Закономерности глобальной эволюции климатических нагрузок и воздействий

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего профессионального образования 

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

Библиотека научных разработок и проектов НИУ МГСУ 

М.С. Хлыстунов, В.И. Прокопьев, Ж.Г. Могилюк 

ЗАКОНОМЕРНОСТИ 

ГЛОБАЛЬНОЙ ЭВОЛЮЦИИ 

КЛИМАТИЧЕСКИХ НАГРУЗОК 

И ВОЗДЕЙСТВИЙ 

Научный редактор МС Хлыстунов 

2-е издание (электронное) 

Москва 2017 

УДК 621.039 
ББК 68.9 
   Х61 

СЕРИЯ ОСНОВАНА В 2008 ГОДУ 

Р е ц е н з е н т ы: 
доктор технических наук, профессор Г. Э. Шаблинский,  
главный научный сотрудник Научно-исследовательского института 
экспериментальной механики ФГБОУ ВПО «МГСУ»; 
доктор технических наук, профессор В. Н. Савостьянов,  
главный научный сотрудник предприятия «ИнжСтройСервис-1» 

Монография рекомендована к публикации 
научно-техническим советом МГСУ 

 Хлыстунов, Михаил Сергеевич

ISBN 978-5-7264-1556-7 
Рассмотрены малоизученные и неизвестные ранее глобальные закономерности эволюции климатических нагрузок на строительные объекты и экосистемы урбанизированных территорий за последние 40 лет. Представлены 
основные спектральные и статистические проявления глобального изменения 
климата эндогенного и космогенного гравидинамического происхождения, 
включая эволюцию минимальных, среднесуточных и максимальных температур, среднесуточной влажности, прозрачности и давления атмосферы, уровня 
осадков, среднесуточной скорости ветра и порывов ветра. Представлены теоретические основы вариометрического анализа и моделирования метеорологических проявлений доминирующих механизмов и причинно-следственных 
связей резонансного характера. 

Для аспирантов, магистрантов, докторантов и научных работников, занимающихся исследованиями и проектным моделированием рисков и оценкой 
интенсивности роста климатических нагрузок на строительные конструкции 
в течение всего жизненного цикла зданий и сооружений. 

УДК 621.039 
ББК 68.9 

ISBN 978-5-7264-1556-7 

Деривативное электронное издание на основе печатного издания: 
Закономерности глобальной эволюции климатических нагрузок и воздействий : монография / М. С. Хлыстунов,  В. И. Прокопьев, Ж. Г. Могилюк ; под ред. М. С. Хлыстунова ; М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. — М. : Издательство МИСИ—МГСУ, 
2015. — 192 с. — ISBN 978-5-7264-0978-8.

     Закономерности глобальной эволюции климатических нагрузок 
и воздействий [Электронный ресурс] : монография / М. С. Хлыстунов,  В. И. Прокопьев, Ж. Г. Могилюк ; под ред. М. С. Хлыстунова ; 
М-во образования и науки Рос. Федерации, Моск. гос. строит. ун-т. 
— 2-е изд. (эл.). — Электрон. текстовые дан. (1 файл pdf : 193 с.). 
— М. : Издательство МИСИ–МГСУ, 2017. — (Библиотека научных 
разработок и проектов НИУ МГСУ) — Систем. требования: Adobe 
Reader XI либо Adobe Digital Editions 4.5 ; экран 10". 

Х61

©  Национальный исследовательский

Московский государственный 
строительный университет, 2015

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных 
техническими средствами защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от 
нарушителя возмещения убытков или выплаты компенсации.

О Г Л А В Л Е Н И Е

ВВЕДЕНИЕ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6 

Глава 1 .  МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ МАЛОИЗУЧЕННЫХ 
ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ И ПРОЯВЛЕНИЙ ГЛОБАЛЬНОГО 
ИЗМЕНЕНИЯ КЛИМАТА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  16 

1 . 1 .  Метод спектрального анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  16 
1 .2. Метод статистического анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  1 8  
1 . 3 .  Вероятностный анализ рисков реализации экстремальных 
нагрузок и воздействий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  22 
1 .4. Метод спектрального вариометрического анализа . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  24 
1 .  5. Постановка задачи, базы данных и особенности спектрального 
анализа эволюции природных нагрузок и воздействий . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  29 

Глава 2. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЛОКАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 
ТЕМПЕРАТУРНЫХ НАГРУЗОК НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ 
ТЕРРИТОРИЯХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  41 

2. 1 .  Спектральный анализ локальных колебаний температурных 
нагрузок в г. Анкоридже . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  41 
2.2. Спектральный анализ локальных колебаний температурных 
нагрузок в г. Лондоне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  46 
2.3. Спектральный анализ локальных колебаний температурных 
нагрузок в г. Буэнос-Айресе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  5 1  
2.4. Спектральный анализ локальных колебаний температурных 
нагрузок в г. Канберре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  55 

Глава 3. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЛОКАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 
ВЛАЖНОСТИ НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ. . . . . . . . . . . . . . .  59 

3. 1 .  Спектральный анализ локальных колебаний влажности 
в г. Анкоридже . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  59 
3.2. Спектральный анализ локальных колебаний влажности 
в г. Лондоне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  63 
3.3. Спектральный анализ локальных колебаний влажности 
в г. Буэнос-Айресе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  68 
3.4. Спектральный анализ локальных колебаний влажности 
в г. Канберре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  72 

Глава 4. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЛОКАЛЬНЫХ 
КОЛЕБАНИЙ ИНТЕНСИВНОСТИ ВЕТРОВЫХ НАГРУЗОК 
НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 

4. 1 .  Спектральный анализ локальных колебаний среднесуточной
скорости ветра в г. Анкоридже . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  76 
4.2. Спектральный анализ локальных колебаний среднесуточной 
скорости ветра в г. Лондоне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  78 
4.3. Спектральный анализ локальных колебаний среднесуточной 
скорости ветра в г. Буэнос-Айресе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . .  79 
4.4. Спектральный анализ локальных колебаний среднесуточной 
скорости ветра в г. Канберре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  81 

Глава 5. СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ЛОКАЛЬНЫХ КОЛЕБАНИЙ 
ИНТЕНСИВНОСТИ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАГРУЗОК 
НА УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЯХ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 

5. 1 .  Спектральный анализ локальных колебаний суточного
количества осадков в г. Анкоридже . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  83 
5.2. Спектральный анализ локальных колебаний суточного 
количества осадков в г. Лондоне . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85 
5.3. Спектральный анализ локальных колебаний суточного 
количества осадков в г. Буэнос-Айресе . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87 
5.4. Спектральный анализ локальных колебаний суточного 
количества осадков в г. Канберре . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  88 

Глава 6. ЯВЛЕНИЯ КОСМОГЕННОЙ ЭВОЛЮЦИИ ГЛОБАЛЬНЫХ 
ВАРИАЦИЙ ИНТЕНСИВНОСТИ КЛИМАТИЧЕСКИХ 
И СЕЙСМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 

6. 1 .  Явление космогенной эволюции интенсивности вариаций
максимальных и среднесуточных температур . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 
6.2. Явление космогенной эволюции интенсивности вариаций 
среднесуточной скорости ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97 
6.3. Явление космогенной эволюции интенсивности вариаций 
ежесуточной сейсмической активности . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  104 
6.4. Явление космогенной эволюции интенсивности вариаций 
ежесуточного количества осадков . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  1 1  О 
6.5. Явление космогенной эволюции интенсивности вариаций 
барометрических процессов . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  1 18 

Глава 7. КВАНТОВЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ ФОРМИРОВАНИЯ 
ПОРЫВОВ ВЕТРА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  126 

7 . 1 .  Формулировка гипотезы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  126 
7.2. Теоретическое доказательство открытия квантовых 
закономерностей формирования порывов ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  126 
7.3. Методика статистического анализа закономерностей 
формирования порывов ветра . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  127 

Глава 8. ВЕРИФИКАЦИЯ КВАНТОВЫХ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ 
ФОРМИРОВАНИЯ ПОРЫВОВ ВЕТРА .................................................... 128 

8. 1 .  Верификация квантовых закономерностей формирования 
порывов ветра в г. Анкоридже ............................................................... 128 
8.2. Верификация квантовых закономерностей формирования 
порывов ветра в г. Лондоне .................................................................... 1 3 1  
8.3. Верификация квантовых закономерностей формирования 
порывов ветра в г. Москве ...................................................................... 1 34 
8.4. Верификация квантовых закономерностей формирования 
порывов ветра в г. Ниамее ...................................................................... 1 37 
8.5. Верификация квантовых закономерностей формирования 
порывов ветра в г. Нью-Йорке ............................................................... 140 
8.6. Верификация квантовых закономерностей формирования 
порывов ветра в г. Токио ........................................................................ 143 

Глава 9. ПРОБЛЕМЫ ДОСТОВЕРНОСТИ ЧИСЛЕННОГО 
ТЕОРЕТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ И ЦИФРОВОГО 
МОНИТОРИНГ А ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ 
И ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЗОК ................................................................. 146 

9. 1 Динамическая погрешность и достоверность численного 
моделирования и мониторинга векторных динамических нагрузок ... 146 
9.2. Конформность цифровых технологий численного 
моделирования и мониторинга векторных динамических нагрузок ... . 149 
9.3. Фазовая погрешность и прецессия виртуальных годографов 
векторных динамических нагрузок ....................................................... 1 57 

Глава 10. ЭНДОГЕННЫЕ ГЕОЛОГО-ГЕОФИЗИЧЕСКИЕ ФАКТОРЫ 
ДЕГРАДАЦИИ ГЕОЭКОЛОГИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ 
УРБАНИЗИРОВАННЫХ ТЕРРИТОРИЙ .................................................. 162 

10. 1 .  Геодинамическое районирование районов массовой застройки 
и мегаполисов .......................................................................................... 162 
10.2. Геотектонические особенности территорий массовой застройки 
и мегаполисов на примере г. Москвы ................................................... 166 
10.3. Анализ эколого-геодинамической устойчивости районов 
массовой застройки и мегаполисов ....................................................... 172 
10.4. Риски снижения устойчивости зданий и сооружений в районах 
размещения автодорожных эстакад ....................................................... 178 
10.5. Системологические проблемы комплексных инженерных 
изысканий для строительства ................................................................ 181 

Библиографический список ......................................................................... 1 85 

ВВЕДЕНИЕ 

Согласно последнему докладу межправительственной группы ООН по 

измененmо климата (IPCC), опубликованному в Intemational Business 
Times, практически все государства планеты не готовы к предупредительным мерам по адаптации жизненно важных отраслей экономики и населения к глобальному потепленmо [1]. С другой стороны, например, Мототака 
Накамура из Японского национального агентства по морским исследованиям (http://notem.com/post/view/l 700), Альфреда Мартинез-Гарсиа, палеоклиматолог 
из Швейцарской 
высшей 
технической 
школы 

(http://www.gismeteo.ru/ 
news/klimat/9257-lednikovve-periody-byli-vvzvanynasyschennoy-zhelezom-pylyu/) и ряд других российских и европейских ученых заявили, что человечеству надо готовиться не к глобальному потеплению, а к глобальному похолоданию. 

Отсутствие прогресса и общей позиции ведущих мировых научных 

школ по проблеме глобального изменения климата ставит в особенно 
сложное положение строительную индустрmо практически всех государств, 
включая страны с высокоразвитой экономикой [2]. Взаимосвязь этой проблемы со строительной деятельностью и ее острота следует из прямой зависимости проектных решений, например, в 2 1 14 г. от оценки рисков глобального изменения климата на глубину градостроительного планирования 
или на срок жизни строительных объектов и долгосрочность инвестиций, 
которые, как правило, достигают 100 лет и более, т.е. до 2014 г. и далее. 
Особенно важен учет экстремальных климатических процессов, включая 
ветровые, для высотного строительства. Таким образом, острота этой проблемы для строительной отрасли не ограничивается теоретическими задачами научных дискуссий, а имеет самый прямой практический смысл. 
Строительная деятельность в мире, связанная со многими триллионами 
долларов долгосрочных инвестиций, не может остановиться из-за разногласий в метеорологических научных школах. 

В настоящее время это обусловлено каждодневной необходимостью 

выбора таких проектных решений, которые обеспечат необходимую безопасность и устойчивость строительных конструкций, например высотных 
зданий и сооружений, ко всем видам климатических и метеорологических 
нагрузок и воздействий на длительный период жизненного цикла объектов 
промышленного и гражданского строительства [3; 4]. 

Среди таких нагрузок особое место занимает ветровая нагрузка, которая 

характеризуется как среднесуточной скоростью ветра, так и максимальными 
скоростями ударных ветровых воздействий на строительные конструкции. 

6 

За последние сто лет теоретическая метеорология бьmа сосредоточена, 

главным образом, на статистических исследованиях структуры ветровых 
процессов [5]. Трудоемкий статистический метод исследований исторически занимает важное место практически во всех разделах физики. Но надо 
иметь ввиду, что его применение, как правило, связано не столько с его 
уникальностью, сколько с трудностями применения аналитических методов математической физики в связи с наличием в изучаемых процессах 
мало изученных или ранее неизвестных явлений, эффектов и закономерностей [6; 7; 8; 9]. На наш взгляд, период преимущественно статистического 
моделирования в теоретической метеорологии несколько затянулся. Классические законы аэродинамики, термодинамики и тепломассопереноса за 
последние десятилетия с не очень существенными дополнениями и практически в неизменном виде составляют теоретическую основу современных 
программных комплексов моделирования и прогноза метеорологических 
процессов. Несомненно, применение современных цифровых технологий и 
суперкомпьютеров существенно повысили уровень, объемы и эффективность обработки натурной метеорологической информации. 

Однако этого оказалось недостаточно для долгосрочного прогнозирования вектора эволюции климатических и метеорологических процессов на 
период жизненного цикла строительных объектов до 100 лет и более. 

В связи с этим в рамках ведомственной программы «Развития научного 

потенциала высшей школы» авторы провели комплексные исследования 
малоизученных закономерностей эволюции и изменения интенсивности 
аварийно опасных природных процессов, включая климатические и геофизические. Анализируя рост (в десять раз) глобальной сейсмической активности на Земле после взрыва кометы Шумейкеров - Леви на Юпитере 
(июль 1 994 г.), бьmи надежно установлены спектральные проявления влияния гравидинамических радиальных резонансов планет солнечной системы 
на интенсивность геодинамических процессов [10; 1 1]. 

Наряду с этим внимание авторов привлекли результаты двух уникальных исследований: 

• геохимика Грэма Пирсона (Graham Pearson) из канадского Университета Альберты и Майкла Вайсешина (Мichael Wysession), профессора 
сейсмологии из Вашингтонского университета (Сент-Луис), которые припmи к выводу, что под восточной частью континента Евразия и под Северной Америкой располагаются огромные резервуары воды (до 1 О Тихих 
океанов), которые своим «дыханием» оказывают существенное влияние на 
атмосферные и гидрологические процессы, включая катастрофические наводнения и ураганы [12]; 

• теория принципиальной нелинейности погоды Эдварда Лоренца 

и вытекающие из его теории риски порождения ураганов удаленными локальными аэродинамическими микропроцессами [6]. 

7 

Полученные результаты исследований по метеорологическим рискам 

были опубликованы в целой серии статей авторов [13---45]. В настоящей 
монографии также представлены результаты фундаментальных исследований роли микропроцессов на формирование ураганных порывов ветра [8; 
13---45]. Мы надеемся, что полученные результаты могут быть также полезны разработчикам программных комплексов моделирования метеорологических процессов и могут быть использованы в виде дополнения к базовым классическим моделям, используемым при эмуляции прогнозов погоды. На наш взгляд, наступает новый этап в развитии теоретической метеорологии, связанный, в том числе, с учетом как резонансных, так и квантовых закономерностей и явлений наряду с классическими. Подобный этап в 
целом ряде других прикладных областей физики был преодолен уже более 
50-100 лет назад. 

В связи с этим авторы вынесли результаты своих исследований на обсуждение с ведущими учеными одного из авторитетнейших в мире университетов в области фундаментальной аэродинамики и теоретической физики 
(НИУ «МФТИ»). 

С одной стороны, настоящая монография носит фундаментальный характер. Однако с другой - новые знания о глобальных климатических и 
геофизических проявлениях резонансных гравидинамических процессов в 
околоземном космическом пространстве, а также о статистических закономерностях глобальной эволюции интенсивности экстремальных метеорологических процессов или о квантовом характере формирования, например 
ударных ветровых нагрузок, открывают принципиально новые возможности для наиболее полного учета рисков ускоренного износа и реализации 
строительных аварий при проектировании объектов промышленного, 
транспортного, энергетического и гражданского строительства, включая 
высотные здания и сооружения. 

В настоящее время, в связи с участившимися авариями и ускоренным 

износом строительных объектов, возведенных по новым технологиям и с 
применением новых строительных материалов, существенно обострилась 
актуальность ряда фундаментальных проблем строительной науки в области многоцикловой усталости строительных материалов и грунтов оснований [46-61]. Особенность научной формулировки этих проблем связана с 
отсутствием верифицированных теоретических методов проектного моделирования и прогнозирования интенсивности развития малоизученных ранее процессов разупрочнения и износа материалов и элементов строительных конструкций, отличающихся сложной формой построения и высокой 
неоднородностью пространственной структуры. Существующие методы 
математической физики, как правило, сегодня успешно применяются для 
решения в значительной степени идеализированных задач механики твердого тела и строительной механики, которые по своей постановке существенно отличаются от реальных механизмов работы строительных канет
8 

рукций. Принципиально новые проблемы по нелинейной механике твердого тела встали в связи с расширением исследований по внедрению нанотехнологий и наномодифицированных строительных материалов в крупнотоннажном производстве. Как правило, такие комплексные научные проблемы фундаментального характера, находящиеся на периферийных стыках совершенно различных научных дисциплин и научных направлений 
(математика, математическая физика, нелинейная механика твердого тела, 
строительная механика, нелинейная динамика), успешно и в прогнозируемые сроки могут быть решены при комплексной постановке и формировании необходимого задела в части экспериментальных исследований. Только при таком методологическом подходе, основанном на формировании 
представительной базы знаний и экспериментальных данных о ранее малоизученных закономерностях, свойствах и тонких нелинейных процессах, 
характерных для описания экстремальных природных нагрузок и воздействий, возможна оценка действительной работы пространственных строительных конструкций, построенных на базе гетерогенных, композиционных и анизотропных материалов, в том числе наномодифицированных, а 
также упругопластических оснований, наполненных в пределах расчетного 
объема разнородными геологическими элементами сложной формы и 
структуры. 

В связи с этим важнейшей задачей научных школ и ведущих ученых 

строительной отрасли является проведение широких экспериментальных 
исследований для обеспечения эффективного продвижения в развитии 
фундаментальных методов решения принципиально новых задач строительной науки и технологий в условиях глобального изменения климата. 

Научные школы и ведущие ученые МГСУ на протяжении ряда последних лет уделяют особое внимание проблемам подобного рода. 

Повышение климатической и геолого-геофизической устойчивости объектов промышленного и гражданского строительства, жилых домов, основных объектов и систем жизнеобеспечения, а также минимизация потерь от 
землетрясений и наводнений в регионах с высоким уровнем гидрологических, метеорологических и сейсмических рисков являются важными факторами устойчивого социально-экономического развития и обеспечения 
национальной безопасности Российской Федерации. 

Вместе с тем застройка данных регионов много лет велась без учета 

глобального изменения климатических условий и роста уровня сейсмической активности. Здания и сооружения, построенные без учета современной экстремальной эволюции интенсивности природных и техногенных 
рисков, без уточнения величины климатической и сейсмической опасности, 
имеют значительный дефицит климатической и геолого-геофизической 
устойчивости, их разрушение в результате аварийно опасных природных 
процессов может привести к огромным людским и материальным потерям. 

9 

Государство не могло оставить решение этой актуальной проблемы на 

неопределенное время. Первые государственные мероприятия в этой области были реализованы в части уточнения сейсмической опасности территории Российской Федерации. Российской академией наук в 1 991-1997 гг. 
были разработаны и дополнены карты общего сейсмического районирования (ОСР-97) с использованием усовершенствованных методов и техноло­
гий прогнозирования сейсмической опасности. 

Как показали результаты общего сейсмического районирования, сейсмическая опасность на территории Российской Федерации оказалась более 
значительной, чем это представлялось прежде. В соответствии с новыми 
картами сейсмическая опасность на территории многих субъектов Российской Федерации была уточнена и оказалась выше на 1-2 и даже 3 балла, 
т.е. уровень сейсмического риска на этих территориях значительно повысился в сравнении с прежними расчетными величинами. 

Значительная часть территории Российской Федерации (около 25 % ), на 

которой расположены 27 субъектов Российской Федерации с населением 
около 20 млн человек, находится в сейсмоопасных зонах, подверженных 
воздействию разрушительных землетрясений. В последние годы на территории страны произошло несколько крупных землетрясений в районах, 
традиционно считавшихся сейсмически неопасными, либо по прогнозам 
относившихся к меньшей расчетной интенсивности сейсмических воздействий, в том числе землетрясение мощностью 9 баллов на Алтае в 2003 г., 
серия землетрясений мощностью 1 О баллов в Корякском автономном округе в 2006 г., на Средних Курилах в 2006 и 2007 гг., на Сахалине в 2007 г. 

По данным Российской академии наук, нарастает угроза возникновения 

сильнейшего землетрясения в Курило-Камчатской зоне. Согласно результатам долгосрочного сейсмического прогноза, наиболее опасными территориями являются район г. Петропавловска-Камчатского и север Курильских островов. По экспертным оценкам, до 50 % объектов жилого, общественного, производственного назначения и коммунальной сферы (в некоторых регионах этот показатель составляет от 60 до 90 % ) имеют дефицит 
сейсмостойкости и могут представлять источник опасности при сейсмических воздействиях. Органы государственной власти и органы местного самоуправления осуществляют комrmекс мер по повышению достоверности 
и точности прогноза сейсмических событий, соблюдению требований 
сейсмостойкого строительства и реализации неотложных мероприятий по 
обеспечению сейсмической безопасности. 

В рамках федеральной целевой программы «Снижение рисков и смягчение последствий чрезвычайных ситуаций природного и техногенного 
характера в Российской Федерации до 2010 года», утвержденной постановлением Правительства Российской Федерации от 6 января 2006 г. №1, реализуются мероприятия, направленные на совершенствование системы мониторинга и прогнозирования чрезвычайных ситуаций, в том числе обу
10 

словленных климатическими и метеорологическими рисками, сейсмической опасностью и цунами. 

Вместе с тем, современные системы метеорологических, гидрологических и сейсмических наблюдений и прогнозирования чрезвычайных ситуаций не позволяют обеспечить достаточно надежное прогнозирование этих 
рисков на долгосрочную перспективу. Глобальные изменения интенсивности и сложность механизмов запуска данных природных явлений не позволяют обеспечить высокую достоверность краткосрочного прогноза аварийно опасных природных процессов по месту и времени их проявления. 

Органы исполнительной власти субъектов Российской Федерации и органы местного самоуправления в рамках своих полномочий осуществляют 
меры по усилению климатической и геолого-геофизической устойчивости 
существующих объектов и (или) строительству новых более надежных 
объектов взамен тех объектов, усиление или реконструкция которых экономически нецелесообразны, осуществляют мероприятия по сейсмическому районированию территорий; обследование жилых домов и объектов 
инфраструктуры, а также выполнение региональных и муниципальных целевых программ. 

Защита населения от чрезвычайных ситуаций является одним из приоритетных направлений социально-экономического развития страны. Острейшая необходимость решения подобных задач в рамках указанного направления определена положениями, содержащимися в Бюджетном послании Президента Российской Федерации Федеральному Собранию Российской Федерации от 23 июня 2008 г. 

Сложившаяся ситуация с климатической и сейсмической безопасностью 

в Российской Федерации требует применения комплексного подхода, реализации системы мер, направленных на повышение устойчивости объектов, ее координации на федеральном уровне. 

Вместе с тем указанные работы не скоординированы должным образом 

и не всегда обеспечены необходимым научно-техническим и прогнозным 
сопровождением. Это, в первую очередь, связано с отсутствием научных 
основ прогнозирования эволюции интенсивности глобальных и локальных 
климатических и геолого-геофизических циклических процессов амортизации строительных объектов и методов оценки начального и остаточного 
ресурса их надежности и устойчивости, соответствующих современной 
эпохе 
глобальных 
климатических 
изменений 
и 
роста 
геологогеофизической активности. 

Издание настоящей монографии нацелено на преодоление существующего отставания в области научно-технического обеспечения государственных мероприятий в данной области и соответствует миссии и задачам 
Московского государственного строительного университета как единственного в России национального исследовательского университета в области архитектуры и строительства. 

1 1  

Уникальные результаты многолетних фундаментальных и прикладных 

исследований МГСУ в области научных основ прогнозирования эволюции 
интенсивности глобальных и локальных климатических и геологогеофизических циклических процессов амортизации строительных объектов и методов оценки начального и остаточного ресурса их надежности и 
устойчивости позволят внести определенный вклад в решение этой проблемы, включая: 

• создание научно-методической базы для устойчивого функционирования объектов промышленного и гражданского строительства, жилищного 
фонда, основных объектов и систем жизнеобеспечения в Российской Федерации; 

• достижение приемлемого уровня климатической и геолого-геофизической устойчивости зданий и сооружений на урбанизированных территориях Российской Федерации; 

• уменьшение возможного экономического и экологического ущерба от 

воздействия экстремальных климатических и геофизических процессов. 

Эти цели отвечают общенациональной системе целей и задач в сфере 

обеспечения условий безопасного развития и снижения рисков воздействия 
опасных природных явлений на социально-экономическое развитие страны. 

Изложенные в монографии научные основы прогнозирования эволюции 

интенсивности глобальных и локальных климатических и геологогеофизических циклических процессов амортизации строительных объектов и методов оценки начального и остаточного ресурса их надежности и 
устойчивости ориентированы на повышение надежности жилых и промышленных зданий, основных объектов и систем энергоснабжения, водоснабжения, а также критически важных объектов, круг которых установлен 
законодательством Российской Федерации в области обеспечения безопасности населения, защиты объектов от угроз техногенного, природного характера и террористических актов. 

Указанные значимые и многофункциональные объекты в период ликвидации последствий стихийных бедствий и природных катастроф входят в 
сферу интересов и ответственности органов государственной власти и органов местного самоуправления. Мероприятия по оценке уровня амортизации, прогнозированию и повышению надежности и устойчивости таких 
объектов требуют проведения скоординированных инженерных мероприятий, максимальная результативность которых может быть обеспечена только с использованием комплексного научно-методологического подхода. 
Наряду с этим необходимо учитывать особенности формирования нормативных документов по нагрузкам и воздействиям и строительной климатологии [3; 4]. Они, как правило, базируются на данных наблюдений за исторический период, предшествующий их изданию, и не содержат прогнозной 
информации, необходимой для учета эволюции природных рисков на глубину градостроительного планирования. 

12 

Без использования единой прогнозной и научно-методической базы результаты научных исследований по таким важным направлениям, как 
управление климатическими и сейсмическими рисками, информационное 
обеспечение решения проблем климатической и сейсмической безопасности территорий и объектов, а также развитие и совершенствование системы 
мониторинга климатической и сейсмической уязвимости существующей 
застройки, природных рисков территорий и прогнозирования возможных 
социально-экономических и экологических последствий, не будут обеспечены механизмами для их прикладного применения. 

В связи с этим настоящая монография ориентирована на широкий круг 

ученых и специалистов в области оценки текущего состояния и прогноза 
эволюции интенсивности климатических и геолого-геофизических процессов, влияющих на надежность и безопасность эксплуатации строительных 
объектов в условиях глобального аварийно опасного роста интенсивности 
стихийных бедствий и природных катастроф. 

В настоящей монографии бьmи использованы результаты многолетних 

исследований авторов, выполненных как в инициативном порядке в период 
с 1993 по 2000 гг. в качестве фундаментального научного задела, так и в 
части их прикладного развития в рамках проекта №2. 1 .2/13723 аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала 
высшей школы (2009-201 1  гг.)» и при поддержке Министерства образования и науки РФ в рамках НИР согласно заданию №2014/107 «Разработка 
теоретических основ устойчивости зданий и сооружений в условиях природных, техногенных и комбинированных воздействий». 

Полученные результаты и установленные неизвестные ранее закономерности и явления выполнены с применением классических методов 
спектрального и статистического анализа. Однако параллельно авторы установили, что метрологическое качество спектрального анализа методом 
Фурье требует дополнительной оценки, а результативность статистических 
исследований существенно зависит от оптимальности выбора их разрешающей способности. Дополнительные инициативные исследования авторов метрологического качества спектральных преобразований и статистических методов позволили установить существование других, малоизученных и неизвестных ранее нелинейных и параметрических закономерностей, 
включая глобальные геосферные проявления обращения и радиальных гравидинамических резонансов естественных космических объектов, эффекта 
Джанибекова и локальных квантовых эффектов возбуждения активаторов 
геолого-геофизических процессов и глобального изменения климата. 

Наряду с этим было установлено, что «наивное» преувеличение человеком своего «вселенского» могущества и, как следствие, переоценка мощности воздействия на климат техногенных (индустриальных) факторов тормозят крайне актуальные исследования более мощных и значительно более 
опасных для существования и развития человеческой цивилизации природ
13