Диплом (1220284)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

Кафедра «Высшая математика»

К защите допустить

зав. кафедрой, д-р физ.-мат. наук, профессор

______________________ П.В. Виноградова

______________________ 2015 г.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОЛЕЙ ДАВЛЕНИЯ НА УРОВНЕ МОРЯ ПО ДАННЫМ ЧИСЛЕННЫХ МОДЕЛЕЙ ПРОГНОЗА ПОГОДЫ

Дипломная работа

ДР 010501.65.952

Студент гр.952 ___________________________ А.В. Зырянов

Руководитель

канд. физ.-мат. наук _________________________ С.О. Романский

Консультант по безопасности

жизнедеятельности ________________________________ Е.А. Мулина

Консультант по экономике __________________________ С.Н. Курякина

Нормоконтроль ________________________ Е.П. Суляндзига

Хабаровск – 2015

Министерство транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»

ОТЗЫВ

на выпускную квалификационную работу

Студента Зырянова Александра Валерьевича

Группы 952 кафедры «Высшая математика»

Естественнонаучного института

Дальневосточного государственного университета путей сообщения

На тему «Восстановление полей давления на уровне моря по данным численных моделей прогноза погоды».

Работа содержит пояснительную записку на 82 страницы, 28 рисунков.

Дипломная работа написана на актуальную тему прогнозирования метеорологических полей. В современных моделях прогноза погоды давление на уровне моря очень редко используется в качестве эволюционной переменной. Оно, как правило, вычисляется по диагностическим соотношениям. Но в практике синоптиков поля давления на уровне моря очень важны, т.к. они показывают общую синоптическую ситуацию в регионе. Целью работы ставилась задача разработки вычислительной схемы, позволяющей по известным переменным (давление на уровне земли, температура, влажность и др.), полученным как результат работы модели прогноза погоды, восстановить поле давления на уровне моря в узлах сетки модели.

В работе студент рассматривает несколько вариантов такого расчета - с использованием известной барометрической формулы и с помощью нелинейной интерполяции, основанной на расчете уравнения Пуассона. Последнее уравнение решается численно, используя итерационный метод Зейделя. В работе сравниваются варианты расчета поля приземного давления с данными Европейского метеорологического центра, сделаны выводы о качестве работы методов на примере нескольких синоптических ситуаций. Студент приводит многочисленные рисунки, которые раскрывают работу метода, позволяющего рассчитать давление на уровне моря.

В процессе работы над дипломным проектом студент А.В. Зырянов показал хорошую подготовку, способности к изучению незнакомой предметной области и умение творчески решать сложные задачи. Выполненная работа заслуживает оценки «отлично», а студент А.В. Зырянов присвоения квалификации «математик, системный программист».

Руководитель _______________ С.О. Романский

к.ф.-м.н., доцент каф. «Высшая математика»

31.05.2015

ABSTRACT

The purpose of this graduate qualification work is to develop method of definition the sea level pressure. Author gives the comparative characteristic of methods of definition the sea level pressure according to the characteristics of the Far Easten region and different weather conditions. The author identified and justified the need for a complex of methods to achieve an authentic result. The main advantages of the method are visibility and authenticity of the data about the sea level pressure.

РЕФЕРАТ

Дипломная работа 82 с., 28 рис., 5 табл., 24 источника.

ВОССТАНОВЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ, УРОВНЬ МОРЯ, ДАВЛЕНИЕ ЧИСЛЕННАЯ МОДЕЛЬ, МОДЕЛЬ WRF, ПОГОДА

Объектом исследования являются алгоритм нахождения давление на уровне. Цель работы — разработка методики нахождения давления на уровне моря используя существующие методы.

В процессе работы проводились экспериментальные исследования отдельных составляющих и общей погрешности каждого из методов.

В результате исследования впервые была переменена вертикальная и горизонтальная интерполяция для нахождения давления на уровне моря на Дальнем Востоке.

Основные конструктивные и технико-эксплуатационные показатели: высокая точность и достоверность полученных данных при высокой скорости получения результата.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 8

1 Атмосферное давление 10

1.1 Понятие атмосферного давления и виды его измерения 10

1.2 Средства измерения атмосферного давления 13

1.3 Модели данных и их особенности 23

1.4 Условия исследования 27

2 Методы нахождения давления на уровне моря 30

2.1 Барометрическая формула 30

2.2 Методы сглаживания 34

2.3 Горизонтальная интерполяция 35

3 Исследование 38

3.1 Используемые данные 38

3.2 Разработка программы 40

3.3 Барометрическая формула и сглаживание 41

3.4 Метод с уравнением Лапласа 46

4 Анализ особенностей работы за персональным компьютером с точки зрения безопасности жизнедеятельности 53

4.1 Идентификация опасностей при работе за персональным компьютером 54

4.2 Последствия воздействия на пользователя персонального компьютера опасных и вредных факторов 56

4.3 Мероприятия по защите пользователя от опасных и вредных производственных факторов при работе за персональным компьютером 58

4.4 Оборудование рабочего места 60

5 Технико-экономическая оценка внедрения автоматизированной системы по анализу давления на уровне моря 62

5.1.1 Оценка стоимости проект 63

5.1.2 Классическая форма тройственной ограниченности 63

5.1.3 Подходы 64

5.1.4 Процедуры управления проектом 67

5.1.5 План управления проектом 68

5.2 Расчет затрат на разработку автоматизированной информационной системы 69

5.2.1 Выбор специалистов 70

5.2.2 Расчет трудоёмкости создания программного продукта 72

5.2.3 Расчет заработной платы разработчика программы 73

5.2.4 Расчет эксплуатационных расходов, связанных с разработкой 75

5.2.5 Расчет себестоимости программного продукта 78

5.2.6 Структурный анализ себестоимости программного продукта 78

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 80

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 81

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний день деятельность и жизнь человека напрямую зависит от погодных условий. Работа в изменчивых, либо в плохих погодных условиях приносит человеку неудобства и подвергает его жизнь опасности. Но, благодаря метеорологическим службам, которые обрабатывают данные об окружающей среде и прогнозируют поведение погоды на определенный период в будущее, этого можно избежать. Прогнозирование погоды дает возможность подготовиться к неблагоприятным изменениям в природе и предотвратить ущерб от природных катаклизмов.

На данный момент метеорологическая служба имеет на вооружении десятки действующих и достоверных методов прогнозирования погоды. Каждый из методов требует данных о наблюдении погоды в настоящем времени. Давление на уровне моря – одна из наиболее важных характеристик атмосферы, используемых синоптиками. По изменению давления можно предположить каким изменениям подвергнется погода в ближайшем будущем. В свою очередь современные численные модели прогноза погоды, как правило, вычисляют давление на уровне земли и по высотам.

Целью данной работы является проверка существующих методов приведения давления к уровню моря и моделирование метода, подходящего к Дальневосточному региону. Проверка будет состоять из оценки точности полученных результатов каждого метода и реальными данными, полученными от других метеорологических служб мира.

Первый способ основан на использовании барометрической формулы, в основу которой положена экспоненциальная зависимость давления от высоты и температуры. Эта формула позволяет восстанавливать значения приземного давления в точке. Но она требует, чтобы была известна температура на высоте, на которую восстанавливается значение давления, т.е. на уровне 0 м. Поэтому предполагается, что на каждые 100 м высоты температура изменяется на 0,5°. В результате точность восстановленного давления на уровне моря не всегда достаточна, особенно для точек, расположенных в гористой местности.

Второй метод основан на многократном сглаживании поля давления на уровне земли, используя различные способы. Основной идеей метода является исключение влияния рельефа, и соответственно расчет невозмущенного поля давления, которое и является давлением на уровне моря.

В работе будет представлен еще один метод для восстановления поля давления на уровне моря. Предлагается решать уравнение Лапласа относительно неизвестного поля p₀ (давление на уровне моря) Δp₀ = Δzp_i, где p_i - известное давление на i-том уровне. Это уравнение решается численно методом Зейделя.

Будет разработан набор программ, реализующий приведение поля давления к уровню моря по предложенным методам. А также будут представлены результаты сравнения расчетов и предложены варианты для использования этих методов в оперативной практике.

1. Атмосферное давление

   1. Понятие атмосферного давления и виды его измерения

Одной из важных метеорологических величин, определяемых при метеорологических наблюдениях, является атмосферное давление. Атмосферное давление на горизонтальную поверхность — это действующая на единицу площади этой поверхности сила, обусловленная весом вышележащей атмосферы. Давление равно весу вертикального столба воздуха, простирающегося от рассматриваемой поверхности до внешней границы атмосферы, с основанием, равным единице площади. Кроме абсолютного значения атмосферного давления на метеорологических станциях определяют значение и характеристику барометрической тенденции. Значение тенденции определяют по изменению давления за 3 часа между сроками наблюдений, а ее характеристику — по виду кривой регистрации за эти 3 ч. Значения и характеристика барометрической тенденции используются при прогнозировании атмосферных процессов. В метеорологии для измерения атмосферного давления есть несколько методов.

Метод, базирующийся на измерении веса. Этот метод основан на измерении веса столба жидкости, которая уравновешивает вес вертикального столба атмосферы, т.е. давление атмосферы. На этом принципе работают ртутные барометры. Если трубку длиной 900 мм, запаянную с одного конца, наполнить ртутью, а другой ее конец опустить в чашку (сосуд) с ртутью, то вытечет только то количество ртути, которое не уравновешивается атмосферным давлением. Таким образом, если трубка находится в вертикальном положении, в ней останется столб ртути, уравновешиваемый атмосферным давлением. Если трубка в достаточной степени вакуумирована, т. е. давление Р₀ ≤10^–2 гПа, то давление, оказываемое ртутным столбом высотой Н, равно атмосферному:

,

где p–– плотность ртути, g –– ускорение свободного падения,

Р_a ––атмосферное давление.

Таким образом, измерение атмосферного давления ртутными барометрами предусматривает точное измерение высоты ртутного столба над поверхностью ртути в чашке (сосуде). Точное измерение высоты ртутного столба (до миллиметра) привело к тому, что в практику измерения атмосферного давления прочно вошла единица измерения «миллиметры ртутного столба», которая используется в России и в настоящее время, несмотря на то, что по Международной системе единиц атмосферное давление должно выражаться в паскалях (1 Па = 1Н/м²). При измерениях атмосферного давления в метеорологических целях, например, на аэродромах, принято выражать его в гектопаскалях (1 гПа = 100 Па). Это объясняется тем, что 1 гПа = 1 мбар (миллибар –– единица, которая ранее использовалась для измерения давления и широко применялась в метеорологии). В стандартных атмосферных условиях столб ртути, имеющий действительную высоту шкалы 760мм (мм рт. ст.), оказывает давление, равное 1013,250 гПа, следовательно, 1 гПа = 0,750062 мм рт. ст., а 1 мм рт. ст. –– 1,333324 гПа [1]. Шкалы ртутных барометров проградуированы таким образом, чтобы получались истинные значения атмосферного давления непосредственно в принятых единицах измерения при стандартной температуре 0°С и ускорении свободного падения, равном 9,80665 м/с².

Следующий метод базируется на измерении деформации. Мембрана из эластичного материала будет деформироваться, если давление на одной ее стороне будет больше, чем на другой. На практике используются запаянная металлическая коробка или несколько коробок (бароблок), сильфон, полностью или частично вакуумированные, с сильной металлической пружиной для предотвращения разрушения коробки под воздействием внешнего атмосферного давления. Для измерения деформации под воздействием разности давления внутренней и внешней среды коробки используется механические и электрические средства.

На основе деформационного принципа с применением механических средств измерения сконструированы широко известные барометры–анероиды. Барометры–анероиды имеют недостаточно высокую стабильность измерения атмосферного давления во времени вследствие гистерезиса и нуждаются в частой калибровке.

Резонансный метод. В настоящее время применяются датчики давления, в которые входят тонкостенные цилиндры из никелевого сплава, находящиеся в вакууме. Опорная резонансная частота этих цилиндров изменяется в зависимости от разницы между давлением внутри цилиндра (атмосферное) и давлением вне цилиндра, сохраняющимся в вакууме.

Характеристики

Тип файла документ

Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.

Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.

Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.

Список файлов ВКР