обстановки на распределение концентрации аэрозольных частиц в облаке. Исследование производилось на основе данных о прозрачности атмосферы;

–исследованы характеристики рассеяния облака от аэрозоли. Исследование производилось на основе изменения контрастности различных объектов после прекращения образования аэрозольного облака при различных значениях скорости ветра;

Основными метеорологическими факторами, влияющими характеристики аэрозольного облака (АО) и закрытость объектов АО, являются [2,3]: влажность; скорость ветра; стратификация приземного слоя атмосферы; явления погоды (дождь, морось и т.д.).

Из всех вышеперечисленных метеорологических факторов наибольшее влияние на характеристики АО оказывает скорость ветра. Ограничением в работе является проведение расчетов с учетом простых метеорологических условий под которыми понимается безоблачная погода, метеорологическая дальность видимости более 10 км, отсутствие явлений погоды и влажность от 30 до 90%.

В работе испытывались объекты с первоначальным контрастом на фоне местности равные 1. Главный фактор, влияющий на концентрацию вещества, при любых условиях является контраст объекта на фоне местности. По характеру контраста объекты подразделяются [2]:

–незаметный (объект, оптический контраст которого находится в пределах 0,05–0,2) – наивысшая концентрация аэрозольного вещества полностью исключающая любые формы нахождения в данной местности;

–малозаметный (объект с контрастом 0,2–0,3) – нахождение в данной зоне является не безопасными необходимы специальные средства защиты;

–заметный (объект с контрастом 0,3–0,6) – работы в данной зоне небезопасна человека, необходимо применение средств защиты;

–резко заметный (объект с контрастом 0,6–0.9) – проведение работы возможно но ограниченное время и с применением средств защиты;

–абсолютный – (объект с контрастом 1,0) – на объекты в данном районе аэрозольное облако не распространяется или концентрация так мала что ей можно пренебречь.

При применении АО обозначим первоначальный контраст цели на местности через К0, а яркость фона, объекта и аэрозоли соответственно через BФ и Воб, BАЗ (BАЗ =0,4) и коэффициент

пропускания аэрозольной завесы АЗ ( АЗ =0,0035). Значения первоначального контраста, при применении АО при штилевых условиях определяется по формуле:

Влияние ветра будет учитываться на основе изменения коэффициент пропускания аэ-

где U – скорость ветра, м/с; k – величина, характеризующая степень вертикальной устойчивости атмосферы (инверсия 2, изотермия 3, конвекция 4). Подставив (2) в (1) получим:

77

В качестве примера изменения контраста объекта в зависимости от постановки аэрозольной завесы и от скорости ветра представлено в таблице. На местности можно производить оценку концентрации веществ на основе изменения концентрации объектов контраст которых меньше 1.

Значения контраста (К) объектов на различном ландшафте местности при применении маскирующих аэрозолей и различных условиях погоды

Из таблицы видно, что все объекты в различное время года будут с большой эффективностью обнаруживаться и распознаваться. Достаточно яркие объекты на фоне местности при штилевых условиях хорошо маскируются АО. Но уже при скорости ветра более 10 м/с, обозначенные штриховкой, становятся слабозаметными, а слабой штриховкой, по свойствам обнаружения, приближаются к ним. Это связано с тем, что концентрация аэрозольной завесы с ветром сильно уменьшается.

Также сильно условия маскировки АО зависят от времени воздействия АО. В работе рассчитано, как будет изменяться контраст объекта, с первоначальной контрастностью на фоне местности =1 после окончания дымопуска. Полученный результат при скорости ветра 5 м/с и 10 м/с представлен на рис. 1.

Из рис. 1 видно, что контраст объекта со временем растет, пока не достигнет первоначального значения. Через две минуты объект становится уже видимым, в дальнейшем его контраст увеличивается. Также, из данного рис. 1, можно сделать вывод, что чем выше скорость ветра, тем быстрее растет контраст, что характерно тому, что концентрация аэрозоля резко падает в районе объекта.

78