Министерство образования Республики Беларусь Белорусский национальный технический университет Сборник Докладов республиканской научно- технической конференции аспирантов, маги- странтов, студентов «Современные проблемы метеорологии и климатологии» Дорожная климатология. в 6 частях Часть 5 Председатель Васильева Е.И. Секретарь Заскевич И.И Научный руководитель профессор Леонович И.И Министерство образования Республики Беларусь Белорусский национальный технический университет УДК 551.582-625.7.07 Сборник Докладов республиканской научно- технической конференции аспирантов, маги- странтов, студентов «Современные проблемы метеорологии и климатологии» Дорожная климатология. В 6 частях Часть 5 Председатель Васильева Е.И. Секретарь Заскевич И.И Научный руководитель профессор Леонович И.И Авторы: студенты гр.114359; науч. руководитель И.И Леонович. Рекомендовано к опубликованию: Советом факультета БНТУ от 29.04.2013г. №9 Декан ФТК Бусел А.В. Кафедра «Строительство и эксплуатация дорог» В сборнике Республиканской научно-технической конфе- ренции аспирантов, магистрантов и студентов «Современные проблемы метеорологии и климатологии» содержится 22 доклада. Доклады охватывают широкий круг вопросов по до- рожной климатологии и метеорологии. Могут быть использо- ваны как дидактический материал при изучении специальных дисциплин дорожно-транспортного комплекса Белорусский национальный технический университет Пр-т Независимости, 65, г. Минск, Республика Беларусь Тел. (017) 293-91-97 факс (017) 292-91-37 Регистрационный № БНТУ / ФТК-74- Содержание Влияние отрицательных температур на состояние здоровья чело- века.Аваков А.А. Связь водно-теплового режима земляного полотна с погодно- климатическими условиями местности.Безмен А.В. Закономерности передачи тепла в атмосфере и дорожных инже- нерных сооружениях.Васильева Е.И. Влияние отрицательных температур на работу двигателей внут- реннего сгорания.Васковская Н. В.  Учет температуры окружающей среды при испытании дорожно- строительных материалов.Гурман Д.Н. Поверхностные дорожные явления , обусловленные температу- рой и влажностью воздуха.Заскевич И.И. Закономерности накопления снега в дорожной полосе отвода и в притрассовой зоне.Калоша Е.Л.  Закономерности таяния снега в пределах дорожной поло- сы.Коваль С.А.  Закономерности промерзания грунтов, дорожных одежд и зем- ляного полотна.Козлова К.С.  Освещенность проезжей части и способы ее искусственного ре- гулирования.Конопелько П.М.  Основы прогнозирования погоды и учёт прогноза в деятельности дорожных организаций.Конопляник М.М.  Пути улучшения использования в дорожной практике метеоро- логических данных и прогнозов погоды.Курилёнок А.А  Влияние туманов на видимость.Лапутько А.Б.  Закономерности распространения света в зависимости от со- стояния атмосферного воздуха.Любко К. Г.  Оптические свойства Атмосферы и их учёт при решении дорож- ных задач.Мельник А.С.  Ветровые нагрузки на сооружения.Пискун А.А.  Учет «Розы ветров» при проектировании зданий, сооружений и предприятий дорожной индустрии.Свирков В.П.  Определение расчетных метео-рологических характеристик по данным многолетних наблюдений.Селютин Д.А.  Роль методов математической статистики в обоснованных рас- чётных характеристиках атмосферы.Тригубович Ю.В.  Методология поиска необходимых данных о климате местности в справочной литературе.Филькин О.В.                              ВВЕДЕНИЕ  На данном диске находится ряд статей по дисциплине «Дорож- ная климатология», подготовленных на основе проведенной конфе- ренции. Изучение данной дисциплины предусмотрено на 4 курсе факультета транспортных коммуникаций по специальности «Строительство дорог и аэродромов». Данная дисциплина является общеобразовательной в цикле дисциплин вышеуказанной специ- альности. В качестве самостоятельной работы студентам необходимо было подготовить доклад и выступить с ними на научной конфе- ренции. Тема докладов было в большинстве случаев связана с во- просами метеорологии и климатологии, которые были согласованы с учебной программой. В данном сборнике предусмотрено 22 статьи студентов группы 114359. За содержание и форму докладов ответственность несут не- посредственно сами студенты, так как все работы представлены в авторской редакции. Доклады были сделаны и подготовлены под руководством профессора Леоновича И.И. Председателем секции является сту- дент Васильева Е.И., секретарь Заскевич И.И.               Влияние отрицательных температур на состояние здоровья че- ловека Аваков А.А. Белорусский национальный технический университет Введение Ещё в глубокой древности наши предки знали о зависимости са- мочувствия и всех жизненных процессов от погодных и других природных явлений. Первые письменные свидетельства о влиянии природно-климатических явлений на здоровье человека известны с давних времен. На организм человека, как правило, влияет не один какой-либо изолированный фактор, а их совокупность, причем основное дейст- вие оказывают не обычные колебания климатических условий, а главным образом их внезапные изменения. Для любого живого ор- ганизма установились определенные ритмы жизнедеятельности разнообразной частоты. Для некоторых функций организма человека характерно измене- ние их по сезонам года. Это касается температуры тела, интенсив- ности обмена веществ, системы кровообращения, состава клеток крови и тканей. Далее я подробно рассмотрю влияние отрицательных температур на состояние здоровья человека. Влияние отрицательных температур на здоровье человека Температура — один из важных абиотических факторов, влияющих на все физиологические функции всех живых организ- мов. Температура на земной поверхности зависит от географиче- ской широты и высоты над уровнем моря, а также времени года. Для человека в легкой одежде комфортной будет температура воздуха + 19…20° С, без одежды — + 28…31°С. Когда температур- ные параметры изменяются, человеческим организмом вырабатыва- ет специфические реакции приспособление относительно каждого фактора, то есть адаптируется. В данном случае стоит рассматри- вать такие понятия как адаптация и терморегуляция. Адаптация – это процесс приспособления к условиям среды. Адаптация человеческого организма к температурному фактору происходит в 3-х направлениях: • За счет общих приспособительных физиологических реак- ций, которые связаны с функцией системы терморегуляции, с меха- низмами химической и физической терморегуляции, обеспечиваю- щими способность организма работать в самых разных температур- ных условиях среды. • В результате специализированных физиологических и ана- томических адаптивных реакций, в основе которых лежат особен- ности генотипа. • Вследствие культурной и социальной адаптации, связанной с обеспечением человека жильем, теплом, системой вентиляции и тому подобное. Терморегуляция - это способность животных организмов под- держивать температуру тела в определённых границах, даже если температура внешней среды сильно отличается. Терморегуляцию обеспечивает основные холодовые и тепловые рецепторы кожи. При различных температурных влияниях сигналы в центральную нервную систему поступают не от отдельных рецеп- торов, а от целых зон кожи, так называемых рецепторных полей, размеры которых непостоянны и зависят от температуры тела и ок- ружающей среды. Температура тела в большей или меньшей степени влияет на весь организм (на все органы и системы). Соотношение температу- ры внешней среды и температуры тела определяет характер дея- тельности системы терморегуляции. Температура окружающей среды преимущество ниже темпера- туры тела. Вследствие этого между средой и организмом человека постоянно происходит обмен теплом благодаря его отдаче поверх- ностью тела и через дыхательные пути в окружающее пространство. Этот процесс принято называть теплоотдачей. Образование же теп- ла в организме человека в результате окислительных процессов на- зывают теплообразованием. В состоянии покоя при нормальном самочувствии величина теплообразования равняется величине теп- лоотдачи. В жарком или холодном климате, при физических на- грузках организма, заболеваниях, стрессе и т. д. Уровень теплооб- разования и теплоотдачи может изменяться. Переохлаждение - состояние организма, при котором температу- ра тела падает ниже, чем требуется для поддержания нормального обмена веществ и функционирования. В его основе лежит наруше- ние механизмов терморегуляции с нарушением энергетического баланса и постепенным понижением температуры тела. Резкие колебания внешней среды в сторону повышения или по- нижения температуры вызывают расстройство здоровья, а нередко и смерть человека. Так как жизненные процессы в организме могут протекать в довольно узких пределах температур внутренней среды, то при колебаниях температуры внешней среды физиологические механизмы терморегуляции выравнивают температуру тела, при- спосабливая организм к этим колебаниям. Если же температура кожных покровов понижается до +25° С или повышается до +45°С, то защитная реакция организма нарушается и наступают болезнен- ные изменения вплоть до смерти. Организм человека переносит низкую температуру лучше, чем высокую. Однако охлаждение со смертельным исходом возможно и при температуре выше нуля. Возникновение и степень выраженно- сти общих и местных реакций при охлаждении зависят не только от температуры окружающей среды, но и от влажности, скорости дви- жения воздуха, характера одежды, состояния организма. Быстрому охлаждению организма способствуют алкогольное опьянение, ис- тощение, переутомление. На организм человека низкая температура оказывает и местное, и общее воздействие. Местное действие на организм низкой температуры Отморожения связаны с резким понижением тканевой темпера- туры отдельных участков тела при сохранении температуры орга- низма в целом на достаточном уровне. В основе отморожения, кро- ме прямого повреждающего действия низкой температур, лежат сосудистые расстройства (спазм и последующий паралич сосудов) с полным прекращением кровообращения в пораженной области те- ла. Факторы, способствующие местному действию холода: 1) повышенная влажность и сильный ветер; 2) повреждения или заболевания пораженной части тела; 3) наличие местных трофических расстройств; 4) тесная обувь и одежда; 5) адинамия; 6) алкогольное опьянение. В развитии отморожения выделяют два периода: скрытый (соот- ветствует сроку понижения местной температуры тканей) и реак- тивный (наступает после согревания отмороженных частей тела). Глубина поражения тканей становится ясной в реактивный пе- риод, в зависимости от которой различают 4 степени отморожения: 1) отморожение I степени - характеризуется багрово-красной или темно-синей окраской кожи («участки ознобления», «морозная эри- тема») и ее отеком, подобные повреждения заживают через 3—7 дней, сопровождаясь легким шелушением; 2) отморожение II степени - сопровождается отслойкой эпидер- миса и образованием светлых пузырей; кожа вокруг синюшна и отечна, пузыри появляются на 1-й — 2-й день, а заживление — че- рез 10—20 дней без образования рубцов, но повышенная чувстви- тельность к холоду сохраняется длительное время; 3) отморожение III степени - проявляется некрозом всей толщи дермы; область поражения покрыта пузырями темно-красного цвета отек распространяется далеко за пределы пораженного участка, со временем больная ткань отторгается, происходит медленное зажив- ление с образованием через 1—2 месяца рубца; 4) отморожение IV степени - характеризуется некрозом всей толщи пораженной части тела, в том числе и костей. Обычно отморожению подвергаются пальцы рук, ног, кончик носа, ушные раковины и части тела, в которых затруднено кровооб- ращение. Процесс охлаждения носит фазовый характер. В начальном пе- риоде (в ответ на холодовое воздействие) происходит резко увели- чение тепло¬продукции (усиление обмена веществ) и уменьшение теплоотдачи (сужение периферических кровеносных сосудов). В дальнейшем при истощении компенсаторных реакций организма наступает снижение температуры тела до 30 - 25° С (расширение периферических сосудов); происходит угнетение ЦНС, снижается артериальное давление и скорость кровотока, выражены признаки гипоксии (при явлениях гипероксигенации крови), нарушения об- мена веществ. Для клинической картины характерны: слабость, апатия, адина- мия, бессвязность речи, бред, сонливость, помрачение сознания. При дальнейшем падении температуры тела все жизненные функ- ции постепенно угасают. Смерть обычно наступает при температу- ре тела ниже 20° С. Непо¬средственной причиной смерти чаще все- го является первичная остановка дыхания, реже сосудистый кол- лапс или фибрилляция желудочков сердца. Особенно быстро процесс охлаждения протекает при попадании че¬ловека в холодную воду: смерть при этом наступает в течение 1 - 1,5 часов (до развития глубокой гипотермии от сосудистого кол- лапса или холодового шока). У людей, приспосабливающихся к влажному, холодному клима- ту и кислородной недостаточности Севера, также повышенный га- зообмен, высокое содержание холестерина в сыворотке крови и ми- нерализация костей скелета, более утолщенный слой подкожного жира (выполняющего функцию теплоизолятора). Однако не все лю- ди в одинаковой степени способны к адаптации. В частности, у не- которых людей в условиях Севера защитные механизмы и адаптив- ная перестройка организма могут вызвать дезадаптацию – целый ряд патологических изменений, называемых “полярной болезнью”. Одним из наиболее важных факторов, обеспечивающих адаптацию человека к условиям Крайнего Севера, является потребность орга- низма в аскорбиновой кислоте (витамин С), повышающей устойчи- вость организма к различного рода инфекциям. Для организма человека, оптимальной температурой окружаю- щей среды, является 18 градусов, именно эта температура рекомен- дована для поддержания в том помещении, где вы спите. Резкие перепады температур, сопровождаются изменением со- держания кислорода в атмосферном воздухе, а это значительно уг- нетает самочувствие человека. При снижении температуры окру- жающей среды, происходит насыщение воздуха кислородом, а при потеплении, наоборот, кислорода в воздухе становится меньше и поэтому в жаркую погоду нам трудно дышать. Когда температура снижается, а атмосферное давление повышается, особенно тяжело приходится гипертоникам, астматикам людям с заболеваниями пи- щеварительного тракта и тем, кто страдает мочекаменной болезнью. Заключение В настоящее время параметры микроклимата производственных помещений регламентированы СанПиН № 9-80-98 «Гигиенические требования к параметрам микроклимата производственных поме- щений», утвержденными постановлением Главного государствен- ного санитарного врача республики Беларусь от 25 марта 1999 г. № 12. Допустимые температуры в холодный период года от 20 до 6 градусов Цельсия в зависимости от категории работ. Параметры микроклимата оказывают существенное влияние на производительность труда и на травматизм, определяют теплооб- мен организма человека и оказывают существенное влияние на функциональное состояние различных систем организма, самочув- ствие, работоспособность и здоровье. Для предупреждения переохлаждения организма при работе на холоде необходимо предупреждать сильное охлаждение работников и обеспечивать их быстрое согревание с целью своевременной нор- мализации физиологических сдвигов, наступивших в результате воздействия холода. Теплая одежда предупреждает чрезмерное ох- лаждение организма человека. Физические свойства ее, помимо те- плозащитных качеств, должны обеспечивать беспрепятственное испарение пота с поверхности кожи, т.к. задержка испарения будет вызывать смачивание тканей одежды и тем самым способствовать увеличению потери тепла организмом. Список литературы 1. Леонович И.И. Дорожная климатология [Электронный ре- сурс] : [учебное пособие для вузов по специальности 1-70 03 01 "Автомобильные дороги" и для инженерно-технических работников ДСТ,ДСУ,ДЭУ и других организаций] / Леонович И.И., кол. авт. Белорусский национальный технический университет, Кафедра "Строительство и эксплуатация дорог" . - Электрон. дан.. - БНТУ, 2007. 2. Волков В.Н., Датий А.В. / Судебная медицина : Учеб. пособие для вузов / Под ред. проф. А.Ф. Волынского. — М.: ЮНИТИ- ДАНА, Закон и право, 2000. — 639 с. 3. Порфирьев Б.Н., Катцов В.М., Рогинко С.А. / Изменения кли- мата и международная безопасность. Рос.акад.наук, Отд-ние об- ществ.наук. Москва: Д'АРТ, 2011. Связь водно-теплового режима земляного полотна с погодно- климатическими условиями местности Безмен А.В. Белорусский национальный технический университет Введение В дорожном отношении территория СНГ разделена на 5 зон. Республика Беларусь относится ко II дорожно-климатической зоне. С учетом глубины залегания грунтовых вод, температуры воздуха, количества осадков и испарения, глубины и скорости промерзания грунтов территория Беларуси разделена на 3 района: северный, цен- тральный и южный. Из этого следует, каждый климатический район имеет различие по температуре, влажности и другим погодно-климатическим фак- торам, которые в различной степени влияют на режим работы зем- ляного полотна. Земляное полотно служит основанием для наиболее дорогого и важного элемента дороги — дорожной одежды. Прочность, долго- вечность и высокие эксплуатационные качества дорожной одежды в значительной степени зависят от прочности и устойчивости земля- ного полотна. Земляное полотно в целом и его отдельные части на- ходятся под действием сил собственного веса, подвижной нагрузки и различных природно-климатических факторов. Очень важно спроектировать и построить земляное полотно так, чтобы под дей- ствием этих сил оно не изменяло своей формы и было устойчиво в целом, как земляной массив. Конструкцию земляного полотна вы- бирают исходя из категории дороги, качества грунтов, типа дорож- ной одежды, природно-климатических условий района строительст- ва дороги. Целью моей работы являлось показать связь между водно- тепловым режимом земляного полотна и погодно-климатическими условиями местности. Задачей являлось изучить литературу, а также интернет-ресурсы по данной теме. Связь водно-теплового режима земляного полотно спогодно- климатичсскими условиями местности Водно-тепловой режим земляного полотна протекает под воз- действием различных температур воздуха, и зависит от свойств грунта, количества атмосферных осадков, дорожной одежды, уров- ня грунтовых вод и других факторов. Средняя скорость промерза- ния грунта - 3-6 см/сут. Средняя скорость оттаивания грунта: сверху - 4 см/сут; снизу - 0,6-0,7 см/сут. Одной из важнейших климатических характеристик климата яв- ляется температура воздуха. Колебания температуры в течение года влияют на условия просыхания дорог, особенно грунтовых и гра- вийных, на их пылимость, поэтому их следует учитывать при при- менении органических вяжущих, организации строительства дорог и обеспечении требуемых транспортно-эксплуатационных качеств проезжей части. При понижении температуры воздуха и переходе ее среднесуточного значения через +3 - +5 °С происходит смена на- правления теплового потока. При этом начинается миграция и на- копление влаги в грунте Важным для дорожной практики является режим атмосферных осадков, их годовое количество, сезонное и месячное рас- пределение, продолжительность и интенсивность отдельных дож- дей. Под влиянием осадков формируется поверхностный сток, ре- жим рек и работа водоотводных сооружений, происходят ув- лажнение поверхности покрытия и водонасыщение земляного полотна, заносы дорог снегом и эрозия неукрепленных поверх- ностей насыпей и выемок. Сезонное распределение осадков различ- но не только для разных мест, но и для одного и того же места в различные годы. Для суждения о режиме работы дорожных служб и об условиях строительного сезона следует знать число дней с осад- ками разной интенсивности. Кроме того, на режим влажности грунтов земляного полотна оказывают влияние влажность воздуха и условия испарения. Влаж- ность и испарение в данной местности определяются температурой и количеством осадков, однако имеют значение и местные факторы, — например, рельеф и растительность. При повышенной относи- тельной влажности испарение влаги с поверхности затрудняется, поскольку интенсивность испарения пропорциональна дефициту влаги в воздухе. Особо неблагоприятным периодом для испарения, а, следовательно, и для просыхания грунтов является осень, когда при сравнительно низких температурах наблюдается высокая отно- сительная влажность воздуха. На климат определенной местности оказывают влияние местные природные условия, вследствие чего необходимо учитывать микро- климат различных районов. В вогнутых формах рельефа суточные колебания температуры больше, минимумы температур ниже и ве- сенние заморозки заканчиваются позже, чем на холмах и на возвы- шенностях. В районах, лежащих высоко над уровнем моря, где су- хость воздуха выше, интенсивность солнечной радиации больше, почва прогревается сильнее, чем в нижележащей местности. Существенную роль играет и экспозиция склонов земной по- верхности относительно солнца: южные склоны получают большее число часов солнечного прогревания, и поэтому раньше освобож- даются от снега, чем северные, почва сильнее прогревается и скорее просыхает. Наличие леса способствует уменьшению амплитуд колебания температуры воздуха и почвы, их температура здесь обычно ниже, чем на открытой местности. Это обстоятельство оказывает заметное влияние на просыхание дорожного полотна в лесу. Режим зимы с точки зрения строительства и содержания дорог определяется началом и концом устойчивого снежного покрова, его средней продолжительностью и толщиной, плотностью снега, чис- лом дней без оттепелей, режимом метелей. Эти элементы климата определяют увлажнение и оттаивание полотна, образование и тая- ние пучин, снегозаносимость дороги, высоту и длительность весен- него паводка на реках. Глубина промерзания зависит от устойчивости и величины тем- ператур ниже 0°С в первую половину зимы, от толщины снежного покрова, времени его образования и свойств грунта. Под дорогой глубина промерзания грунта больше, чем в поле, где поверхность земли покрыта слоем снега. При соответствующих грунтах и вод- ном режиме дорожного полотна образование пучин связано с глу- биной промерзания. Водно-тепловой режим земляного полотна и, в частности, глу- бина промерзания грунтов, закономерности их оттаивания и просы- хания определяют ^ характер планируемых противопучинных ме- роприятий, организацию и технологию работ по содержанию дорог. С учетом глубины залегания грунтовых вод, температуры возду- ха, количества осадков и испарения, глубины и скорости промерза- ния грунтов территория Беларуси разделена на 3 района: северный, центральный и южный. Для обеспечения морозоустойчивости дорожной конструкции, возводимой на земляном полотне из сильно пучинистых и чрезмер- но пучинистых грунтов, выделены 6 изолиний, регламентирующих требования к толщине дорожной одежды. По условиям снегоборьбы и возникновения скользкости терри- тория также разделена на ряд районов, которые необходимо учиты- вать при проектировании дорог. Практическое использование метеорологических характеристик при проектировании автомобильных дорог можно проиллюстриро- вать следующим образом: 1. При проектировании дорог, как отмечалось выше, необходимо не ограничиваться общей характеристикой климата, полученной путем отнесения района пролегания трассы к определенной зоне, а изучить с достаточной подробностью климатические элементы по данным местных метеорологических станций и принимать их во внимание наряду с общими данными для соответствующих дорож- но-климатических зон. 2. При проектировании земляного полотна, дорожных одежд и других дорожных сооружений учитываются: общие пого дно- климатические характеристики района, уровень залегания грунто- вых вод, высота снежного покрова, глубина промерзания грунтов и др. 3. Для определения объема поверхностного стока, расчетных расходов водотоков и боковых водоотводных канав необходимы данные о годовой сумме осадков и их распределении по месяцам» разделении их на твердые и жидкие; интенсивности, продолжитель- ности и частоте дождей; месячных и годовых суммах осадков раз- личной обеспеченности. 4. Проектирование дорожных одежд, особенно с использова- нием в качестве материалов для их устройства органо-минеральных смесей, требует знания годового режима температуры воздуха, а также показателей максимальных, минимальных и среднемесячных температур. 5. Проектирование тепло- и гидроизоляционных прослоек ба- зируется на учете глубины промерзания фунтов и конструктивных слоев дорожной одежды, их водно-теплового режима, влияния темпе- ратуры атмосферного воздуха на нагревание поверхности проезжей части, 6. Сила ветра создает дополнительную нагрузку, а поэтому многие несущие конструкции (опоры, пролетные строения мостов, павильоны, малые архитектурные формы и др.) рассчитываются с учетом этой нагрузки. 7. Решение задач о выборе средств защиты автомобильной до- ро¬ги от снежных заносов связано с учетом снежно-метелевого ре- жи¬ма. Следовательно, необходимо изучить режим снегового по- крова, начало и конец устойчивого покрова, изменение его толщи- ны по месяцам, частоту и интенсивность метелей и др. Данные о снеговом покрове необходимы и при проектировании высоты земляного полотна, разработке мероприятий по зимнему содержанию дорог. 8. Проектирование ряда технологических процессов связано с интенсивностью высыхания грунта и различных дорожно- строительных материалов. Поэтому здесь требуются данные об ис- парении воды, о степени нагревания поверхности и др. 9. Организация изыскательских и строительных работ требует учета продолжительности светового дня, погодных особенностей рассматриваемого периода года. 10. При проектировании автомобильных дорог и системы их эксплуатации учитываются особенности микроклимата, который формируется под воздействием местных природных условий. Заключение Учет местных условий и их связь с водно-тепловым режимом зем-полотна позволяет более обоснованно подойти принятию про- ектных решений. Следовательно, при проектирован дорог необхо- димо не ограничиваться общей характеристикой климата, получен- ной путем отнесения района прилегания трассы к соответствующей зоне, а изучать с достаточной подробностью климатические эле- менты по данным местных метеорологических станций. Существенное значение для проектирования дороги имеют сле- дующие климатические элементы: 1. Годовая сумма осадков и их распределение по месяцам; раз деление их на твердые и жидкие, интенсивность, продолжитель- ность и частота дождей. 2. Годовой режим температуры воздуха — максимальные, ми- нимальные и средние месячные температуры. 3. Режим формирования снежного покрова; продолжитель- ность его залегания; средние числа начала и конца устойчивого по- крова; толщина снежного покрова по месяцам; частота и интенсив- ность метелей. 4. Сила ветра и его направление, особенно зимой, когда воз- можны метели и заносы дорог. 5. Глубина промерзания грунта, режим его промерзания и от- таивания. 6. Температура на поверхности покрытия и в его глубине 7. Условия испарения влаги. Каждый из приведенных климатических элементов имеет свое определенное проектное назначение. Погодно-климатические факторы определяют время и интенсив- ность работ по посадке зеленых насаждений, посеву трав, уходу за деревьями и кустарником, которые имеют снегозадерживающее, рекреационное и декоративное назначение. Зимнее содержание автомобильных дорог зависит от продолжи- тельности зимнего периода, интенсивности снегопадов, высоты снежного покрова, особенностей метелевого режима, направления преобладающих ветров, объема снегопереноса, температуры возду- ха и других метеорологических характеристик. Организация зимнего содержания дорог зависит от установления и схода устойчивого снежного покрова, числа дней без оттепелей, режима метелей. Эти климатические факторы влияют на промерза- ние и оттаивание дорожного полотна, образование пучин, снегоза- носимость дороги, высоту и длительность паводка на реках. Текущий ремонт автомобильных дорог начинается сразу после схода снега. Однако выполнение различного вида работ требует дифференцированного подхода. Так, устранение ям, выбоин и тре- щин на асфальтобетонных покрытиях успешно может осуществ- ляться при температуре воздуха более 5 °С и при высохшем покры- тии; ликвидация дренажных воронок и ровиков, устранение повре- ждений земляного полотна, размыв водоотводных каналов, плани- ровка обочин - при соответствующем высыхании грунта. Список литературы 1. Леонович И.И. Дорожная климатология [Электронный ре- сурс] : [учебное пособие для вузов по специальности 1-70 03 01 "Автомобильные дороги" и для инженерно-технических работников ДСТ,ДСУ,ДЭУ и других организаций] / Леонович И.И., кол. авт. Белорусский национальный технический университет, Кафедра "Строительство и эксплуатация дорог" . - Электрон. дан.. - БНТУ, 2007. Закономерности передачи тепла в атмосфере и дорожных инже- нерных сооружениях Васильева Е.И. Белорусский национальный технический университет Введение Теплообмен в атмосфере - передача тепла от одних слоев или частей атмосферы к другим. Она происходит путем переноса ра- диации, путем теплопроводности, преимущественно турбулентной, и при фазовых преобразованиях воды. Важнейшее значение для развития жизни и формирования эко- систем имеет тепловой режим атмосферы. Под ним понимается распределение и непрерывное изменение температур воздуха, опре- деляющихся теплообменом, формирующимся между космическим пространством, атмосферой и поверхностью Земли, взаимодейст- вующей с атмосферой. Различие в свойствах подстилающей по- верхности Земли стимулируют разницу в поглощении, накоплении и отражении лучистой энергии различными ее участками, предо- пределяют, в совокупности с вращением Земли, общую атмосфер- ную циркуляцию, оказывают решающее влияние на климат, погоду, проявление экстремальных климатических процессов. Теплообмен в атмосфере Теплообмен в атмосфере, обмен теплотой, происходящий в ат- мосфере в горизонтальном и в вертикальном направлениях. Поток тепла направлен от более нагретых областей к менее нагретым, а его интенсивность тем больше, чем больше разность температур. В общем, в тропосфере температура убывает от экватора к полюсам, а на каждой данной широте понижается с возрастанием высоты. Вследствие междуширотного теплообмена атмосфера в тропиче- ских и субтропических широтах (в Северном полушарии до 40°) теряет тепло, а в более высоких широтах — получает его. Кроме того, теплообмен происходит также и в направлении широт вслед- ствие неоднородности тепловых свойств подстилающей поверхно- сти (например, суши и моря). При вертикальном Т. в а. поток тепла направлен главным образом вверх от земной поверхности. Перенос тепла в атмосфере осуществляется: конвекцией (вклю- чая адвекцию), то есть горизонтальным и вертикальным переносом воздуха; лучистым теплообменом, теплообменом, обусловленным испарением воды и конденсацией водяного пара, и в незначитель- ной степени молекулярной теплопроводностью. Горизонтальный конвективный (адвентивный) теплообмен меж- ду южным и северным широтами осуществляется меридиональным переносом воздушных масс и составляет около 1019 кал/сут. Конвективный теплообмен в вертикальном направлении вызы- вается как упорядоченными вертикальными перемещениями возду- ха в областях циклонов и антициклонов, так и турбулентностью. В среднем для Северного полушария вертикальный поток тепла со- ставляет около 50 кал/см×сут. Лучистый теплообмен происходит вследствие поглощения и из- лучения длинноволновой радиации водяным паром, пылью, угле- кислым газом, облаками и др. газами и аэрозолями атмосферы. В результате лучистого теплообмена, в конечном счете, происходит теплоотдача из атмосферы в мировое пространство; количество от- даваемого тепла составляет в среднем 400 кал/см×сут. Потеря тепла в мировое пространство, в общем, уменьшается от низких широт к высоким. Теплообмен, вызванный процессами ис- парения и конденсации, приводит к переносу тепла с земной по- верхности в атмосферу в среднем в количестве около 120 кал/см×сут. Наибольшее количество тепла этим путём переносится в низких широтах. Теплообмен в дорожных инженерных сооружениях В дорожных инженерных сооружениях, в чистом виде, теплооб- мен наблюдается только в сплошных твердых телах. Теплота пере- дается непосредственно через материал или от одного материала другому при их соприкосновении. Высокой теплопроводностью обладают плотные материалы — металл и железобетон. Воздух имеет низкую теплопроводность. Поэтому через материалы с боль- шим количеством замкнутых пор, заполненных воздухом, тепло передается плохо. Теплообмен дорожных сооружений определяется направлением и скоростью ветра. Дорожное полотно, наряду с конвективным теп- лообменом с наружным воздухом, излучением отдает тепло по- верхности земли, через грунт земляного полотна. Влажность спо- собствует повышению теплопроводности: переувлажненный грунт земляного полотна имеет больший коэффициент теплопередачи и обладает худшими теплозащитными характеристиками по сравне- нию с сухим. Это вызвано тем, что при увлажнении грунта его поры заполняются водой, имеющей высокий коэффициент теплопередачи (приблизительно в 20 раз больший, чем воздух). Свойства строительных материалов Первые исследования в области фильтрации жидкостей и га- зов в грунтовых руслах проведены Дюпюи Ж. По мере развития техники и строительства вопросами фильтрации воздуха стали ин- тересоваться гигиенисты, считавшие пористость строительных ма- териалов одним из основных условий вентиляции. К первым работам по нахождению зависимости между воз- духопроницаемостью и газопроницаемостью строительных мате- риалов следует отнести исследования Горденги и Илькевича К.Я. Последний делает ряд заключений относительно воздухопроницае- мости строительных материалов и ее влияния на микроклимат со- оружений. В 30 х годах прошлого века Восс В., Райш Е., Брянцев П.А., Клейнкенберг Л.И. проводят ряд исследований по кинетике движения газов в дисперсных материалах и находят зависимость между параметрами воздуха и проницаемостью материалов, а также между водо и воздухопроницаемостью. Брилингом Р.Е., Брянцевым П.А., Васильевым Б.Ф., Галаниным Д.Д., Идашкиным С.И., Макси- мовым Г.А., Одельским Э.Х., Реттером Э.И., Эгельштейном С.Я. и др. проведены исследования воздухопроницаемости материалов наружных ограждений, перекрытий, влияния инфильтрации на теп- лопотери сооружений и действия ветра на ограждающие конструк- ции.[1] В Белорусском политехническом институте с 1950 г. Одель- ским Э.Х., Солдаткиным М.Т., Каменским В.Г., Шинкевичем Н.И. проводились исследования фильтрационных и влажностных свойств строительных материалов. Вследствие разности давлений воздушной среды у нагретых поверхностей покрытия и грунта происходит одновременное пере- мещение компонентов газовой смеси из областей больших в об- ласть меньших давлений (фильтрация, воздухопроницание). Фильт- рация может быть продольной, внутренней и в зависимости от век- торной составляющей воздушного потока делится на инфильтрацию и эксфильтрацию. Разность давлений по обе сторо- ны дорожной одежды возникает в результате действия ветра и вследствие разности температур на покрытии и верхе земляного полотна. От температуры воздуха зависит ветровое давление. Напри- мер, при одной и той же скорости давление ветра при температуре – 30 °С выше на 20 %, чем при 5 °С. Перепад давлений при некоторой разности температур по обе стороны дорожного полотна является величиной одного порядка с ветровым напором, хотя температур- ный напор более стабильный. Фильтрация жидкостей и газов в грунтах происходит с ма- лыми скоростями по капиллярно пористым каналам, имеющим чрезвычайно малые поперечные сечения, что обусловливает суще- ственную роль сил трения. Учитывая своеобразный характер потока в пористых средах, многие исследователи оценивали фильтрацион- ное движение газа по характеру кривой, выражающей зависимость между перепадом давления Δp и расходом воздуха V. Существует взаимосвязь: V = k*H/δ*F*τ где V — расход газа, м3; k — коэффициент фильтрации, характеризующий одновременно фильтрационные свойства газа и пористой среды, м/с; H—потери напора, м; δ—толщина слоя материала, м; F—площадь поперечного сечения материала, м2; τ—время, с. Закон фильтрации известен как закон Ланга: G = i* Δp/ δ* F*τ где i – коэффициент воздухопроницаемости, кг/(мڄчڄПа); Δp— перепад давления, Па. Методы экспериментальных исследований строительных материалов Методы экспериментальных исследований воздухопроницаемо- сти материалов (грунтов) и дорожно-строительных конструкций делятся на: - методы, предусматривающие определение времени, в течение которого через материал (грунт) фильтруется известное количество воздуха при постоянном давлении, расход воздуха ограничивается емкостью резервуара; - натурные исследования, с помощью которых определяется ко- личество воздуха, проходящего через материал (грунт) при посто- янном давлении; - исследования, в которых определяется скорость падения давле- ния в емкости, сообщающейся с обоймой образца (грунта), где име- ет место избыточное давление; - методы, в которых фиксируется количество воздуха, проходя- щего через материал (грунт) за определенный промежуток времени при переменной разности давлений; - химические методы. Кафедрой «Теплогазоснабжение и вентиляция» БПИ разработа- на установка, схема которой представлена на рисунке 1. Исследуе- мый материал 1 помещается в газонепроницаемую обойму, которая через камеру 2 по трубопроводу 4 сообщается с сосудом 3, напол- ненным водой. При открытии клапана 7 в баке создается разреже- ние и через испытуемую конструкцию проходит воздух, количество которого определяется по объему воды в баке 6, а разрежение – по микроманометру 5. Рис. 1. Схема экспериментальной установки (кафедра ТГВ, БПИ) Галанин Д.Д. предложил установку (рис. 2), состоящую из газо- метра 1, перемещающегося по двум направляющим, погруженным в заполненный маслом цилиндр 2. Воздух из газометра по трубопро- воду через клапан 6 поступает к образцу 4 в металлической коробке 5. По показаниям манометров и по показаниям расхода воздуха по шкале 3 за определенный интервал времени находится коэффици- ент воздухопроницаемости.[2] Рис. 2. Схема установки для определения воздухопроницаемости, предложенной Галаниным Д.Д. Измерения показали, что воздухопроницаемость одних и тех же образцов изменяется с течением времени, так как после изготовле- ния образцов поровое пространство деформируется вследствие процессов гидратации и рекристаллизации. Анализ дифференци- альной пористости цементного камня свидетельствует, что у раз- личных материалов наблюдается снижение микро и макропористо- сти во времени, особенно у образцов с более низким водоцемент- ным отношением. В процессе исследования воздухопроницаемости большое вни- мание уделялось вопросу послойного распределения влаги в мате- риале. Один и тот же образец в зависимости от распределения влаги обладает различной воздухопроницаемостью, что было подтвер- ждено предварительными экспериментами, а также соответствует данным, полученным Р.Е.Брилингом при испытании ограждений, состоящих из слоев различной плотности. Заключение Теплообмен в дорожных конструкциях происходит за счет трех составляющих. Основная часть тепла передается от частицы к час- тицам за счет теплопроводности (кондукции). Вторая по удельному весу составляющая теплообмена - это тепло фазовых превращений при промерзании-оттаивании, конденсации-испарении, облимации- сублимации. Третья, конвективная составляющая теплообмена не- значительная - 2-3 % и ею можно пренебречь. При быстрых понижениях температур с переходом ниже 0 обра- зуются температурные трещины в дорожной одежде. Интенсивный прогрев солнечными лучами в летний период приводит к повыше- нию пластичности асфальтобетона, что способствует образованию сдвигов, волн и наплывав на покрытии. Литература 1. Метеорология и климатология. Ю.Г.Хабутдинов 2. Интернет ресурс www.krugosvet.ru Влияние отрицательных температур на работу двигателей внутреннего сгорания Васковская Н. В. Белорусский национальный технический университет Введение При понижении температуры значительно возрастает вязкость масел, смазок, горючего. От вязкости зависят отвод тепла от рабо- чих поверхностей, уплотнение зазоров, энергетические потери в двигателе, быстрота запуска двигателя. Кроме того в бензине при низких температурах происходит вы- падение кристаллов льда в и обледенение деталей карбюратора. В нем в растворенном состоянии находится несколько сотых долей процента воды. С понижением температуры растворимость воды в бензине падает, и она образует кристаллы льда, которые нарушают подачу бензина в двигатель. В дизельном топливе при отрицательных температурах происхо- дит образование кристаллов парафиновых углеводов, которые сра- стаются между собой и забивают топливные фильтры и топливо- проводы. 1. Работа двигателя в условиях отрицательных температур Большие трудности могут возникнуть, если попытаться совер- шить холодный пуск двигателя, особенно дизеля. Частота вращения коленчатого вала двигателя при пуске старте- ром в условиях отрицательных температур окружающего воздуха значительно меньше, чем при пуске в условиях положительных температур окружающего воздуха. Это происходит по двум основ- ным причинам: резко возрастает величина момента сопротивления проворачиванию коленчатого вала; снижаются мощность стартера и создаваемый им крутящий момент. Основной причиной возраста- ния величины момента сопротивления проворачиванию коленчато- го вала является повышение вязкости масла под действием отрица- тельной температуры окружающего воздуха. масла под действием отрицательной температуры более резко изменяют вязкость и, загустевая в зазорах трущихся пар двигателя, препятствуют провертыванию коленчатого вала стартером и требу- ют приложения большего крутящего момента на преодоление сил сопротивления жидкостного трения. Известно, что моменты сопротивления сил жидкостного трения равны произведениям сил трения на соответствующие плечо дейст- вия сил и, следовательно, пропорциональны поверхностям трения. Поэтому в дизельных двигателях, для которых характерны большие по сравнению с карбюраторными двигателями поверхности трения в сочетании с высокими значениями степеней сжатия в цилиндрах, возрастание момента сопротивления более значительно. При пуске холодного двигателя в условиях отрицательных тем- ператур возрастание момента сопротивления, в основном, происхо- дит в подшипниках скольжения коленчатого вала двигателя. Цилиндро-поршневая группа двигателя в результате некоторого увеличения зазоров под действием отрицательных температур и предварительного стекания масла с трущихся поверхностей после остановки двигателя оказывает меньшее влияние на возрастание величины момента сопротивления. Уменьшение мощности стартера и частоты вращения его вала при отрицательных температурах окружающего воздуха вызывается падением емкости и снижением напряжения аккумуляторных бата- рей автомобиля. Величина падения напряжения аккумуляторной батареи при от- рицательных температурах возрастает в результате возрастания си- лы тока стартера на преодоление повышенных моментов сопротив- ления проворачиванию коленчатого вала, и в результате повышения сопротивления холодного электролита. Понижение температуры жидкости в системе охлаждения ухуд- шает процесс воспламенения и горения в двигателе, что снижает его мощность и увеличивает расход горючего. На охлажденных стенках цилиндров двигателя конденсируются остатки неиспарившегося горючего, которое смывает слой масла, что приводит к быстрому износу двигателя. Работа двигателя на пониженных тепловых режимах ускоряет процесс нагаро- и лакооб- разования на деталях камеры сгорания, что может вызвать зависа- ние клапанов, падение компрессии и даже заклинивание поршней в цилиндрах. К перечисленному следует добавить увеличение потерь мощно- сти двигателя из-за возрастания давления масла в трансмиссии, ухудшение при отрицательных температурах надежности и эффек- тивности работы систем питания, зажигания, пневматической и гидравлической систем. Необходимо учитывать отрицательное влияние низких температур на физико-механические свойства ме- таллов, резины и других материалов. Кроме того снежный покрыв увеличивает сопротивления каче- ния автомобиля в 1,5 — 2 раза. Прогретый двигатель имеет надежный пуск, срок службы его увеличивается. Иногда в зимний период при температурах ниже температур застывания допускается добавлять в дизельное топливо технический керосин в пределах от 10 до 50%. Дизельное топливо и керосин смешиваются непосредственно перед заправкой машины. Но это повышает жесткость работы дизеля, увеличивает нагарооб- разование и снижает ресурс дорогостоящей топливной аппаратуры. 2. Методы борьбы с влиянием отрицательных температур на работу двигателей внутреннего сгорания Для улучшения пуска в дизелях с непосредственным впрыском топлива на входе в цилиндр используется подогрев воздуха за счет свечей накаливания, расположенных во впускном коллекторе, и электрофакельного подогревателя. Однако при использовании бо- лее одной свечи повышается расход электроэнергии и увеличивает- ся аэродинамическое сопротивление впускного трубопровода. По- этому их применяют для облегчения пуска дизелей с непосредст- венным впрыском топлива при температуре не ниже -15°С; при более низкой температуре окружающей среды – подогрев всасы- ваемого воздуха осуществляется электрофакельным подогревате- лем. Одно из достоинств электрофакельного подогревателя – воз- можность его работы как на дизельном так и на другом топливе. А главным недостатком элекрофакельных подогревателей считается то, что водитель не получает информации о наличии факела во впу- скном трубопроводе в процессе пуска дизеля. Выход из строя свечи нагрева, засорение устройства подачи топлива приведет к отсутст- вию воспламенения топлива во впускном коллекторе и ухудшению пуска дизеля, однако водитель не будет знать, чем оно вызвано. При температуре ниже -25°С для облегчения пуска дизеля ино- гда используют легковоспламеняющиеся жидкости, которые впры- скивают через воздушный коллектор. Применение этих средств для дизельных двигателей нежелательно. Двигатель при таком пуске испытывает сильнейшие нагрузки, появляются трещины на порш- нях, быстро изнашиваются вкладыши и другие детали. При температурах воздуха - 25°С и ниже для облегчения пуска в сочетании с электрофакельным устройством применяют предпуско- вой подогреватель. Предпусковой подогреватель имеет высокую пожароопасность и строго регламентированные условия эксплуата- ции. Индивидуальные предпусковые подогреватели отличаются по типу теплоносителя, обеспечивающего передачу теплоты двигате- лю, потребляемому топливу и степени автоматизации рабочего процесса. Подогреватели должны быть пожаробезопасными. Не до- пускается вылет пламени на выходе газов из котла в установившем- ся режиме работы, скопление топлива в котле подогревателя как в период розжига котла, так и после его остановки. Система предпус- кового подогрева двигателя с жидкостным охлаждением должна надежно работать при ее заполнении низкозамерзающей жидкостью и водой. С целью, повышения безотказности работы системы питания ди- зелей, в условиях низких температур целесообразно использовать систему ульразвуковой обработкитоплива. Для улучшения низкотемпературных свойств дизельного топли- ва используется кавитационная ультразвуковая обработка. Именно кавитационная обработка жидких топлив наиболее эффективный способ безреагентной модификации топлива Достоинства ультразвукового генератора: -отсутствием вращающихся деталей; -высокая надёжность, малый вес и габариты, высокая производи- тельность, неприхотливость в эксплуатации; -простота контроля и мониторинга. Особенности ультразвуковой обработки ДТ: -улучшается коэффициент фильтруемости на 20%, за счет сни- жения вязкости; -снижается предельная температура фильтруемости на холодном фильтре и температура застыванияДТ, за счет обработки парафи- нов; -увеличивается цетановое число; -увеличивается межремонтный период эксплуатации двигателя и топливной системы, за счет снижения содержания примесей; -снижается температура замерзания летнего ДТ за счет депара- финизации углеводородов; -снижается расход топлива, за счет предпламенной подготовки топлива путем деполимеризации топлива. Все исследования, проведенные после процесса ультразвуковой кавитационной обработки, подтвердили глубокие структурные из- менения в молекулярном составе углеводородов. Даже простая деполимеризация любого жидкого топлива уже приравнивается к его активированию, что существенно улучшает полноту сгорания топлива, снижает вредные выбросы, увеличивает экономичность двигателя и длину его межремонтного пробега. Кроме этого, кавитация сопровождается и частичным разруше- нием самих молекул, с образованием свободных радикалов, кото- рые еще больше инициируют процессы сгорания. Таким образом облегченный фракционный состав (при том же типе воздушного потока) не только облегчает зимний пуск двигателя, но делает сго- рание топлива равномерным и экономичным. Ультразвуковая кавитационная обработка дизельного топлива с целью повышения его пусковых и низкотемпературных качеств яв- ляется одним из эффективных способов воздействия на топливо и обеспечивает выполнение возложенных на автомобильную технику задач в суровых климатических условиях при низких температурах. Применение того или иного вида вспомогательных средств об- легчения пуска дизеля зависит от температуры окружающего воз- духа, а также от теплового состояния дизеля. В условиях низких температур перерасход горючего определяет- ся следующими основными причинами: ухудшение теплового ре- жима работы двигателя (до 20%), снежный покрыв и плохие до- рожные условия движения автомобиля ( до 10%), увеличение не- производительного времени работы двигателя при пусках и прогреве (до 15%), необходимость периодического прогрева двига- теля на стоянках автомобиля (до 20 %), снижение КПД трансмиссии (до 15%), применение марок горючего и смазочных материалов, не отвечающих сезонным требованиям эксплуатации (до 15%). По- следнее обстоятельство особенно важно, еще и тем, что применение в холодный период летних, а не зимних или всесезонных марок го- рючего и масел может привести к отказам в работе двигателя и да- же к его поломке. Заключение Низкая температура воздушного заряда, поступающего в камеру сгорания, рост тепловых потерь двигателя, утечка воздуха из ци- линдров и ухудшение процесса смесеобразования в камере сгорания вследствие низкой частоты вращения коленчатого вала двигателя, что, в свою очередь, связано с увеличением вязкости моторного масла и падением емкости аккумуляторной батареи, — все это фак- ты создают условия, при которых пустить двигатель зачастую не- возможно. Все отмеченные факты значительно затрудняют в зим- ний период пуск, прогрев двигателя, трогание автомобиля с места и работу его под нагрузкой. Время на подготовку к пуску остывшего двигателя зимой в хо- лодной зоне может достигать 1,0 — 1,5 ч. Это вынуждает в период стоянки автомобилей практиковать периодический прогрев двига- телей на холостом ходу. Список литературы 1. Данилин В.Н. Физическая химия тепловых аккумуляторов. Учебное пособие. - Краснодар: изд. КПИ, 1981. 2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Термодинамика и молеку- лярная физика. Учебное пособие для вузов. - 2-е изд., исправленное. М.: Наука, 1979. 3. Бекман Г., Гилли П. Тепловое аккумулирование энергии: Пер. с англ. - М.: Мир, 1987. 4. Суранов Г.И. Предпусковая подготовка двигателя зимой //Автомобильный транспорт. - № 3. - 1987. 5. http://azbukadvs.ru Учет температуры окружающей среды при испытании до- рожно-строительных материалов Гурман Д.Н. Белорусский национальный технический университет Введение Наиболее часто используемые в дорожном строительстве связ- ные дорожно-строительные материалы, как правило, представляют собой сложную многокомпонентную систему. Эта сложность обу- словлена, главным образом, особенностями их структуры, а также большой зависимостью свойств от многообразных факторов. На- пример, асфальтобетон резко меняет свойства в зависимости от температуры. При положительных температурах асфальтобетон обладает свойствами вязко-пластичного материала, а при отрица- тельных - упругого. Изменение температуры существенно влияет на деформационные свойства асфальтобетона, которыми в основном и определяется его работоспособность в дорожном покрытии. Из-за чувствительности асфальтобетона к температуре, влияние этой пе- ременной окружающей среды будет являться существенным факто- ром учитывающимся при лабораторных испытаниях. Факторы, влияющие на результаты Основные факторы, которые с наибольшей вероятностью могут оказывать влияние на прецизионность метода измерений: время, оператор и оборудование, а также условий окружающей среды и перекалибровки оборудования между наблюдениями. Масштаб изменчивости, вызванной тех или иным фактором, бу- дет зависеть от метода измерений. Например, в случае количест- венного химического анализа преобладающее влияние могут иметь факторы «оператор» и «время»; таким же образом в случае микро- анализа могут доминировать факторы «оборудование» и «условия окружающей среды», а при измерениях физических свойств - «обо- рудование» и «калибровка». Согласно определению условий повторяемости (сходимости) из- мерения для определения повторяемости должны быть выполнены при неизменных рабочих условиях, т.е. в течение периода выполне- ния измерений, факторы влияния должны оставаться постоянными. В частности, оборудование не должно подвергаться перекалибровке в промежутке времени между измерениями, если только это не яв- ляется обязательной частью каждого измерения. На практике изме- рения в условиях повторяемости должны проводиться в течение как можно менее продолжительного периода времени, чтобы свести к минимуму изменения данных факторов, таких как условия окру- жающей среды, которым не может быть всегда гарантировано по- стоянство. Методы испытания Физико-механические, технологические и другие свойства, оп- ределяют путем испытания установленными методами и с помощью аппаратуры в дорожных лабораториях. При испытании необходимо точное выполнение методики испытаний и применение соответст- вующей аппаратуры, как этого требуют технические правила и ГОСТы, с тем чтобы получить сопоставимые с требуемыми норма- тивными документами достоверные данные о материале. В против- ном случае практически невозможно объективно оценить соответ- ствие свойств материала условиям его работы в дорожных конст- рукциях и других инженерных сооружениях. Для испытания каменных материалов в лабораторных условиях разработаны и стандартизованы как методы, так и приборы. Лаборатория в своей деятельности должна использовать методы и процедуры, соответствующие области ее деятельности. Они включают отбор образцов, обращение с ними, транспортирование, хранение и подготовку объектов, подлежащих испытаниям и/или калибровке, и, если уместно, оценку неопределенностей измерений, а также статистические методы анализа данных испытаний и/или калибровки. В лаборатории должны быть инструкции по использованию и управлению всем соответствующим оборудованием, обращению и подготовке объектов, подлежащих испытаниям и/или калибровке, или по тому и другому, если отсутствие таких инструкций может подвергнуть сомнению результаты испытаний и/или калибровки. Все инструкции, стандарты, руководства и справочные данные, от- носящиеся к работе лаборатории, должны актуализироваться и быть доступными для персонала. Отклонения от методов испытаний и калибровки допускаются только при условии их документального оформления, технического обоснования, одобрения и согласия за- казчика. Требования к помещениям и окружающей среде испытатель- ных лабораторий Лаборатория должна обеспечить, чтобы условия окружающей среды не приводили к недостоверным результатам или не оказыва- ли неблагоприятное воздействие на требуемое качество измерений.. Помещения для проведения испытаний должны быть защищены от воздействия таких факторов, как колебания температуры, пыль, влажность, пар, шум, вибрация, электромагнитные возмущения, и отвечать требованиям применяемых методик испытаний, санитар- ных норм и правил, требованиям безопасности труда и охраны ок- ружающей среды. Помещения для испытаний должны быть осна- щены необходимым оборудованием и источниками энергии и при необходимости устройствами для регулирования условий, в кото- рых проводятся испытания. Для поддержания порядка и чистоты в испытательной лаборатории должны предприниматься профилак- тические меры. Условия проведения испытаний и/или калибровки, в частности источники энергии, освещение и окружающая среда, должны быть такими, чтобы обеспечивалось правильное проведение испытаний. Особое внимание должно быть уделено тем случаям, когда от- бор образцов и испытания и/или калибровки проводятся не в ста- ционарных помещениях лаборатории. Технические требования к помещениям и условиям окружающей среды, которые могут ока- зать влияние на результаты испытаний и калибровки, должны быть документированы. Лаборатория должна контролировать и регистрировать условия окружающей среды в соответствии с техническими требованиями, методиками и процедурами, если они влияют на качество результа- тов. Особое внимание следует уделять температуре, а также, на- пример, биологической стерильности, пыли, электромагнитным по- мехам, радиации, влажности, электроснабжению, уровню шума и вибрации применительно к соответствующей технической деятель- ности. Испытания и калибровка должны быть прекращены, если условия окружающей среды подвергают опасности результаты ис- пытаний и/или калибровки. Соседние участки, на которых проводятся несовместимые рабо- ты, должны быть надежно изолированы друг от друга. Должны быть приняты меры по предотвращению взаимного влияния. Использование участков, оказывающих влияние на качество ис- пытаний и/или калибровки, и доступ к ним следует контролировать. Лаборатория должна установить степень контроля на основе кон- кретных обстоятельств. Основное исходное предположение, лежащее и основе настоя- щего стандарта заключается в том, что для стандартного метода из- мерений повторяемость (сходимость), по крайней мере приблизи- тельно, одинаков для всех лабораторий, применяющих этот метод, так что допустимо установить одно общее среднее стандартное от- клонение повторяемости (сходимости), которое будет применимо для любой лаборатории. Тем не менее, любая лаборатория, выпол- няя серию измерений в условиях повторяемости (сходимости), мо- жет получить оценку своего собственного стандартного отклонения повторяемости для метода измерений и сопоставить ее с общепри- нятой стандартной величиной. Заключение Температура является существенным фактором влияния на дан- ные полученные в лаборатории. Чтобы измерения осуществлялись по одной и той же процедуре и достигалась достоверность полученных данных, метод измерений должен быть стандартизован. Все измерения, являющиеся частью внутрилабораторного или меж лабораторного эксперимента, долж- ны выполняться в соответствии с таким стандартом. Испытания должны проводиться за столь короткий интервал времени, насколько это возможно, чтобы свести к минимуму изме- нения в условиях выполнения измерений, таких как условия окру- жающей среды, неизменность которых нельзя гарантировать всегда. Измерения, выполняемые в разное время подразумевает измере- ния, выполняемые в течение длительных интервалов времени, кото- рые могут быть подвержены влияниям изменений окружающей среды. Лаборатория обязана вести документацию об изменении темпе- ратуры окружающей среды, если она может исказить получение данных, и учитывать данный показатель при обработке и анализе результатов испытаний. Список литературы 1.Международный стандарт - ISO/IEC 5725:2002 «Точность ме- тодов и результатов измерений» 2. Международный стандарт -ISO/IEC 17025:2005 «Общие тре- бования к компетентности испытательных и калибровочных лабо- раторий» Поверхностные дорожные явления , обусловленные темпе- ратурой и влажностью воздуха. Заскевич И.И. Белорусский национальный технический университет Введение  Автомобильная дорога – сложное инженерное сооружение, рабо- тающее в непосредственном контакте с погодно-климатическими факторами. Каждый фактор по своему влияет на состояние дорож- ной одежды, земляного полотна. Основным условием, определяю- щим безопасность движения транспортных средств является со- стояние покрытия. Внешняя среда, а именно температура и влаж- ность воздуха, обуславливают возникновение поверхностных явлений, который оставляют свой след на покрытии автомобильной дороги. Поверхностные дорожные явления, обусловленные температу- рой и влажностью воздуха   Наиболее яркие и часто встречающиеся дорожные поверхност- ные явления, обусловленные влажностью и температурой воздуха являются гололед и гололедица. Гололед- слой плотного льда, покрывающий поверхность земли, проезжую часть дорог, деревья, провода линии связи и электропе- редач наземные предметы и сооружения. Образование льда связано с намерзания частиц осадков (переохлаждённой мороси, переохла- ждённого дождя, ледяного дождя, ледяной крупы, иногда дождя со снегом) при соприкосновении с поверхностью, имеющей отрица- тельную температуру или сублимацией водяного пара на охлаждён- ных до 0 градусов по Цельсию и ниже поверхностях. Гололед наблюдается при температуре воздуха чаще всего от нуля до −10° (иногда до −15°), а при резком потепле- нии после периода устойчивых морозов (когда земля и предметы ещё сохраняют отрицательную температуру) — и при температуре воздуха -3…+0,5°. Нарастание гололеда обычно происходит не менее 1 часа и не более 12-ти. А разрушение идет очень медленно, в основном за счет испарения льда, а при низких температурах этот процесс протекает вяло. Если не вмешается резкая оттепель или сильный ветер, про- цесс может растянуться до 4-6 суток. Метеорологи отметили несколько интересных свойств образова- ния гололеда: на проводах, находящихся под напряжением, величи- на отложившегося льда почти на 30% больше, чем на проводах обесточенных; гололедные отложения усиленно нарастают в на- правлении, поперечном движению воздушных масс. Если фронт движется с запада, то отложения толще на проводах, расположен- ных в меридиональном направлении. Гололед оказывает значительную нагрузку на нижележащую по- верхность.Так при площади в 1 м2 и толщине 10 см он создает до- полнительную нагрузку примерно равную 92 кг. Это существенно увеличивает напряжения в конструкциях инженерных сооружения (мостах, путипровадах и тд.).Так в 1998 году в Северной Америке при возникновении аномального гололеда, названного позже Вели- ким, были перекрыты мосты Монреаля из-за опасности превышения допустимой нагрузки. Гололедица- слой бугристого льда (ледяная корка) или обледе- невшего снега, образующийся на поверхности земли вследствие замерзания талой воды, когда после оттепели происходит пониже- ние температуры воздуха и почвы (переход к отрицательным значе- ниям температуры). В отличие от гололёда, гололедица наблюдается только на зем- ной поверхности, чаще всего на дорогах, тротуарах и тропинках. Сохранение образовавшейся гололедицы может продолжаться мно- го дней подряд, пока она не будет покрыта сверху свежевыпавшим снежным покровом или не растает полностью в результате интен- сивного повышения температуры воздуха и почвы. Гололедица ,как и гололед на поверхности покрытия автомо- бильной дороги, представляет большую опасность для движения транспортных средств. Основные причины- снижение коэффициен- та сцепления колеса автомобиля с поверхностью дороги и увеличе- ние коэффициента сопротивления качению. Также к дорожным поверхностным явлениям можно отнести : 1)"Чёрный лёд" - вид скользкости, образованию которой пред- шествуют и сопутствуют следующие условия: - высокая относительная влажность воздуха; - температура покрытия ниже нуля и ниже точки росы; - ясная морозная погода (полное отсутствие облачности); - отсутствие ветра. В результате радиационного выхолаживания дорожного покры- тия до температур ниже 0°С и ниже температуры точки росы водя- ной пар из воздуха сублимируется, т.е. переходит из газообразного состояния в лед, минуя жидкую фазу воды, на поверхности дорож- ного покрытия и превращается в очень тонкий и прозрачный слой льда (практически не видимый из кабины транспортного средства). Образование этого вида скользкости возможно в ночное время при широком диапазоне изменения температуры воздуха и относи- тельной влажности воздуха близкой к 100%. В зимний период такое сочетание метеорологических условий наиболее вероятно в рай- онах, расположенных вблизи водоемов, в горной местности, а также на мостах и путепроводах, которые обладают меньшей тепловой инерционностью, чем дорожное покрытие и имеют более низкую температуру покрытия при радиационном выхолаживании в ночное время. 2)Снежный накат образуется при наличии снега (при снегопадах или метелях) и при уплотнении его на дорожном покрытии. Снеж- ный накат образуется при следующих метеорологических условиях: - выпадение снега при температуре воздуха от 0 до минус 6°С (в этом диапазоне температур снег имеет повышенную влажность и легко уплотняется); - выпадение снега при температуре воздуха от минус 6 до минус 10°С и относительной влажности воздуха выше 90%, когда снег имеет достаточную влажность для уплотнения; - выпадение снега при температуре воздуха от +2 до 0°С и высо- кой интенсивности снегопада (более 0,6 мм/ч в пересчете на воду), при которых снег не успевает растаять на дорожном покрытии и легко уплотняется транспортными средствами. Заключение Такие явления как гололед, гололедица, черный лед и снежный накат оказывают прямое влияние на состояние дорожного покрытия и безопасность движения автомобильного транспорта. В период вышеперечисленных процессов повышается аварийность движения, количество ДТП, снижается скорость движения транспортных средств и пропускная способность автомобильной дороги и инже- нерных сооружений(мостов, путипроводов).С ростом процента ав- томобильных перевозок снижение скорости движения и пропускной способности дороги сказывается на экономических показаниях страны в холодный период года. Поэтому сегодня так необходимо учитывать поверхностные дорожные явления при проектировании транспортных коммуникаций и совершенствовать методы борьбы и прогнозирования зимней скользкости. Список литературы 1)Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/И.И. Леоно- вич.-Мн.:БНТУ,2005.- 485с. 2)Интернет источник- http://files.stroyinf.ru/Data1/57/57598/#i52424 3) Интернет источник-  http://ru.wikipedia.org/wiki/%C3%EE%EB%EE%EB%B8%E4 4)Интернет источник-  http://ru.wikipedia.org/wiki/%C3%EE%EB%EE%EB%E5%E4%E8%F 6%E0 Закономерности накопления снега в дорожной полосе отвода и в притрассовой зоне Калоша Е.Л. Белорусский национальный технический университет   Введение В реферате рассмотрены закономерности накопления снега на дорогах, мероприятия, проводимые дорожно-эксплуатационными службами, для защиты дорог от снега, от снежных заносов, валов и др, снегозащитные устройства снегозадерживающего действия и целесообразность их использования, правила очистки снега и ис- пользуемые при этом дорожные машины, условия их рационально- го использования. Общие сведения о характере формирования снежного покрова Снежный покров характеризуется значительной пространствен- ной неоднородностью и изменчивостью. Неоднородность высоты, плотности и строения снежного покрова образуется с самого начала выпадения снега на поверхность склонов, увеличиваясь за счет про- цессов перекристаллизации, уплотнения и течения снега, и форми- рования новых слоев снежного покрова. При выпадений снега без ветра на склонах крутизной менее 50° формируется снежный покров примерно одинаковой высоты, одна- ко толщина покрова при этом на более крутых склонах будет мень- ше, чем на пологих. На более крутых склонах весь снег не удержи- вается и часть его скатывается вниз на более пологие участки, что увеличивает неоднородность - снежных отложений. Выпадение снега, сопровождающееся ветром, приводит к тому, что наветрен- ные склоны получают его больше подветренных при скорости ветра до 7-10м/с и наоборот при усиление ветра больше 10м/с. Существенные перераспределения снега в снежном покрове происходят при низовых метелях, которые часто бывают спустя не- которое время после прекращения снегопада. Ветер поднимает в воздух, ранее выпавший рыхлый снег и переносит его на другое ме- сто. Сильный ветер вырывает зерна снега даже с относительно плотного снежного покрова. Частицы снега перемещаются преиму- щественно перекатыванием и последовательными скачками. При ударах этих частиц о поверхность снежного покрова они выбивают из него новые частицы снега. В результате на поверхности снежно- го покрова образуется система "застругов". При метелевом переносе снега может создаваться очень большая неоднородность снежного покрова вследствие перераспределения ранее отложенного снега, выдувания его на положительных формах рельефа, создания больших надувов в понижениях и образованиях снежных карнизов. На неровной поверхности земли с мелкими формами рельефа метелевый перенос нивелирует неровности и де- лает их мало заметными на снежном покрове. Вблизи от препятст- вий снегоперенос вызывает образование сугробов сложной формы. Плотность снежного покрова после низовой метели существенно увеличивается и может достигать 400 кг/м3. Свежевыпавший снег под действием собственного веса уплотня- ется. По мере образования новых слоев снежного покрова нагрузка на предыдущие слои увеличивается, вызывая дополнительное уп- лотнение. Наряду с механическим уплотнением в снежном покрове проис- ходят интенсивные процессы изменения структуры зерен снега в результате термодинамической нестабильности поверхности кри- сталлов и массопереноса. В течение времени залегания снежного покрова различия в ха- рактеристиках соседних слоев могут нарастать или, наоборот, исче- зать в зависимости от конкретных термодинамических условий их существования. Таким образом, снежный покров не является стабильным. Все параметры, характеризующие мощность, строение, плотность, не- прерывно меняются. Мероприятия, проводимые во время зимнего содержания до- рог Вся система мероприятии но зимнему содержанию дорог должна быть построена таким образом, чтобы обеспечить наилучшие усло- вия для движения автомобилей, максимально облегчить и удеше- вить зимнее содержание. Чтобы обеспечить выполнение этих задач при зимнем содержании, проводят: -профилактические меры, цель которых не допустить или мак- симально ослабить образование снежных и ледяных отложений на дороге; к числу таких мер относится профилактическая обработка покрытии химическими противогололедными материалами; -защитные меры, с помощью которых преграждают доступ к до- роге снега и препятствуют образованию льда к ним относится при- менение защит от метелевого переноса (включая работы по снего- защитному озеленению), снежных лавин и наледей; -меры по удалению снежных и ледяных отложении на дороге и уменьшению их воздействия на автомобильное движение (обработ- ка снега и обледеневшей поверхности дороги материалами повы- шающими коэффициент сцепления шин с дорогой). Для каждой дороги должны быть установлены директивные сро- ки очистки снега и ликвидации гололеда, определяемые на основе технико-экономических расчетов с учетом народнохозяйственного и административного значения дороги интенсивности и состава движения, погодно-климатических характеристик района проложе- ния дороги и оснащенности дорожно-экслуатационной службы ма- шинами, оборудованием и материалами для зимнего содержания дорог. Эти сроки должны быть согласованы с местными органами. Для автомобильных магистралей, дорог общегосударственного значения, дорог с постоянным автобусным движением, с турист- ским движением или обслуживающих постоянно действующие ку- рорты, а также дорог специального назначения мероприятия по зимнему содержанию проводятся в первую очередь. В процессе эксплуатации дорожная служба обязана выявлять за- носимые места, устанавливать причины снежных заносов, разраба- тывать и осуществлять меры уменьшающие или полностью устра- няющие заносимость. Таблица 6.2. Категория зано- симости Краткая ха- рактеристика участка Очередность ограждения Сильнозаносимые Нераскрытые выемки, подвет- ренный откос которых не мо- жет вместить снег, приноси- мый метелями и выпадающий при снегопадах. Все выемки на кривых в Ограждаются первую очередь Среднезаносимые Раскрытые выемки. Полу- емки – полунасыпи. улевые места и невысокие на- сыпи нижеНп роходящие че- з населенные пункты в рай- онах с интен- ивными общи- метелями вы Н п ре с ми Ограждаются во вторую оче- редь после силь- нозаносимых участков Слабозаносимые Насини вы- отой от с до . Пересече- ния в одном уровне. Насыпи с барьерами зопасностибе в Ограждаются третью очередь Примечания. расчетная высота снежного покрова в месте, где проложена насыпь, м - высота незаносимой насыпи на дан- ном участке дороги, м. 2. Данные, включенные в табл. 6.2, относятся к заносимым уча- сткам дорог, проложенным по безлесным участкам местности. 3. Незаносимыми в безлесной местности являются насыпи высо- той и более, не имеющие барьерных ограждений. а также нерас- крытые выемки, подветренный откос которых может вместить все количество снега, отлагающееся при метелях и снегопадах. 4. Участки дорог, проложенные через сплошные лесные масси- вы, не заносятся при любом поперечном профиле. Если защита организуется впервые, то на дорогах, проходящих в открытой местности, участки, подлежащие ограждению, определя- ют с учетом признаков заносимости, указанных в табл. 6.2. При высоте насыпи, равной или большей руководящей от метки Нч для данной местности, определяемой в соответствии с дейст- вующим СНиП 2.05.02-85 „Автомобильные дороги", она не зано- сится. Насыпи, высота которых меньше руководящей отметки , мо- гут подвергаться снежным заносам при метелях, и их нужно под- нять до незаносимой отметки или оградить защитой. Выемка не заносится, если все количество снега, отлагающееся при метелях и снегопадах, размещается на подветренном откосе, не выходя на дорожное полотно. Условие незаносимости выемок с крутыми откосами (круче 1:3) выражается следующей зависимо- стью: (6.1.) где - снегоемкость откоса и надкюветной части выемки, м3/м: - объем снега попадающего на откос и кювет при снего- падах, м/м: - объем метелевого снега поступающего к выемке с поля, м3/м, выемки с пологими откосами (1:3 и положе; заносятся независимо от того, какую снегоемкость имеет их подветренный откос. Рис. 6.1. Схема выемки с дополнительной полкой. Для уменьшения снегозаносимости выемок и улучшения усло- вий движения следует применять следующие меры: в выемках глубиной от 1 до 5 м дополнительно устраивать полки с крутыми откосами (1:1,5+ 2), шириной не менее 4 м, служащие для проезда роторных снегоочистителей, удаляющих отлагающийся в выемках снег (рис. 6.1). При глубине более 5 м устройство допол- нительных полок не требуется. Откосы таких выемок следует де- лать возможно более крутыми исходя из условий их устойчивости; производить срезку внутреннего откоса для обеспечения види- мости на кривых в плане с учетом снежных отложений (рис. 6.2). Рис. 6.2. Схема для расчета величины срезки, обеспечивающей видимость в плане с учетом смежных отложений: 1 - проезжая часть; 2 -ожидаемые снежные отложения; 3 –срезка. Защита дорог от снежных заносов Защита дорог от снежных заносов осуществляется на заносимых участках дорог с целью предупреждения образования снегоотложе- ний на проезжей части автомобильных дорог, вызванных метелевым переносом снега. Защита от снежных заносов не предусматривается: при расчетном годовом снегоприносе менее 25 м3 на 1 м дороги, расположенной на орошаемых или осушенных землях, пашне, зе- мельных участках, занятых многолетними плодовыми насаждениями и виноградниками; при расчетном годовом снегопереносе менее 10 м3 на 1 м доро- ги, расположенной на остальных землях; при проложении дорог в насыпях с возвышением бровки земля- ного полотна над расчетным уровнем снежного покрова на величи- ну, регламентируемую СНиП 2.05.02-85 „Автомобильные дороги"; в выемках, если их снегоемкость больше объема снегоприноса к дороге. Защита дорог от снежных заносов осуществляется с помощью снегозащитных средств, размещенных на прилегающих к дороге землях. Снегозащитные средства могут размещаться постоянно или временно (на период зимней экс- плуатации). Для защиты дорог от снежных заносов могут применяться сред- ства снегозащиты: I - снегозадерживающего действия; II - снегопе- редувающего (спеговыдувающего) действия. К средствам снегозащиты снегозадерживающего действия отно- сятся: снегозащитные лесные полосы; снегозадерживающие заборы; аккумуляционные полки в выемках; переносные щиты; секи из по- лимерных материалов; снегозащитные устройства из снега, ограж- дения из местных материалов, условия применения которых указа- ны в табл. 6.3. Таблица 6.3. Снегозащитные устройства снегоза- держивающего дей- ствия Целесообраз ные условия рименения - п Краткая ха- рактеристика преимуществ и недостатков Снегозащитные лесные полосы Применяются для защиты лю- бых снегозаноси- мых участков с объемом снего- приноса более 25 м, где это позв ляет рельеф мест- сти и почвен климатические услови м о- но но- я Надежное и экономичнее средство снего- защиты С - в негозадерживаю щие заборы Применяются для защиты силь- нозаносимых мест Обеспечи- ают надежную защиту дороги. Дорогое сред- ство снегоза- щиты Дополнительные муляцио (акку нные в вы олу средство защи- полки) Применяются емках и п выемках Надежное ты Переносные щиты - ж н и э Могут приме- няться в различ- ных условиях, ис- ключая участки с очень интенсив- ными и продол ительными ме- телями Маневрен- ное средство снегозащиты. Требуется руч- ая работа пр изготовлении и ксплуатации Сетки из полимер- ных материалов к ты сильнозаносимых че Применяются, роме защи участков Долговечны. Меньшие тру- довые затраты, м при уст- ройстве щито- вой защиты Снегозащитные устройства из снега я, - Применяютс кроме сильнозано симых мест по Работы по устройству за- щит из снега всех , ко- г м ны - случаях да снежный по- кров позволяет их применять еханизирова- и отличают ся невысокой стоимостью Каменные стены ся в горных условиях при наличии ме- стного камня Долговечны. Раб Примеряют Требуется большой объем ручного труда. оты по экс- плуатации ми- нимальны Ограждения из ме- стных материалов п о- сти использовать ручной труд при изготовле- Применяются ри невозможн другие средства снегозащиты нии. Недолго- вечны Требуется Снегозащитные насаждения - наиболее надежные и экономич- ные средства снегозащиты. Они должны удовлетворять следующим осн ветствовать объему пр ответствовать ме итных свойств деревьев и кустарников, их ных полосах на автомобильных дорогах составляет от 4 до 9. В каждой полосе пер- овным требованиям: - их конструкции и размещение должны соот иносимого к дороге снега; - расстояние от посадок до дороги должно быть достаточным, чтобы снежный шлейф не мог выйти на дорогу; - породно-видовой состав насаждений должен со стным почвенно-климатическим условиям произрастания и под- бираться с учетом снегозащ декоративных свойств и хозяйственной ценности; - насаждения надо закладывать с минимальным отводом земель- ной площади и затратами. Насаждения для защиты автомобильных дорог от снежных зано- сов создают в виде живых изгородей или лесных полос. Живая из- городь - это густая посадка, формируемая из деревьев или кустар- ников одной породы. Она имеет небольшое число рядов, чаще всего один - два. Лесная полоса - посадка из нескольких рядов деревьев и кустарниковой опушки. Общее число рядов в лес вы тственно) двух- и трехполосные снегозащитные нас тительных условий, а также био- ло овиях - 2,5 м, в тяжелых условиях 3...4 м. Расстояние в ряду принимается между деревьями 1-2 м, между кустарниками - 0,5...1 м. ается до минимума объем снежных отложений на проезжей час адных отложений и снежных заносов неб й ряд со стороны поля создают из низких кустарников, второй - из высоких, остальные ряды - из древесных пород. При объемах снегоприноса до 350 и до 500 м3/м рекомендуется применять (соотве аждения с увеличенными межполосными разрывами и расстоя- ниями от дороги. Древесные и кустарниковые породы для снегозащитных насаж- дений выбирают с учетом лесорас гических, хозяйственных, специфических снегозадерживающих свойств деревьев и кустарников. Расстояние между рядами деревьев и кустарников в лесной по- лосе должно быть одинаковым: в благоприятных лесорастительных усл Очистка дорог от снега Задачи и виды очистки дорог от снега. Очистка от снега долж- на обеспечивать такое состояние дороги, при котором в максималь- ной степени удовлетворяются требования непрерывного, удобного и безопасного движения автомобилей с расчетной скоростью и сниж ти и обочинах. Время очистки регламентируется ГОСТ Р 50597- 93. Для решения перечисленных задач выполняют следующие ос- новные виды снегоочистительных работ: патрульную очистку, уда- ление валов, расчистку снегоп ольшой толщины, расчистку снежных заносов значительной толщины, лавинных завалов. Технология очистки дорог от снега. При патрульной очистке дорогу очищают путем систематических проездов (патрулирования) машин по обслуживаемому участку в течение всего времени, пока продолжается метель или снегопад. К патрульной очистке нужно приступить, как только начинается метель или снегопад. Очистку следует вести на возможно большей скорости, что способствует увеличению дальности отбрасывания снега. Учитывая это, исполь- зуют как плужные автомобильные снегоочистители на базе комби- нированных дорожных машин и другие машины. При небольшой толщине снежного слоя автомобильные снегоочистители не сдви- гают, а отбрасывают снег, распределяя его на полосе шириной 4...5 м. когда интенсив- но за пределы дорожного полотна, благодаря чему устраняются пр еличивает дальность отбрасывания снега и по- зво сывая снег в сторону. В табл. 11.4.1 приведены тех егоочи- Для удаления снега без образования валов необходимо вести очистку со скоростью не менее 30...35 км/ч. В зависимости от метелевых условий и ширины дорожного по- лотна можно применять различные схемы очистки. Можно вести ее как одиночными машинами, так и отрядом снегоочистителей. При- менение одиночных машин допустимо в случаях, сть метелей и снегопадов невелика (толщина снега, накапливаю- щегося на покрытии за час, не превышает 3...5 см). При интенсивных метелях и снегопадах, а также на дорогах с интенсивным движением, где опоздание с уборкой может привести к закатыванию снега, работу ведут отрядом снегоочистителей. Пре- имущество работы отрядом заключается в том, что снег сразу уда- ляется епятствия для снеговетрового потока и дорога хорошо продува- ется. Схемы снегоочистки выбирают, исходя из минимума перемеще- ния снега и направления ветра при метелях. При работе отрядом одноотвальных снегоочистителей часто снег перемещают от оси дороги к обочинам. Ближнюю к обочине машину снабжают боко- вым крылом, что ув ляет разравнивать небольшие валы, если они образуются у края полосы расчистки. Удаление снежных валов. Обычно их удаляют роторными сне- гоочистителями или валоразбрасывателями с выносным рабочим органом. Снежные валы часто расположены над кюветом или очень близко к нему, так как полосу расчистки всегда стремятся сделать как можно шире. В этом случае вал сначала сдвигают автогрейде- ром на проезжую часть, а затем шнекороторным снегоочистителем удаляют его, отбра нические характеристики некоторых моделей шнекороторных снегоочистителей. Расчистка снежных заносов. Для их расчистки применяют весь комплекс снегоочистительных машин. В начальной стадии образо- вания заносов, когда толщина отложений бывает небольшой (0,2...0,3 м), их расчищают плужными автомобильными сн сти - ными и плужными снегоочистител ми в зависимости от интенсив- нос Условия целесообразного применения снегоочистительных ма- шин Ма Псне оя т ем о- - е машин телями, которые должны работать в комплексе со шнекоротор- ным снегоочистителем, необходимым для удаления валов. Возможность расчистки дороги во время метели зависит от ряда причин: интенсивности переноса снега, которая иногда столь вели- ка, что полностью отсутствует видимость, числа снегоочистителей, состава снегоочистительного парка. Если видимость позволяет вы- полнять работы, а снегоочистителей, имеющихся в данном хозяйст- ве, достаточно для быстрого удаления снега с дороги, расчистку во время метели нужно производить обязательно. Очень важно, чтобы в отряде машин, используемых при расчистке, было достаточное число шнекороторных снегоочистителей для удаления валов, обра- зуемых плужными машинами. Соотношение между шнекоротор я ти метелей должно быть в пределах от 2:10 до 4:10. шины лотность га, г/см3 снег ва Высота сл а, разраба ого за од проход, м ы- ин Работы, на к торых целесооб разно применени Одноотвальные плужн ные 0,3 0,3 Патрульная очи- осов щи- о- а ые автомобиль- снегоочистители стка, расчистка снежных зан небольшой тол ны, уширение п лосы, расчистк Двухотвальные ав- томоб На коротк участ ,6; ильные ом ке до 0 плужные снегоочи- стители 0,4 на я очи- осов ны, ы длинном 0,5 до стка, расчистка снежных зан средней толщи уширение полос расчистки Патрульна Двухотвальные тракторные (колесные и гусе 0,6 истка снеж- ных заносов сред- и-ничные) снего- 1,0 Расч ней толщины, уш очи - - ва- ры- ка ншей стители рение полосы рас чистки, разравни вание снежных лов боковым к лом, проклад снежных тра Роторные снегоочи- стители 0,7 До 1,2-1 - о- й - валов. ,5 Расчистка снеж ных заносов или снегопадных отл жений большо толщины. Удале ние снежных Расчистка лавин- ных завалов Автогрейдеры 0,6 0,5 тка снеж- отложении ы. е или совме- и ми. - а Расчис ных средней толщин Разравнивани снежных валов их удаление стно с роторным снегоочистителя Удаление уплот ненного слоя снег Бульдозеры 0,7 1,0 снеж- ы ла- ее и - ого Расчистка ных отложений большой толщин (в том числе винных завалов); при толщине бол 1 м - послойным проходами. Удале ние уплотненн слоя снега Валоразбрасыватели 0,6 1,0 ж- х валов (в том Удаление сне ны числе располож ных над кювет ен- ами) Заключение В результате рассмотрени ло подтверждено, что дорожно-эксплуатационным службам необходимо знать о законо- ме - Список литературы 1. Леонович, И.И. Дор чебник/ И.И. Лео- нович.-Мн.: БНТУ, 2005.-485с ия и ремонт автомобильных дорог. Уч я реферата бы рностях накопления снега на дорогах, чтобы своевременно очи щать проезжую часть и притрассовую зону автомобильных дорог, что напрямую влияет на безопасность движения и, соответственно, жизни людей. ожная климатология: у 2. Интернет-источник: СПРАВОЧНИК ДОРОЖНОГО МАСТЕ- РА. Строительство, эксплуатац ебно-практическое пособие. Москва. Инфра-Инженерия, 2005 http://www.gostrf.com/Basesdoc/50/50831/index.htm#i2035056 3. Интернет-источник: Руководство по производству работ до- ро - рог жным мастером при содержании и ремонте автомобильных до . http://gendocs.ru/v406 4. Интернет-источник: Технические правила ремонта и содержа- ни г. я автомобильных доро http://www.pandia.ru/text/77/122/671-5.php Закономерности таяния снега в пределах дорожной полосы Коваль С.А. Белорусский национальный технический университет Введение Снег — форма атмосферных осадков, состоящая из мелких кри- сталлов льда. Относится к обложным осадкам, выпадающим на земную поверхность. В данном реферате мы рассмотрим образова- ние снежных осадков, а главное - закономерности таяния снега, в том числе в пределах дорожной полосы. Образование снежных осадков Нагреваемые у земной поверхности воздушные массы насыща- ются водяными парами и поднимаются вверх, постепенно при этом охлаждаясь. При определенной температуре влажность воздуха достигает величины предельной насыщенности, и дальнейшее по- нижение температуры приводит к тому, что воздух становится пе- ресыщенным. Излишки водяных паров конденсируются в виде мельчайших капель, которые в зависимости от конкретных термо- динамических условий могут исчезать, расти или замерзать и пре- вращаться в кристаллики льда.[1] Зародыши кристаллов льда растут вследствие конденсации на их поверхности паров воды из окружающего воздуха и замерзания этой влаги. Скорость роста кристаллов тем большая, чем ниже тем- пература облака, в котором зарождаются эти кристаллы. Утяжелен- ные кристаллы льда начинают падать и при этом обрастают допол- нительным слоем льда, образующимся из капель воды, которые они встречают на своем пути. Кристаллы образующегося в атмосфере льда весьма разнообраз- ны по своей форме: иглы, призмы, пирамиды, столбики, пластинки, звездочки и ком- бинированные фигуры. Опускаясь вниз, они претерпевают большие изменения, могут расплавляться и превращаться в капельки тумана или увеличиваться и превращаться в снежинки, ледяную крупу или град, выпадающие на поверхность земли в виде твердых осадков. Форма и размеры достигающих земной поверхности частиц твердых осадков зависят от термодинамических условий зарожде- ния и роста кристаллов льда в атмосфере и температуры приземных слоев воздуха. В количественном отношении среди выпадающего снега преоб- ладают пластинчатые и звездчатые снежинки. Размер снежинок тем больше, чем выше температура приземного слоя воздуха. В безвет- ренную погоду при температуре около 0° снежинки во время паде- ния могут соединяться и выпадать в виде крупных хлопьев. При сильном ветре, сталкиваясь в воздухе, они крошатся и выпадают в виде обломков. Термический режим и таяние снежного покрова Как тает снег? Для выяснения этого, казалось бы, простого во- проса от ученых потребовалось немало усилий. Очень уж разнооб- разны физические свойства самого снежного покрова, а главное, условия его таяния. Сначала начинает таять снег на склонах южной экспозиции, затем на ровной местности, далее на северных склонах, в балках, оврагах, наконец, в лесах. В лесах средней густоты снег исчезает позже, чем в полях: на 6--8 дней в южных районах и на 15- -20 дней - в северных. Процесс снеготаяния начинается задолго до наступления поло- жительной температуры воздуха. Проникающая в толщу снега сол- нечная радиация способствует обтаиванию частиц снега в поверх- ностном слое. Вследствие неоднократного замерзания ночью и тая- ния днем снег превращается в массу бесформенных ледяных зерен, сначала мелких, а затем и более крупных. В дальнейшем кристаллы снега приобретают округлую форму.[2] На первых порах снег лишь насыщается талой водой. Водоотда- ча из него начинается только после того, как растает 15--20 % сне- гозапасов. В последующем, когда плотность снега достигнет 0,32-- 0,34 г/см3, разница между интенсивностью снеготаяния и водоотда- чи становится небольшой. Обычно основная масса снега стаивает при средней суточной температуре воздуха 3--5° С, но бывает, что и при температуре 12--15° С, когда дневная температура достигает 20--25° С, как, например, было в 1979 г. в бассейне р. Вятки. Интенсивность снеготаяния и водоотдачи в отдельной точке можно рассчитать довольно точно методом теплового баланса. Коэффициент стаивания - величина более или менее правильная лишь в целом для всего периода снеготаяния. Для каждого же кон- кретного дня его значение зависит от типа погоды (солнечная или пасмурная, ветреная или безветренная), от структуры снега (мелко- или крупнозернистый) и пр. Особенно сильное влияние оказывают на него дожди. Благодаря механическому воздействию капли дождя разрушают снежные капилляры и внутриснежные перегородки. Со- держащаяся в снеге капиллярная и пленочная вода переходит в гра- витационную и быстро стекает вниз. В дождливые дни интенсив- ность снеготаяния возрастает в 1,2--1,4 раза. Определенную роль играет и ветер, который не дает застаиваться холодному воздуху в низинах, а главное, в лесах. Снеготаяние в зависимости от характера весны может быть ра- диационным и адвентивным. Радиационное снеготаяние происхо- дит днем при ясной погоде за счет поглощения солнечной радиа- ции. Оно начинается несколько позже восхода солнца и заканчива- ется несколько раньше его захода. Максимум снеготаяния наблюдается обычно с 12 до 16 ч. В средней полосе снеготаяние обычно наблюдается в течение одной-трех недель, в случае похоло- дания оно растягивается до полутора месяцев. Адвентивное снеготаяние происходит при пасмурной погоде за счет притока теплых воздушных масс. Этот процесс часто усилива- ется выпадением жидких осадков и может продолжаться круглые сутки. Роль адвентивного снеготаяния понижается с продвижением с запада на восток по мере увеличения континентальности климата. Таяние снега происходит в две стадии: днем талая вода скапливает- ся в крупных порах и движется вниз, оплавляя кристаллы снега; но- чью же замерзает. Это явление повторяется много раз и приводит к перекристаллизации снега. Кристаллы становятся крупнее, приобретают зернистую форму; расстояние между ними увеличивается. С каждым днем в снеге на- капливается все больше воды, а каналы внутри снежной толщи ста- новятся все шире. Этот период снеготаяния называется фазой акку- муляции. Она занимает примерно одну треть всего периода снего- таяния. При дальнейшем таянии снега вода уже не в состоянии удерживаться в его толще и начинает стекать. Так начинается вто- рая фаза- фаза отекания. В толще снега устанавливается нулевая температура. Плотность снега повышается от 0,1-0,2 г/см3 (до сне- готаяния) до 0,3-0,4 г/см3. В начале снеготаяния шероховатость каналов в толще снега, по которым течет талая вода, очень велика, поэтому скорость отекания мала, а режим течения бывает, ламинарным и переходным от лами- нарного к турбулентному. В дальнейшем, по мере увеличения ин- тенсивности снеготаяния, движение все более турбулизируется.[3] Термический режим снежного покрова определяется преимуще- ственно теплообменом на поверхности и в меньшей степени между почвой и снегом. В осенне-зимний период из почвы в снежный покров поступает тепло в виде кондуктивного потока за счет охлаждения и промерза- ния почвы и геотермического потока, возможна также миграция водяного пара из почвы в снежный покров. В период таяния, когда температура снежной толщи приближается к 0 ° возможно измене- ние направления потока - тепло будет поступать из снега в почву и расходоваться на повышение температуры верхнего слоя мерзлой почвы под снегом. Величина потока тепла на поверхности снежного покрова опре- деляется элементами радиационного баланса, турбулентным тепло- обменом, испарением или конденсацией, выпадением жидких осад- ков. Интенсивность потока непостоянная и может изменяться в ши- роких пределах даже в течение одних суток, возможно также изменение направления потока. Большое количество энергии поступает к поверхности снежного покрова в виде прямой и рассеянной солнечной радиации, однако лишь небольшая ее часть поглощается снегом, а остальная отража- ется от поверхности снега. Альбедо снежного покрова (отношение количества отраженной радиации к количеству падающей на по- верхность снега радиации) изменяется в зависимости от структуры, влажности и загрязненности снега. Для свежевыпавшего снега аль- бедо составляет от 0,95 до 0,80. Это значит, что снежный покров может получать лишь от 5 до 20% поступающей радиации. Альбедо поверхности сухого переметенного снега колеблется от 0,80 до 0,65. Альбедо снижается по мере увлажнения снега, особенно в период его таяния. Альбедо средне- и крупнозернистого тающего снега по- рядка 0,60- 0,40, а у загрязненного снега с водой может уменьшать- ся до 0,20. Количество поступающей прямой солнечной радиации зависит от ориентации и крутизны склонов, соответственно наблюдаются большие различия термического режима снежного покрова на раз- ных склонах. Снег плохо пропускает радиацию, поэтому проникающая в снег часть солнечной энергии поглощается верхним слоем снежного по- крова толщиной в несколько десятков сантиметров. Верхний (10 см) слой поглощает до 90% радиации. Под действием проникающей радиации может возникать парниковый эффект снеготаяния при отрицательной температуре воздуха, когда на поверхности снежно- го покрова образуется тонкая ледяная корка, а под ней происходит частичное оплавление кристаллов. Много тепла снежный покров теряет в виде длинноволновой ра- диации. Определенную роль играют также элементы радиационного баланса, учитывающие обратную радиацию от облаков и атмосфе- ры. Сочетание прихода тепла за счет проникающей радиации и по- тери путем длинноволновой радиации приводит к тому, что в ноч- ное время радиационный баланс чаще всего имеет отрицательное значение и соответственно поток тепла направлен из снежного по- крова в атмосферу, а в дневные часы наоборот. Турбулентный теплообмен обусловливается разностью темпера- туры воздуха и поверхности снега. Когда температура воздуха вы- ше температуры поверхности снега, тепло от воздуха передается в снег. Если же воздух холоднее снега, то тепло поступает из снега в воздух. Интенсивность турбулентного теплообмена увеличивается по мере увеличения разности температуры поверхности снега и воздушных масс и роста скорости движения воздуха над снежным покровом. Турбулентный теплообмен может сопровождаться выносом вод- ных паров из толщи снега, возгонкой снега и испарением водных пленок. При определенных условиях происходит сублимация со- держащихся в воздухе водяных паров на поверхности снега в виде инея. Наиболее благоприятные условия для его образования появля- ются в ясные холодные ночи без сильного ветра при поступлении масс влажного воздуха. Суточные изменения температуры поверхностного слоя распро- страняются в снежный покров до 50 см, причем амплитуда колеба- ний температуры быстро уменьшается с глубиной, а температурный градиент в этой зоне может изменять направление. На склонах и откосах земляного полотна наблюдается сильно выраженная пространственная неоднородность температурного ре- жима снежной толщи. Даже при одинаковых температурных усло- виях на поверхности снежного покрова и одинаковой его высоте градиент температуры будет больше на крутых склонах, где меньше толщина покрова. Различия температурного градиента в свою оче- редь обусловливают различия в интенсивности процессов темпера- туроградиентного метаморфизма. Таяние снежного покрова начинается в приповерхностном слое за счет проникающей радиации или на поверхности за счет турбу- лентного теплообмена при температуре воздуха выше 0°, образо- вавшаяся при этом свободная вода просачивается вниз. Если сред- ние слои снежного покрова имеют отрицательную температуру, то просачивающаяся вода замерзает в виде линз льда. По мере усиления таяния снега зона фильтрации воды увеличи- вается, температура снега в ней повышается до 0° и в снеге образу- ются постепенно расширяющиеся микроканалы для стока воды. При наличии в снежном покрове ледяной корки вода, достигнув этой корки, может стекать далее по ней или фильтровать по нижне- му слою толщи снега и образовывать подснежные каналы стока. Фильтрация воды снижает прочность снега и является одной из причин образования лавин из мокрого снега и водоснежных пото- ков. Одним из следствий снеготаяния является гололедица — слой бугристого льда (ледяная корка) или обледеневшего снега, обра- зующийся на поверхности земли вследствие замерзания талой воды, когда после оттепели происходит понижение температуры воздуха и почвы (переход к отрицательным значениям температуры). В отличие от гололёда, гололедица наблюдается только на зем- ной поверхности, чаще всего на дорогах, тротуарах и тропинках. Сохранение образовавшейся гололедицы может продолжаться мно- го дней подряд, пока она не будет покрыта сверху свежевыпавшим снежным покровом или не растает полностью в результате интен- сивного повышения температуры воздуха и почвы. Снеготаяние на городских улицах и дорогах В последние годы особую актуальность приобрела про- блема уборки и удаления снега с городских улиц и проездов. Из-за значительной загрязненности снега, выпадающего на городских территориях, сброс его в городские водоемы запрещен по экологи- ческим требованиям. Вывоз снега за пределы города на специально подготовленные полигоны экологически неприемлем. Фоновым загрязнением снега являются пылевые загрязнения, неравномерно осаждающиеся в зависимости от уровня загрязненно- сти атмосферы и направления господствующих ветров. Осевшие частицы пыли во время оттепелей и весеннего снеготаяния смыва- ются в водные объекты. Величина пылевого загрязнения является умеренной и не слишком загрязняет почву и воды. Локальные загрязнения снега связаны с накоплением загряз- няющих веществ при несвоевременной уборке мусора в местах его интенсивного образования (рынки и т.д.). Весной эти скопления медленно тают, интенсивно загрязняя почву и воду на локально ог- раниченных участках. Наиболее значительными и опасными являются загрязнения сне- га на дорогах, где, как показывают измерения, снег загрязняется противогололедными реагентами и особенно сильно, имеющими высокую токсичность, нефтепродуктами. Именно эти загрязнения оказывают дестабилизирующее влияние не водные экосистемы, де- лая их опасными для человека Сильное влияние загрязнений, убираемого с дорог снега на эко- логическую обстановку, связано с огромными площадями дорог в территориальном балансе города Загрязнение снега нефтепродук- тами вызывается интенсивным движением транспорта и морозным выветриванием асфальтовых покрытий при воздействии противого- лоледных смесей и отсутствии постоянного снежного покрова (большое количество ежегодных циклов замораживания и оттаива- ния, намного превышающее морозостойкость покрытия). Продукты выветривания асфальта осаждаются на дне водотоков и водоемов, вызывая отравление токсикантами всей трофической цепи экосистемы. Снижение загрязнения поверхностных вод нефтепродуктами до уровня требований санитарных норм по воде предусматривает уменьшение уровня концентрации нефтепродуктов в стекающей с территории города воде примерно втрое (до 0,3 мг/л). В этой связи экономически наиболее приемлемым вариантом решения этой проблемы является использование транспортирую- щей способности самотечных канализационных коллекторов, кото- рое возможно по следующим направлениям: зимнее депонирование снега на «сухих» снегосвалках; сброс снега в снегосплавные камеры с последующим отводом талой воды в канализационную сеть. Размещение «сухих» снегосплавок возможно на свободных или резервных городских территориях. «Сухая» снегосвалка располага- ется на железобетонном водонепроницаемом основании. При весеннем таянии накопленного за зимний период снега, та- лая вода по сборному каналу отводится на очистные сооружения, возможная схема которых также приведена на этом рисунке. После локальной очистки талые воды сбрасываются в городскую канали- зацию и поступают на городские очистные сооружения. С экологической точки зрения данная схема удаления снега наи- более предпочтительна (вариант полураздельной системы водоот- ведения), однако ее реализация обусловлена наличием достаточного количества свободных городских территорий для размещения «су- хих» снегосвалок.[4] Для размещения снегосплавных камер на канализационных се- тях требуется значительно меньшая свободная городская террито- рия; Конструкция снегосплавной камеры предусматривает растапли- вание сточной водой сбрасываемого снега в течение всего зимнего периода уборки и вывоза снега. Выделяющиеся из снега мусор и песок предусматривается улавливать в специальных отделениях. Отвод талой воды осуществляется через городскую канализацион- ную сеть на очистные сооружения. Наиболее приемлемым решением проблемы удаления снега, вы- возимого с убираемых городских территорий, является сочетание «сухих» снегосвалок и снегосплавных камер. Заключение В данном реферате мы подробно рассмотрели такой вид твердых осадков как снег, рассмотрели закономерности его таяния, а также мероприятия по борьбе с талыми водами. И Для начала мы освети- ли тему формирования снежного покрова и его метаморфизм, так как от этих показателей зависит то, как в будущем будет таять снег. Затем мы рассмотрели в мельчайших подробностях непосредствен- но процесс таяния снежного покрова, выяснили, что оно осуществ- ляется не только за счет положительной температуры. Заключи- тельная часть реферата посвящена вопросу зимнего содержания до- рог, так как снег и его таяние напрямую касаются этого вопроса в сфере эксплуатации дорого, а также рассмотрели процесс снеготая- ния на городских улицах и дорогах. Список литературы 1. Красс М.С., Мерзликин В.Г. Радиационная теплофизика снега и льда Л.: Гидрометеоиздат, 1990 2. Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/И.И. Леоно- вич.-Мн.:БНТУ,2005.- 485с. 3. Интернет источник- http://files.stroyinf.ru/Data1/57/57598/#i52424 4.Интернет источник-  http://ru.wikipedia.org/wiki/%C3%EE%EB%EE%EB%B8%E4 Закономерности промерзания грунтов, дорожных одежд и земляного полотна Козлова К.С. Белорусский национальный технический университет Введение Важнейшим источником увлажнения и климатическими факто- рами, влияющими на водно-тепловой режим, являются атмосфер- ные участки, испарение, амплитуда и быстрота колебаний темпера- туры воздуха и почвы, продолжительность морозного периода, на- правление и скорость ветра, мощность снежного покрова, глубина промерзания грунта, миграция воды застаивающаяся в боковых ка- навах, затрудненный поверхностный сток и вода, поступающая от грунтовых вод Глубина промерзания грунта земляного полотна Промерзание грунтов – это переход грунта из одного состояния в другое с резким изменением его физико-механических свойств. Это сложный процесс, протекающий по-разному для различных видов грунтов. Все грунты по особенностям их промерзания в природных условиях подразделяются на три основные группы: I – суглинки и глины; II – супеси, мелкие и пылеватые пески; III – средние пески, крупнозернистые и крупнообломочные грун- ты. Глубина и характер промерзания грунтов зависят от температу- ры воздуха, высоты снежного покрова, растительности, типа грунта, степени увлажнения его и ряда других метеорологических факто- ров. По данным наблюдений , глубина проникновения нулевой изо- термы при одинаковой сумме отрицательных среднесуточных тем- ператур воздуха (635 градусо-дней) для различных типов грунтов разная: для суглинков – 135 см; мелких и пылеватых песков – 139 см; крупнообломочных грунтов – 177 см. Неодинаковы также глу- бина проникновения отрицательной температуры в грунт и темпе- ратура замерзания грунтов. Крупнообломочные грунты замерзают при температуре, близкой к 0 оС, с образованием заметной границы между талым и мерзлым грунтами. При промерзании мелкодис- персных грунтов образуется зона промерзания (слой, в котором происходят фазовые превращения воды), разделяющая полностью промерзший и талый грунты. Температура замерзания мелкодисперсных грунтов более низкая, чем у крупнообломочных грунтов. Это связано с тем, что мелкозер- нистые грунты имеют мелкие поры и повышенное количество связ- ной воды, которая замерзает при значительно низшей температуре, чем свободная вода. Грунтовая вода обычно является связной, плотность ее более единицы, содержит, как правило, растворимые соли, взвешенные частицы, испытывает большое давление со стороны защемленного воздуха, имеет меньшую степень подвижности, чем вода, находя- щаяся в свободном состоянии. Совокупность указанных свойств как раз и понижает температуру замерзания грунтовой влаги, а вместе с ней и самого грунта. Установлено, что все грунты замерзают при температуре ниже 0 оС. Существенное влияние на это оказывают вид грунта, его влажность и продолжительность действия отрица- тельной температуры. Например, глинистый грунт с влажностью 30 % замерзает при температуре от минус 1,0 оС до минус 2,0 оС, а песок с 10 %-ной влажностью – при температуре минус 0,5 оС. Это говорит о том, что глубина промерзания грунтов зависит не только от вида грунта, но и от его влажности. Чем выше температуропроводность грунта, тем больше глубина его промерзания. Влажность грунта в начальный момент способствует промерзанию, так как увеличивает теплопро- водность, а в дальнейшем процесс замедляется. Это связано с тем, что при замерзании воды выделяется теплота льдообразования, по- этому скорость и глубина промерзания более влажного грунта бу- дут меньше, чем грунта с меньшей влажностью. Для условий Беларуси средняя скорость промерзания грунтов составляет 1,3–2,1 см/сут, а оттаивания – 2,3–4,0 см/сут и зависит от типа грунта и степени его уплотнения. Так, песчаные грунты обла- дают малой поверхностной энергией. Они промерзают без образо- вания ледяных линз. Пылеватые грунты обладают значительной поверхностной энергией и небольшим сопротивлением подъему воды, поэтому в них происходит интенсивное накопление влаги с образованием ледяных линз при промерзании. Глинистые грунты обладают огромной поверхностной энергией и большим сопротив- лением перемещению воды в порах, поэтому скорость перемещения в них небольшая. При отрицательных температурах они не успева- ют промерзнуть быстрее, чем вода поднимается в активную зону. На глубину промерзания влияет многообразие факторов, кото- рые целесообразно разделить на две группы. К первой группе относятся факторы зонального характера (рель- еф местности, тип грунта и др.), величина которых почти не изме- няется во времени. Во вторую группу входят факторы, существенно изменяющиеся во времени. К ним относятся: сумма отрицательной температуры воздуха, продолжительность и интенсивность действия отрицатель- ной температуры, высота снежного покрова, залегание уровня грун- товых вод, влажность грунта и др. Указанные факторы не только трудно определяемые, но некоторые из них не поддаются учету, поэтому и результаты, полученные предлагаемыми способами, раз- личные (таблица 1). Из таблицы 1 видно, что глубина промерзания, определенная по формулам для одной и той же местности (г. Минск), для одного и того же типа грунта, неодинакова, а колеблется в широких преде- лах. Разность между максимальной и минимальной глубинами про- мерзания составляет более 50 %. Это можно объяснить тем, что формулы учитывают действие не всех, а только некоторых факто- ров. Учесть существенное влияние большого числа факторов на глубину промерзания, по мнению авторов, можно, используя мето- ды математической статистики для обработки данных натурных наблюдений. Обоснование и выбор метода определения глубины промерзания грунтов Из анализа работ по определению глубины промерзания грунтов следует, что она в основном зависит от климатических, гидрологи- ческих, грунтовых и других природных условий, которые варьиру- ются в широких пределах, поэтому и глубина промерзания не оста- ется постоянной, а изменяется из года в год. В связи с этим, авторы считают, что глубину промерзания грунтов можно рассматривать как случайную величину, и для ее определения применять вероят- ностные методы. Применение теории вероятностей к определению глубины про- мерзания грунтов основано на известной центральной предельной теореме теории вероятностей. Исследованиями авторов статьи ус- тановлено, что глубина промерзания грунтов подчиняется нормаль- ному закону распределения, который вполне может быть применен для ее определения. С помощью кривых распределения (обеспечен- ности) можно определить глубину промерзания грунтов любой за- данной обеспеченности в пределах данного периода наблюдений. В практике ряды наблюдений (на метеорологических станциях) за глубиной промерзания грунтов бывают короткими и не дают возможности построить надежную кривую распределения (для Бе- ларуси ряды наблюдений составляют 20–30 лет). В связи с этим, разными авторами разработаны теоретические кривые распределе- ния, с помощью которых можно определить величину редкой по- вторяемости, выходящую за пределы ряда наблюдений. К ним от- носят: биноминальную кривую распределения С. И. Рыбкина, трех- параметрическое Г-распределение С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля и двойноеСравнительные данные фактических глубин промерзания грунтов и теоретических, определенных по указанным кривым рас- пределения, приведены в таблице 1. Таблица 1. Сравнение фактической максимальной глубины промер- зания с глубиной промерзания, определенной по трем типам рас- пределения Глубина промерзания грунтов, см, при ти- пах распределения Процент обеспе- ченности - я а р- , с альное = 2Cv) - Факти ческа глубин проме зания м Биноми- н С. И. Рыбк ина (Cs Трехпарамет- рическое Г- распределение С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля Двойное экспоненци альное Э. Гумбеля 1 – 52 1 149 179 3 – 32 1 132 150 5 139 23 1 122 136 10 118 10 1 109 118 20 91 94 95 98 50 65 69 70 68 99 – 24 23 19 Таким образом, данные таблицы 1 подтверждают, что для опреде- ления глубины промерзания грунтов могут быть использованы ука- занные типы распределений и применены методы математической статистики. Определение глубины промерзания грунтов статистическим методом Методика определения глубины промерзания грунтов статисти- ческим методом заключается в обработке статистических данных по глубине промерзания грунтов, которые систематически ведутся на метеостанциях. Полученные наблюдения за глубиной промерза- ния на метеостанциях в обобщенном виде учитывают все факторы, влияющее на промерзание грунтов. В зависимости от наличия фак- тических данных о глубине промерзания может быть два случая, а, следовательно, и два разных подхода к определению глубины про- мерзания грунтов заданной обеспеченности. Первый случай – данные наблюдений за глубиной промерзания грунта имеются, то есть в данном конкретном районе проводились наблюдения за глубиной промерзания не менее чем 10 лет. Второй случай – данные наблюдений за глубиной промерзания в данном районе отсутствуют (наиболее распространенный случай в дорожном строительстве). Определение расчетной глубины промерзания грунтов при нали- чии данных многолетних наблюдений Порядок расчета глубины промерзания грунтов при наличии многолетних данных будет следующим. 1. При наличии данных наблюдений за глубиной промерзания грунтов, проводимых на метеостанциях, составляется статистиче- ский ряд максимальных глубин промерзания грунтов за каждый год в убывающем порядке. 2. Вычисляется средняя арифметическая величина ряда, то есть средняя глубина промерзания, по формуле (1) где SZi – суммарная глубина промерзания грунта за n лет; n – число лет наблюдений. 3. Определяют модульные коэффициенты для каждого года на- блюдения: (2) где Zi – глубина промерзания грунта i-го года. 4. Определяют коэффициент вариации Cv по формуле (3) 5. Вычисляют коэффициент асимметрии Cs (если число лет на- блюдений более 50) по формуле (4) Если число лет наблюдений менее 50, тогда: (5) 6. По вычисленным коэффициентам вариации Cv и асимметрии Cs и при заданном проценте обеспеченности по таблицам С. И. Рыбкина (биноминальная кривая распределения) при Cs = 2Cv или С. Н. Крицкого и М. Ф. Менкеля (трехпараметрическое Г- распределение) при Cs =2Cv определяется модульный коэффициент ks. Для двойного экспоненциального распределения модульный ко- эффициент ks определяется по формуле (5) где y – действительное отклонение, то есть обратная функция y = ln(-lnF), значение это приведено в таблице IX Н. В. Смирнова и Ду- нина-Барковского; `yn, sn – среднее и стандартное отклонения; находятся в зависи- мости от числа лет наблюдений. Модульный коэффициент ks может быть определен по номо- грамме рис. 1   Рис. 1. Номограмма для определения модульного коэффициента ks 7. Максимальная глубина промерзания грунта под снежным покро- вом заданной обеспеченности определяется по формуле (6) 8. Максимальная глубина промерзания грунта земляного полотна заданной обеспеченности определяется из выражения (7) где kп– коэффициент перехода от глубины промерзания грунта под снегом к глубине промерзания его без снега. Заданную обеспеченность для дорог общего пользования реко- мендуется принимать для дорог категорий: I – 1 %; II – 2 %; III – 5 %; IV – 10 %; V – 20 %. Коэффициент перехода kп – принимать соответственно для кате- горий: I – kп = 2,00; II – kп = 1,90; III – kп = 1,80; IV – kп = 1,75; V – kп = 1,70. Определение глубины промерзания грунтов по второму способу В основу этого метода положены карты изолиний средней мак- симальной глубины промерзания грунтов и коэффициента вариации (рис. 2 и 3), которые составлены для Республики Беларусь и Евро- пейской части СНГ. Порядок расчета следующий. 1. По карте изолиний (см. рис. 2) находят средняя максимальная глубина промерзания грунта под снегом Zср, а по карте изолиний (см. рис. 3) – коэффициент вариации Cv. 2. По формуле (4) определяют коэффициент асимметрии Cs. Рис. 2. Карта изолиний средней многолетней глубины промерзания грунта   Рис. 3. Карта изолиний коэффициента вариации 3. По найденным значениям Cv, Cs и заданному проценту обеспе- ченности подбирается соответствующий модульный коэффициент ks по таблицам С. И. Рыбкина. 4. По формуле (7) определяется глубина промерзания грунта земля- ного полотна Zзп заданной обеспеченности. Районирование территории Республики Беларусь по глубине промерзания грунтов Как следует из изложенного выше, глубина промерзания грунтов является одним из основных факторов водно-теплового режима. Разработанный метод определения глубины промерзания грунтов с использованием карт изолиний, то есть второй способ, позволил произвести районирование территории Республики Беларусь по глубине промерзания. В основу районирования территории республики положены грунтовые карты, разработанные академиком АН БССР П. П. Роговым, карты изолиний глубины промерзания грунтов, раз- работанные авторами статьи, данные о сумме отрицательных тем- ператур воздуха (сумма морозо-дней) и некоторые другие. Территорию Республики Беларусь разделили на три зоны по глу- бине промерзания грунтов (рис. 4): I-я – Юго-Западная. Граница ее с Запада – государственная гра- ница Республики Беларусь, с Востока – граница зоны проходит по городам: Вороново – Ивье – Новогрудок – Ганцевичи – Житковичи – Лельчицы; II-я – находится между границами I-й и III-й зон; III-я – Северо-Восточная. Граница ее с Востока – государствен- ная граница Республики Беларусь, с Запада граница проходит по городам: Шаркавщина – Глубокое – Докшицы – Борисов – Березино – Кличев – Бобруйск – Жлобин – Будо-Кошелево – Ветка.   Рис. 4. Районирование Республики Беларусь по глубине промерзания грунтов I-я зона характеризуется средней многолетней глубиной промер- зания грунтов в пределах 45–50 см и суммой градусо-дней мороза 500–800; II-я зона – средняя многолетняя глубина промерзания грунтов – 50–60 см и 800–1000 градусо-дней мороза; III-я зона, со- ответственно, 60–75 см и 1000–1300 градусо-дней мороза. Указан- ные границы зон (см. рис. 4) приблизительно совпадают с климати- ческими картами: температурой воздуха в самые холодные периоды года, с высотой снежного покрова и количеством дней его стояния, с почвенно-грунтовой картой и др. Измерение глубины промерзания почвы на метеостанциях В РБ на метеостанциях глубину промерзания измеряют с помо- щью мерзлотомера АМ-21. Его действие основано на свойстве дис- тиллированной воды замерзать и оттаивать при температуре 0оС и ниже. Определение глубины промерзания почвы производят про- щупыванием замерзшего столбика воды в резиновой трубке, погру- женной в специальной защитной трубе в почву: нижняя граница замерзшего столбика принимается за глубину промерзания почвы, верхняя – за глубину оттаивания. Мерзломер состоит из следующих основных частей: резиновой трубки 1 с ниппелями на концах; шнура 2 или деревянной штанги ( с гильзой 3 и колпачком 4 для извлечения резиновой трубки из за- щитной трубы); защитной винипластовой трубы 5 ( с заглушкой), в которую помещается резиновая трубка со штангой (или шнуром) Мерзломеры устанавливают в двух частях наблюдательного уча- стка на расстоянии не менее 5 м. Для установки защитной трубы в почве с помощью бура делают вертикальную скважину. В нее опускают защитную трубу так, что- бы нулевое деление или риска на ее наружной поверхности совпа- дали с поверхностью почвы. Зазоры между трубой и стенками скважины плотно засыпают землей. В защитную трубу опускают резиновую трубку, прикрепленную к вытяжной штанге или шнуру. Резиновая трубка предварительно должна быть заполнена дистил- лированной водой или профильтрованной дождевой водой. Ставим трубку в защитную трубу Весной после полного оттаивания почвы мерзломер убирают с поля. Если до снятия мерзломера на наблюдательном участке про- изводят работы. то следует обеспечить сохранность прибора. Рис.5. Образец графического оформления результатов наблюдений за ходом промерзания грунта 1 - граница слоя грунта в твердомерзлом состоянии Список литературы 1. Леонович, И. И. Механика земляного полотна / И. И. Леонович, Н. П. Вырко. – Минск: Наука и техника, 1975. – 232 с. 2. Вырко, Н. П. Строительство и эксплуатация лесовозных до- рог: учебник для студ. вузов специальности «Лесоинженерное де- ло» / Н. П. Вырко. – Минск: БГТУ, 2005. – 446 с. 3. Гумбель, Э. Статистика экстремальных значений / Э. Гумбель. – М.: Мир, 1965. – 308 с. 4. Митропольский, А. К. Техника статистических вычислений / А. К. Митропольский. – М.: Физматгиз, 1961. – 64 с. 5. Пузаков, Н. А. Водно-тепловой режим земляного полотна автомобильных дорог / Н. А. Пузаков. – М.: Автотрансиздат, 1960. – 128 c. 6. Леонович, И. И. Статистический метод определения глуби- ны промерзания грунтов / И. И. Леонович, Н. П. Вырко // Отопле- ние, вентиляция и строительная теплофизика: сб. – Минск: Вышэй- шая школа, 1971. – Вып. 1. – С. 157–160. 7. Смирнов, Н. В. Курс теории вероятностей и математической статистики / Н. В. Смирнов, Н. В. Дунин-Барковский. – М.: Наука, 1965. – 230 с. Освещенность проезжей части и способы ее искусственного регулирования Конопелько П.М. Белорусский национальный технический университет Введение В темное время суток происходит до 50% всех дорожно- транспортных происшествий, хотя интенсивность движения в эти часы не превышает 10—15% от среднесуточной. Средние скорости движения автомобилей в ночное время снижаются на 5—7 км/ч. К мероприятиям, повышающим безопасность движения в ночное время, относятся: реконструкция дорог в плане и профиле для улучшения видимости в ночное время; устройство стационарного освещения; применение светлых дорожных покрытий; маркировка проезжей части; установка противоослепляющих щитов, направ- ляющих устройств и озеленение дороги, способствующих ориенти- рованию водителя в направлении дороги в ночное время; установка дорожных знаков с рефлектирующей поверхностью или специаль- ной подсветкой.Одним из важнейших факторов безопасности дви- жения в темное время суток является освещение так , как большин- ство той информации, которую воспринимают и используют води- тели, воспринимается ими через зрение. Поэтому условия видимости могут играть большую роль в обеспечении безопасного движения. В темноте глаза воспринимают контрасты, детали и дви- жения вдоль дороги значительно хуже, чем в дневное время. Поэтому в целях предотвращения дорожно-транспортных про- исшествий и обеспечения полного использования дорожных соору- жений необходимо обеспечение хороших условий видимости в темное время суток на проезжей части. 1.Показатели и измерители освещения Для обозначения качества освещения используются различные по- казатели и измерители в системе СИ. Основные термины и их обо- значение приведены в таблице: Показатель Измеритель Обозначение ( русское/международное) Сила света кандела кд/cd Световой поток люмен лм/lm Энергия света люмен- секунда лм·с/ lm·s Освещенность люкс лк/lx Яркость света кандела на квадратный метр кд/м2 / cd/m2 Сила света — физическая величина, одна из основных световых фотометрических величин. Характеризует величину световой энер- гии, переносимой в некотором направлении в единицу времени. Ко- личественно равна отношению светового потока, распространяю- щегося внутри элементарного телесного угла, к этому углу. Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): кандела (кд). 2.Световой поток — физическая величина, характеризующая ко- личество «световой» мощности в соответствующем потоке излуче- ния. Иными словами, « cветовой поток является величиной, про- порциональной потоку излучения, оценённому в соответствии с от- носительной спектральной чувствительностью среднего человеческого глаза». Обозначение: Единица измерения в Международной системе единиц (СИ): люмен. 3. Световая энергия — физическая величина, одна из основных световых фотометрических величин. Характеризует способность энергии, переносимой светом, вызывать у человека зрительные ощущения. Люмен-секунда — единица световой энергии в СИ. Междуна- родное обозначение: lm•s, русское: лм•с. Световая энергия в 1 лм•сек соответствует световому потоку 1 люмен, излучаемому или воспринимаемому за время в 1 секунду. 4. Освещённость — световая величина, равная отношению све- тового потока, падающего на малый участок поверхности, к его площади. Освещённость численно равна световому потоку, падаю- щему на участок поверхности малой единичной площади: Единицей измерения освещённости в Международной системе единиц (СИ) служит люкс (1 люкс = 1 люмену на квадратный метр). 5. Яркость света - это световой поток, посылаемый в данном на- правлении, деленный на малый (элементарный) телесный угол вблизи этого направления и на проекцию площади источника на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. Иначе говоря - это отношение силы света, излучаемого поверхностью, к площади её проекции на плоскость, перпендикулярную оси наблюдения. В системе СИ измеряется в канделах на м². Ранее эта единица измерения имела стандартное название нит (1нт=1кд/1м²), но в на- стоящее время стандартами на единицы СИ применение этого на- именования не предусмотрено. 2.Общие сведения об освещении улиц и дорог Зрение человека способно адаптироваться к плохой видимости и позволяет различать объекты ночью при свете звезд, когда осве- щенность составляет всего 0,1 люкс. Не смотря на это, для ком- фортного перемещения человеку необходимо освещение дорог не менее 2 люкс. Поэтому и необходимо использование искусственных источников света. Освещение дорог, улиц, городов, поселков и парков является функциональным. Его основное предназначение – обеспечить безо- пасность передвижения транспорта и людей. Автомагистрали предназначены для дальних поездок. Поэтому здесь важно не только функциональное освещение, но и зрительный комфорт. Он достигается благодаря равномерному, не слепящему освещению дорог. Большое значение имеет так же способность ис- точников света донести до водителя информацию о том, что ждет его впереди. Очень важно при освещении дорог, чтобы свет сосредоточивался непосредственно на проезжей части, а не направлялся в небо. Не- большое количество света, направленное горизонтально, позволяет увидеть светильник издалека, обеспечивая тем самым ориентировку водителей на дороге. Но следует учитывать, что избыток света создает свечение атмосферы, в результате чего блекнут звезды, и небо становится безжизненным. Количество световых точек и их расположение, обычно, зависит от параметров определенной дороги, поэтому следует уделить вни- мание эксплуатационным и энергетическим аспектам осветитель- ных установок. При освещении широких дорог, как правило, используют све- тильники мощностью 250-400 Ватт. Главные дороги являются наи- более опасной зоной, поэтому освещение должно по максиму вы- полнять функцию защиты от дорожно-транспортных происшествий. На главных дорогах следует использовать самые высококачествен- ные осветительные установки. Важна также простота обслуживания и длительный срок их службы. Освещение второстепенных дорог и улиц не столь важно как ма- гистралей и главных дорог, но тоже необходимо и имеет значение, так как они составляют большую часть дорожной системы. Эти до- роги располагаются в жилых и промышленных районах, сельской местности. Они характеризуются не оживленным движение. Осве- щение таких дорог необходимо для того, что бы люди чувствовали себя в безопасности от воров, разрушения и насилия в темное время суток. Мощность светильников обычно варьируется в районе 70— 250 Ватт. 3.Требования к освещению улиц и дорог Основным показателем качества освещения дороги является яр- кость покрытия в направлении наблюдателя, измеряемая в канделах на квадратный метр (кд/м2). Яркость покрытия определяется усло- виями зрительного восприятия водителя и зависит от горизонталь- ной освещенности (поверхностной плотности светового потока) проезжей части и отражающей способности покрытия дороги. Если известна отражающая характеристика покрытия, то качество осве- щения можно оценить измерением горизонтальной освещенности с последующим пересчетом .В соответствии с этими нормами все городские дороги по осве- щенности разделены на три категории: (табл.). Степень нормативной освещенности определяется не только ка- тегорией, но и максимальной часовой интенсивностью транспорт- ных потоков (с учетом перспективы на 10 лет). Предусмотрены также нормы освещения непроезжих зон площадей, пешеходных путей, отделенных от проезжих частей, автостоянок и т.п. Так, ос- вещенность посадочных площадок на остановках маршрутного транспорта должна быть не ниже 10 лк. Тротуары на магистральных дорогах магистральных улицах общегородского значения, отделен- ные от проезжей части, должны иметь освещенность не менее 4 лк. При проектировании освещения и контроле его качества следует: • обеспечивать нормируемые показатели осветительных ус- тановок (среднюю яркость проезжей части, равномерность распре- деления яркости, коэффициент ослепленности с учетом различия условий видимости на разных геометрических элементах дорог); • выделять расположение опасных зон – пересечений и при- мыканий, сужений дорог, остановок МПТ, пешеходных переходов, узких мостов, изменяя цветность источников света, размещение или конструкцию опор и светильников. В местах особенно интенсивно- го движения пешеходов для лучшей ориентировки водителей необ- ходимо увеличивать яркость проезжей части в 1,5–2 раза, что улуч- шает условия зрительного восприятия; • ограничивать дезориентирующее и слепящее действие ог- ней рекламы, светящихся надписей, прожекторов и т.д.; • обеспечивать непрерывность освещения перед сложными и опасными участками дорог и не допускать чередования освещенных и неосвещенных полос; • добиваться плавного уменьшения яркости проезжей части на выезде с освещенного участка дороги на неосвещенный, устраи- вая переходную зону, длина которой в зависимости от перепада яр- костей изменяется от 50 до 250 м; • избегать размещения осветительных опор на тех элементах дорог и пересечений, где их установка может стеснить движение и явиться причиной тяжелых последствий в случае внезапного съезда автомобиля с проезжей части. Требования к качеству освещения устанавливаются : a) По коэффициенту ослепляемости .(Отношение яркости объекта к яркости фона менее 1.15) b) По равномерности яркости (Отношение максимальной ярко- сти к минимальной не более 3 к 1). c) По равномерности освещенности (Отношение максимальной освещенности к средней не более 3 к 1). 4.Способы регулирования освещения на проезжей части Для регулирования освещения на автомобильных дорогах и улицах применяются осветительные приборы (в основном лампы накаливания и газоразрядные). При освещении улиц как линейного объекта наибольшая доля светового потока должна быть направлена по двум противополож- ным сторонам вдоль улицы, создавая при этом равномерное осве- щение на всем ее протяжении. Практика показывает, что для опти- мального решения этой задачи необходимо иметь светильники, имеющие максимумы силы света, направленные примерно под уг- лом 65–75° к вертикали в двух противоположных направлениях. Такая трансформация светового потока лампы возможна толы по- мощью зеркал и преломлятелей, которыми и снабжено большинст- во современных уличных светильников. В отличие от всех других осветительных установок уровень ос- вещения для дорог с асфальтобетонным покрытием нормируется не величиной освещенности, а величиной яркости поверхности дорож- ного покрытия в направлении наблюдателя, находящегося оси дви- жения транспорта. Это объясняется тем, что асфальт в особенности мокрый, обладает резко выраженным зеркальным характером отра- жения, вследствие чего величина освещенности может характеризо- вать видимость. Для улиц и дорог, имеющих простейшие (грунто- вые, щебеночные) или переходного типа (асфальтовые, укреплен- ные вяжущими) покрытия, допустимо характеризовать уровень освещения величиной освещенности. Поэтому устанавливают нор- му освещения улиц и других проездов с асфальтобетонным покры- тием в виде величины средней яркости (в пределах от 1,6 до 0,2 кд/м2) в зависимости от категории улиц и плотности движения, а для улиц с простейшими переходного типа покрытиями – в виде величины средней горизонтальной освещенности (в пределах от 6 до 2 лк). Также предъявляют ряд качественных требований к уст- ройству уличного освещения, в том числе определяют наименьшую допустимую высоту подвеса светильников в зависимости от их ха- рактеристик, мощности и типа ламп, а также соотношение наи- большей и наименьшей величин яркости и освещенности и т.д. Рис.4. 1. Схемы некоторых уличных светильников а – РБУ; б – СВР; в-РКУ; г – СППР; д – РСУ Для освещения улиц и дорог рекомендуется применять в основ- ном газоразрядные источники света. В настоящее время в этой об- ласти наибольшее распространение получили лампы ДРЛ. Люми- несцентные лампы применяют редко, преимущественно в южных курортных небольших городках, где не требуется большой яркости. Эксплуатация люминесцентных ламп в северных города в зимнее время затруднительна. В заграничной практике нарду с лампами ДРЛ довольно широко применяют натриевые лампы низкого и вы- сокого давления. В Москве и в некоторых других городах для ос- вещения площадей используют ксеноновые лампы ДКсТ. Лампы накаливания в настоящее время применяют только в поселках или на городских улицах местного значения; применение этих ламп вследствие их малой экономичности будет постепенно сокращаться. Для уличного освещения в настоящее время широко применяют светильники: РКУ – уличный консольный; РСУ – уличный подвес- ной; ИСУ – уличный с галогенной лампой накаливания; СППР – подвесной призматический; СВР – венчающий; РБУ – настенный. Наиболее распространенный способ установки уличных светильни- ков – на специальных опорах или на опорах троллейбусной сети. Рационально применять для подвески светильников тросовые рас- тяжки между домами, но этот прием пригоден в основном при кир- пичной застройке; панельные дома обычно не рассчитаны на уста- новку растяжек. На узких улицах, внутри кварталов, во дворах све- тильники иногда устанавливают на стенах зданий. Опоры для уличных светильников изготовляют из стали, алю- миния, железобетона, дерева. Деревянные опоры применяют только в поселках, на небольших улицах. Стальные опоры также не имеют распространения из-за дефицитности стали и большого веса. В не- которых странах получили распространение алюминиевые опоры. Фонарь уличного освещения представляет собой совокупность опо- ры, кронштейнов и светильников. Различают фонари венчающего и консольного типов, отличающиеся способом крепления светильни- ков (рис.4. 2). Рис. 4.2. Схемы установки уличных фонарей а – венчающего; с – консольного; в-настенного; г – подвесного Широкое распространение получили фонари, опора которых из- гибается под углом 15°, и эта изогнутая часть служит консолью для крепления светильника. Большинство современных консольных светильников рассчитано на установку с таким наклоном. В некото- рых из них имеется соответственно изогнутый патрубок. Такие све- тильники должны устанавливаться на горизонтальных консолях. Не допускается устанавливать светильники под углом 30–40° Рис. 4.3. Схемы размещения фонарей на улицах а – односторонняя; б – двухрядная в шахматном порядке; в- двухрядная прямоугольная; г – осевая; д – двухрядная прямоуголь- ная по осям движения; е – двухрядная прямоугольная по оси улицы При установке светильников на тросовых растяжках часто воз- никает вибрация проводов и тросов, передающаяся в той или иной степени зданиям, к которым крепятся тросы. Во избежание этого явления тросы следует крепить к стенам зданий обязательно с по- мощью специальных амортизаторов. В зависимости от ширины и категории улиц применяются сле- дующие схемы расстановки фонарей: односторонняя, двухрядная в шахматном порядке, двухрядная прямоугольная, осевая, двухрядная прямоугольная по осям движения, двухрядная прямоугольная по оси улицы. Первые три схемы соответствуют случаям установки фонарей, а последние – подвеске светильников на тросах. Особое внимание следует обращать на освещение перекрестков, переходов и закруглений дорог. Устройство освещения автомобильных дорог вне населенных пунктов на большом протяжении является сложным и дорогостоя- щим мероприятием, хотя с позиций обеспечения безопасности дви- жения крайне необходимым. Строительными нормами и правилами для улучшения зрительного восприятия водителей в темноте реко- мендуется применять осветленные покрытия в наиболее опасных местах. Стационарное электрическое освещение согласно этим нормам должно проектироваться обязательно на участках, прохо- дящих через населенные пункты, а при возможности использования существующих электрических распределительных сетей также на больших мостах, автобусных остановках, пересечениях дорог I и II категорий между собой и с железными дорогами, на пересечениях с круговым движением. Если расстояние между соседними освещае- мыми участками менее 250 м, следует устраивать непрерывное ос- вещение. Особенно необходимым является качественное наружное осве- щение на дорогах, на которых должны обеспечиваться высокие скорости движения. В первую очередь это дороги, соединяющие аэропорты с городами, где наблюдается круглосуточное интенсив- ное движение пассажирских автомобилей. Зарубежный опыт убеди- тельно показывает, что при этом существенно повышается скорость сообщения, и резко снижается опасность движения. Заключение Таким образом, освещение дорог должно быть безопасным, про- стым в эксплуатации и энергоэкономичным Список литературы Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/ И.И. Леоно- вич. - Мн.: БНТУ, 2005. - 485с. Метеорология и климатология, энциклопедия http://students.russianplanet.ru Интернет-источники Основы прогнозирования погоды и учёт прогноза в деятельно- сти дорожных организаций Конопляник М.М. Белорусский национальный технический университет Введение В данном реферате рассмотрены общие сведения о прогнозе по- годы, виды прогнозов по заблаговременности периода и в зависи- мости о целей прогнозирования. Рассмотрены также некоторые ас- пекты основы прогнозирования погоды, концепции применения статистических методов для построения прогнозов погоды, стати- стическая оценка прогнозов. Также рассмотрен учёт прогноза в деятельности дорожных организаций. Общие сведения Прогноз погоды — научно обоснованное предположение о бу- дущем состоянии погоды в определённом пункте или регионе на определённый период. Составляется (разрабатывается) государст- венными или коммерческими метеорологическими службами на основе методов метеорологии. Прогнозы делятся по заблаговременности периода, на который даётся прогноз: сверхкраткосрочные (СКПП) — до 12 часов; краткосрочные (КПП) — от 12 до 36 часов; среднесрочные (СПП) — от 36 часов до 10 суток; долгосрочные (ДПП) — от 10 суток до сезона (3 месяца); сверхдолгосрочные (СДПП) — более чем на 3 месяца (год, не- сколько лет). Оправдываемость прогнозов тем ниже, чем выше заблаговре- менность. Оправдываемость СКПП составляет приблизительно 95- 96 %, КПП 85-95 %, СПП 65-80 %, ДПП 60-65 %, СДПП — около 50 %.[1] Прогнозы погоды делятся по типам в зависимости от целей, для которых они разработаны: прогнозы общего пользования (публикуемые в СМИ и на интер- нет-сайтах) содержат краткую информацию об облачности, атмо- сферных осадках, атмосферных явлениях, ветре, температуре, влажности воздуха и атмосферном давлении; авиационные прогнозы содержат детальную характеристику вет- ра, видимости, атмосферных явлений, облачности, температуры воздуха; морские и речные прогнозы содержат детальную характеристику ветра, волнения, атмосферных явлений, температуры воздуха; сельскохозяйственные (агрометеорологические) прогнозы со- держат детальную характеристику атмосферных осадков и темпера- туры воздуха. Основы прогнозирования погоды Для прогнозирования состояния погоды необходимо знать теку- щее состояние атмосферы, а для этого нужны метеорологические наблюдения. Также выходные данные моделей численного прогноза погоды используются как входные данные для оценки состояния атмосферы и будущих событий. Вся эта информация объединяется с прогнозами погоды на основе метеорологических технологий и распространяется через публичные средства связи и другие каналы распределения информации лицам, нуждающимся в этой информа- ции для принятия решений. Основа прогноза погоды на несколько дней вперед — предсказа- ние поля атмосферного давления. Правильный его прогноз уже обеспечивает на 60— 70% успешность прогноза в целом. Поля дав- ления от поверхности Земли до высоты 9 км прогнозируются по уравнениям гидродинамики и вычисляются на ЭВМ. Машина счи- тает также поля вертикальных движений воздуха — это важно для прогноза осадков и облачности. Для циклонов, например, характер- ны восходящие движения воздуха, которые при определенных ус- ловиях могут привести к конденсации влаги, формированию и обра- зованию осадков. В антициклонах, наоборот, вертикальные движе- ния воздуха нисходящие, поэтому облачность «размывается» и наступают прояснения. В связи с этим тепло Земли в ночные часы уходит в атмосферу и прилегающие к ней слои воздуха охлаждают- ся. Вертикальные движения воздуха вычисляются теоретически, приборов для их измерения нет.[2] Рис.1 Зарождение циклона (снимок из космоса) Итак, карта будущего поля атмосферного давления и вертикаль- ных движений воздуха есть. Теперь надо составить прогноз поло- жения и постепенного развития атмосферных фронтов. Это сделать нелегко, т.к. атмосферные фронты — это узкие переходные зоны между воздушными массами. Они отличаются друг от друга верти- кальным и горизонтальным строением, условиями и явлениями по- годы и множеством других характеристик. Обычно фронты связаны с областями низкого давления. Их горизонтальная протяженность измеряется тысячами километров, они прослеживаются от Земли до высоты 8—10 км. В зависимости от вертикального строения, осо- бенностей перемещения и условий погоды фронты бывают теплыми и холодными. Холодные, как правило, движутся быстрее. Когда они догоняют теплый фронт, то смыкаются с ним, и образуется так на- зываемый фронт окклюзии. У каждого из этих фронтов свои, при- сущие лишь ему условия и явления погоды, хотя в каждом конкрет- ном случае, в зависимости от сезона года и физико-географических особенностей местности, влияние фронта может проявиться по- разному. На синоптических картах четко выраженные атмосферные фронты прослеживаются в полях температуры, ветра, в изменении приземного давления и явлениях погоды. Но не всегда все эти фак- торы срабатывают сразу, а выделить преобладающий фактор труд- но. Здесь очень помогают данные об облачности, получаемые с ме- теорологических спутников Земли, но и облачность порой нельзя считать главным фактором. Рис.2 Наземная синоптическая карта погоды Нелегко рассчитать и будущее положение атмосферных вихрей. Еще в 30-е годы было установлено, что циклоны, антициклоны и атмосферные фронты у поверхности Земли перемещаются в том же направлении и с такой же скоростью, что и ветер на высотах 3—5 км. Применение этого правила дает успех в расчетах 70—75%. А это значит, что указать будущее положение циклонов, антицикло- нов и атмосферных фронтов с точностью 20—30 км от пункта, для которого составляется прогноз погоды, невозможно. Отсюда следу- ет, что любой прогноз погоды несет в себе неточность. Кроме прогноза атмосферных вихрей и фронтов предсказывают также отдельно каждый из элементов погоды: ветер, температуру, облачность, осадки, туман, метели, гололед. В обычных прогнозах говорится лишь о горизонтальной состав- ляющей ветра. Воздух движется горизонтально в основном под дей- ствием силы барического градиента (т. е. изменения давления на единицу расстояния), который рассчитывают непосредственно по полю давления. Наибольшие барические градиенты давления на- блюдаются в циклонах. В отдельных же районах страны ветры мо- гут усиливаться и при малых барических градиентах за счет осо- бенностей рельефа — узких долин, мысов и т. д. Ветер, его направ- ление и скорость — это единственное явление погоды, которое описывают теоретически. Однако в одном и том же районе и при одних и тех же барических градиентах скорость ветра может быть разной. На нее влияют распределение температуры и ветра с высо- той, контраст температуры по горизонтали, сезон года и в зависи- мости от, этого характер подстилающей поверхности. Даже незна- чительная ошибка в определении одного из факторов может при- вести к серьезному просчету при установлении скорости ветра. А ошибки неизбежны! Допустим, предполагают, что температура воз- духа в данном районе будет такая-то, а пока ветер достигнет этого места, она сильно изменится за счет таких причин, которые учесть очень трудно, как, например, трансформация и вертикальные дви- жения воздуха. И все же ветер — один из элементов погоды, кото- рый прогнозируется лучше остальных (исключая температуру воз- духа). Особенно трудно предсказать осадки, гололед, изморозь. Они определяются многими факторами, которые находятся в непрерыв- ном движении и в тесной взаимозависимости. Выделяют лишь главные факторы, влияющие на осадки. Так, для обложных осадков необходим точный учет температуры, влажности и вертикальных движений воздуха. Прогноз грозы, ливней, града, шквала зависит еще и от скорости восходящего потока воздуха, распределения ско- рости ветра с высотой, энергии неустойчивости атмосферы и т. д. Прогнозировать все эти явления — одна из труднейших задач си- ноптической метеорологии. Ведь достаточно, чтобы влажность у Земли увеличилась всего на 10%, как при прочих благоприятных условиях образуются кучево-дождевые облака. А небольшое повы- шение температуры на высотах может или совсем размыть облач- ность, или способствовать возникновению только кучевых облаков. Сейчас информацию об облаках получают и с помощью радио- локаторов. Один радиолокатор охватывает площадь 270 тыс. км2. Для визуальных наблюдений за этой территорией потребовалось бы 300 метеостанций! С помощью радиолокатора в радиусе 300 км можно обнаружить ливневые и градовые облака, а следовательно, на ближайшие несколько часов давать прогнозы с большей точно- стью. [3] Для прогноза гололеда и изморози надо сначала предсказать ту- маны и морось (моросящие осадки), переохлажденный дождь, мок- рый снег, при которых они возникают. Кроме того, необходимо знать микроструктуру и водность облаков, размеры капель. Естест- венно, что прогноз величины отложения гололеда и изморози пока оставляет желать лучшего! До сих пор разговор шел о краткосрочных прогнозах погоды. Однако сейчас составляются и долгосрочные — на 4—6 дней, на месяц и сезон. Проблема долгосрочного прогноза погоды — одна из труднейших не только в метеорологии, но и во всей геофизической науке в целом. Прогнозы погоды на 4—6 дней основаны на так на- зываемом синоптическом периоде. По статистическим данным, ат- мосферные процессы за 4—6 дней протекают однотипно на доста- точно большой территории, например в Европе и Западной Сибири. За это время в отдельных районах на прогнозируемой территории погода может изменяться, но, как правило, основные пути переме- щения или траектории циклонов и антициклонов не пересекаются. Смена синоптических периодов сопровождается крупными измене- ниями атмосферных процессов и погоды. Чтобы предсказать погоду на месяц, находят различные статистические связи между крупны- ми атмосферными процессами прошедшей и будущей циркуляции атмосферы, протекающей на всем Северном полушарии. На этой основе подбирают карты-аналоги за прошлые годы, когда наиболее яркие черты атмосферных процессов в предшествующие месяцы протекали аналогично текущему году. Построение схемы прогноза на основе дискриминантного анали- за Для прогноза метеорологических величин и явлений погоды ши- роко применяются методы параметрического и непараметрического дискриминантного анализа. Дискриминантные схемы прогноза не указывают непосредствен- но на количественные оценки метеорологической величины, а дают возможность оценить наличие явления или его отсутствие, напри- мер, будет или нет резкое похолодание, произойдет или нет усиле- ние ветра до той или иной градации и др. Такие прогнозы называ- ются альтернативными. Удобно использовать данный подход при прогнозировании явлений погоды, которые трудно выразить коли- чественно – грозы, туманы, гололед и др. На первом этапе важно выявить синоптические ситуации, метео- рологические условия, благоприятствующие наличию или отсутст- вию данного явления. По сочетанию объясняющих переменных требуется решить, к какому классу можно отнести данное событие. В зависимости от способа классификации, различают парамет- рические (локальные) и непараметрические (интегральные) методы дискриминантного анализа. В параметрическом дискриминантном анализе принимается, что рассматриваемые объекты извлекаются из нормальных генеральных совокупностей. При значительных отклонениях закона распределе- ния случайной величины от нормального предпочтительнее исполь- зование непараметрического дискриминантного анализа. При применении как параметрического, так и непараметрическо- го дискриминантного анализа положительные результаты следует ожидать, когда выбранные предсказатели хорошо отражают физи- ческую сущность развития явлений погоды. В качестве предикторов выбираются объясняющие переменные, которые наиболее ярко проявляют себя в случае наличия и отсутст- вия явления. Таким образом необходимо оценить расстояния между классами. Вектор Х считается отнесённым к реализации (например, нали- чие явления) при U≥0, и к реализации (например, отсутствие явле- ния) при U<0. Задача, таким образом, сводится к определению ко- эффициентов, минимизирующих вероятность ошибочной класси- фикации с использованием метода наименьших квадратов. В случае двух объясняющих переменных разделение на классы может быть представлено графически, что очень наглядно демонст- рирует прогностические возможности выбранных предикторов. Нередко оценка полученных уравнений показывает, что одни уравнения более целесообразно использовать для прогноза класса наличия явления, другие – для класса его отсутствия. Повышение качества прогнозов на основе линейного дискрими- нантного анализа может быть достигнуто, если для разделения си- ноптических ситуаций использовать одновременно две дискрими- нантные функции и альтернативные прогнозы давать с учетом соче- тания знаков этих функций. Тогда если две схемы (или более) указывают на наличие или от- сутствие явления, прогнозировать тот или иной класс можно с большей уверенностью.[4] Связь метеорологических параметров А и B при наличии (точки) и отсутствии (звездочки) явления (разделение хорошее) Для уточнения величины прогнозируемого явления применяется приём сочетания дискриминантного и регрессионного анализов. После использования решающего правила, позволяющего отнести синоптическую ситуацию к тому или иному классу, рассчитывается ожидаемая величина явления (например, сильного ветра) с помо- щью уравнений множественной линейной регрессии, которые стро- ятся отдельно для выборок наличия или отсутствия явления. В слу- чае сложных синоптических ситуаций, когда вероятность осущест- вления классов близка, ожидаемая величина явления рассчитывается по общей выборке без разделения ситуаций. Концепции применения статистических методов для построе- ния способов прогноза погоды Современные методы статистического анализа и прогноза пого- ды и опасных ее явлений допускают применение двух концепций - использования статистик "идеального" прогноза (Perfect Prognos Methods – PP) и прогнозов конкретных гидродинамических моделей (Model Output Statistics Methods – MOS). Данные концепции идентичны по используемому статистиче- скому аппарату и различаются способами формирования обучаю- щих выборок. Концепция РР предполагает получение устойчивых оценок диаг- ностических (синхронных и асинхронных) связей между рассмат- риваемыми элементами или явлениями погоды и значениями ряда характеристик атмосферы, определяемым по фактическим данным на архивном материале. Выявленные диагностические соотношения, например, в виде уравнений регрессии, переносятся на связи между элементами по- годы и прогностическими переменными, которые снимаются с про- гностических карт, построенных с помощью той или иной гидроди- намической модели. Неоспоримы достоинства РР-концепции: • Уравнения регрессии строятся на основе архивных данных за большой период метеорологических наблюдений; • Качество прогнозов элементов и явлений погоды автоматиче- ски повышается при улучшении качества используемых гидроди- намических моделей; • Не требуется пересчета уравнений регрессии при внедрении в практику новой гидродинамической модели. При применении концепции РР для отбора предикторов исполь- зуется сравнительно большая географическая область вокруг пунк- та, для которого составляются прогностические уравнения регрес- сии. Недостатки PP-концепции: • Основным методическим недостатком РР-концепции является то, что в ней не учитываются ошибки конкретной гидродинамиче- ской модели, из которой при оперативном использовании берутся значения предикторов. Уравнения регрессии построены на факти- ческом материале (идеальный прогноз), а при оперативном исполь- зовании полученные связи в «чистом» виде переносятся на прогно- стические поля, из которых выбираются необходимые предикторы для прогноза метеорологических величин и явлений погоды. При этом мы допускаем, что прогностические поля отражают те же осо- бенности пространственно-временного распределения метеороло- гических величин и условий циркуляции, что и фактические. На самом деле прогностические модели, лежащие в основе прогноза полей метеорологических величин, не могут учесть всего разнооб- разия процессов, их формирующих. Этот процесс можно сравнить с процессом разработки дизайне- ром модели нарядного платья из тонкого шелка, а на практике мо- дель сошьют по той же выкройке, но из грубой льняной ткани – мо- дель одна и та же, но конечный результат будет отличным от мо- дельного, разработанного автором. По мере совершенствования гидродинамических моделей про- гностические поля всё более приближаются к фактическим, но всё же между ними остаются более или менее существенные разли- чия.[5] Поэтому для уменьшения методической ошибки в уравнения регрессии можно ввести коэффициенты, учитывающие несоответ- ствие прогностических и фактических полей метеорологических величин. Второй путь – это использование для построения прогностиче- ских моделей концепции MOS. Концепция MOS предполагает отбор предикторов и построение уравнений регрессии непосредственно для связей между фактиче- ски наблюдавшимися явлениями погоды и прогностическими зна- чениями параметров атмосферы из конкретной гидродинамической модели. Достоинства MOS-концепции: При оперативном использовании построенные уравнения рег- рессии применяются в сочетании с теми же гидродинамическими моделями, на которых производилось обучение. Здесь исключается замеченный выше методический недостаток РР-концепции. Уравнения регрессии, построенные в соответствии с MOS-концепцией, действительно наилучшим образом используют прогностическую способность конкретных гидродинамических мо- делей. В этом основное достоинство MOS-концепции по сравнению с РР-концепцией, которое останется решающим до тех пор, пока гид- родинамические прогнозы не станут практически достоверными. • Качество прогнозов на основе концепции MOS тем выше, чем выше качество прогностических моделей, чем больше полнота и разнообразие получаемых из моделей метеорологических величин и явлений погоды и чем больше архивы прогностических гидродина- мических полей, что позволяет построить зависимости для различ- ных пунктов прогнозирования и для разных сезонов года. Недостатками MOS-концепции являются: • Качество прогнозов каждый раз ухудшается, когда в гидроди- намические модели происходят перестройки, в том числе, и улуч- шающие модель. MOS-концепции желательно использовать полно- стью отработанные гидродинамические модели. Для построения уравнений регрессии требуется архив прогно- стических карт, построенных на основе конкретных гидродинами- ческих моделей, что требует известного времени функционирова- ния уже разработанной модели. Специально проведенные исследования показывают перспективу данного направления для прогноза ветра, температуры воздуха и других элементов и явлений погоды, в том числе, опасных. Качест- во прогнозов при использовании MOS-концепции выше на 10-15%. В рамках концепции MOS в США созданы методики прогноза максимальной и минимальной температур воздуха, вероятности выпадения осадков, ветра, ливней, общей облачности, видимости, опасных и стихийных явлений погоды и др. Многие явления и эле- менты погоды прогнозируются на основе оперативной шестиуро- венной модели полей давления и геопотенциала (Shuman F.G., Hovermale D.B. An Operational Six-Layer Primitive Equation Model – PE), которая в оперативной практике с 1967 г. В основе PE исполь- зована система полных уравнений в квазистатическим приближе- нии с применением σ-системы координат для стереографической проекции. Статистическая оценка прогнозов Полученные методики прогноза (методические прогнозы) про- веряются на зависимой и независимой выборках. Оценка успешно- сти прогнозов погоды позволяет установить, насколько методиче- ские прогнозы отвечают требованиям, предъявляемым к прогнозу элементов погоды. Зависимая (обучающая) выборка – это выборка, объясняющие переменные (предикторы) которой использованы для построения прогностических зависимостей – уравнений регрессии, дискрими- нантных функций. Независимая выборка по содержанию перемен- ных ничем принципиально не отличается от зависимой, но объяс- няющие переменные здесь не используются для построения ре- шающих правил. Разработка синоптико-статистических способов прогноза ме- теорологических величин и явлений погоды Статистические методы прогноза погоды заключаются в анализе эмпирического материала, накопленного службой погоды, с целью выявления статистическим путем закономерностей в развитии ат- мосферных процессов. Статистические методы базируются в ос- новном на теории распознавания образов, корреляционном, дис- криминантном и регрессионном анализах. Основными этапами при разработке статистического способа прогноза погоды являются: • Исследование пространственно-временного распределения ме- теорологической величины, что рассмотрено в предыдущем разде- ле. Данная процедура позволяет наметить объект исследования (на- пример, прогнозировать либо модуль скорости ветра, либо направ- ление и скорость, либо меридиональную и зональную составляющие), оценить условия формирования выбранного объек- та, его связи с метеорологическими параметрами и циркуляцион- ными характеристиками, оценить имеющиеся возможности по ис- пользованию архивов и т.п. • Выбор предикторов для диагноза (анализа) и прогноза заданной характеристики погоды. • Формирование обучающей выборки метеорологических вели- чин и установление наличия (отсутствия) статистически значимых связей между переменными и отбор наиболее информативных пре- дикторов для прогноза. • Построение схемы прогноза. • Проверка полученных закономерностей на независимом и опе- ративном материале. Учёт прогноза погоды в дорожных организациях Состояние дорог и их транспортно-эксплуатационные характе- ристики, режим и безопасность движения автомобилей в значи- тельной степени зависят от погодно-климатических условий, осо- бенно в весенне-осенний и зимний периоды. Влияние погодно- климатических факторов ощущается на любой дороге, однако сте- пень их воздействия во многом зависит от технического совершен- ства дороги, тщательности ее содержания и уровня организации движения. При оценке безопасности движения приняты следующие основ- ные понятия и определения. Условия движения - это та реальная обстановка на дороге, в ко- торой движется отдельно взятый автомобиль или поток автомоби- лей в данный момент времени. Метеорологические условия - это комплекс погодно- климатических факторов, характеризующих состояние окружающей среды. Метеорологические условия (состояние окружающей среды) оказывают существенное влияние на состояние дорог и условия движения. Их воздействие на переменные параметры и характери- стики дорог подразделяются на воздействия с немедленным откли- ком и воздействия с накопленным откликом. К воздействиям с не- медленным откликом относится влияние ветра, тумана, осадков и гололеда. К воздействиям с накопленным откликом относятся влия- ние температуры и влажности воздуха и осадков на ровность (пучи- нообразование, снежные отложения), скользкость покрытия, со- стояние обочин, видимость (снежные отложения) и др. Состояние метеорологических условий определяет длительность последействия отдельных метеорологических явлений (просыхание покрытия и обочин, таяние выпавшего снега и др.). С точки зрения условий движения автомобилей к зимнему пе- риоду относится период с момента устойчивого перехода средне суточной температуры воздуха через 0 °С при понижении ее осенью и при повышении зимой. К переходным периодам относятся весенний и осенний периоды года. Весенним переходным периодом считается период с момента устойчивого перехода средней суточной температуры через 0 °С до аналогичного перехода через 15 °С при дальнейшем ее повышении. Осенним переходным периодом считается период с момента устой- чивого перехода среднесуточной температуры через 15 °С до мо- мента ее перехода через 0 °С. При проектировании и реконструкции дорог в районах с про- должительным зимним периодом (более 125 дней в году) особое внимание должно быть обращено на снегозаносимость и снегоза- щиту дорог. Высота насыпей и глубина выемок должна принимать- ся в соответствии с требованиями СНиП II-Д.5-72, исходя из мак- симальной высоты снежного покрова. В зимний период эксплуатации дорог для обеспечения безопас- ности и удобства движения необходимо на основании прогнозов погоды проводить профилактическую россыпь соли и патрульную снегоочистку дорог. В зонах с продолжительным зимним периодом следует отказать- ся от установки надолб и предохранительных столбиков над труба- ми, на высоких насыпях, кривых малых радиусов и тому подобных местах, с целые устранения образования снежных валов и значи- тельного сужения проезжей части. Вместо них рекомендуется уст- раивать ограждения или предусматривать более пологие откосы (1:4 и более). В целях уменьшения снежных отложений в зоне влияния ограж- дений их рекомендуется устанавливать на расстоянии 0,7 м от бровки земляного полотна на участках дорог с высотой насыпи до 3 и 1,5 м - на участках дорог с насыпями большей высоты. Высота просвета между низом ограждения и поверхностью обо- чины во всех случаях должна быть равна 0,4 м. В зонах с продолжительным зимним периодом на пересечениях необходимо отказаться от устройства возвышающихся островков с бордюрами. Рекомендуется окаймлять направляющие островки краевой полосой шириной 0,30 м, устраиваемой заподлицо с покры- тием, или осуществлять регулирование движения только разметкой. Рекомендуются также съемные направляющие устройства из желе- зобетона, металла, пластических масс, дерева, которые могут легко убираться на зимний период. Для районов с продолжительным зимним периодом не следует проектировать ответвления и пересечения в одном уровне на участ- ках спусков и подъемов с уклоном более 2 %, чтобы предотвратить дорожно-транспортные происшествия из-за образования ледяных полос наката в местах интенсивного торможения перед пересечени- ем. Для облегчения снегоочистки дорог следует предусматривать установку опор дорожных знаков, километровых знаков и других элементов на присыпных островках за бровкой земляного полотна. Для этих же целей целесообразно устанавливать съемные ориенти- рующие столбики, столбики с отгибами за бровкой земляного по- лотна и съемные ориентирующие вешки в районах с большой высо- той снежных отложений. Для зон с продолжительным зимним периодом следует проекти- ровать мелкозернистые и среднезернистые поверхностные обработ- ки. Для зон с большим количеством осадков в виде дождя рекомен- дуется устраивать среднезернистые и крупнозернистые поверхно- стные обработки. Для остальных зон допускаются все виды шероховатых поверхностных обработок. На дорожно-эксплуатационную службу возлагаются большие за- дачи по обеспечению безопасности движения в сложных погодных условиях. Дорожно-эксплуатационная служба должна осуществлять все мероприятия, если они не выполнены при строительстве дороги. Для предотвращения ухудшения движения в сложных погодных условиях дорожная служба должна своевременно проводить посто- янные, временные и кратковременные мероприятия по повышению безопасности движения. В зимний и весенне-осенний период эксплуатации дорог, в связи с изменившимися условиями движения, следует снимать лишние дорожные знаки на нефункционирующих пересечениях и ответвле- ниях и устанавливать недостающие в местах дополнительно поя- вившихся сужений проезжей части, образования гололеда и т.п. Для установления мест снятия лишних и установки недостаю- щих знаков следует руководствоваться данными сезонных графиков коэффициентов аварийности. Для регулирования движения в сложных погодных условиях (во время гололеда, тумана и т.п.) необходимо своевременно включать знаки со сменной информацией, информирующие водителей об ус- ловиях движения. При отсутствии знаков со сменной информацией их необходимо устанавливать силами дорожно-эксплуатационной службы на наиболее опасных для движения участках. Дорожно-эксплуатационная служба должна регулярно информи- ровать водителей и население о состоянии проезда по автомобиль- ным дорогам в неблагоприятные периоды года через местную пе- чать, радио и телевидение. Заключение В результате рассмотрения данной темы реферата можно сделать вывод, что учёт прогноза погоды является очень важным в проекти- ровании, строительстве и эксплуатации дорог для обеспечения безопасности движения. Список литературы 1. Н.А. Дашко. Курс лекций по синоптической метеорологии. М., 1999. 2. Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/ И.И. Лео- нович.-Мн.: БНТУ, 2005.-485с. 3. Источник http://elib.bsu.by/handle/123456789/9937 4. Леонович, И.И. Содержание и ремонт автомобильных дорог. В 2 ч.-Мн.: БНТУ, 2003. 5. Васильев, А.А. Проектирование дорог с учетом влияния кли- мата на условия движения. - М.: Транспорт, 1986. Пути улучшения использования в дорожной практике ме- теорологических данных и прогнозов погоды. Курилёнок А.А Белорусский национальный технический университет Введения Исторически сложившийся экономический интерес общества к погоде, особенно к ожидаемому ее состоянию, есть объективная реальность, вызванная зависимостью деятельности человека от внешней среды, в частности от гидрометеорологических (погодных и климатических) условий как одной из ее составляющих. Зависи- мость от погоды увеличивалась по мере развития мирового сообще- ства, роста численности населения, заселения всё новых террито- рий. На всех этапах общественного развития этот процесс только усугублялся. Погода выступала все более «ожесточенным» против- ником созидательной деятельности людей. Поэтому природные ре- сурсы, сосредоточенные в гидрометеорологической среде и еще не- достаточно осознанные обществом занимают особое место и игра- ют важную роль в развитии экономики. Метеорологические наблюдения и первый опыт прогнозирова- ния открыли огромные возможности, дарованные природой и разу- мом человека. Известный метеоролог начала XIX в., основатель Харьковского университета В.Н. Каразин писал: «Не имею надоб- ности доказывать пользу метеорологии. Наука, которая бы, руково- дя земледельцем в его работах, предотвращала неурожай, наука, которая могла бы указать время, когда должно ожидать скудных сборов земных произрастаний, и принимать меры, если не к вос- препятствованию их недостатка, то, по крайней мере, к отклонению голода, такая наука не требует многоречевых похвал». Эти слова, обращенные к метеорологии того времени, отражают, в сущности, и пользу современной метеорологии, но пользу более масштабную и значительную. Гидрометеопрогнозы Прогнозирование - это есть научное исследование о перспекти- вах развития какого-либо явления или процесса. Задачей метеорологических прогнозов является определение возможных состояний погоды или процесса в атмосфере в будущем, основываясь на тенденции их развития в прошлом и настоящем. В зависимости от времени на которое разрабатывается прогноз, все прогнозы делятся на: 1. Прогноз текущей погоды (наукастинг). Это описание текущей погоды и прогноз метеорологических параметров на период до двух часов. 2. Сверх краткосрочный прогноз. Это прогноз на период до 12 часов. 3. Прогноз метеорологических параметров от 12 до 72 часов (на трое суток). 4. Средне суточный прогноз, прогноз от 3 до 10 суток. 5. Внутри месячный прогноз (увеличенной заблаговременности от 10 до 30 суток). 6. Долгосрочный прогноз (от 30 суток до 2-х лет). 7. Сверх долгосрочный прогноз, свыше 2-х лет (прогноз клима- та). Прогнозом погоды называется описание по определённой терри- тории, маршруту или населённому пункту на определённый отрезок времени ожидаемых погодных условий. Форма представления прогнозов погоды может быть различной: 1. В виде текста 2. В виде таблицы 3. Графическая форма Прогнозы в виде текста используются для информации населе- нию и некоторых отраслей хозяйства. В табличной (закодированной) передаются по каналам связи. В графическом виде оформляется в виде карт или графиков. В зависимости от назначения прогнозы разделяются на: а) Общего пользования, которые содержат перечень основных метеорологических величин и явлений. Предназначены для исполь- зования населением и организациями которые не требуют специ- ального обслуживания. б) Специализированные, которые содержат те величины и явле- ния которые необходимы только для данной отрасли (Ж/Д транспор- та, морского транспорта, С/Х). Терминология прогнозов определяется специальными наставле- ниями, где указан перечень метеорологических величин, явления, порядок. Формулировка прогнозов должна быть достаточно определён- ной, конкретной. В зависимости от количества прогнозируемых ха- рактеристик, прогнозы могут быть индивидуальными. Это когда прогнозируется какая либо одна метеорологическая величина или явление. И прогнозы могут быть комплексными это когда прогно- зируется несколько метеорологических величин и явлений. Количественные прогнозы - ошибка которых может быть оцене- на числом (t, f). Качественные - малооблачные (это прогноз формы облаков). По степени точности прогнозы разделяются на методические и неметодические, стандартные. Методические - результата применения определённого физиче- ски обоснованного метода. Неметодические (формальные) - они не требуют никакой анали- тической работы или расчёта. Они делятся на случайные, инерци- онные, климатологические. Они используются для сравнения с ме- тодическими. а) Случайный прогноз составляется без использования какой- либо методики. Случайно выбирается какое либо значение метео- элемента или явления. Такие прогнозы не требуют метеорологиче- ской информации. б) Инерционные прогнозы. Это прогнозы в которых указывается (сохраняется) исходное состояние погоды. Дело в том, что атмо- сферные процессы обладают определённой инерционностью. Это самый простой прогноз который учитывает текущую погоду, но с увеличением заблаговременности оправдываемость этих прогнозов уменьшается и ошибка приближается к ошибке случайных прогно- зов. Причём если процессы циклонические т.е. с быстрой сменой воздушных масс, фронтов, то эти прогнозы имеют низкую оправ- дываемость. При Антициклонических процессах оправдываемость довольно хорошая. в) Климатологические прогнозы - когда в качестве прогностиче- ской величины берётся среднее многолетнее значение (норма). Для его составления не надо специальной работы синоптика, а надо знать климатический справочник. По формулировке прогноза делятся: 1. Категорическую 2. Вероятностную Категорические содержат утверждение о том какая ожидается погода. Она ожидается в виде числа или качественной характери- стики. Почти все прогнозы в нашей стране в категорической форме. Вероятностные - когда даётся вероятностное значение того или иного явления. 2.Метеорологическое обеспечение транспорта Транспорт - особая сфера в материальном производстве. Он представляет самостоятельную отрасль народного хозяйства, осу- ществляя перевозки, тем самым связывает в единое целое различ- ные отрасли хозяйства, являясь поставщиком сырья, топлива, про- мышленной и пищевой продукции. Все виды транспорта образуют единую транспортную систему, не зависимо от формы собственности и отраслевой принадлежно- сти. По экономической значимости виды транспорта выстраиваются следующим образом: ж/д, морской, автомобильный, речной, воз- душный, нефтепроводной, газопроводной. Работа всех видов транс- порта существенно зависит от природных факторов, а именно, гео- графической и гидрометеорологической среды. Географическая среда обуславливает географию транспорта, а именно пункты базирования и систему маршрутов. Гидрометеоро- логическая среда существенно влияет на пропускную и провозную способность наземного, водного и воздушного транспорта. 3.Автомобильный транспорт Автомобильный транспорт возник в конце XIX века и до конца Первой Мировой войны оставался транспортом местного значения. Тем не менее значение транспорта быстро растет и к началу 20 - х годов он начинает конкурировать с железнодорожным и водным. И в настоящее время является связующим звеном трех транспортных систем: ж/д, морского и речного. Широко используются пассажирские и грузовые автомобили, однако перевозке грузов принадлежит основная роль в экономиче- ском значении автомобильного транспорта. Основными факторами, определяющими его эффективное использование является: состоя- ние дорог как федерального, так и местного значения, техническое оснащение дорог, и особое место занимает специализированное ме- теорологическое обеспечение транспорта. Специфика работы этого вида состоит в том, что в течении всего года транспортные опера- ции проводятся на открытом воздухе. Особые условия для работы создаются в зимний и переходный периоды. Зимой трудности соз- дают метели, снегопады, поземки, вызывающие заносы дорог, от- ложение гололеда на полотне создают возможности ДТП, ухудше- ние видимости из - за тумана, пыльных бурь, осадков приводят к сокращению скорости движения. Сильные ливни и дожди могут привести к разрушению и размыву полотна, особенно шоссейных дорог, затоплению низких участков дороги. И во все сезоны года опасным является ветер со скоростью 15 м/с. В повседневных оперативных условиях необходима следующая метеорологическая информация: 1. Фактические данные о текущей погоде. 2. Суточные и полусуточные прогнозы как по городу, так и по автотрассам, а также прогнозы на 3 суток, период и месяц. 3. Консультации и справки. Составляемые прогнозы обычно детализируются в зависимости от характера ожидаемой погоды и местных физико-географических особенностей района, по которым проходит дорога. При описании дорог акцентируется внимание на рельеф, характер почв, леси- стость, открытость отдельных участков дороги, пересечение рек и т.д. Прогнозы погоды и предупреждения, даваемые Гидрометцен- трами поступают на производственные участки через диспетчер- ские службы. Но кроме этого составляются прогнозы на 10, 7 дней и 3 суток. На основании этих прогнозов осуществляется планирова- ние и корректирование заданий автотранспортных предприятий. Если ожидается туман, метель, сильный мороз, автомашины и авто- бусы в дальние рейсы не допускаются. Этим предотвращаются за- держки в пути пассажиров и водителей. При внезапной же отмене рейса водители простаивают, т.к. не всегда удается быстро занять их работой. Простой же оплачивается в размере 37% от среднего заработка, что является убытком для автопредприятий. 4.Дорожное хозяйство и методы улучшения использова- ния прогнозов погоды Это отрасль базируется на производстве строительных материа- лов, строительной и транспортной техники. Выполнение всех эта- пов строительства (от нулевого цикла до отделочных работ) зависит от условий погоды. Влияние неблагоприятных условий выражается в потере рабочего времени, в простое строительной техники и транспорта и в порче строительного материала и оборудования. Температура воздуха, осадки, ветер оказывает влияние на весь ход строительных работ, подвоз строительных материалов и другие виды. Для определенных климатических поясов и отдельных видов ра- боты установлены предельные температурно-ветровые нагрузки, при которых выполнение работ ограничивается или прекращается. Поэтому в строительной индустрии используются прогнозы по- годы как суточные, трехдневные, периодные и месячные, которые позволяют уточнить очередность работ, расстановку рабочей силы и техники, прекращение отдельных видов работы и замену одних видов другими. Штормовые оповещения должны быть доведены до прорабов, которые принимают необходимые решения по обеспече- нию безопасности работ. Погодно - климатический фактор, как метеорологический ресурс играет важную роль при оптимизации строительства на всех этапах. Метеорологические факторы оказывают влияние на прочность, дол- говечность, комфортность строящихся объектов и в значительной мере определяют их стоимость. Строительная климатология - это прикладная область, где изу- чаются все погодные характеристики, величины и явления, влияю- щая на весь комплекс строительных объектов в различных клима- тических зонах. В 2009г. В РБ были введены ДИС – дорожно-измерительные станции на которых отображается : фотоизображения температура воздуха температура покрытия вид осадков видимость состояние покрытия дороги Основной функцией ДИС является прием измерений от дорож- ных станций , обработка и архивация , отображения состояния до- рог в виде карт , таблиц и графиков, выдача предупреждений об опасных явлениях, обмен данными с рабочими станциями ДЭУ. ДИС состоит: Регистрирующий блок Средство передачи данных Датчики скорости и направления ветра Датчик температуры и влажности воздуха Датчик вида и интенсивности осадков Датчик фактического состояния погоды Датчик влажности и засоленности покрытия Датчик толщины слоя воды и наличия льда/снега на поверхности Датчик электрической проводимости поверхности Датчик электрохимической поляризации Датчик частоты черного льда Датчик температуры на поверхности покрытия и на глубине 5 см Исходя из полученной информации делаются выводы и даются заключения. Заключение На мой взгляд улучшение метеоданных будет связано с приме- нением новых более лучших приборов для получения метеоинфор- мации. Список литературы http://bibliofond.ru/view.aspx?id=489835 http://www.dissercat.com/content/meteorologicheskie-prognozy-kak- faktor-snizheniya-ushcherba-ot-yavlenii-pogody Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/ И.И. Леоно- вич. – Мн.: БНТУ, 2005. – 485с. Строительная климатология: справочное пособие к СНиП. – М.: Стройиздат, 1990. Влияние туманов на видимость Лапутько А.Б. Белорусский национальный технический университет Понятие тумана и его виды Туман — атмосферное явление, скопление воды в воздухе, когда образуются мельчайшие продукты конденсации водяного пара (при температуре воздуха выше −10° это мельчайшие капельки воды, при −10…-15° — смесь капелек воды и кристалликов льда, при температуре ниже −15° — кристаллики льда, сверкающие в солнеч- ных лучах или в свете луны и фонарей). На метеостанциях отмечают следующие виды тумана Поземный туман — туман, низко стелющийся над земной по- верхностью (или водоёмом) сплошным тонким слоем или в виде отдельных клочьев, так что в слое тумана горизонтальная види- мость составляет менее 1000 м, а на уровне 2 м — превышает 1000 м (обычно составляет, как при дымке, от 1 до 9 км, а иногда 10 км и более). Наблюдается, как правило, в вечерние, ночные и утренние часы. Отдельно отмечается поземный ледяной туман — наблюдае- мый при температуре воздуха ниже −10…-15° и состоящий из кри- сталликов льда, сверкающих в солнечных лучах или в свете луны и фонарей. Просвечивающий туман — туман с горизонтальной видимостью на уровне 2 м менее 1000 м (обычно она составляет несколько сотен метров, а в ряде случаев снижается даже до нескольких десятков метров), слабо развитый по вертикали, так что возможно опреде- лить состояние неба (количество и форму облаков). Чаще наблюда- ется вечером, ночью и утром, но может наблюдаться и днём, осо- бенно в холодное полугодие при повышении температуры воздуха. Отдельно отмечается просвечивающий ледяной туман — наблю- даемый при температуре воздуха ниже −10…-15° и состоящий из кристалликов льда, сверкающих в солнечных лучах или в свете лу- ны и фонарей. Туман — сплошной туман с горизонтальной видимостью на уровне 2 м менее 1000 м (обычно она составляет несколько сотен метров, а в ряде случаев снижается даже до нескольких десятков метров), достаточно развитый по вертикали, так что невозможно определить состояние неба (количество и форму облаков). Чаще наблюдается вечером, ночью и утром, но может наблюдаться и днём, особенно в холодное полугодие при повышении температуры воздуха. Отдельно отмечается ледяной туман — наблюдаемый при температуре воздуха ниже −10…-15° и состоящий из кристалликов льда, сверкающих в солнечных лучах или в свете луны и фонарей. Влияние туманов на видимость Если сквозь туман проходит луч света, то интенсивность это- го луча уменьшается. Чем длиннее путь луча в воздухе и чем более загрязнен этот воздух, тем меньше света пройдет сквозь него. Это хорошо знают прожектористы. Когда освещают какую-нибудь цель мощным лучом прожектора, то освещение получается тем слабее, чем дальше расположен освещаемый предмет. Потеря света быстро возрастает с увеличением мутности воздуха, и в туманную погоду атмосфера так плохо пропускает свет, что пользоваться прожекто- ром на далекие расстояния совсем невозможно. Это происходит оттого, что при прохождении света через мут- ный воздух часть его теряется, или, как иногда говорят, "поглоща- ется". Для того чтобы выразить это ослабление в цифрах, пользуют- ся так называемым коэффициентом_прозрачности. Измерим полное количество света в каком-нибудь пучке лу- чей, например, в пучке от прожектора, сначала до вступления в воз- дух, а потом после того, как этот пучок пройдет слой воздуха тол- щиной 1 км. Во втором случае света окажется меньше. Число, пока- зывающее, какая часть света прошла через слой воздуха в 1 км толщины, и называется коэффициентом прозрачности. Иначе говоря, для того, чтобы вычислить коэффициент про- зрачности, надо разделить количество света, прошедшее через 1 км воздуха, на то количество света, которой вступило в этот слой воз- духа. Для того чтобы определять прозрачность воздуха, построено много разных специальных приборов. На рис. 11 показана схема измерений при помощи прожектора. Сноп света направлен вдоль земной поверхности. В двух точках, расположенных вдоль снопа, устроены наблюдательные станции. На каждой из них находится наблюдатель, вооруженный специальным прибором - фотометром, позволяющим измерять интенсивность света. Сравнивая измерения, произведенные на одной и на другой станции, определяют, сколько света потеряно на пути между станциями Если известен коэффициент прозрачности, отнесенный к рас- стоянию в 1 км, то нетрудно рассчитать, какая доля света проходит через слой в 2, 3, 4 и т. д. километров. Для этого надо возвести зна- чение коэффициента прозрачности в степень, равную числу кило- метров. Пусть, например, коэффициент прозрачности равен 0,8. То- гда через слой воздуха в 2 км пройдет доля света, равная 0,8 х 0,8 = 0,82 = 0,64. После прохождения через слой в 3 км останется часть света 0,8 х 0,8 х 0,8 = 0,83 = 0,512 и т. д. Куда же девается свет, задержанный в мутном воздухе? Очень небольшая часть его "поглощается" по-настоящему и переходит в теплоту, нагревающую воздух. Остальной свет сохраняет форму световых лучей, но только лучи эти меняют направление. Встретив плавающую в атмосфере каплю тумана, пылинку или даже молеку- лу воздуха, световой луч отражается, точнее, рассеивается ею в раз- ные стороны. Этот рассеянный свет отнимается от основного пучка лучей, но за его счет начинает светиться весь объем воздуха, прони- занный световыми лучами. Это особенно хорошо видно, когда смотришь на луч прожектора в темную ночь. С какой бы стороны ни стоял наблюдатель, он всегда ясно видит путь световых лучей в виде длинного светлого столба, протянувшегося между прожекто- ром и освещаемым предметом. На всем пути луча воздух становит- ся светлым и хорошо видимым на темном фоне. За счет, какого све- та мы его видим? За счет той части лучей прожектора, которая рас- сеивается частицами среды в разные стороны. Движение во время тумана Туман нередко становится причиной ДТП. Он резко уменьшает зону видимости и способствует обману зрения, нарушая ориенти- ровку в пространстве. При этом искажаются представления о рас- стоянии до других автомобилей и неподвижных препятствий, о скорости их приближения. Рассеянный туманом свет фар создает впечатление, что автомобили и предметы находятся дальше, чем это есть на самом деле. При въезде в туман важно вовремя включить ближний свет фар. Это необходимо не только для того, чтобы самому видеть до- рогу, но и для того, чтобы ваш автомобиль лучше видели другие участники движения. Ближний свет фар создает зону видимости, в зависимости от протяженности которой (т. е. густоты тумана) води- телю следует выбирать безопасную скорость движения автомобиля. Еще лучше, чем ближний свет фар, в тумане «работают» противо- туманные фары. Дальний свет фар в тумане не просто бесполезен, а даже опасен, т. к. направленные вперед (а не вперед-вниз) световые лучи, отражаясь капельками влаги, образуют яркую светящуюся пелену, скрывающую дорогу и расположенные на ней объекты. Плохая видимость в тумане влияет и на психику водителя. По- рой у него создается обманчивое впечатление полного безлюдья, и, когда внезапно и беззвучно появляются контуры встречного авто- мобиля водитель может испугаться и даже испытать состояние стресса. Обгон и движение задним ходом в тумане недопустимы! Зад- ние фонари габаритного света заметить в тумане гораздо сложнее, поэтому попутные столкновения не являются редкостью. С целью их предотвращения водителям следует включать фонари заднего противотуманного света, которые гораздо эффективнее задних фо- нарей. Однако при выключенном двигателе фонари заднего проти- вотуманного света не работают, поэтому при необходимости оста- новки или стоянки автомобиля в условиях тумана следует непре- менно покинуть проезжую часть дороги и сместиться на обочину. Обозначить стоящий автомобиль лучше всего включением аварий- ной сигнализации. При движении в тумане необходимо периодически включать стеклоочиститель, поскольку мельчайшие капельки влаги, оседая на ветровом стекле автомобиля, образуют тонкую пленку, которая сильно ухудшает видимость. Список литературы       Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/ И.И. Леоно‐ вич. ‐ Мн.: БНТУ, 2005. ‐ 485с.  2. http://ru.wikipedia.org/ 3. http://kursor70.ru/index.php?option=com_content&view=article&id=33 1&Itemid=326 Закономерности распространения света в зависимости от со- стояния атмосферного воздуха Любко К. Г. Белорусский национальный технический университет Введение Атмосферный воздух - естественная смесь газов (главным обра- зом азота и кислорода - 98-99% в сумме, а также углекислого газа, воды, водорода и пр.) образующая земную атмосферу. Атмосфера нашей планеты представляет собой оптическую систему, показа- тель преломления кото¬рой уменьшается с высотой вследствие уменьшения плотности воздуха. Это обстоятельство приводит к по- явлению целого ряда опти¬ческих явлений в атмосфере, обуслов- ленных преломлением (реф¬ракцией - явлением искривления све- товых лучей при прохождении света через атмосферу) и отражени- ем (рефлексией) лучей в ней. С высотой плотность воздуха (значит, и показатель преломле¬ния) убывает. Представим себе, что атмо- сфера состоит из опти¬чески однородных горизонтальных слоев, показатель преломле¬ния в которых меняется от слоя к слою. При движении оптического луча в такой системе он будет в соответст- вии с законом преломления «прижиматься» к перпендикуляру. В реальности плотность атмосферы уменьшается не скачками, а не- прерывно, что приводит к плавному искривлению луча при прохо- ждении атмосферы. Закономерности распространения света в зависимости от состояния атмосферного воздуха С оптической точки зрения атмосферный воздух представляет собой аэрозоль. Его дисперсная фаза образует незначительную по массе при¬месь — вне облаков и туманов это десятки или сотни микрограмм на кило¬грамм воздуха. Тем не менее, она играет ре- шающую роль и в ходе конден¬сационных процессов и в оптике атмосферы. Изменчивость оптического состояния атмосферы в основном обусловле¬на трансформацией дисперсной фазы в ходе конденса- ционных процессов, в которых она выступает в качестве ядер кон- денсации. Очевидно, что на разных уровнях, где природа дисперсной фазы совсем различна, микроструктура конденсата, а, следовательно, и его оптические свойства должны быть непохожими. Помимо дисперсной фазы, причиной рассеяния света служат флуктуа¬ции показателя преломления газовой фазы. Их обуславли- вает турбулент¬ное перемешивание воздуха при наличии градиента температуры. Сами флуктуации очень малы — они составляют ве- личины порядка 10-6 и мень¬ше. Несмотря на это, они создают весьма ощутимые эффекты: искажения фазового фронта световой волны, случайные смещения луча, флуктуации интенсивности, свя- занные с перераспределением энергии внутри сечения пучка, мер- цание и дрожание далеких огней и звезд и т. п. Оптические свойства туманов сходны с оптическими свойствами облаков. Солнечный свет хорошо отражается от слоя тумана. Отра- женный свет составляет около 80 % падающего, т.е. альбедо (коэф- фициент отражения) туманов, как и облаков, весьма велико. При высоком положении Солнца альбедо уменьшается (однако количе- ственная сторона этого процесса мало исследована). Часть падающих лучей поглощается туманом. При этом прояв- ляется избирательный характер поглощения: капельки воды, как и водяной пар, хорошо поглощают длинные световые волны (инфра- красные, или тепловые, лучи). Сами капельки тумана также излу- чают длинные волны в соответствии со своей температурой; с этим связано уменьшение ночного охлаждения почвы и приземного слоя воздуха при наличии облаков или тумана. Ухудшение видимости предметов в тумане связано, в основном, с рассеянием света. Мелкие частицы тумана (радиусом меньше 0,0005 мм) наиболее сильно рассеивают короткие световые волны (синие лучи), меньше рассеивают длинные волны (красные и ин- фракрасные лучи). Именно поэтому туманная дымка, когда капель- ки очень малы, имеет синеватую окраску. В обычных туманах, ко- гда радиус капелек превышает 0,001 мм, световые волны всех длин рассеиваются практически одинаково. Во всех случаях степень рас- сеяния света, а следовательно, и степень ухудшения видимости предметов, пропорциональны числу капелек или ледяных кристал- лов в единице объема. В свою очередь, число капелек в тумане тем больше, чем меньше их радиус и чем больше водность тумана. По- этому справедлива следующая приближенная формула для оценки видимости L в тумане: где rm – средний радиус капелек тумана в микронах; a – водность тумана в граммах на 1 м3. Из этой формулы следует, что при одинаковой видимости при низких температурах размеры капелек в туманах с меньшей водно- стью меньше, чем в туманах с большей водностью. При наличии яркого источника света в тумане могут наблюдать- ся оптические явления, обусловленные особой формой рассеяния света – дифракцией. Так, вокруг уличных фонарей при сильном ту- мане часто наблюдаются радужные венцы. При расположении ту- мана на некотором расстоянии от наблюдателя в виде четко очер- ченной туманной массы в отдельных случаях наблюдаются глории – тени от предметов, окруженные радужными венцами, а иногда и белые радуги. Это явление особенно характерно для горных рай- онов. В ледяных туманах возможно образование кругов вокруг Солнца и Луны. Заключение Процесс распространения света в природных условиях представ- ляет собой сочетание разнородных физических явлений. Диффе- ренцированное понимание их механизма необходимо при решении, как фунда¬ментальных научных проблем, так и прикладных задач во многих отраслях современной техники. Список литературы 1.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%92%D0%BE%D0%B7%D0%B 4%D1%83%D1%85 2. Дорожная климатология: учебник / И.И. Леонович. ― Мн.: БНТУ, 2005. ― 485с. 3. Г.В. Розенберг, В.И. Татарский, В.И. Дианов-Клоков. Неко- торые особенности распространения света в различных слоях атмо- сферы. Вестник Академии Наук СССР, No 2, стр. 21-29, 1970. Оптические свойства Атмосферы и их учёт при решении до- рожных задач Мельник А.С. Белорусский национальный технический университет Введение Многообразие оптических явлений в атмосфере обусловлено различными причинами. К наиболее распространенным феноменам относятся молния и весьма живописные северное и южное поляр- ные сияния. Кроме того, особенно интересны радуга, гало, паргелий (ложное солнце) и дуги, корона, нимбы и призраки Броккена, мира- жи, огни святого Эльма, светящиеся облака, зеленые и сумеречные лучи. Виды оптических явлений Полярное сияние Полярное сияние — поразительное явление свечения, наблюдае- мое на небе, чаще всего в полярных областях. В Северном полуша- рии его называют также северным сиянием, а в высоких широтах Южного полушария - южным. Предполагается, что этот феномен существует также и в атмосферах других планет, например Венеры. Природа и происхождение полярных сияний — предмет интенсив- ных исследований, и в этой связи были разработаны многочислен- ные теории. Явление свечения, до некоторой степени близкое по- лярным сияниям, называемое «свечением ночного неба», можно наблюдать при помощи специальных приборов па любой широте. Полярные сияния имеют весьма разнообразные формы, включая проблески, пятна, однородные дуги и полосы, пульсирующие дуги и поверхности, всполохи, лучи, лучистые дуги, драпри и короны. Свечение, как правило, начинается в виде сплошной дуги, кото- рая является одной из самых обычных форм и не имеет лучистой структуры. Яркость может быть довольно постоянной во времени или же пульсировать с периодом менее минуты. Пели яркость сия- ния, увеличивается, однородная форма часто распадается на лучи, лучистые дуги, драпри или короны, в которых лучи как бы сходятся к вершине. Всполохи в форме быстро движущихся вверх волн света часто венчаются короной. Расчеты, выполненные на основе множества фотонаблюдений на Аляске, в Канаде и, особенно в Норвегии, показывают, что около 94 % полярных сияний приурочено к высотам от 90 до 130 км над зем- ной поверхностью, хотя для разных форм полярных сияний харак- терно свое собственное высотное положение. Максимальная до сих пор зарегистрированная высота появления полярного сияния — около 1130 км, минимальная — 60 км. Радуга Радуга — самое красивое атмосферное явление. Обычно это ог- ромная арка, состоящая из разноцветных полос, наблюдаемая, когда Солнце освещает лишь часть небосвода, а воздух насыщен капель- ками воды, например во время дождя. Разноцветные дуги распола- гаются в последовательности спектра (красная, оранжевая, желтая, зеленая, голубая, синяя, фиолетовая), однако цвета почти никогда не бывают чистыми, поскольку полосы взаимно перекрываются. Как правило, физические характеристики радуг существенно разли- чаются, поэтому и по внешнему виду они весьма разнообразны. Их общей чертой является то, что центр дуги всегда располагается на прямой, проведенной от Солнца к наблюдателю. Главная радуга представляет собой дугу, состоящую из наиболее ярких цветов — красного па внешней стороне и фиолетового — на внутренней. Иногда видна только одна дуга, но часто с внешней стороны основ- ной радуги появляется побочная. Она имеет не столь яркие цвета, как первая, а красная и фиолетовая полосы в ней меняются места- ми: красная располагается с внутренней стороны. Образование главной радуги объясняется двойным преломлени- ем и однократным внутренним отражением лучей солнечного света. Проникая внутрь капли воды, луч света преломляется и разлагается, как при прохождении сквозь призму. Затем он достигает противо- положной поверхности капли, отражается от нее и выходит из кап- ли наружу. При этом луч света, прежде чем достичь наблюдателя, преломляется вторично. Исходный белый луч разлагается на лучи разных цветов с углом расхождения 2°. При образовании побочной радуги происходит двойное преломление и двойное отражение сол- нечных лучей. В этом случае свет преломляется, проникая внутрь капли через ее нижнюю часть, и отражается от внутренней поверх- ности капли. В определенной точке свет преломляется, выходя из капли в сторону наблюдателя. На восходе и закате Солнца наблюдатель видит радугу в виде дуга, равной половине окружности, так как ось радуги параллельна горизонту. Если Солнце располагается выше над горизонтом, дуга радуги меньше половины окружности. Когда Солнце поднимается выше 42° над горизонтом, радуга исчезает. Везде, кроме высоких широт, радуга не может появиться в полдень, когда Солнце стоит слишком высоко. Когда дождь или водяная пыль образуют радугу, полный оптический эффект достигается за счет суммарного воздей- ствия всех капелек воды, пересекающих поверхность конуса радуги с наблюдателем в вершине. Роль каждой капли мимолетна. Поверх- ность конуса радуги состоит из нескольких слоев. Быстро пересекая их и проходя при этом через серию критических точек, каждая кап- ля мгновенно разлагает солнечный луч на весь спектр в строго оп- ределенной последовательности — от красного до фиолетового цвета. Множество капель таким же образом пересекает поверхность конуса, так что радуга представляется наблюдателю непрерывной как вдоль, так и поперек се дуги. Гало Гало — белые или радужные световые дуги и окружности вокруг диска Солнца или Луны. Они возникают вследствие преломления или отражения света находящимися в атмосфере кристаллами льда или снега. Кристаллы, формирующие гало, располагаются па по- верхности воображаемого конуса с осью, направленной от наблю- дателя (из вершины конуса) к Солнцу. При некоторых условиях ат- мосфера бывает насыщена мелкими кристаллами, многие грани ко- торых образуют прямой угол с плоскостью, проходящей через Солнце, наблюдателя и эти кристаллы. Такие грани отражают по- ступающие лучи света с отклонением на 22°, образуя красноватое с внутренней стороны гало, но оно может состоять и из всех цветов спектра. Реже встречается гало с угловым радиусом 46°, распола- гающееся концентрически вокруг 22-градусного гало. Его внутрен- няя сторона тоже имеет красноватый оттенок. Причиной этого так- же является преломление света, происходящее в этом случае на об- разующих прямые углы гранях кристаллов. Как 46-градусные, так и 22-градусные гало, как правило, имеют наибольшую яркость в верхней и нижней частях кольца. Изредка встречающееся 90- градусное гало представляет собой слабо светящееся, почти бес- цветное кольцо, имеющее общий центр с двумя другими гало. Если оно окрашено, то имеет красный цвет на внешней стороне кольца. Миражи Миражи — оптический эффект, обусловленный преломлением света при прохождении через слои воздуха разной плотности и вы- ражающийся в возникновении мнимого изображения. Удаленные объекты при этом могут оказаться поднятыми или опущенными от- носительно их действительного положения, а также могут быть ис- кажены и приобрести неправильные, фантастические формы. Ми- ражи часто наблюдаются в условиях жаркого климата, например над песчаными равнинами. Обычны нижние миражи, когда отда- ленная, почти ровная поверхность пустыни приобретает вид откры- той воды, особенно если смотреть с небольшого возвышения или просто находиться выше слоя нагретого воздуха. Подобная иллюзия обычно возникает на нагретой асфальтированной дороге, которая далеко впереди выглядит как водная поверхность. В действительно- сти эта поверхность является отражением неба. Ниже уровня глаз в этой «воде» могут появиться объекты, обычно перевернутые. Над нагретой поверхностью суши формируется «воздушный слоеный пирог», причем ближайший к земле слой — самый нагретый и на- столько разрежен, что световые волны, проходя через него, иска- жаются, так как скорость их распространения меняется в зависимо- сти от плотности среды. Верхние миражи менее распространены и более живописны по сравнению с нижними. Удаленные объекты (часто находящиеся за морским горизонтом) вырисовываются на небе в перевернутом положении, а иногда выше появляется еще и прямое изображение того же объекта. Это явление типично для хо- лодных регионов, особенно при значительной температурной ин- версии, когда над более холодным слоем находится более теплый слой воздуха. Данный оптический эффект проявляется в результате сложных закономерностей распространения фронта световых волн в слоях воздуха с неоднородной плотностью. Время от времени возникают очень необычные миражи, особенно в полярных регио- нах. Когда миражи возникают на суше, деревья и другие компонен- ты ландшафта перевернуты. Оптические свойства туманов Оптические свойства туманов сходны с оптическими свойствами облаков. Солнечный свет хорошо отражается от слоя тумана. Отра- женный свет составляет около 80 % падающего, т.е. альбедо (коэф- фициент отражения) туманов, как и облаков, весьма велико. При высоком положении Солнца альбедо уменьшается (однако количе- ственная сторона этого процесса мало исследована). Часть падающих лучей поглощается туманом. При этом прояв- ляется избирательный характер поглощения: капельки воды, как и водяной пар, хорошо поглощают длинные световые волны (инфра- красные, или тепловые, лучи). Сами капельки тумана также излу- чают длинные волны в соответствии со своей температурой; с этим связано уменьшение ночного охлаждения почвы и приземного слоя воздуха при наличии облаков или тумана. Ухудшение видимости предметов в тумане связано, в основном, с рассеянием света. Мелкие частицы тумана (радиусом меньше 0,0005 мм) наиболее сильно рассеивают короткие световые волны (синие лучи), меньше рассеивают длинные волны (красные и ин- фракрасные лучи). Именно поэтому туманная дымка, когда капель- ки очень малы, имеет синеватую окраску. В обычных туманах, ко- гда радиус капелек превышает 0,001 мм, световые волны всех длин рассеиваются практически одинаково. Во всех случаях степень рас- сеяния света, а следовательно, и степень ухудшения видимости предметов, пропорциональны числу капелек или ледяных кристал- лов в единице объема. В свою очередь, число капелек в тумане тем больше, чем меньше их радиус и чем больше водность тумана. По- этому справедлива следующая приближенная формула для оценки видимости L в тумане: где rm – средний радиус капелек тумана в микронах; a – водность тумана в граммах на 1 м3. Из этой формулы следует, что при одинаковой видимости при низких температурах размеры капелек в туманах с меньшей водно- стью меньше, чем в туманах с большей водностью. При наличии яркого источника света в тумане могут наблюдать- ся оптические явления, обусловленные особой формой рассеяния света – дифракцией. Так, вокруг уличных фонарей при сильном ту- мане часто наблюдаются радужные венцы. При расположении ту- мана на некотором расстоянии от наблюдателя в виде четко очер- ченной туманной массы в отдельных случаях наблюдаются глории – тени от предметов, окруженные радужными венцами, а иногда и белые радуги. Это явление особенно характерно для горных рай- онов. В ледяных туманах возможно образование кругов вокруг Солнца и Луны. Учёт погодно-климатических факторов в практике решения дорожных задач 1. Температура воздуха – выбор и обоснование проектных ре- шений и мероприятий, обеспечивающих требуемый технический уровень дороги, удобство и безопасность движения в течение всего срока её эксплуатации; обоснование технологии производства до- рожных работ с использованием различных материалов; организа- ция строительства дорог; расчёт температурного режима дорожных конструкций; прогнозирование и оценка эксплуатируемого состоя- ния дорожных одежд; технологические расчёты, связанные с проек- тированием теплоизоляционных слоёв, защитных покрытий, биту- мохранилищ, пропарочных камер, других сооружений и установок. 2. Влажность воздуха – оценка состояния погоды; прогнозиро- вание льдообразования и скользкости на дороге; защита гидро- фильных материалов от увлажнения. 3. Солнечная радиация – расчёт температуры дорожного по- крытия; проектирование составов органоминеральных смесей; рас- чёты испарения; определение альбедо для различных материалов; расчёт энергетической освещённости. 4. Атмосферное давление – расчёт мощности двигателей внут- реннего сгорания; прогнозирование погоды; оценка давления в при- борах и установках; проектирование мероприятий по защите людей, работающих в экстремальных условиях. 5. Атмосферные осадки – определение объёмов ливневого и снегового оттоков; организация строительных работ; проектирова- ние противоэрозионных мероприятий; определение длительности различных состояний покрытия; расчёт отверстий искусственных сооружений, обеспечение отвода поверхностных вод. 6. Гололедица – борьба с зимней скользкостью; выбор опти- мального режима движения автомобиля; расчёт теплообогрева до- рожной одежды; регулирование теплотехнических свойств покры- тия; устройство гидрофобной поверхности покрытия, устройство шероховатой поверхности; планирование оснащённости дорожной службы противолёдными средствами; проектирование баз хранения противогололёдных материалов и систем сигнализации о гололёде. 7. Ветер – проектирование дороги с учётом форм рельефа и рас- чёта на скорость ветра; проектирование ветрозащитных насаждений и ограждений; назначение ширины полосы движения с учётом от- клонения автомобиля; расчёт устойчивого движения автомобиля; размещение АБЗ, ЦБЗ и других предприятий с учётом “розы вет- ров”; расчёт сопротивления движению; определение объёмов сне- гоприноса; расчёт инженерных сооружений; учёт ветровой нагрузки на мосты; проверка устойчивости сооружений; проектирование контактных сетей воздушных линий электропересечения и связи. 8. Метель – проектирование дороги с учётом влияния на неё снегозаносимости, высоты насыпи и глубины выемок, форм релье- фа, растительности, скорости и направления ветра, наличия инже- нерного оборудования; проектирование снегозащитных полос и ог- раждений; снегозадерживающих и снегопередувающих заборов; организация борьбы со снежными заносами и работ по зимнему со- держанию дорог; обеспечение потребности в ресурсах и оснащён- ности дорожной службы для предотвращения заносов. 9. Туман – определение дальности метеовидимости; выбор оп- тимальной скорости движения автомобилей; проектирование доро- ги с учётом влияния рельефа, ландшафта и растительности на час- тоту образования тумана; устройство специального искусственного освещения и разметки. 10. Температура почвы – выбор технических средств для про- изводства земляных работ; организация работ по строительству, ремонту и содержанию дорог; производство работ по озеленению и уходу за снегозащитными и декоративными насаждениями; укреп- ление откосов путём посева трав и одерновки. 11. Промерзания грунта – расчёты водно-теплового режима земляного полотна; теплотехнические расчёты конструктивных слоёв дорожной одежды и земляного полотна; проектирование теп- лоизоляционных прослоек определение количества циклов “замо- раживания-оттаивания”; определение оптимальных сроков произ- водства земляных работ. 12. Солнечное сияние – расчёт продолжительности солнечного сияния; определение времени восхода солнца, определение времени захода солнца; разработка графика работы предприятия; подсчёт расхода электроэнергии на освещение рабочих мест и дорог. 13. Снежный покров – определение высоты снегозаносимых насыпей; проектирование снегозащитных полос и ограждений; раз- работка мероприятий по борьбе со снежными лавинами; организа- ция зимнего содержания автомобильных дорог. 14. Облачность – организация работ по строительству, ремонту и содержанию автомобильных дорог; оценка погодных условий; расчёты видимости на дороге; определение дальности метеорологи- ческий видимости. 15. Грозы – учёт при производстве дорожных работ; проектиро- вание молниеотводов. 16. Град – защита свежеуложенных цементобетонных покрытий; проектирование наружной осветительной арматуры; организация строительного производства. 17. Пыльные бури – проектирование защитных сооружений; организация содержания дорог; регулирование движения. 18. Испарение – решение задач тепломассопереноса и сушки материалов; определение физических параметров атмосферы. 19. Конденсация – анализ образования осадков и туманов, ув- лажнение поверхности дороги, защита гигроскопических материа- лов от влаги. Средства защиты глаз человека, сидящего за рулем от ослеп- ления Применительно к машинным зеркалам заднего вида можно клас- сифицировать и выделить в три группы: - Оптические (спектральные) средства защиты; - Электрооптические средства защиты; - Механические средства защиты. Механическое противоослепляющее устройство Зеркало с механическим средством защиты от ослепления пред- полагает изменение коэффициента отражения путем механических перемещений разных узлов. Самое простое средство - переключе- ние положения " ночь - день " в зеркалах, которые имеют клино- видные оптические элементы. Иная конструкция предполагает на- личие в зеркале отражателя с пониженным коэффициентом отраже- ния, он устанавливается вместо или перед основным оптическим элементом. Управление подобным зеркалом осуществляется при помощи электромеханического привода или вручную. Работа и устройство зеркала с оптическим клиновидным элементом При нормальном положении зеркала человек видит отражение от зеркальной поверхности; в противоослепляющем изображение бу- дет передаваться от наружной поверхности стекла. Так как стекло зеркала имеет форму клина, данные отражения находятся под раз- ными углами. Сам водитель чаще всего вручную выполняет пере- ключение положений. Есть такие конструкции зеркал, где преду- смотрен измеритель освещенности, который обнаруживает источ- ник яркого света, и электромеханический привод, который по сигналу измерителя переводит зеркало из обычного положения в противоослепляющее. Смысл зеркал с электрооптическими средствами защиты глаз против ослепления Такие зеркала оснащаются оптическими элементами с перемен- ной отражающей способностью, к примеру, на жидких кристаллах или на электрохромных стеклах. Зеркала, которые оснащены переменной отражающей способно- стью, весьма эффективно защищают глаза водителя от ослепления и при этом сохраняют максимальный уровень об информации о доро- ге. Но у этих типов противоослепляющих зеркал - высокая стои- мость - в силу дороговизны электрохромных жидкостей и жидких кристаллов или сложной технологии покрытия. Устройство зеркала с переменной прозрачностью на жидких кристаллах В своем составе зеркало имеет жидкокристаллический материал, который заключен между двумя слоями стекла с использованием прозрачных электродов, а также электронной схемы управления и измерителя освещенности. В обычных условиях жидкокристаллический слой отражает свет, который на него падает с высоким отражательным коэффициентом. Когда измерителем обнаруживается слепящий свет, на жидкокри- сталлический слой схемой управления подается разность потенциа- лов. Это приведет к изменению ориентации кристаллов в слое и, следовательно, увеличению его прозрачности. Часть света, который попал на зеркало, в результате проходит сквозь слой и совокупная яркость изображения понижается. Этим и обеспечивается защита от ослепления. Устройство электрохромного зеркала Есть два типа электрохромных зеркал: зеркала на основе тонких электрохромных твердых пленок и на основе электрохромных жид- костей на стекле. В виде зеркал на основе электрохромных жидкостей между дву- мя стеклянными пластинами пространство заполнено особой жид- костью, которая прозрачна в обычном состоянии и темнеет под дей- ствием тока. На наружную пластину наносится прозрачный элек- трод, а внутренняя пластина оснащается отражающим металлическим слоем. Когда обнаруживается опасность ослепле- ния, к жидкости передается поток электрического тока - под его воздействием жидкость темнеет и поглощает немного света. От это- го и происходит защита от ослепления. Но самыми распространенными оказались противоослепляющие зеркала на основе оксида вольфрама - твердого электрохромного материала. В конструкции подобных зеркал нет никаких жидкостей. Спектральные или оптические средства защиты от ослеп- ления Такие средства основываются на соотношении спектральных ха- рактеристик ламп излучения, которые используются в фарах авто- мобиля, спектров отражения зеркал с новейшим покрытием и спек- тральной чувствительности зрения человека. Спектральные средст- ва защиты - оптимальное решение проблемы ослепления с точки зрения соотношения результат/цена. Они обеспечивают довольно эффективную защиту при минимальной цене. Помимо этого, спек- трально селективная оптика может исключить из конструкции зер- кал механические узлы и дорогостоящие материалы. Работа спектральных средств защиты Спектральные средства защиты работают по принципу специ- ального подбора спектра отражения зеркала. Подобное зеркало приобретает некоторый цветовой оттенок - тон. Как правило, тон зеркал бывает, синий, зелено-голубой или голубой. Есть зеркала, которые имеют розовый оттенок. Зеркала желто-золотистого тона - это оригинальная разработка компании В«ПолитехВ». Заключение Разнообразие оптических явлений велико, так же, как и их влия- ние на решение дорожных задач. В зависимости от вида оптическо- го явления, выбирают определённые меры. Нельзя забывать, что природа – могучая сила, с которой стоит считаться. Список литературы 1. Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/ И.И. Лео- нович.-Мн.: БНТУ, 2005.-485с. 2. Метеорология и климатология энциклопедия http://students.russianplanet.ru 3. Хромов С. П. Метеорология и климатология для географиче- ских факультетов. — Л.: Гидрометеорологическое изд-во, 1964. — С. 30. — 500 с. 4. Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебное пособие для студентов специальности 29.10 – “Строительство автомобильных дорог и аэродромов”/ И.И. Леонович.-Мн.: БНТУ, 1994.-500с. Ветровые нагрузки на сооружения Пискун А.А. Белорусский национальный технический университет Введение Действие ветра на сооружения проявляется в виде статической ветровой нагрузки и в возбуждении колебаний конструкций. Недос- таточность знаний о действии ветра на сооружения приводила к об- рушению мостов, высоких зданий, опор лини» электропередачи, радиомачт. Основными причинами аварий были ошибки в назначе- нии величины расчетной ветровой нагрузки, неправильное пред- ставление о характере ее распределения по сооружению, недоста- точный учет аэродинамических характеристик, вибрация конструк- ций. Если известны расчетная скорость ветра, его порывистость профиль ветра по высоте, вероятность ветров различной силы и «роза ветров», может быть установлено действие ветра на сооруже- ние. Ветер — динамическая нагрузка, так как скорость его все время меняется. Реакция сооружения на ветер будет различной: жесткие конструкции воспринимают ее как статическую, реакция гибких конструкций зависит от частоты свободных (собственных) колеба- ний. Влияние порывов ветра часто оценивают динамическим коэф- фициентом, учитывающим и повторное их действие. Для высоких сооружений ветровая нагрузка является основной; при расчете их на прочность и деформативность необходимы более детальные сведения о ветре в месте предполагаемого строительства, чем сообщаемые в нормативных документах. Карта районирования территории страны по интенсивности вет- ровой нагрузки, приведенная в книге, составлена для равнинных районов. Местные особенности рельефа географического пункта не показаны на ней из-за недостаточной частоты расположения метео- рологических станций и малого масштаба карт. Поэтому большое значение приобретают общие сведения о влиянии на величину ско- рости ветра долины, холма, горной системы большой водной по- верхности, городской застройки с высоким зданиями, лесных мас- сивов и др. Оценка расчетной скорости ветра и анализ влияния его порывов на сооружение вследствие случайного характера явления не могут быть сделаны без привлечения математической статистики. Ветровая нагрузка на сооружения зависит не только от размеров сооружения и скорости ветра, но и от конструктивной формы, оце- ниваемой аэродинамическими коэффициентами. Только ясное фи- зическое представление о действии ветра на сооружения, для по- знания которого привлечены и смежные научные дисциплины, в частности прикладная климатология, аэромеханика, математиче- ская статистика, теория колебаний, может быть гарантией правиль- ного расчета сооружений. Общие сведения о ветре Строитель рассматривает ветер как кратковременную нагрузку и источник вибрации конструкций. Для высоких сооружений и зда- ний, большепролетных конструкций, мостов и др. ясное представ- ление о структуре ветра, законах распространения, интенсивности его, частоте сильных ветров, порывистости является обязательным условием проектирования, поскольку действие ветра определяет прочность и стоимость конструкции Движение масс воздуха относительно земной поверхности про- исходит под воздействием разности атмосферного давления, опре- деляемого барическим градиентом, силой трения, отклоняющей си- лой вращения земли и центробежной силой. Сила трения заметно сказывается в нижних сотнях метров. Барический градиент (бар— единица давления, принятая в метеорологии), являющийся разно- стью давления обычно на один градус меридиана, выражается в миллибарах A000 мбар = 750 мм рт. ст.). Вследствие турбулентности воздушного потока скорость и на- правление в той или иной мере колеблются. Величину скорости как осредненную величину определяют с помощью станционных при- боров (флюгера, анемометра и др.), а в свободной атмосфере на больших высотах — с помощью радиозондов, шаропилотных на- блюдений и аэростатов. Скорость ветра измеряется в м/сек, иногда оценивается узлами или баллами международной шкалы. Узел— 1 морская миля в час (около 0,5 м/сек). Направление ветра указывают по 8 или 16 румбам горизонта или по азимутальным углам, считая за 0 направление на север; углы отсчитывают по часовой стрелке. Особое значение для общей циркуляции атмосферы имеют возни- кающие области низкого и высокого атмосферного давлений, назы- ваемые циклонами и антициклонами. Они часто наблюдаются в средних широтах и вызывают сильные воздушные течения. Трение частиц воздуха о поверхность земли отклоня- ет направление ветра от прямолинейного так, что слева по движе- нию остается более низкое давление атмосферы. С ростом высоты над поверхностью земли влияние силы трения уменьшается, что приводит к повышению скорости ветра. На большой высоте, где влияние трения о поверхность земли исчезает, а движение устано- вившееся и равномерное, ветер дует по изобаре. В метеорологии его называют градиентным. Изобары циклонов и антициклонов не пря- мые, а замкнутые линии вида эллипсов и окружностей; по ним происходит движение воздушных масс, вследствие чего возникает еще центробежная сила. Для вихря, вращающегося против часовой стрелки, если в центре его пониженное давление, т. е. циклон, ради- ус действия которого достигает 3000 км, характерны большая по- рывистость и сильные осадки. Наиболее разрушительны по своей силе тропические циклоны, иногда движущиеся со скоростью более 50 м/сек. В зоне Карибско- го моря такие ураганы причиняют колоссальные разрушения и уносят сотни, а иногда и тысячи человеческих жизней. В Восточной Азии их называют тайфунами. Они обрушиваются на наш Дальний Восток, наиболее сильно страдают от них Курильские острова. Вихри над морем называют смерчами, над сушей — тромбами. По визуальным наблюдениям скорость ветра достигает 100 м/сек. Предвестником смерча является длительная жаркая погода и влаж- ность воздуха. Вследствие низкого давления/воздуха внутри вихря и огромной скорости вращения смерч всасывает в себя воду и предметы, встречающиеся на его пути. Летом 1904 г. над Москвой пронесся тромб, почти полностью уничтоживший Анненгофскую рощу, разрушивший массу зданий в Лефортове, в окрестностях Москвы и близлежащих селах. Скорость ветра достигала 60 м/сек. Движение воздуха в атмосфере турбулентное. С турбулентно- стью атмосферы связана порывистость ветра. При значительных кратковременных отклонениях от средних величин скорости гово- рят о шквалистости ветра. Порывистость ветра в исследованиях ха- рактеризуют с помощью средних квадратов пульсации составляю- щих скорости ветра и стандартных отклонений. Восходящие и нис- ходящие токи воздуха могут вызвать вихрь с горизонтальной осью — шквал: ветер как бы скачком повышается от слабого до ураган- ного, достигая 30 м/сек и даже больше. В Москве шквал в мае 1937 г. причинил огромные разрушения, хотя продолжался всего 3—4 мин. Сильные шквалы наблюдаются при жаркой сухой погоде, длившейся в течение многих дней. Ветровая нагрузка на сооружения Ветровая нагрузка на сооружения стала привлекать внимание строителей еще в прошлом столетии в связи с появлением стальных конструкций мостов больших пролетов, а применение мачт и башен высотой до 600 м заставило обратить внимание на профиль ветра по высоте. За последнее время интерес к ветровой нагрузке появился у авторов проектов высотных зданий1, строителей заводов с оборудо- ванием, расположенным на открытом воздухе. Ветровая нагрузка стала доминирующей для линий электропередачи напряжением 220 кв и более. Появление сооружений, деформативность которых во многом определяет нормальное протекание технологического процесса, за- ставило по-иному взглянуть на ветровую нагрузку, не ограничивая ее ролью участника только в прочностных расчетах. Все более ши- рокое внедрение теории вероятностей и математической статистики в практику проектирования строительных конструкций потребовало сведений о вероятности ветров различной силы. Более того, расчет строительных конструкций на ветровую нагрузку стал неотделим от технологических вопросов, когда рассматривается общая надеж- ность системы или выясняется ее оптимальное решение. Совершенствование методики расчета сооружений, внедрение высокопрочных материалов привело к повышению гибкости конст- рукций и облегчению их веса, заставило отказаться от взгляда на ветровую нагрузку только как на статическую. Вопросы порыви- стости ветра важны при проектировании гибких сооружений, дина- мическое действие ветра на которые вызывает иную реакцию, чем на жесткие или массивные конструкции. Для сооружений, харак- терных большими периодами свободных колебаний, особенно у та- ких, ветровая нагрузка на которые определяет их прочность, нельзя ограничиваться учетом порывистого характера ветра только введе- нием динамического коэффициента в статический расчет. Ранее порывы ветра рассматривали в виде упругого удара на со- оружение и учитывали это динамическим коэффициентом в расче- те. При таком подходе оставался открытым вопрос о влиянии по- вторных порывов ветра, что привело к введению еще коэффициента повторяемости. Ветровая нагрузка на сооружение зависит от скорости и поры- вистости ветра, параметров конструкции, включая ее динамические характеристики, аэродинамических коэффициентов формы, разме- ров и положения конструкции относительно потока. Аэродинами- ческие коэффициенты определяют опытным путем Ветровая нагрузка на сооружение может быть определена по формуле где п— коэффициент перегрузки, вводимый при расчете соору- жений по предельным состояниям; сх—аэродинамический коэффициент—коэффициент лобового сопротивления; q — нормативный скоростной напор ветра на уровне середины рассматриваемого участка сооружения; B—коэффициент, называемый динамическим, учитывающий ре- акцию сооружения на действие порывов ветра; S— проекция площади сооружения на плоскость, нормальную к направлению ветра. Здесь скоростной напор ветра где Р—плотность воздуха, зависящая от давления, температуры и влажности; V— скорость ветра в м/сек. На больших высотах, в условиях Крайнего Севера температура воздуха может быть ниже нормальной, принимаемой в стандартной атмосфере равной 15° С, что вызывает повышение расчетного ско- ростного напора ветра и что иногда учитывают в расчетах. При неизменной температуре воздуха давление атмосферы с вы- сотой понижается. Это приводит к снижению скоростного напора ветра вследствие уменьшения плотности воздуха^Чаще всего тем- пература воздуха с высотой снижается, что, учитывая понижение атмосферного давления с высотой, позволяет оперировать с посто- янным значением плотности воздуха, равным 0,125 кг-сек2!мк. То- гда скоростной напор ветра Формула показывает, что ветровую нагрузку на сооружение сна- чала необходимо определить приближенно, затем назначить разме- ры конструкции, после чего выяснить ее динамические параметры и, наконец, откорректировать величину динамического коэффици- ента, зависящего от периода свободных колебаний и логарифмиче- ского декремента затухания. Сама природа ветра, когда на среднюю скорость накладываются порывы ветра, подсказывает представления ветровой нагрузки в виде двух компонент, одна из которых статическая, а другая —динамическая: где п—коэффициент перегрузки, учитывающий возможное по- вышение нормативного скоростного напора qo. Он определяется из вероятности появления скорости ветра за больший промежуток времени, чем принятый при определении нормативной величины скоростного напора. Если в формулу ввести т — коэффициент пульсации скоростно- го напора, т. е. динамической добавки, определяемой статистиче- ским путем (см. выше), g — коэффициент динамичности, учиты- вающий реакцию сооружения на пульсацию ветра, тогда расчетный скоростной напор ветра коэффициент, учитывающий динамический характер воздей- ствия порывов ветра. Действие порывов ветра на сооружение зависит от периода сво- бодных колебаний и, что не менее важно, от затухания, ха- рактеризуемого чаще всего логарифмическим декрементом б. По- следний зависит от вида основного материала и конструктивного решения. Декремент затухания, определяемый опытным путем, принимают по данным о поведении подобных конструкций. Рис. 1 Коэффициент динамичности в зависимости от периода свободных колебаний сооружений 1 — для гибких стальных сооружений (б «0,1); 2 — для металли- ческих и деревянных сооружений (б«0,15); 3—для железобетонных и каменных сооружений (б »0,3) Динамические коэффициенты могут быть представлены в виде семейства кривых в функции периода свободных колебаний соору- жения. На рис.1 приведены графики для трех характерных групп: гибких стальных конструкций, металлических, деревянных и желе- зобетонных и каменных, что следует из рекомендаций С-НиП. Эти графики являются осредненными для всех семи районов по интен- сивности ветровой нагрузки. Влияние порывов ветра на сооружение становится пренебре- жимо малым, если период его свободных колебаний меньше 0,25 сек. Период свободных колебаний сооружения определяют обычным путем, после чего по рис. 1 находят коэффициент для рассматри- ваемого вида конструкций, а затем по формуле — коэффициент B. Для гибких сооружений, большепролетных мостов и др., ха- рактеризуемых значительно большим влиянием высших форм сво- бодных колебаний, нельзя ограничиться учетом только основного тона. Например, вертикальные консольные стержни большой гиб- кости, что характерно для телевизионных башен, различных выста- вочных конструкций, монументов, оказываются перегруженными, если в их расчетах не были учтены вторая и третья формы свобод- ных колебаний. В мачтах с оттяжками иногда учитывают и четвер- тую гармонику (проект СНиП). Аэродинамические коэффициенты, связывающие сопротивление конструкций ветру и наветренную площадь, определяют по спра- вочным материалам, основанным на исследовании моделей и, реже, натуры. Величина ветровой нагрузки зависит от абсолютных разме- ров сооружения, потому что среднее удельное давление на большое по площади тело, например щит, меньше, чем на подобное по фор- ме тело, но меньших размеров. Суммарная ветровая нагрузка на горизонтальные провода, кана- ты, а также на большой длины сооружения, по данным натурных наблюдений, оказывается меньше, чем следовало бы из рассмотре- ния постоянной по пролету наибольшей расчетной скорости ветра. Это учитывают понижающими коэффициентами при расчете про- водов линий электропередачи и других конструкций. Коэффициент перегрузки, вводимый в расчет прочности, зависит от назначения сооружения, планируемого срока службы и роли вет- ра в общем комплексе нагрузок. Для высоких сооружений и других, преобладающее значение ветровой нагрузки для которых, очевидно, коэффициент перегрузки принимают 1,3, т. е. выше, что и учтено СНиП. Для проектирования радиомачт и телевизионных опор, опор ли- ний передачи электрической энергии, конструкций подъемных кра- нов издают свои правила. Ветровую нагрузку на железнодорожные, автодорожные и городские мосты, канатные дороги, кабель-краны, перегружатели часто выделяют в отдельные нормативные докумен- ты, базирующиеся на основных нормах- стандартах. При проектировании уникальных сооружений, большепро- летных мостов, выставочных павильонов, часто самой разнооб- разной формы, требуется более тщательное рассмотрение ветровой нагрузки, в котором наряду с рациональным назначением величины скоростного напора ветра большое внимание уделяют аэродинами- ческому комплексу вопросов. Часто без исследований моделей со- оружения в аэродинамической трубе нельзя обойтись. Это, напри- мер, стало обязательным при проектировании, висячих мостов, ра- диотелескопов, радиомачт большой высоты. Заключение Учёт ветровой нагрузки на сооружения является очень важным фактором, который стоит учитывать на всех стадиях проектирова- ния и строительства зданий и сооружений. Список литературы Савицкий Г.А. Ветровая нагрузка на сооружения / Г. А. Савиц- кий, Москва, 1972г. СНиП 2.01.07-85 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирова- ния. Учет «Розы ветров» при проектировании зданий, сооруже- ний и предприятий дорожной индустрии Свирков В.П. Белорусский национальный технический университет Понятие «Роза ветров» Роза ветров (в большинстве языков она называется «Роза ком- паса»), — векторная диаграмма, характеризующая в метеорологии и климатологии режим ветра в данном месте по многолетним наблю- дениям и выглядит как многоугольник, у которого длины лучей, расходящихся от центра диаграммы в разных направлениях (румбах горизонта), пропорциональны повторяемости ветров этих направлений («откуда» дует ветер). Розу ветров учитывают при строительстве взлётно-посадочных полос аэродромов, автомобиль- ных дорог, планировке населенных мест (целесообразной ориента- ции зданий и улиц), оценке взаимного расположения жилого масси- ва и промышленной зоны (с точки зрения направления переноса примесей от промышленной зоны) и множества других хозяйствен- ных задач (агрономия, лесное и парковое хозяйство, экология и др.). Роза ветров, построенная по реальным данным наблюдений, по- зволяет по длине лучей построенного многоугольника выявить на- правление господствующего, или преобладающего ветра, со сторо- ны которого чаще всего приходит воздушный поток в данную мест- ность. Поэтому настоящая роза ветров, построенная на основании ряда наблюдений, может иметь существенные различия длин раз- ных лучей. То, что в геральдике традиционно называют «розой вет- ров» — с равномерным и регулярным распределением лучей по азимутам сторон света в данной точке (см. рисунок) — является распространённой метеорологической ошибкой; на самом деле это всего лишь географическое обозначение основных географических азимутов сторон горизонта в виде лучей. Рис1.-лучевая роза ветров Ветер Общие сведения и способы измерения Определение ветра. Воздух лишь в редких случаях находится в состоянии покоя. Обычно он перемещается как в горизонтальном, так и вертикальном направлениях. Движение воздуха в горизон- тальном направлении и называют ветром. Причина ветра. Причиной возникновения ветра является нерав- номерное распределение давления воздуха у земной поверхности, вызываемое неравномерным распределением температуры воздуха. Неравномерное же распределение температуры воздуха связано с тем, что в зависимости от географической широты и характера под- стилающей поверхности одни участки земной поверхности нагре- ваются больше, чем другие. В более тёплых участках происходит нагревание и, следователь- но, расширение воздуха, вызывающее вытеснение части воздуха вверх и отток его в высоких слоях от тёплых участков к более хо- лодным. Вследствие этого у земной поверхности в более нагретых местах будет наблюдаться понижение давления, а в менее нагретых – повышение давления. Это будет вызывать отток воздуха от менее тёплых участков, где давление выше, к более тёплым, где давление ниже. Притекающий к тёплым местам воздух будет нагреваться и расширяться, и в высоких слоях оттекать к холодным участкам, где он будет опускаться вниз и у земной поверхности перемещаться к более нагретым участкам. Направление ветра. Ветер имеет две основные характеристики – направление и скорость. Скорость выражается количеством мет- ров, проходимым ветром в 1 сек. Направление ветра определяется точкой горизонта, откуда дует ветер. Направление ветра обычно определяется по 8 или 16 румбам. Направление ветра не остаётся постоянным. Оно меняется как в течение суток, так и в течение года. По данным определений за большой промежуток времени устанавливают повторяемость ка- ждого направления ветра и, таким образом, выясняют для данного пункта характер распределения ветра по точкам горизонта. Для на- глядности этого распределения строят чертёж, называемый розой ветров . Роза ветров даёт наглядное представление о преобладании различных ветров в данном пункте за какой-либо период времени – месяц, сезон, год. Порывистость ветра. Ветер обычно не имеет постоянного на- правления и скорости. Он всегда дует неравномерно – толчками, порывами. Эта порывистость обусловлена очень быстрыми измене- ниями направления и скорости ветра. Порывистость ветра создаётся турбулентностью – динамиче- ской и термической. Динамическая турбулентность образуется вследствие обтекания воздухом неровностей земной поверхности, термическая – вследствие неодинакового нагревания отдельных участков земной поверхности. В воздушном потоке при таких усло- виях образуется огромное количество вихрей различных диаметров, которые увлекаются потоком в направлении его движения. Эти тур- булентные движения вызывают быстрые изменения направления и скорости ветра и приводят к образованию порывистости. Турбулентное состояние воздуха усиливается при наличии не- ровностей на земной поверхности. Оно также усиливается и при термической конвекции. Поэтому порывистость ветра возрастает при наличии возвышенностей, долин, кустов, деревьев и других препятствий. С увеличением высоты порывистость ветра ослабева- ет. Порывистость ветра возрастает летом в околополуденные часы, когда термическая конвекция достигает наибольшего развития. С усилением ветра возрастает турбулентность, и в связи с этим увели- чивается и порывистость. Наконец, порывистость ветра зависит от типа воздушной массы. Холодная масса воздуха, перемещаясь вдоль более тёплой по- верхности, снизу нагревается. В ней создаётся термическая конвек- ция, которая способствует развитию турбулентности и, следова- тельно, повышенной порывистости ветра. Тёплая же воздушная масса при перемещении вдоль более холодной поверхности снизу охлаждается и вследствие этого приобретает вертикальную устой- чивость. При таких условиях турбулентность ослабевает, и ветер принимает более ровный характер. Скорость ветра. При движении воздуха вдоль земной поверх- ности на него действует сила трения о земную поверхность. По- следняя вызывает значительные изменения, как в скорости ветра, так и в направлении его, причём наибольшие изменения наблюда- ются в слое, который соприкасается с поверхностью земли. Влия- ние трения на скорость воздуха с высотой ослабевает. Поэтому наименьшие скорости ветра наблюдаются у земной поверхности, по мере же удаления от неё они увеличиваются. Это увеличение ско- рости в нижних слоях идёт сначала очень быстро, а затем замедля- ется. Наблюдения показали, что в среднем за год на высоте 300 м скорость ветра в 4 раза больше, чем на высоте 21 м. В условиях равнинной безлесной местности скорость ветра больше, чем в условиях холмистой или лесистой местности. Давление ветра. Воздух, перемещаясь вдоль земной поверхно- сти с той или иной скоростью, производит на предметы и сооруже- ния, находящиеся на его пути, давление. Чем больше скорость вет- ра, тем более значительное давление он оказывает на предметы и сооружения. Характеристики ветра Путём обработки данных замеров по упомянутым выше прибо- рам получают следующие климатические характеристики (показа- тели) скорости и направления ветра. Основные показатели скорости ветра: средняя месячная скорость ветра; среднее квадратическое отклонение, коэффициенты вариации, асимметриии и автокорреляционная функция скорости ветра; повторяемость различных градаций скорости ветра. Для расчё- та повторяемости обычно принимаются неравные градации скоро- сти ветра: 0, 1, 2–3, 4–5, 6–7, …,16–17, 18–21, 22–24, 25–28, 29–34, 35–40, 40–45, … . Обычно определяют скорости ветра, возможные один раз в 10, 25, 50, 100 лет; месячный и годовой максимумы скорости ветра (наблюдённый максимум и расчётные максимумы различной вероятности); число дней со скоростью ветра, равной или превышающей за- данное значение. Принято определять число дней со скоростью вет- ра более 15 м/сек. Такая характеристика приводится в климатиче- ских справочниках. Днём с максимальной скоростью ветра называ- ется день, когда скорость более 15 м/сек наблюдалась хотя бы один раз в срок наблюдений или между сроками; повторяемость коэффициентов порывистости при различных скоростях ветра. Коэффициентом порывистости называют отно- шение скорости ветра в порыве за 10-минутный интервал к средней скорости за этот же интервал. Коэффициент порывистости вычис- ляют совместно со скоростью ветра, при которой он наблюдается. Направление ветра характеризуется повторяемостью различ- ных румбов как по каждому из сроков, так и для всех сроков вместе. Её вычисляют для каждого из восьми румбов и выражают в процен- тах к общему числу случаев, когда отмечался ветер. При этом шти- ли в общее число случаев не включают. Повторяемость штилей вы- числяют отдельно и выражают в процентах от общего числа наблю- дений. Характеристики ветра, включённые в СНиП. В главу СНиП “Строительная климатология” в качестве климатических парамет- ров включены: - для холодного периода года - преобладающее направление вет- ра за декабрь – февраль, максимальная из средних скоростей ветра по румбам за январь и средняя скорость ветра за период со средней суточной температурой воздуха Ј 8 ° С; - для тёплого периода года – преобладающее направление ветра за июнь–август и максимальная из средних скоростей ветра по рум- бам за июль. Причины учета «Розы ветров» Учет розы ветров при выборе мест дислокации предприятий дорожной индустрии Применение символа Роза Ветров Прежде всего, Розу ветров используют метрологи. Перед тем, как построить какой-нибудь важный объект, например аэропорт, специалисты метрологи составляют график наблюдения за ветром, который и будет называться Роза ветров. И по длине лучей можно определить о преобладающем воздушном потоке в данной террито- рии. Поэтому истинный график Розы Ветров будет иметь различ- ную длину лучей. Изображение Розы Ветров можно найти в углу практически лю- бой карты У этого символа есть еще одно название – навигационная звезда. Изначально этот символ использовался мореплавателями, для кото- рых звезды были главными ориентирами. Роза Ветров используется как символ МЧС в Российской Феде- рации. 16 лучевая Роза Ветров является символом ЦРУ США. А на флаге НАТО изображена 4-лучевая Роза Ветров, вероятно, она означает равномерное расширение НАТО на все 4 стороны све- та. До сих пор Роза Ветров и компас являются символами искателей приключений, свободы и странствий. Роза Ветров является символом Специальных сил Южной Афри- ки (SASF). В астрологии символом звезды Арктур является Роза Ветров черного или темно-синего цвета. На коллекционной монете в 20 евро (Сан-Марино) на переднем плане – роза ветров – символ поездки Марко Поло. Мероприятия по защите атмосферного воздуха от загрязнений Защита окружающей среды — это комплексная проблема, тре- бующая усилий учёных и инженеров многих специальностей. В ка- честве средств защиты окружающей среды применяют: 1) аппараты и системы для очистки газовых выбросов от при- месей; 2) вынесение промышленных предприятий из крупных городов в малонаселённые районы с непригодными и малопригодными для сельского хозяйства землями; 3) оптимальное расположение промышленных предприятий с учётом топографии местности и розы ветров; 4) установление санитарно-защитных зон вокруг промышлен- ных предприятий; 5) рациональную планировку городской застройки, обеспечи- вающую оптимальные условия для человека и растений; 6) организацию движения транспорта с целью уменьшения вы- броса токсичных веществ в зонах жилой застройки; 7) организацию контроля за качеством окружающей среды. Площадки для строительства промышленных предприятий и жи- лых массивов должны выбираться с учётом аэроклиматической ха- рактеристики и рельефа местности. Промышленный объект должен быть расположен на ровном возвышенном месте, хорошо проду- ваемом ветрами. Площадка жилой застройки не должна быть выше площадки предприятия, в противном случае преимущество высоких труб для рассеивания промышленных выбросов практически сво- дится на нет. Взаимное расположение предприятий и населённых пунктов определяется по средней розе ветров тёплого периода года. Промышленные объекты, являющиеся источниками выбросов вредных веществ в атмосферу, располагаются за чертой населённых пунктов и с подветренной стороны от жилых массивов. Размеры этих зон устанавливают в зависимости от: - мощности предприятия; - условий осуществления технологического процесса; - характера и количества выделяемых в окружающую среду вредных и неприятно пахнущих веществ. Группа санитарно-технических мероприятий: установка газопы- леочистного оборудования, герметизация технологического и транспортного оборудования, сооружение сверхвысоких дымовых труб. Группа технологических мероприятий: улучшение технологии производства и сжигания топлива; создание новых технологий, ос- нованных на частично или полностью замкнутых циклах, при кото- рых исключаются выбросы вредных веществ в атмосферу. В то же время решается важная задача — утилизация и возвращение в про- изводство ценных продуктов, сырья и материалов.Группа планиро- вочных мероприятий: оптимальное расположение промышленных предприятий с учетом «розы ветров», создание санитарно- защитных зон вокруг промышленных предприятий, вынос наиболее токсичных производств за черту города, рациональная планировка городской застройки, озеленение городов.При проектировании, строительстве, реконструкции городов и других населенных мест необходимо учитывать «розу ветров» (преобладающее направле- ние), состояние атмосферного воздуха и прогноз его изменения. В городах не разрешается размещать промышленные предприятия (металлургические, химические и др.), распространяющие пыле- видные и газообразные выбросы и тем самым сильно загрязняющие атмосферный воздух. Такие предприятия следует располагать вдали от крупных городов и с подветренной стороны для господствующих ветров по отношению к ближайшему жилому району. С учетом преобладания западных и северо-западных ветров в городах Бела- руси промышленные предприятия размещаются преимущественно на восточных и юго-восточных окраинах.Размещение, проектиро- вание, строительство, ввод в эксплуатацию новых и реконструи- руемых промышленных и сельскохозяйственных комплексов, пред- приятий, сооружений и других объектов должно обеспечить сохра- нение нормативов качества атмосферного воздуха. Совокупность выбросов, а также вредных физических и других воздействий от проектируемых и действующих предприятий не должна приводить к превышению нормативов ПДК загрязняющих веществ в атмо- сферном воздухе. Планировочные мероприятия по оздоровлению окружающей среды включают также приемы застройки и озелене- ния территории города, функциональное ее зонирование, учет мест- ных природно-климатических факторов, сооружение транспортных развязок, кольцевых дорог, использование подземного пространства и др. С целью охраны атмосферного воздуха на территориях насе- ленных мест при размещении новых объектов и реконструкции действующих устанавливаются санитарно-защитные зоны. Сани- тарно-защитная зона — это территория вокруг предприятия, где возможно превышение ПДК для одного или нескольких загряз- няющих веществ. Проживание людей в этой зоне не предусматри- вается, однако в крупных городах данное правило часто не выпол- няется. Размер зоны определяется в зависимости от класса (токсич- ности) загрязнителя, типа промышленного предприятия и его производственной мощности. Санитарно-защитная зона должна быть озеленена газоустойчивыми древесно-кустарниковыми поро- дами.Большое значение для защиты атмосферного воздуха имеют мероприятия по озеленению городов и пригородных зон. Известно, что зеленые насаждения — «легкие» города. Они очищают воздух от вредных веществ, пыли, газов, снижают шум в жилых кварталах, повышают влажность воздуха в жаркие дни. Один гектар зеленых насаждений за год очищает 10 млн м3 воздуха, а за час поглощает 8 кг углекислого газа, который выдыхают за это время 200 человек. Газозащитный эффект зеленых насаждений зависит от характера посадки, видового состава деревьев и кустарников, времени го- да.Учитывая важную роль зеленых насаждений, в Беларуси после- довательно проводится принцип озеленения населенных мест. В проектах застройки городских поселений отражается система меро- приятий по созданию, сохранению и использованию зеленых наса- ждений для улучшения условий жизни населения, оздоровления воздушного бассейна, рационального использования природного ландшафта. Площадь зеленых массивов и насаждений в городах Беларуси составляет около 40 тыс. га, из них в г. Минске — 5,7 тыс. га. На одного горожанина страны приходится 60 м2 зеленых насаж- дений, на каждого жителя столицы — 33 м2, по генеральному плану развития г. Минска этот показатель намечается значительно увели- чить.Состояние воздушной среды крупных и средних городов во многом обусловлено наличием пригородной зеленой зоны — заня- той преимущественно лесами, лесопарками и другими зелеными насаждениями. Первые зеленые зоны в Беларуси появились с 1945 г. вокруг Бобруйска, Барановичей, Борисова, Бреста, Вилейки, Ви- тебска, Гомеля, Гродно, Лиды, Мозыря, Молодечно, Осиповичей и Минска. В настоящее время их около 120 с общей площадью более 1,2 млн га. Самая большая зеленая зона — вокруг г. Минска, в ра- диусе до 80 км, площадью до 300 тыс. га, что обеспечивает около 180 м2 зеленых насаждений в расчете на одного минчанина. Озеленение промышленных территорий Современное развитое промышленное производство, несмотря на ряд мер, применяемых для сокращения выбросов, является ис- точником постоянного загрязнения атмосферного воздуха. Поэтому важное значение в оздоровлении окружающей среды имеют озеле- ненные санитарно-защитные разрывы между промышленными предприятиями и жилыми территориями. Для промышленных предприятий в зависимости от класса вредности ширина санитарно- защитной зоны колеблется от 50 до 1000 м, но на практике может достигать 3—5 км и более. Проект озеленения санитарно-защитной зоны по строительным нормам и правилам является составной ча- стью общей проектной документации на строительство предпри- ятия.Созданию проекта озеленения должны предшествовать: изуче- ние санитарно-гигиенических условии (источники загрязнений и их размещение, состав и концентрация выбросов, зона их распростра- нения, источники шума и других вредностей, а также аэрационные особенности территории и уровень ее инсоляции); изучение поч- венных условий и уровня залегания грунтовых вод, ассортимента имеющихся растений и их состояния. Изучается также направление основных пешеходных и транспортных потоков, архитектурно- планировочное, панорамное, технологическое и инженерное реше- ние промышленного предприятия и прилегающих территорий. Раз- работанные различными научными и проектными организациями рекомендации и технические указания по озеленению санитарно- защитных зон промышленных предприятий содержат ряд общих принципов и положений: 1. Зеленые насаждения должны занимать 60—70% территории санитарно-защитной зоны. 2. Рекомендуется располагать насаждения так, чтобы обеспечить чередование открытых и закрытых (занятых посадками деревьев и кустарников) пространств, что будет способствовать рассеиванию газообразных выбросов. Возникающие при этом горизонтальные и вертикальные потоки воздуха способствуют успешному проветри- ванию территории промышленного предприятия и всей зоны. 3. Не рекомендуется создание загущенных посадок и очень крупных массивов плотной структуры. Рекомендуется также зонировать территорию по степени и ха- рактеру загрязненности атмосферного воздуха. При этом следует учитывать: мощность и профиль предприятия; взаимное располо- жение источников организованных и неорганизованных выбросов; рельеф местности; «розу ветров» (особенно важен характер ветров в вегетационный период) и микроклиматические условии. В резуль- тате выделяемые зоны не располагаются концентрическими окруж- ностями вокруг основных точек выбросов. Чаще всего зонирование выглядит как система отдельных пятен или взаимосвязанных, вкли- нивающихся и перемежающихся друг с другом. Например, при пре- обладании на участке ветров одного направления размещение зон в целом принимает вид эллипсов. Для предприятий нефтехимии ха- рактерно линейное расположение зон. В понижениях рельефа и в других местах застоя воздуха располагаются, как правило, участки постоянной загазованности, а на продуваемых территориях — пе- риодической. Для каждой зоны выбирается свой тип размещения насаждений и соответствующий ассортимент расте- ний.Размещаемые в санитарно-защитной зоне насаждения должны выполнять одновременно две задачи: защищать атмосферный воз- дух селитебной территории от загрязнения и защищать себя от по- вреждений выбросами. С учетом функционального назначения на каждом конкретном участке определяется тип посадки — «изоли- рующие» или «фильтрующие» насаждения.Важным мероприятием на стадии проектирования является подбор ассортимента растений. При этом учитываются географическое районирование породы, со- ответствие ее экологическим условиям озеленяемой территории, устойчивость растения к воздействию данного вида выбросов. В санитарно-защитных зонах необходимо создавать смешанные наса- ждения, обладающие наибольшей биологической устойчивостью и высокими декоративными достоинствами. Однако не следует стре- миться к увеличению количества пород. Лучше выбрать одну-две устойчивые древесные и две-три кустарниковые породы с учетом их взаимодействия. При этом не менее 50% общего числа высажи- ваемых деревьев должна занимать главная древесная порода, обла- дающая наибольшей жизнеспособностью в данных почвенно- климатических условиях и конкретной производственной ситуации (т. е. устойчивостью к действию выбросов данного предприятия). Остальные древесные породы являются дополнительными, способ- ствующими лучшему росту главной породы. Озеленение промышленных предприятий Озеленение промышленной площадки любого предприятия должно представлять собой единую комплексную функциональную систему зеленых насаждений, увязанную с архитектурно- планировочным решением сооружений промышленного комплекса и его пространственной композицией.Решение системы озеленения для каждого типа предприятий должно быть различным. Так, на территории химических предприятий, выделяющих в атмосферу газы, система озеленения должна способствовать улучшению усло- вий труда, создавать хорошую аэрацию территории и препятство- вать прониканию вредных выбросов в селитебную зону. Здесь не рекомендуется в больших количествах высаживать деревья и кус- тарники в связи с их ветрозащитными, газозадерживающими и уве- личивающими влажность воздуха свойствами. Систему озеленения территории такого типа предприятий составляет газоустойчивый газон, занимающий до 100% озеленяемой площади, с небольшим включением газоустойчивых деревьев и кустарников. Деревья раз- мешаются одиночно или небольшими группами по 3—5 шт., кус- тарники — рыхлыми группами. Лучшими для этой цели являются высокоствольные с ажурной кроной деревья и низкорослые кустар- ники.На территории предприятий, предъявляющих высокие сани- тарно-гигиенические требования к окружающей среде, например на молочных заводах, создается такая система озеленения, которая препятствовала бы образованию пыли, изолировала бы отдельные участки (экспедиционный двор, зону вспомогательных зданий, про- езды и другие элементы) от главного производственного корпуса, а предохраняла производство от проникания вредных выбросов с других территорий. С этой целью на территории предприятий соз- дают газоны, густые древесные и кустарниковые посадки, зани- мающие 50—80% всей озеленяемой площади. Древесные насажде- ния в пределах нормы приближаются к зданиям. Для озеленения подобных предприятий рекомендуется использовать растения, об- ладающие бактерицидными свойствами.Озеленение территорий промышленных предприятий, выделяющих в ходе технологическо- го процесса пыль, осуществляется за счет густых древесно- кустарниковых насаждений. Озеленение складских и транспортных зон может состоять из газонов с единичной посадкой деревьев и кустарников. В зависимости от характера производства, величины предприятия и размещения его в системе населенного пункта озе- леняемая территория делится на ряд зон. Наиболее часто встре- чающиеся зоны: санитарно-защитная, предзаводская, производст- венная, складская и транспортная. На заводской и предзаводской территории могут создаваться скверы, имеющие различное назна- чение: парадные, у входных площадок, у мест кратковременного отдыха рабочих. Парадные скверы, а при линейном расположении предприятия бульвары являются, как правило, центральным компо- зиционным ядром системы озеленения. Их функция — декоратив- но-композиционная (озеленение мест массовых собраний и митин- гов, мест размещения различного демонстрационного и агитацион- ного материала), а площадь зависит от величины промплощадки и количества работающих па предприятии и составляет обычно 2—4 га. Парадные скверы часто разбивают и на предзаводской террито- рии у центрального входа. Большая часть территории сквера отво- дится под площадку с искусственным покрытием. Преимущество здесь следует отдавать цветочному оформлению и газонам. Деревья и кустарники служат только акцентами или фоном или предназна- чены для необходимого затенения территории. Возможно создание декоративных древеснокустарниковых групп, использование хвой- ных растений и др. Скверы, расположенные у входов, должны иметь достаточное количество дорог, предназначенных для прохо- ждения большого числа людей в часы пик. Мощение или покрытие асфальтом таких дорог обязательно. Для предохранения насаждения от вытаптывания деревья и кустарники высаживают плотными группами, насыпают гравий в лунки, устраивают переносные цвет- ники в вазах и ящиках. Большую роль в системе озеленения пром- площадок играет озеленение внутризаводских проездов. Его задача — изоляция пешеходов и мест приложения труда от шума, пыли и выхлопных газов движущегося транспорта. Вторая задача — пра- вильная, четкая организация грузопотоков и движения людей, тре- тья — улучшение микроклимата. Способы размещения предприятий на территории города На территории предприятия при введении пути на площадку устраивают малые станции - типа постов, приемо-отправочных станции и сортировочные. Пункты питания организуют в бытовых помещениях, при цехах или вблизи них. Общезаводские здрав- пункты, как правило, следует располагать вблизи наиболее много- людных цехов или особо опасных в отношении травматизма. По- жарные депо должны находиться вне территории предприятия, на участках с выездами на дороги общего пользования, и на расстоя- нии от предприятия для зданий категорий А; Б; В не более 1,5 км, для зданий категорий Г и Д - не более 3 км. Территория предпри- ятия одной из своих границ должна примыкать к улице или дороге общего пользования или объединяться с ними проездами. На пред- приятия с территорией не менее 5 га нужно устраивать не менее двух въездов, расположенных на разных сторонах территории. Если нет сквозного проезда, должен быть предусмотрен внутризаводских двор шириной не менее 20 же и площадью не менее 400 м2, совме- щенный с дорогами общего пользования. Грузовые межцеховые потоки рельсового и безрельсового транспорта не должны пересе- каться с массовыми человеческими потоками, связанными с пере- ходом рабочих от проходных до бытовых помещений и от них в цеха, столовой и пунктам медицинского обслуживания. Основны- ми направлениями движения материалов и изделий являются: пря- молинейные при параллельном расположении зданий; по одному из вариантов, при П-образном расположении зданий - при Ш-образной застройке зданий - для многопролетных зданий. Промышленные предприятия, выделяющие вредные производственные вещества, а также предприятия с огнеопасным производством нужно распола- гать с подветренной стороны господствующих ветров по отноше- нию к ближайшему жилому или промышленного района и отделять от границ жилых районов санитарно-защитными зонами (разрыва- ми). Господствующее направление ветров определяют на основе данных метеорологических станций по средней розе ветров теплого периода года (для средних скоростей ветра), так как в этих услови- ях, особенно при большой влажности воздуха, район сильно задым- ляются. Размер санитарно-защитных зон зависит от степени вред- ности производства. По этому признаку промышленные предпри- ятия делятся на пять классов. Ширина санитарно-защитной зоны принимается более 1000 м для зданий I класса и до 50 же - для зда- ний V класса. В санитарно-защитной зоне можно размещать здания только подсобного характера (гаражи, пожарные депо, столовые, склады) и жилые дома для персонала, который может срочно пона- добиться в случае аварии на предприятии. Строительная площадка предприятия должна быть незаболоченной, незатопляемых (с от- меткой выше отметки расчетного горизонта высоких вод не менее чем на 0,5 м), с относительно ровной поверхностью, не требующей большого объема земляных работ при ее планировании, с неболь- шим уклоном (0,003 -0, 03) к внешним границам для обеспечения отвода поверхностных вод и облегчения отвода сточных вод. Длин- ную сторону площадки желательно располагать в направлении го- ризонталей. Некоторый уклон площадки может быть использован при выборе направления груженого и порожнего транспорта.В кли- матических районах со снеговым покровом более 50 см нужно обеспечивать сквозное проветривание площадки предприятия. Для этого основные проезды, продольные оси крупных зданий следует размещать под углом не более 45° к преобладающему направлению ветров зимнего периода года, а в северной строительно- климатиче- ской зоне — не более 20° к преобладающему направлению движе- ния снега по розе его переноса.В северной климатической зоне для защиты предприятий от ветра и снежных заносов с наветренной стороны следует размещать наиболее длинные и высокие здания перпендикулярно потоку переносимого снега, а также применять снегозащитные устройства (сетчатые ограждения, переносные щи- ты и т. п.). Относительно стран света и преобладающего направле- ния ветров здания нужно располагать с учетом обеспечения наибо- лее благоприятного естественного освещения, проветривания пло- щадка предприятия, предотвращения снежных и песчаных заносов. Продольные оси зданий, аэрационных фонарей и стены зданий с проемами, используемыми для аэрации помещений, следует ориен- тировать в плане перпендикулярно или под углом не менее 45° к преобладающему направлению летних ветров. Наиболее благоприятным для размещения зданий и их групп и в целом для территории предприятий считается рельеф с максималь- но допустимым уклоном 0,03—0,05; уклон менее 0,003 не обеспе- чивает стока поверхностных вод; уклон же более 0,05 неудобен для размещения укрупненных зданий и их групп. Список литературы Леонович И.И. «Дорожная климатология», Минск, БНТУ 2007 А.А. Топеха «Основы учета климатических и геодезических ус- ловий при проектировании и строительстве искусственных соору- жений», Хабаровск 2003 Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/ И.И. Леоно- вич.-Мн.: БНТУ, 2005.-485с. Справочник по климату Беларуси. В 5 частях.-Л.: Гидрометео- издат, 1968 Определение расчетных метео-рологических характеристик по данным многолетних наблюдений Селютин Д.А. Белорусский национальный технический университет Наблюдение и эксперимент в метеорологии Фактические сведения об атмосфере, погоде и климате получают из наблюдений. Анализ результатов наблюдений служит в метеоро- логии и климатологии для выяснения причинных связей в изучае- мых явлениях. В общей физике основным методом исследования является эксперимент. Экспериментируя, исследователь вмешивается в ход физических процессов, меняет условия, в которых они протекают, вводит одни факторы и исключает другие с целью выяснения при- чинных связей в явлениях. Но атмосферные явления крупного мас- штаба, такие, как общая циркуляция атмосферы или теплооборот на больших пространствах, еще не могут быть существенно изменены вмешательством человека. Даже энергия термоядерных взрывов невелика по сравнению с энергией процессов циркуляции атмосфе- ры, поскольку взрывы при большой их мощности весьма кратко- временны. Изменения в физическом состоянии атмосферы, которые создаются термоядерными взрывами, оказываются ограниченными по распространению их влияния и недолговременными (речь идет о физических процессах, а не о заражении атмосферы радиоактивны- ми продуктами распада). Поэтому метеорология, как и другие гео- физические науки, должна прибегать к наблюдениям, т. е. к измере- ниям и качественным оценкам процессов, протекающих в природ- ной обстановке. Непрерывно наблюдая за атмосферными процессами, человек является зрителем и регистратором тех гран- диозных опытов, которые ставит сама природа, без его участия. В ограниченных пределах в метеорологии применяется и экс- перимент. К числу метеорологических экспериментов относятся, например, опыты осаждения облаков и рассеяния туманов путем различных физико-химических воздействий на них. Такие опыты преследуют практические цели, но они позволяют также глубже разобраться в природе явления. Насаждение лесных полос, создание водохранилищ, орошение местности и т. п. вносят некоторые изме- нения в состояние приземного слоя воздуха. Тем самым и они в не- которой степени являются средствами метеорологического (точнее, климатологического) эксперимента. Применяется и моделирование некоторых атмосферных про- цессов в лаборатории, т. е. воспроизведение их в малом масштабе и при упрощенных условиях. Так, например, моделируется даже об- щая циркуляция атмосферы. Возможности такого метода исследо- вания также ограничены. Статистический и физико-математический анализ Результаты наблюдений подвергаются анализу в целях выясне- ния закономерностей, существующих в атмосферных процессах. Первостепенное значение имеет в метеорологии статистический анализ большого материала наблюдений, особенно применение ос- реднения, которое отсеивает случайные детали явлений и яснее по- казывает их существенные особенности. Особенно велика роль этого метода для климатологии. Кли- матология берет в качестве исходного материала результаты метео- рологических наблюдений; эти результаты сопоставляются, сравни- ваются во времени и пространстве. Для полного представления о климате недостаточно наблюдений единовременных или в течение коротких промежутков времени. Атмосферные процессы настолько изменчивы и многообразны, что для изучения современного клима- та во всех его особенностях необходимо наблюдать их в течение длительного, многолетнего периода. Для получения выводов из очень большого количества на- блюдений необходимо подвергать результаты наблюдений стати- стическому анализу; поэтому климатические характеристики явля- ются статистическими выводами из многолетних рядов наблюде- ний. Такие характеристики могут представлять собой многолетние средние значения различных метеорологических величин, средние из ежегодных отклонений от этих многолетних средних значений, крайние пределы отдельных значений за многолетний период, по- вторяемости тех или других величин явлений, средние и крайние сроки наступления определенных явлений и т. д. С помощью статистического метода корреляции можно также установить наличие большего или меньшего параллелизма или про- тивоположности (или отсутствие их) в изменениях различных ме- теорологических величин во времени. Тем самым можно выяснить, есть ли связь между этими величинами, и количественно выразить степень этой связи. Для выражения количественных связей между явлениями в метеорологии употребительны также эмпирические формулы, ко- эффициенты которых подбираются из опыта, т. е. опять-таки из большого числа сравнительных наблюдений. Статистика, таким образом, помогает яснее представить факты и лучше обнаружить связи между ними. Но статистика не объясняет фактов и связей. А именно их объяснение открывает наиболее на- дежный путь к предвидению (прогнозу) дальнейшего развития про- цессов и к сознательному воздействию на них. Поскольку в метеорологии рассматриваются физические яв- ления, их объяснение может быть дано только на основании зако- нов физики. Наиболее совершенный путь для этого - физико- математический анализ. В XX столетии достигнуты большие успе- хи в его применении к задачам метеорологии. На основе общих за- конов физики составляются дифференциальные уравнения, описы- вающие атмосферные процессы. Подставляя в эти уравнения ис- ходные данные, полученные из наблюдений, и решая уравнения, можно находить количественные закономерности атмосферных процессов и даже прогнозировать их дальнейшее течение. В одних разделах метеорологии этот метод применяется широко, в других - еще недостаточно. Применение карт Основные атмосферные процессы развертываются на больших пространствах, а их следствия, в виде определенных условий пого- ды и климата, обнаруживаются в таком же крупном масштабе. По- этому существенное значение в метеорологии и климатологии име- ет сопоставление наблюдений на географических картах. После- дующий анализ наблюдений относится уже не к наблюдениям в отдельных пунктах, а к пространственным распределениям наблю- денных величин. На карту можно нанести фактические результаты наблюде- ний, сделанные в разных местах в один и тот же момент. Такая кар- та называется синоптической; она позволяет видеть, как распреде- лялись условия погоды и, следовательно, каковы были свойства ат- мосферы и характер атмосферных процессов в этот момент над большой территорией. Составляя синоптические карты для после- довательных моментов времени, можно прослеживать развитие ат- мосферных процессов и делать выводы о будущей погоде. На карты можно наносить и результаты статистической обра- ботки многолетних наблюдений; тогда мы получим климатологиче- ские карты. Можно составить, например, карты многолетнего сред- него распределения величин температуры или осадков на опреде- ленной территории за тот или иной месяц, карты средних дат установления снежного покрова, карты повторяемости гроз, карты наибольших или наименьших температур, наблюдавшихся в данной местности, и пр. Климатологические карты облегчают дальнейший анализ фак-тов, относящихся к климату, позволяют делать выводы о пространственном распределении особенностей или типов клима- та и т. д. Метеорологические наблюдения Метеорологические наблюдения - это измерения и качественные оценки метеорологических элементов. К метеорологическим эле- ментам относятся в первую очередь температура и влажность воз- духа, атмосферное давление, ветер, облачность, осадки, туманы, метели, грозы, видимость. Сюда же присоединяются и некоторые величины, непосредственно не отражающие свойств атмосферы или атмосферных процессов, но тесно связанные с ними. Таковы темпе- ратура почвы или поверхностного слоя воды, испарение, высота и состояние снежного покрова, продолжительность солнечного сия- ния и т. п. В меньшем числе мест производятся еще наблюдения над солнечным и земным излучением и над атмосферным электричест- вом. Метеорологические наблюдения над состоянием атмосферы вне приземного слоя, до высот около 40 км, носят название аэроло- гических наблюдений. От них отличаются по методике наблюдения над состоянием высших слоев атмосферы, которым можно дать на- звание аэрономических наблюдений. Наиболее полные и точные наблюдения производятся в ме- теорологических и аэрологических обсерваториях, имеющихся во всех странах мира. Число таких обсерваторий, однако, невелико. Кроме того, даже самые точные наблюдения в немногочисленных пунктах не могут дать исчерпывающего представления обо всей жизни атмосферы, поскольку атмосферные процессы протекают в разной географической обстановке по-разному. Поэтому, кроме ме- теорологических обсерваторий, наблюдения над основными метео- рологическими элементами ведутся еще на многих тысячах метео- рологических станций и многих сотнях аэрологических станций по всему Земному шару. Метеорологическая сеть Для изучения географического распределения метеорологиче- ских элементов и сравнения состояния атмосферы (погоды и клима- та) в различных местах Земли необходимо, чтобы метеорологиче- ские станции в каждой стране и во всех странах мира вели наблю- дения по возможности однотипными приборами, по единой методике, в определенные часы суток. Иными словами, станции в каждой стране и в мировом масштабе должны составлять единое целое - сеть метеорологических станций, метеорологическую сеть. В каждой стране, в том числе и в России, существует основная гос- ударственная сеть метеорологических станций, отвечающая указан- ному выше требованию - единообразной и согласованной работы. Помимо нее, существуют и метеорологические станции специаль- ного назначения, связанные с различными потребностями науки и народного хозяйства (например, станции на курортах, в колхозах, на транспорте и т. п.). Метеорологические станции общегосударственной сети уста- навливаются по возможности равномерно в местах, характерных для данного района. Нужно стремиться к тому, чтобы показания станции были репрезентативными, т. е. характерными не только для ее ближайших окрестностей, но и для возможно большего окру- жающего района. Метеорологические станции специального назна- чения размещают исходя из производственных задач. Длительность и непрерывность наблюдений Важнейшие условия сетевых метеорологических наблюдений, помимо синхронности, - их длительность и непрерывность. Отдель- ные годы сильно отличаются друг от друга по режиму атмосферных процессов. Этим определяется необходимость при изучении клима- та иметь многолетние ряды систематических наблюдений. Для изу- чения изменений климата метеорологические наблюдения должны производиться вообще неограниченно долго. Важно также, чтобы станции как можно дольше не меняли своего местоположения: пе- ренос станции в другое место обрывает многолетний ряд наблюде- ний или, по крайней мере, нарушает его однородность. Вредно ска- зывается на однородности рядов наблюдений застройка местности. Для целей предсказания погоды также необходимо вести метео- рологические наблюдения постоянно и непрерывно: каждый день в атмосфере наблюдаются все новые бесконечно разнообразные ус- ловия, а при прогнозе (предсказании) погоды на будущее приходит- ся исходить из фактических условий в настоящем и прошлом. Программа наблюдений на метеорологических станциях На наземных метеорологических станциях во всем мире произ- водятся одновременные (синхронные) наблюдения через каждые три часа по единому - гринвичскому - времени (времени нулевого пояса). Результаты наблюдений за эти сроки немедленно передают- ся по телефону, телеграфу или по радио в органы службы погоды. Там по ним составляются синоптические карты и другие материа- лы, служащие для предсказания погоды. На метеорологических станциях основного типа регистриру- ются следующие метеорологические элементы: • Температура воздуха на высоте 2 м над земной поверхно- стью. • Атмосферное давление. • Влажность воздуха - упругость водяного пара в воздухе и относительная влажность. • Ветер - горизонтальное движение воздуха на высоте 10 - 12 м над земной поверхностью. Измеряется его скорость и определяет- ся направление, откуда он дует. • Облачность - степень покрытия неба облаками, типы обла- ков по международной классификации, высота нижней границыоб- лаков, ближайших к земной поверхности, скорость и направление движения облаков. • Количество осадков, выпавших из облаков, их типы (дождь, морось, снег и пр.). • Наличие и интенсивность различных осадков, образующих- ся на земной поверхности и на предметах (росы, инея, гололеда и пр.), а также тумана. • Горизонтальная видимость - расстояние, на котором, вслед- ствие мутности атмосферы, перестают различаться очертания пред- метов. • Продолжительность солнечного сияния. • Температура на поверхности почвы и на нескольких глуби- нах в почве. • Состояние поверхности почвы. • Высота и плотность снежного покрова. • На некоторых станциях - испарение воды с водных поверх- ностей или с почвы. • Регистрируются также метели, шквалы, смерчи, мгла, пыль- ные бури, грозы, тихие электрические разряды, полярные сияния и некоторые оптические явления в атмосфере (радуга, круги и венцы вокруг дисков светил, миражи). На береговых метеорологических станциях производятся также наблюдения над температурой воды и волнением водной по- верхности. Программа наблюдений на судах отличается в деталях от наблюдений на сухопутных станциях. На большом числе допол- нительных станций (постов) производятся наблюдения только над осадками и снежным покровом, так как для лучшего выяснения распределения этих элементов нужна более густая сеть наблюде- ний. В программу работы станций, имеющих определенный произ- водственный профиль, например сельскохозяйственных, транс- портных, авиационных, включаются особые дополнительные на- блюдения. Не все метеорологические элементы наблюдаются в каждый срок наблюдений. Например, количество осадков измеряется четы- ре раза в сутки, высота снежного покрова - один раз в сутки, плот- ность снега - один раз в пять дней и т. д. В программы наблюдений обсерваторий и отдельных станций входят еще актинометрические наблюдения над солнечной радиа- цией, земным излучением, отражательными свойствами (альбедо) поверхности земли и воды; уточненные наблюдения над температу- рой и влажностью воздуха на разных высотах в приземном слое воздуха (градиентные наблюдения); измерения содержания в возду- хе пыли, химических примесей, радиоактивных продуктов и пр.; атмосферно-электрические наблюдения над ионизацией воздуха, т. е. над содержанием в нем электрически заряженных частиц, и над изменениями электрического поля атмосферы. Список литературы 1. Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/ И.И. Ле- онович.-Мн.: БНТУ, 2005.-485с. 2. Метеорология и климатология энциклопедия http://students.russianplanet.ru 3. Хромов С. П. Метеорология и климатология для географи- ческих факультетов. — Л.: Гидрометеорологическое изд-во, 1964. — С. 30. — 500 с. Роль методов математической статистики в обоснованных расчётных характеристиках атмосферы Тригубович Ю.В. Белорусский национальный технический университет Введение Атмосфера Земли является естественной средой обитания че- ловечества и всей биосферы Земли. По этой причине стабильность ее состава представляет собой необходимое условие выживания и качества жизни человечества. Кроме этого очевидного соображе- ния, состав атмосферы влияет на радиационный баланс всей плане- ты и ее поверхности, на уровень и спектральный состав ультрафио- летового облучения, на климат и погоду. В большинстве развитых стран эти идеи попали в фокус внимания общества приблизи- тельно в середине прошлого столетия, когда стало заметным ан- тропогенное влияние на окружающую среду и, в частности, на ат- мосферу. В последние годы чрезвычайно большое значение придается проблемам изменения климата Земли и разрушения озонного слоя нашей планеты. Важность экологических проблем признает- ся в настоящее время многими странами, принимаются различные меры для минимизации отрицательных последствий современного развития человеческого общества, его индустрии, сельского хо- зяйства и т.д. Вследствие этого, исследования характеристик газового и аэрозольного состава атмосферы являются одной из центральных задач современной физики и химии атмосферы. Эти исследования вызваны как необходимостью детального изучения естественного состояния атмосферы для целей климатологии и метеорологии, так и необходимостью контроля антропогенных воз- действий на климат Земли и озонный слой нашей планеты. Методы математической статистики применяемые в кли- матологии Для оценки погодно-климатических характеристик используют- ся методы математической статистики. Использование их устанав- ливает: 1) Повторяемость различных значений элементов; 2) Накопленная повторяемость (обеспеченность); 3) Среднее арифметическое значение; 4) Крайние (максимальные и минимальные) значения; 5) Показатели изменчивости; 6) Показатели асимметрии и крутости кривой распределения. Повторяемость – отношение числа случаев со значением рас- сматриваемого метеорологического элемента, входящего в данную градацию (интервал) к общему числу членов ряда. Выражается в долях единицы или в процентах. Суммарную повторяемость, полученную на основании длинного ряда наблюдений, называют интегральной вероятностью или обес- печенностью. Накопленная повторяемость – отношение суммарного числа случаев, входящих в градацию рассматриваемых участков стати- стического ряда, к общему числу членов ряда. Её можно определить последовательным суммированием относительных или средних аб- солютных частот последующих интервалов к ряду статистического распределения. Среднее статистическое значение определяется, как отношении суммы значений членов ряда к общему его числу. В качестве до- полнительных показателей среднее значение применяется в медиа- нах. Крайнее значение – это показатели метеорологических элемен- тов, которые зафиксированы в определённый период времени в рас- сматриваемом географическом пункте. Различают абсолютный мак- симум или минимум, среднее из максимума или минимума значе- ние, максимум или минимум заданной обеспеченности. Показатели изменчивости – это расчётные характеристики, с по- мощью которых оценивается степень рассеивания значений иссле- дуемых элементов по отношению к среднеарифметического его значения. К показателям изменчивости относят: - среднеквадратическое отклонение; - коэффициент вариации; - дисперсия. Показатели асимметрии – это величины, характеризующие зако- номерности распределения случайных величин, отличающиеся от нормального распределения. Показателями асимметрии распреде- ления метеорологических величин являются коэффициент асиммет- рии (А) и коэффициент эксцесса (Э). При А=0 имеет место нор- мальное распределение метеорологических величин. При А>0 рас- пределение асимметрии правостороннее. При А<0 распределение асимметрии левостороннее. Распределение будет нормальным, ко- гда коэффициент эксцесса равен нулю. Если Э > 0, то крутость по- ложительная и кривая распределения имеет большую вершину. При Э<0 крутость отрицательная и кривая распределения имеет более плоскую вершину. Применение методов математической статистики Атмосферные процессы, обусловленные взаимодействием боль- шого числа факторов, могут рассматриваться, как случайные. Для выявления их основных закономерностей широко используются методы математической статистики. Большой интерес представляют поиски различного рода перио- дичностей в циркуляции атмосферы, которые обусловливают пе- риодичность в ходе основных метеорологических величин и явле- ний погоды. При статистическом анализе метеорологических величин не- обходимо: • Выявить циркуляционные и физико-географические условия, при которых происходит формирование данного метеорологическо- го элемента или явления погоды; • Рассчитать климатические характеристики и оценки изменчи- вости метеорологической величины во времени и пространстве; • Аппроксимировать эмпирические распределения теоретиче- скими законами; • Оценить вероятность наступления тех или иных градаций ве- личины, в том числе, экстремальных величин. Анализ циркуляционных процессов предполагает исследова- ние воздушных масс, климатических фронтов, центров действия атмосферы, оказывающих влияние на формирование полей метео- рологических величин в различные сезоны. Статистический анализ требует определения необходимого объёма используемых данных, редакции данных, расчётов стати- стических оценок (точечных и интервальных), определения закона распределения случайной величины. Заключение Приступая к анализу реальных атмосферных процессов, важно определить закономерности распределения изучаемой метеороло- гической величины во времени и пространстве с целью применения выявленных закономерностей для диагноза и прогноза погоды. Следовательно, роль методов математической статистики очень ве- лика для климатологии. Список используемой литературы 1. Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/ И.И. Лео- нович. – Мн.: БНТУ, 2005. – 485с. 2. Строительная климатология: справочное пособие к СНиП. М.: Стройиздат, 1990. 3. Дымников, В.П., Филатов А.Н. Основы математической тео- рии климата. – М.: ВИНИТИ, 1994. Методология поиска необходимых данных о климате мест- ности в справочной литературе Филькин О.В. Белорусский национальный технический университет Общие положения Климатология как наука базируется на данных многолетних на- блюдений и оперирует средними значениями. При этом широко ис- пользуются статистические приемы обработки данных метеостан- ций, которые накапливаются постоянно по определенной установ- ленной системе. Существенное значение для климатологии имеет расположение метеостан-ций, тип и характер установок, применяемых приборов, длительная и непрерывная работа станций в неизменных условиях. При обобщении материалов наблюдений широко применяются ста- тистические методы обработки (метод средних величин), современ- ные вычислительные комплексы. По материалам наблюдений метеорологических станций вычис- ляются средние многолетние величины и их повторяемость по ме- сяцам для указанных элементов. Основная идея метода состоит в достижении полной сравнимо- сти вычис-ленных средних и других данных. На этом построены все способы расчета и ис-пользования многолетних средних величин, приведения результатов наблюдений к одному уровню и одному периоду времени и т.п. Данные, систематизированные с помощью этого метода, наносятся на карты и служат для климатологических обобщений.     2. Климатические показатели При проектировании, строительстве и эксплуатации дорог при- ходится решать различные задачи с учетом климатических показа- телей, которые можно разбить на три группы: 1. Показатели временной структуры – периодичные из- менения элемента во времени, т.е. суточные, декадные, месячные и годовые изменения параметров, характеризующиеся амплитудой и моментом наступления экстремальных и других значений элемен- тов (средними данными и повторяемостью). 2. Показатели непериодичных изменений элемента, свя- занности рядов между собой, межсуточной изменчивости, не- прерывной продолжительности значений элемента выше или ниже заданного уровня – коэффициент корреляции между соседни- ми членами ряда; среднее значение межсуточных изменений; среднее квадратичное отклонение межсуточных изменений; средняя непре- рывная продолжительность значений элемента выше или ниже неко- торого заданного значения (уровня); число периодов непрерывной продолжительности значений элемента выше (ниже) заданного уров- ня; повторяемость и накопленная повторяемость различных значений непрерывной продолжительности выше (ниже) заданного уровня. 3. Показатели комплексной оценки метеорологических элементов – повторяемость и накопленная повторяемость сочета- ний значений комплексирующих элементов; коэффициент корреля- ции между значениями комплексирующих элементов; корреляци- онное отношение. Все основные метеорологические показатели имеют вероятност- ную природу, и поэтому при их определении используются методы математической статистики и, в частности, устанавливаются: 1) повторяемость различных значений элемента; 2) накопленная повторяемость (обеспеченность); 3) среднее арифметическое значение; 4) крайние (максимальное, минимальное) значения; 5) показатели изменчивости; 6) показатели асимметрии и крутости кривой распределения. Повторяемость – отношение числа случаев со значениями рас- сматриваемого метеорологического элемента, входящих в данную градацию (интервал), к общему числу членов ряда. Выражается в долях единицы или в процентах. Суммарную повторяемость, полу- ченную на основании длинного ряда наблюдений, называют инте- гральной вероятностью, или обеспеченностью. Накопленная повторяемость – отношение суммарного числа случаев, входящих в градации рассматриваемого участка статисти- ческого ряда (до и после определенной величины), к общему числу членов ряда. Ее можно определить последовательным суммирова- нием относительных или средних абсолютных частот соответст- вующих интервалов в ряду статистического распределения. Среднее арифметическое значение – отношение суммы значе- ний членов ряда к общему их числу. В качестве дополнительных показателей среднего значения применяются медиана – значение среднего члена в ряду значений простого ранжированного распре- деления, и мода – значение, наиболее часто встречающееся в ряду метеорологических измерений. Крайние значения – предельные показатели метеорологических элементов, зафиксированные в определенный период времени в рассматриваемом географическом пункте. Крайние значения кли- матических параметров (абсолютная минимальная и абсолютная максимальная температура воздуха, суточный максимум осадков) характеризуют те пределы, в которых заключены значения клима- тических параметров. Эти характеристики выбирались из экстре- мальных за сутки наблюдений. Различают абсолютный максимум или минимум, среднее из максимальных или минимальных значе- ний и максимум или минимум заданной обеспеченности. Показатели изменчивости – расчетные характеристики, с по- мощью которых оценивается степень рассеивания значений иссле- дуемого элемента по отношению к его среднеарифметическому зна- чению. К показателям изменчивости относятся: 1. Среднеквадратические отклонения где n – число наблюдений; х – значение при t-м наблюдении; хi – средняя арифметическая величина. 2. Коэффициент вариации . 3. Дисперсия х = σ2. Показатели асимметрии – величины, характеризующие зако- номерности распределения случайных величин, отличающихся от нормального распределения. К ним относится коэффициент асим- метрии и эксцесса. Коэффициент асимметрии определяется по формуле . При А = 0 распределение нормальное. При А > 0 распределение асимметричное правостороннее. При А < 0 распределение асимметричное левостороннее. Асимметрия считается малой при ׀А׀ ≤ 0,25, умеренной при 0,25 < ׀А׀ ≤ 0,5 и большой при ׀А׀ > 0,5. Коэффициент эксцесса определяется по формуле При Э = 0 распределение нормальное. Если Э > 0, крутость по- ложительная, и кривая распределения имеет более острую вершину, чем при нормальном распределении. Если Э < 0, крутость отрица- тельная, и прямая имеет более плоскую вершину. Дорожным организациям приходится пользоваться различными метеорологическими показателями; иногда их надо учитывать при выполнении конструкторских, проектных, технологических и орга- низационных работ. В качестве расчетных могут быть использова- ны следующие показатели: 1. Для учета солнечной радиации – уровень солнечной ра- диации; уровень солнечной радиации заданной обеспеченности; угол наклона местности (рассматриваемой поверхности) по отно- шению к солнечным лучам; географическая широта. 2. Для учета температуры воздуха – средняя температура воздуха; среднесуточная температура; среднемесячная температу- ра;среднегодовая температура; средняя многолетняя температура; средняя температура наиболее холодного периода года; средняя максимальная температура наиболее жаркого месяца; средняя ам- плитуда суточных колебаний температуры; абсолютный максимум; абсолютный минимум; точка росы; продолжительность периода со среднесуточной температурой более t С; продолжительность пе- риода со среднемесячной температурой менее t С; средняя про- должительность температуры различных градаций; средняя темпе- ратура периода со среднемесячной температурой менее t С; вер- тикальный градиент температуры; число дней с переходом температуры воздуха через 0 С. 3. Для учета температуры грунта (покрытия) – темпе- ратура грунта (почвы) на поверхности; температура грунта на глу- бине h; глубина нулевой изотермы; максимальная глубина нулевой изотермы; средняя годовая температура грунта; мощность сезонно- мерзлого слоя грунта. 4. Для учета влияния ветра – преобладающее направление ветра; средняя скорость ветра; динамическое давление; скоростной напор. 5. Для учета влажности воздуха – упругость водяного па- ра; абсолютная влажность; удельная влажность; относительная влажность; дефицит влажности заданной обеспеченности; интен- сивность испарения воды; продолжительность периода испарения воды; точка росы. 6. Для учета атмосферных осадков – среднее количество осадков; количество осадков за число дней с осадками более h мм; средняя интенсивность дождя; число дождей n %-ной обеспеченно- сти; продолжительность осадков n %-ной обеспеченности. 7. Для учета влияния снежного покрова – высота снежно- го покрова; среднедекадная высота снежного покрова; продолжи- тельность залегания снежного покрова. 8. Для учета атмосферного давления – сила, действую- щая на единицу горизонтальной поверхности (мм рт. ст.; Па; мб); динамическое давление). 9. Для учета тумана – физические условия образования; синоптические условия образования; повторяемость туманов; агре- гатное состояние капель воды и кристаллов льда; распределение температуры в тумане; водность тумана. 10. Для учета облачности – микроструктура облаков; вод- ность облаков; высота нижней границы; вертикальная протяжен- ность; степень покрытия неба облаками. 11. Для учета других атмосферных явлений: среднее число дней с грозами; среднее число дней с метелями; прозрачность атмо- сферы (коэффициент); метеорологическая дальность горизонталь- ной видимости. Солнечная радиация (МДж/м2) зависит от географического по- ложения рассматриваемой местности, времени года и облачности. Бывает прямая, рассеянная и суммарная. Определяют солнечную радиацию на горизонтальную и вертикальную поверхность, а также на вертикальную поверхность соответствующей ориентации (юж- ную, юго-западную, юго-восточную, восточную, западную, север- ную, северо-западную, северо-восточную). Данные по солнечной радиации и радиационному балансу при- водятся в климатических справочниках и получены на основе мате- риалов актинометрических наблюдений. В комплекс актинометрических наблюдений входят измере- ния прямой и рассеянной радиации, приходящей к деятельной по- верхности; радиации, отраженной от деятельной поверхности; ра- диационного баланса этой поверхности. Деятельной поверхно- стью называют поверхность почвы, воды и растительности, непосредственно поглощающую солнечную и атмосферную радиа- цию и отдающую излучение в атмосферу. Солнечная радиация, по- ступающая на деятельную поверхность в виде пучка параллельных лучей, исходящих непосредственно от солнца, называется прямой солнечной радиацией. На актинометрических станциях измеряется прямая солнечная радиация, поступающая на перпендикулярную к солнечным лучам поверхность S. Количество прямой солнечной радиации, приходящее на гори- зонтальную поверхность S , зависит от высоты солнца над горизон- том и может быть получено из соотношения S' = S  sin hΘ , где hΘ – угловая высота солнца над горизонтом. Часть солнечной радиации, поступающая к деятельной поверх- ности Земли со всех точек небесного свода после рассеяния в атмо- сфере, называется рассеянной радиацией Д. На актинометрических станциях измеряется рассеянная радиация, поступающая на гори- зонтальную поверхность. Прямая и рассеянная радиация относятся к коротковолновой части спектра (с длиной волн от 0,17 до 4 мкм). Фактически земной поверхности достигают лучи с длиной волны от 0,29 мкм. Общий приход солнечной радиации на горизонтальную поверх- ность, состоящий из прямой и рассеянной радиации, называет- ся суммарной радиацией Q: Q = S' + Д. Интенсивности и суммы радиации относятся к горизонтальной поверхности или к поверхности, перпендикулярной лучам солнца. По этим данным можно рассчитать интенсивности и суммы прямой радиации, а приближенно – и суммы рассеянной и суммарной ра- диации, поступающей на вертикальные (стены) и наклонные (скло- ны) поверхности любой ориентации. Прямую радиацию на стену или склон рассчитывают по формулам Sв = S cos hΘ cos (AΘ – A); Sскл = Sв sin α + S' cos α, где Sв – прямая солнечная радиация, поступающая на вертикаль- ную поверхность; Sскл – прямая солнечная радиация, поступающая на наклонную поверхность (Sскл и Sв имеют одинаковый азимут); S – прямая солнечная радиация, поступающая на перпендику- лярную к лучам поверхность; S' – прямая солнечная радиация, поступающая на горизонталь- ную поверхность; h0 – высота солнца; A0 – азимут солнца; A – азимут нормали к вертикальной поверхности; α – крутизна склона. Уровень солнечной радиации заданной обеспеченности опреде- ляется на основании многолетних данных для определенного меся- ца или определенной местности. Например, если требуется опреде- лить максимальную суммарную радиацию 5 %-ной обеспеченности, необходимо провести выборку за 30-50 лет. Данные располагаются в убывающем порядке. Среднесуточная температура воздуха определяется как сред- нее арифметическое значение на основании систематических изме- рений температуры на метеостанции, производимых с интервалом 3 часа (в 0; 3; 6; 9 и т.д.). Среднемесячная температура воздуха определяется как сред- нее арифметическое на основании среднесуточных температур. Среднегодичная температура воздуха определяется как среднее арифметическое среднемесячных или среднесуточных температур. Температура воздуха наиболее холодных суток. Наиболее хо- лодными сутками в рассматриваемом периоде (декада, месяц, год) являются те, у которых средняя арифметическая величина имеет минимальное значение. Абсолютный максимум (минимум) температуры воздуха. Различают абсолютный максимум (минимум) – самую высокую (низкую) температуру, которая зафиксирована в рассматриваемом периоде времени, и средний из ежегодных абсолютных максимумов (минимумов), определяемый как среднеарифметическое за ряд лет. Вероятность температуры ниже или выше абсолютного мини- мума (максимума) определяется путем деления числа членов ряда, выходящих за указанный интервал, к общему числу членов ряда. На основании полученных данных в логарифмических коорди- натах строятся интегральные кривые (по оси ординат – логарифми- ческая шкала температуры воздуха, по оси абсцисс – двойная лога- рифмическая шкала обеспеченности) (рис. 1.1). С кривой обеспеченности снимается температура воздуха наибо- лее холодных суток и наиболее холодной пятидневки заданной обеспеченности. Средняя продолжительность температуры воздуха различ- ных градаций. За исходную принимается информация о температуре воздуха в определенные сроки наблюдений (обычно – начиная с 0 часов и да- лее через 3 часа). а) б) Рис. 14.1. Интегральные кривые температуры воздуха: а – наиболее холодных суток; б – наиболее холодной пятидневки Обеспеченность в долях еди- ницы Данные ср дней продолжительности температуры воздуха раз- личных градаций предста ю - ность числовых значен мпературы воздуха t , имеющую вид ста - ке ым града- ци - ть в виде распределения позволяет по- - сол е вляют собой статистическу ий те совокуп i тистического распределения. Оно состоит в группиров исловых значений температуры воздуха по определеннч ям (середина градации t1, t2, …. tk) и подсчете абсолютной (m1, m2, …. mk) и относительной (Р1,Р2, …. Рk) частоты каждой гра дации температуры воздуха. Абсолютная частота есть число случаев попадания значений температуры воздуха в ту или иную градацию, причем ∑mi = n, т.е. равна числу наблюдений. Относительная частота градаций выража- ется отношением Рi = mi:ni, причем ∑Рi = 1. Статистическая совокупнос лучить первое представление об основных закономерностях много летнего режима температуры воздуха, о наиболее часто встречаю- щихся значениях температуры воздуха и диапазоне ее изменений. Накопление частоты получают, суммируя последовательно аб- ютные или относительные частоты. Выражения для накоплен- ных частот при числе градаций k имеют вид: не больше ti: не меньше ti: Накопленные относительные частоты иногда вычисляют, ис- пользуя ранжированный ряд (расположение в порядке возрастания или убывания числовых значений членов ряда), по формуле где mi – порядковый номер члена ряда; n – статистический ряд. Число дней с переходом температуры воздуха через 0 оС. Из- мерения температуры максимальными и минимальными термомет- рам льные значения, то есть наи ру. Если макси- ма , инимальном от тся из е - а т- четной темпера- ван a p% a mid a p% и позволяют зафиксировать ее экстрема е низкую температуболее высокую и наиболе льная температура положительна, а минимальная – отрицательна имеет место переход температуры воздуха через 0 С. При установившейся среднесуточной температуре ниже 0 С факт перехода температуры в положительную область свидетельст- вует об оттепели. И, наоборот, при среднесуточной положительной температуре появление отрицательных температур на м термометре свидетельствует о заморозках. Переходы температуры через 0 С отрицательно сказываются на состоянии дорожного покрытия; иногда в таких условиях не могут выполняться дорожно-строительные работы. Расчетная температура воздуха заданной обеспеченно- сти. Расчетную температуру воздуха требуется знать для опреде- ления оптимальных размеров дорожных плит, их продольной ус- тойчивости, глубины протаивания оснований и т.д. В зависимости конкретной задачи расчетная температура обычно выбирае перечня температур, приведенных в справочниках по климату. В перечнях приводятся среднемесячные, среднегодовые, абсолютны максимальные, минимальные, среднемаксимальные температуры воздуха наиболее жаркого месяца года, а также температуры с обеспеченностью 0,92 и 0,98 для наиболее холодных суток и для наиболее холодной пятидневки и средние температуры наиболее холодного периода для разных пунктов местности. За расчетную температуру необходимо принимать максималь ную (минимальную) температуру воздуха в расчетном месяце год за расчетный период эксплуатации объекта. Для покрытия с расче ным сроком эксплуатации n лет обеспеченность рас туры воздухаp принимается n-1100%. Для решения задачи в такой постановке расчетная максимальная (минимальная) температура воздуха за сутки, имеющая обеспечен- ность p%, ta p% max (min), может быть принята равной сумме среднемак- симальной (среднеминимальной) температуры воздуха и нормиро- ной положительной (отрицательной) добавки к ней ±∆ta p%: t max (min) = t max (min) ± ∆t . В формуле знак «+» принимается для определения максималь- ной, знак «-« – для минимальной суточной температуры воздуха обеспеченностью p%. ены ниже в общем перечне: температуры воздуха; tma – среднемесячная температура возду- ха; – - от t ; t – i-е отклонение тем- пер ми- ни Обозначения температур привед ta – Аma – среднемесячная амплитуда температуры воздуха; ta midmax (min) среднемаксимальная (среднеминимальная); ∆ta midmax (min) – среднее от клонение температуры max (min) max (min)a mid a i атуры от ta midmax (min); ta absmax (min) – абсолютная максимальная ( мальная); ∆ta p% – нормированная (положительная или отрица- тельная) добавка температуры к ta midmax (min); ta p%max (min) – расчетная температура воздуха p % обеспеченности. Расчетная схема, совмещенная с реальными наблюдениями, представлена на рис. 1.2, там же даны пояснения температур. Рис. 1.2. Месячный ход максимальных и минимальных суточных температур воздуха в г. Минске (июль 2004 г.). Расчетная схема для опреде- ления температуры воздуха с обеспеченностью p % Фактически решение задачи сводится к нахождению закономер- ности отклонения расчетных температур от среднемноголетних – среднемаксимальных или среднеминимальных. При этом принима- ется, что процесс изменения температур относительно их средне- максимальных (среднеминимальных) значений является случай- ным, стационарным и обладает свойством эргодичности. При таком решении задачи закономерность случайных отклонений температур в одном месяце года является такой же, как и за все годы эксплуа- тации для этого же месяца, поэтому нет необходимости учитывать ее в расчете вариации среднемесячных температур разных лет. В вышеприведенной формуле параметр ta midmax (min) принимается по справочным данным, а при их отсутствии определяется равенством ta mid max (min) = tma ± 1/2Аma. Проверка этого равенства для объектов, расположенных в разных природно-климатических условиях, показала, что его точность нахо- дится в пределах десятых долей градуса. При использовании для его пр - мату a mid ma ma ди - л снежного покрова – это промежу- ток ени от ния устойчивого снежного покрова до его рушения, причем устойчивым снежным покровом считается оверки данных из СНиП 2.01.01-82 и других справочников по кли параметры t max (min), t и 1/2А для каждого случая необхо- мо принимать для одного и того же месяца года, учитывая при этом, что наиболее жарким месяцем не обязательно является июль. Глубина нулевой изотермы. С помощью вытяжных термомет- ров, которые располагаются на глубине 20, 40, 80, 160 и 320 см от поверхности земли, ежедневно определяется температура грунта (почвы). Принимается, что температура изменяется равномерно по мере заглубления. Нулевая изотерма определяется методом линей ной интерполяции. Высота и продолжительность залегания снежного покро- ва. Высота снежного покрова определяется двумя критериями: средней наибольшей декадной высотой и наибольшей из наиболь- ших декадных. Средняя наибольшая декадная высота снежного по- крова за зиму вычисляется как среднеарифметическая наибольших декадных величин за каждый год наблюдения независимо от месяца и декады, когда это имело место. Продолжительность за егания ем даты образова вр раз тот тич - ения округляются в соответствии с этой града- ци у- ту пр , недостаток насыщения и др. Как и для других ме имальные или минимальные), установлена повторяе- мо чают дневную и ночную видимость. , который сохраняется в течение 30 дней с перерывами не более 3 дней подряд; разрушенным же считается снежный покров, если окре- стность покрыта снегом менее чем на 60 % (менее 6 баллов). Скорость ветра определяется на высоте 10-12 м и на расстоя- нии от окружающих предметов, равном 10-20-кратной высоте. Ин- тервал измерения устанавливается Положением о метеостанциях (1965 г.) 8 раз в сутки. Все вычисления ведутся как среднеарифме- еские, среднесуточные, среднемесячные, среднегодовые и сред ние многолетние. Повторяемость скорости ветра вычисляется как отношение числа ветров заданной градации к общему числу зафиксированных значений. Фактические знач ей по правилам округления. Повторяемость может быть вычислена для различных часов с ток, а также среднесуточная, среднемесячная, среднегодовая и средняя мнцоголетняя. Непрерывная продолжительность ветра различной скорости (чис- ло градаций) определяется на основании метеорологических на- блюдений. Повторяемость различных направлений ветра и штилей (в %) вычисляется для определенного времени (средняя для месяца, средняя для определенного часа дня за месяц, средняя годовая и т.п.). Повторяемость во всех этих случаях будет представлять собой отношение числа случаев заданной градации к общему числу чле- нов рассматриваемого ряда. Классификация ветров по Бофор едставлена в табл. 8.1. Влажность воздуха. Для характеристики влажности воздуха в различные часы суток, а также для вычисления средних, макси- мальных, минимальных значений за определенный период исполь- зуются следующие величины: упругость водяного пара, относи- тельная влажность теорологических элементов, для них могут быть вычислены среднеарифметические величины, определены экстремальные зна- чения (макс сть тех или иных значений. Дальность видимости. Разли Дальность дневной видимости – предельное расстояние, при ко тором удаленный предмет становится неотличимым от окружающ го фона (перестает быть - е- видимым). Дальность видимости огней – рас ь видимости зависит от ряда факторов – геометрических пар о- ы - а- ет становится видимым, если яркостной кон е- стояние, на котором точечный источник света определенной си- лы перестает восприниматься глазом. Дальност аметров объекта, освещенности, цвета и яркости предметов и ф на, прозрачности атмосферы. Днем человек видит предметы, размер и расстояние до которых относятся как 1/150 и более. Дневная осве щенность колеблется от 400 до 100 тыс. лк, а глаз человека сохраняет устойчивость восприятия в пределах 20-20 тыс. лк. Цвет и яркость предметов и фона принято оценивать величиной яркостного контр ста (от 0 до 100 %). Предм траст превышает 2 %. Прозрачность атмосферы характеризуется коэффициентом прозрачности, который показывает, насколько св товой поток, проходящий через слой атмосферы толщиной 1 км, ос- лабляется находящимися в этом слое различными примесями. Метеорологическая дальность горизонтальной видимости в днев- ное время определяется по формуле , где α – показатель ослабления видимости на единицу длины; Ко – первоначальный контраст между объектом и фоном; ε – неразличимая глазом относительная разность между яркост ми достаточно большого объекта и фона (ε ≈ 0,02). Сопротивление воздушной среды. я- При движении на автомобиль оказывает влияние воздушная среда. Аэродинамическая сила со- противления в элементарном виде может быть выражена формулой где С – коэффициент аэродинамической силы (лобового сопро- тивления), зависящий от формы автомобиля и степени гладкости его ля, м ; v – скорость движения относительно воздуха, м/с; ρ – плотность воздуха, кг/м3. При решении друг инженерных задач, связанных с учетом ме- теорологических характеристик, могут потребоваться иные данные. Дл тео е- Н.А. Дашко. Курс лекций по синоптической метеорологии. М., 1999. 3. Тихомиров Е.И. Фиц-Рой и современная метеорология. Ме- теор. вестн., 1932. поверхности; S – лобовая поверхность автомоби 2 их я их получения целесообразно использовать фундаментальные рии метеорологического анализа и статистики. Список литературы 1. Леонович, И.И. Дорожная климатология: учебник/ И.И. Л онович.-Мн.: БНТУ, 2005.-485с. 2.