Методическое пособие 764

3.Захаров В.М. Здоровье среды: методика оценки / В.М. Захаров, А.С. Баранов, В.И. Борисов и др. – М.: Центр экологической политики России, 2000. – 68 с

4.Мелехова О.П. Биологический контроль окружающей среды: биоиндикация и биотестирование – М.: Издательский центр «Академия», 2007 – 288 с.

5.Неверова O.A. Биоэкологическая оценка загрязнения атмосферного воздуха по состоянию древесных растений – Новосибирск: Наука, 2001. – 119 с.

6.Неверова O.A., Колмогорова Е.Ю. Древесные растения и урбанизированная среда: экологические и биотехнологические аспекты – Новосибирск: Наука, 2003. – 222 с.

7.Николаевский B.C. Фитомониторинг, его значение и роль в системе био- и экологического мониторинга /B.C. Николаевский // Методология экологического нормирования,

1990. – С. 97-98.

8.Николаевский B.C. Экологическая оценка загрязнения среды и состояния наземных экосистем методами фитоиндикации – М.: МГУЛ, 1999. – 193 с.

9.Рогожин В.В. Пероксидаза как компонент антиоксидантной системы живых организмов – СПб: ГИОРД, 2004. – 240 с.

10.Чернышенко О.В. Поглотительная способность и газоустойчивость древесных растений в условиях города – М.: МГУЛ, 2002. – 120 с.

ФГАОУ ВО «Севастопольский государственный университет»

M.А. Kosovskaya, T.К. Hrenova, E.D. Litvakova

POSSIBILITY OF USING MORPHOPHYSIOLOGICAL POINTS OF WOOD PLANTS IN BIOINDICATION OF URBAN ENVIRONMENT POLLUTION

The estimation of the possibility of using the morphophysiological indices of a typical black poplar (Populus nigra, L, 1753) for analyzing the quality of atmospheric air in the coastal urban area of Sevastopol using bioindication methods is given

Keywords: ecological situation, anthropogenic load, bioindication, biotesting, test objects, , katalaza, peroksidaza, fluctuating asymmetry, chlorophyll

Sevastopol State University

УДК 551.507.362

В.В. Дорофеев, А.В. Степанов, В.В. Барминов

ОЦЕНКА ПОЛЕТНОЙ ВИДИМОСТИ МАЛОРАЗМЕРНЫХОБЪЕКТОВ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ПОИСКОВО-СПАСАТЕЛЬНЫХ РАБОТ

В данной статье предлагается научно - методический аппарат оценки полетной видимости малоразмерных объектовс учетом метеорологических и навигационных условий при проведении поисково -спасательных работ

Ключевые слова: малоразмерный объект, наклонная полетная видимость

Согласно требований к подготовке авиационного персонала органов и служб единой системы авиационно-космического поиска и спасания в Российской Федерации утвержденных приказом Минтранса России от 3.06.2014 г. № 148 [8] экипажи поисково – спасательных воздушных судов обязаны уметь проводить визуальный поиск терпящих или потерпевших бедствие.

Условия ведения визуальной ориентировки и поиск объектов на высотах полета характеризуются следующими факторами: наблюдением ориентиров в перспективе, малой дальностью обнаружения и малым временем наблюдения ориентиров (или отсутствия оных), большой угловой скоростью перемещения наземных объектов.

Целью статьи является повышение эффективности метеорологического обеспечения

61

поисково – спасательных работ путем разработки научно - методического аппарата оценки полетной видимости малоразмерных объектовс учетом метеорологических и навигационных условий.

Объектом исследования является видимость применительно к задачам метеорологического обеспечения поисково – спасательных работ проводимых единой системой авиационно – космического поиска и спасания в Российской Федерации.

Предметом исследования является наклонная полетная видимость.

Научно - методический аппарат оценкиполетной видимости с высоты полета реализована путем комплексного использования основных положений теории видимости объектов в атмосфереи опыта воздушной навигации визуальных полетов под облаками [1 - 6] для третьего типа распределения горизонтальной видимости с высотой(оптической модели ОМ)

Дальность видимости любого реального объекта (SР) на любом реальном фоне определяется уравнением [5]:

BФ – истинная яркость фона, т. е. яркость, не искаженная атмосферной дымкой; Б – коэффициент, характеризующий состояние яркостного «насыщения» слоя помутнения; - порог контрастной чувствительности глаза.

Формула (1) применима, как и все формулы для горизонтальной видимости, при условии, что слой атмосферы, сквозь который производится наблюдение, оптически однороден. Как и в других случаях, при наблюдении в наклонном направлении вместо μ необходимо применять средний показатель ослабления 0H [3]. (6.7)

Средний показатель ослабления в случае двухслойной атмосферы для III ОМ опреде-

где: μ1 – показатель ослабления в слое от земли до HУК; μ2 – показатель ослабления в слое от HУК

до HK; h1 = HУК/2 и h2 = (HВВО – HУК)/2 – высота середины слоев. Расчет HУК производится по формуле Селезневой:

где: T – температура у поверхности земли, °С; Td – точка росы, °С; R – относительная влажность, %.

где: SР. НК наклонная полетная видимость-HПОЛ – высота полета ВС ПСС, м; K0 – первоначальный, не искаженный дымкой контраст между объектом и фоном ( K0 1); BФ – истинная

яркость фона, т. е. яркость, не искаженная атмосферной дымкой; Б – коэффициент, характери-

62

зующий состояние яркостного «насыщения» слоя помутнения; - порог контрастной чувствительности глаза; θ – угол визирования, °; dh – слои, характеризующие распределение горизонтальной видимости с высотой, м; Smh – горизонтальная видимость на высоте h, м, LЯВЛ – экспериментально установленные коэффициенты (Lдымка=1, Lдождь=0,91, Lснег = 0,84,

Lморось=0,8) [3].

Угол визирования θ, зависящий от ОМ, путевой скорости и высоты полета ВС, курсового угла наблюдения, времени аккомодации зрения пилота(t сек),рассчитывается по форму-

ле: [4].

где: θ0 – минимальный угол визирования для высоты полета в ОМ без учета путевой скорости:

Достоверность углов визирования подтверждается экспериментально установленными углами визирования при полѐтах под низкими облаками [7].

Анализ табл. показывает, что углы визирования существенно зависят от высоты и путевой скорости полета. Горизонтальная метеорологическая дальность видимости (МДВ) на высоте h, с учетом путевой скорости полета ВС, будет рассчитываться по соотношению:

mh tg

Расчет наклонной полетной видимости с учетом скорости и высоты полета ВС под низкими облаками производится по формуле(5) При этом вместо S0 подставляется значение S0θ, которое рассчитывается по формулам:

До уровня конденсации HУК:

Выше уровня конденсации расчет производится по формуле

В качестве примера результаты расчѐта представлены на рис. 1.

63

1 – высота полета 50 м; 2 – высота полета 150 м; 3 – высота полета 250 м; Рис. 2. Зависимость наклонной полетной видимости малоразмерной цели от ее вертикально-

го размера в III оптической модели (ВНГО=400 м, МДВ=8 км, К=0,6, BФ =1,5, дымка, W=300

Б

км/ч, R=80 %) для различной высоты полета

Таким образом, предложенный научно - методический аппарат можно использовать при штурманском обеспечении боевого вылета АА для эффективного поиска летным экипажем малоразмерного наземного объекта или цели с известными координатами в различных условиях воздушной навигации (высота, скорость полета воздушного судна, высоту нижней границы облаков, прозрачность атмосферы, размеров объекта и т.п.).

Литература

1.Бубнов И.А., Кремп А.И., Калинин А.К., Шленников С.А. Военная топография. – М.: Воениздат, 1969.

2.Бут Д.В., Васильев В.А., Дорофеев В.В., Степанов А.В. Научно-методический подход к формализации критерия видимости объекта в условиях оптической маскировки//Вестник Тамбовского ун-та. Серия: Естественные и технические науки, 2013, т.18, С.2459

–2466.

3.ДорофеевВ.В.,Бакланов И.О., Жильчук И.А., Степанов А.В.,Ковалев В.И.,Полетная видимость. Монография. Воронеж.: Воронежский ЦНТИ - филиал ФГБУ «РЭУ» Минэнерго России, 2013. 249 с.

4.Жаренков Л.А. Воздушная навигация в различных условиях полетов./ Л.А.Жаренков, Ю.А.Матвеев, Е.П.Ремянников. – М.: Воениздат, 1985. – 175 с.

5.Матвеев Л. Т Физика атмосферы. Учебник. СПб.: Гидрометеоиздат, 2000 г., 777 с.

6.Материалы научно исследовательских работ по авиационной метеорологии. – М.: Воениздат, 1971. - 111 с.

7.Федеральные авиационные правила по производству полетов государственной авиации Российской Федерации (ФАППП-2004). –М.: Воениздат, 2004. - 104с.

8.http://base.garant.ru/70788870/

65

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

V. V. Dorofeev, A. V. Stepanov, V. V. Barminov

ASSESSMENT OF FLIGHT VISIBILITY OF SMALL OBJECTS DURING SEARCH AND RESCUE OPERATIONS

This paper proposes a scientific - methodological apparatus of evaluation flight visibility of small objects taking into account meteorological and navigational conditions while conducting search and rescue operations

Key words: small-sized object, oblique flight visibility

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

УДК 551.586; 711:16

И.В. Попова, С.А. Куролап

ОЦЕНКА УРОВНЯ ТЕПЛОВОГО КОМФОРТА В УСЛОВИЯХ ГОРОДСКОЙ СРЕДЫ ПРИ ДЕЙСТВИИ ВЕТРА

В работе представлены результаты оценки уровня теплового комфорта на территории жилого комплекса «Дельфин» (г. Воронеж). Выполненные микроклиматические наблюдения позволили сделать вывод, что вокруг зданий повышенной этажности формируется ветровой режим, характеризующийся повышенными скоростями ветра и образованием зон турбулентности , даже при слабом фоновом ветре. Приведен расчет эквивалентно-эффективной температуры как показателя уровня теплового комфортав следствии комплексного действия температуры, влажности воздуха и скорости ветра. На основе анализа полученных результатов предложены общие рекомендации по благоустройству территории с целью снижения неблагоприятного действия ветра

Ключевые слова: тепловой комфорт, микроклимат, ветровой режим, эквивалентно-эффективная температура

Погодно-климатические условия по-прежнему остаются важнейшим фактором окружающей среды, во многом определяющим условия комфортного проживания в городах. Ветер (векторный фактор, характеризующийся скоростью и направлением) является одним из ведущих климатических факторов; он оказывает наибольшее влияние на формирование микроклимата внешней среды (распределение температуры и влажности воздуха и др.), тепловое состояние человека и условия рассеивания загрязняющих веществ в атмосфере. Оценка ветрового режима жилой застройки ведется с двух позиций: ветер как фактор биоклиматической комфортности окружающей среды и ветер как условие рассеивания примесей в атмосфере. Критерием оценки суммарного воздействия температуры и относительной влажности воздуха, силы и направления ветра, уровня солнечной радиации и других факторов на организм является теплоощущение человека, которое должно служить основой для оценки комфортности среды. Тепловой комфорт - это комплекс метеорологических условий, при которых терморегуляторная системачеловека находится в состоянии наименьшего напряжения [1]. Гигиенистами установлен верхний предел комфортной скорости ветра, равный для средней полосы 2,5 м/с [2]. В соответствии с требованиями ст. 30 «Технического регламента о безопасности зданий и сооружений» (№ 384-ФЗ от 31.13.09) в пешеходных зонах у зданий и сооружений высотой более сорока метров должны быть предусмотрены защитные приспособления для обеспечения безопасности пребывания людей в этих зонах при действии ветра [3].

Аэрационный режим подвержен сильным изменениям (меняются скорость и направление воздушного потока) под влиянием различного рода препятствий (застройка, элементы благоустройства, зеленые насаждения и др.). В некоторых случаях приемы архитектурнопланировочной организации застройки становятся причиной возникновения местных воздушных потоков [2]. Сама по себе городская застройка,имея более высокий коэффициент шероховатости, чем большинство природных ландшафтов, снижает скорость воздушного по-

66

тока у земли. Но за счет повышенной теплоотдачи в атмосферу город создает мезомасштабную термическую конвекцию, что может усиливать скорость ветра на фоне штилевых условий. В результате вокруг зданий, особенно имеющих большие габариты, формируется ветровой режим, отличный от ветрового режима окружающей территории, отличающийся повышенными скоростями ветра и образованием зон турбулентности. Даже при невысоких скоростях градиентного ветра, его усиление в приземном слое за счет динамической конвекции бывает настолько сильным, что вызывает неблагоприятные и опасные последствия для населения, находящегося на прилегающей к зданию территории, а в отдельных случаях и для окружающей застройки и зеленых насаждений. Турбулентность возникает в тех местах, где ламинарный (не перемешивающийся) поток отрывается от поверхности здания (зона отрыва). Возникновение турбулентности можно ожидать не только с подветренной стороны, но и у углов и кровли здания. Это происходит при обтекании любого препятствия, но чем оно выше, тем больше объемы воздуха вынуждены его обтекать, тем, следовательно, выше скорость огибающего здание потока [4].

Способами оценки ветрового режима проектируемой и существующей жилой застройки служат макетные испытания в аэродинамической трубе, методы математического моделирования, расчетные графоаналитические методы, а также микроклиматические наблюдения. ЦНИИП Градостроительства исследована взаимозависимость движения воздуха и планировочной организации города. В результате были разработаны графоаналитические методы расчета аэрации в жилой застройке, которые описаны в Руководстве по оценке и регулированию ветрового режима жилой застройки (1986) год. Основа данного метода – это количественное выражение зависимости между соотношением длины и ширины фасада отдельного здания и длины ветровой тени, создаваемой этим зданием при направлении ветра 90° к фасаду [2]. Ветровая тень – это пространство с зонами затишья и ослабленными обратными потоками воздуха, образуемое с подветренной стороны здания. Расчет глубины зоны оптимальных скоростей ветра в ветровой тени в зависимости от протяженности (L) и высоты здания (Н) может бытьвыполнен по формуле:

(1)

Эта формула правомерна при отношении L/Н от 1 до 24 и размещении фасада зданий под углом 45-90°С к основному направлению ветра [2]. При анализе этажности современных жилых комплексов и площади, занимаемой самими зданиями, нами было выявлено, что соотношение протяженности и высоты здания находится в пределах 1-3, а в ряде случаев меньше 1. Одним из таких комплексов является участок современной многоэтажной (17-25 этажей) застройки на левом берегу Воронежского водохранилища. Последний введенный в

эксплуатацию объект жилого комплекса «Дельфин» датируется 2017 годом, 2 объекта еще находятся в стадии строительства и будут сданы в IV квартале 2018 года. Два 17-ти этажных жилых здания расположены в широтном направлении. Жилые 25-ти этажные дома (75 м в высоту) занимают незначительную площадь на плане.Детские площадки и площадки для отдыха взрослого населения размещены на открытых участках и в разрывах между зданиями. Для оценки уровня теплового комфорта при действии ветра нами были проведены микроклиматические наблюдения.

Климатические параметры окружающей среды измерялись с помощью поверенных смарт-зондов: термогигрометраTesto 605i и анемометра с крыльчаткой Testo 410i . Эти приборы способны в автоматическом режиме определять скорость ветра, температуру, относительную влажность и передавать данные на мобильное устройство с установленным приложением. Измерения температуры, влажности и скорости движения воздуха возможно в диапазоне: 0,4…30 м/с, -20…+50 °С, 0…100 % относительной влажности. Среднее время замера на каждой точке составляет 5 минут. Результаты измерений передаются на мобильное устройство каждые 2 секунды, таким образом, по каждой точке мы имели около 150 значений. Высота прибора над земной поверхностью – 1,5 м (выбрана для учета влияния на тепловое

67

состояние человека различных факторов окружающей среды). Намеченный маршрут наблюдений охватывал вероятные места движения пешеходов: на тротуарах, на углах зданий, в местах отдыха взрослых и детских игровых площадках.

В качестве фоновых климатических условий использовались данные метеостанции «34123 (СХИ) - Воронеж», расположенной на 51,6˚с.ш., 39,2˚з.д. и 104 м над уровнем моря. В день измерений 10 октября 2017 г. в период с 12:00 до 13:00 наблюдался ветер западного и юго-западного направления со скоростью 2-3 м/с на высоте флюгера (10 м), температура 11°С и 50% относительная влажность воздуха, небо преимущественно ясное.

Для оценки воздействия на состояние теплового комфорта человека целесообразнее пользоваться значениями, измеренными на высоте 2 м над поверхностью земли, в отсутствии которых расчет ведется по формуле [5]:

Согласно этому расчету скорость ветра в застройке в день проводимых наблюдений составляет 1-1,5 м/с.

По результатам измерений была принята усредненная температура 11,7°С и влажность воздуха 47,5% для всего участка жилой застройки, что справедливо, поскольку максимальная температурная разница между точками составляет 0,5°С, разница в значениях относительной влажности не превышает 3%, что находится в диапазоне допустимых погрешностей используемых приборов. Ветер существенно меняет свое направление и скорость в застройке. По результатам наблюдений были зафиксированы ветры 8 румбов, это связано с возникновением вблизи зданий турбулентных потоков и изменением направления ветра при обтекании препятствий. Скорость ветра не постоянна, затишье сменяется резкими порывами со скоростью более 5 м/с, особенно усиливающимися на углах и на открытых участках между зданиями.

Схема расположения точек микроклиматических измерений

68

В каждой точке наблюдения рассчитана средняя за период измерения скорость ветра. Оценка уровня теплового комфорта проводилась с использованием общепринятого биоклиматического параметра – эквивалентно-эффективной температуры.

Эквивалентно-эффективная температура (ЭЭТ) - такое сочетание метеорологических величин, которое производит тот же тепловой эффект, что и неподвижный воздух при 100% относительной влажности и определенной температуры. Характеризует теплоощущения обнаженного по пояс человека, находящегося в тени. ЭЭТ не учитывает адаптаций человека к климатическим условиям, характера работы, состояния здоровья и физиологических особенностей различных групп людей, но при этом хорошо отражает теплоощущение человека в определѐнных климатических условиях, а изменение ряда физиологических функций организма идет параллельно с изменениями ЭЭТ[6].

Именно поэтому Б.А. Айзенштат предложил следующую формулу для расчета ЭЭТ

где t – температура наружного воздуха, °С; V – скорость ветра, м/с; f - относительная влажность воздуха, %.

Результаты измерений, расчета ЭЭТ и повторяемости ветров со скоростью более 2,5 м/с представлены в табл.

Ветровые характеристики и результаты расчета эквивалентно-эффективной температуры

Полученные данные позволяют сделать выводы о том, что на исследуемом участке аэрационный режим формируется под влиянием застройки. Скорость ветра значительно превышает допустимые значения в точках, расположенных на углах зданиях (т.3, т.6), также в разрывах между зданиями высотой 25 этажей, имеющих малую площадь застройки и ориентированных параллельно основному направлению ветра (т.5, т.7.). В точке №4 (детская площадка) средняя скорость ветра (2,67 м/с) объясняется расположением на открытом участке в прибрежной части водохранилища, вблизи которого формируется бризовая циркуляция, порывы ветра достигали 5,7 м/с.Детская площадка (точка №7) в разрыве между зданиями на момент измерений находилась в тени, зафиксированные значения скорости ветра достигали 6,5 м/с. Расположение площадки таково, что сюда беспрепятственно проникают воздушные массы со стороны Воронежского водохранилища [7,8]. Вглубь жилого комплекса (т.1, т.2, т.9) скорость ветра снижается. Средняя скорость ветра на площадке для отдыха взрослого населения, совмещенной с детской площадкой, составляет 2,42 м/с, повторяемость порывов ветра 25,7 %.

Оценка уровня теплового комфорта при действии ветра в жилой застройке представлено в виде эквивалентно-эффективной температуры, значения которой на 1-7°Сниже измеренных значенийтемпературы воздуха на метеостанции. Состояние воздушной среды по теплоощущениям оценивается как «прохладно». В связи с этим, планируя длительную прогулку на территории жилого комплекса «Дельфин», необходимо ориентироваться не только на показания уличного термометра, но и оценивать скорость ветра, поскольку увеличение скорости ветра всего на 1 м/с способствуют снижению ощущаемой температуры на 2°С.

69

С целью снижения неблагоприятного действия ветра на данном участке застройке можно рекомендовать высадку по периметру полосы зеленых насаждений, предпочтительно вечнозеленых пород, с целью защиты от ветра в зимний период; устройство искусственных сложных форм рельефа (элементы ландшафтного дизайна); размещение на детских площадках и площадках отдыха взрослого населения малых архитектурных форм с ветрозащитными функциями, например, пергол. В целом, территория жилого комплекса имеет достаточные ресурсы в виде свободных площадей для дополнительного озеленения. Зеленые насаждения, помимо ветрозащитных функций, способствуют снижению температуры и повышению влажности в условиях жаркого лета, создавая под кронами деревьев комфортные условия для отдыха на открытом воздухе.

На основании проведенного исследования можно сделать вывод, что скорость ветра в жилой застройке во многом зависит от параметров здания, таких как высота и длина фасада. Здания повышенной этажности (свыше 17 эт.) при малой площади застройки практически не создают со стороны подветренного фасада ветровой тени, наоборот, ветер имеет турбулентный характер, возникают порывы ветра, что приводит к возникновению дискомфортных условий пребывания на открытом воздухе в следствие ветроохлаждения.

Внедрение ландшафтно-планировочных методов реконструкции жилой застройки позволит создать более комфортные условия для проживания населения и обеспечить оптимальные уровни ветровых характеристик в условиях существующей жилой застройки.

Литература

1.Höppe, P. (1984). ―Die Energiebilanz des Menschen‖. Diss. FakultätfürPhysik der Lud- wig-Maximilians-UniversitätMünchen.– (1999). ―The physiological equivalent temperature - a universal index for the biometeorological assessment of the thermal environment‖. Int J Biometeorol 43, S. 71–75.

2.Руководство по оценке и регулированию ветрового режима жилой застройки / под ред. К.И. Семашко. – М.: Стройиздат, 1986. – 64 с.

3.Технический регламент о безопасности зданий и сооружений (с изменениями на 2 июля

2013 года) (ФЗ-384). – Москва, 2013. – 40 с.

4.Мягков М. С. Особенности ветрового режима типовых форм городской застройки/ М.С. Мягков, Л.И. Алексеева // Международный электронный научно-образовательный жур-

нал "ArchitectureandModernInformationTechnologies" "Архитектура и современные информа-

ционные технологии". — 2014. — № 1 (26).

5.Куприянов В.Н. Градостроительная климатология: Учеб.пособ./ В.Н. Куприянов.– Казань: Изд-во Казанского государственного архитектурно-строительного университета, 2012.–147 с.

6.Русанов В.И. Комплексные метеорологические показатели и методы оценки климата для медицинских целей. Учебное пособие. – Томск : Изд. Томского гос. ун-та, 1981 – 86 с.

7.Куролап С.А.Экологическая оценка микроклимата и загрязнения воздушного бассейна индустриально-развитых городов Германии и России/ С.А. Куролап, Л. Катцшнер, И.В. Добрынина// Вестник Воронеж. Гос. Ун-та. Сер. География. Геоэкология. – 2011. – № 2.

–С. 7-16.

8.Хрипякова В.Я. Микроклиматические особенности и их ландшафтно-экологические следствия в пределах левобережья г. Воронежа / В.Я. Хрипякова // Вестн. Воронеж, отд-ния Рус.геогр. об-ва. — 2000. — Т. 2, вып. 1. — С. 37—39.

ФГБОУ ВО Воронежский государственный технический университет

I.V. Popova, S.A. Kurolap

ASSESSMENT OF THE LEVEL OF THERMAL COMFORT IN CONDITIONS THE URBAN ENVIRONMENT UNDER THE ACTION OF WIND

70