Θεωρητική και πειραματική αξιολόγηση των μικροκλιματικών χαρακτηριστικών σε βαθιές αστικές χαράδρες
Authors: Γεωργάκη Χρυσούλα 
Published: January 2014

Η έρευνα που εκπονήθηκε στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής αφορά, την θεωρητική και πειραματική μελέτη των φαινομένων που σχετίζονται με τα μικροκλιματικά χαρακτηριστικά που επικρατούν σε βαθιές αστικές χαράδρες και ειδικότερα, η εκτίμηση των χαρακτηριστικών της κίνησης των αερίων μαζών και της βαθμίδας της θερμοκρασίας τους. Στο πρώτο κεφάλαιο της διατριβής, παρουσιάζονται αναλυτικά τα χαρακτηριστικά της κίνησης και της κατανομής του αέρα στο ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα καθώς και στο στρώμα των κτηρίων. Η υπάρχουσα θεωρητική προσέγγιση των φαινομένων που σχετίζεται με την κίνηση του αέρα, μέσα σε βαθιές αστικές χαράδρες, παρουσιάζεται στο δεύτερο κεφάλαιο της παρούσας μελέτης. Στο πλαίσιο της παρούσας διδακτορικής διατριβής σχεδιάστηκε, κατασκευάσθηκε και λειτούργησε κινητή μονάδα εδικών μετεωρολογικών και κλιματικών μετρήσεων ώστε να είναι δυνατή η συλλογή και απεικόνιση της καθ’ ύψους μεταβολής κλιματικών μεγεθών όπως η ταχύτητα, η διεύθυνση και η θερμοκρασία του αέρα. Στο τρίτο κεφάλαιο παρουσιάζεται εκτενής περιγραφή της πειραματικής διαδικασίας που σχεδιάσθηκε και έλαβε χώρα. Στο τέταρτο κεφάλαιο αναλύονται τα πειραματικά αποτελέσματα και εξηγείται ποιοτικά η κατανομή του ανέμου σε κάθε μία από τις πειραματικές διατάξεις. Ακολούθησε η διεξοδική φυσική ερμηνεία και στατιστική επεξεργασία όλων των καταμετρούμενων μετεωρολογικών τιμών, ανά αστική χαράδρα. Στο πέμπτο κεφάλαιο διερευνάται η υπολογιστική ακρίβεια πρόγνωσης μοντέλων υπολογιστικής ρευστοδυναμικής (CFD), σε βαθιές αστικές χαράδρες. Εφαρμόζεται υπάρχον υπολογιστικό μοντέλο δυναμικής των ρευστών, και υπολογίζονται θεωρητικά τα χαρακτηριστικά της κίνησης του αέρα σε κάθε μια από τις πειραματικές διατάξεις για τις πειραματικές οριακές συνθήκες. Διαπιστώθηκαν σημαντικές αδυναμίες πρόβλεψης των ρευστοδυναμικών μοντέλων. Τα αποτελέσματα των προσομοιώσεων προσέγγισαν περισσότερο ποιοτικά παρά ποσοτικά την κίνηση των αερίων μαζών στις υπό εξέταση αστικές χαράδρες. Με στόχο την συμβολή στην ανάπτυξη προγνωστικής μεθόδου για την ταχύτητα του ανέμου σε βαθιές αστικές χαράδρες, εκτιμήθηκε η ακρίβεια αναλυτικών αλγόριθμων πρόβλεψης. Πραγματοποιήθηκε λεπτομερής σύγκριση των υπαρχόντων αναλυτικών αλγόριθμων με το σύνολο των πειραματικών δεδομένων. Διαπιστώνεται εξαιρετικά ικανοποιητική ακρίβεια πρόβλεψης της ταχύτητας του αέρα μόνο στην περίπτωση όπου επιτυγχάνεται σύζευξη της ροής στο ατμοσφαιρικό οριακό στρώμα και το στρώμα των κτηρίων. Δεδομένης της αδυναμίας, των αναλυτικών και ρευστομηχανικών μοντέλων πρόβλεψης, αναπτύσσεται στο έβδομο κεφάλαιο στατιστική προβλεπτική μεθοδολογία. Αναπτύσσονται έλεγχοι μεταβλητής πολυπλοκότητας «οδηγούμενοι από δεδομένα» για την πρόβλεψη της πλέον πιθανής ταχύτητας του άνεμου. Χρησιμοποιούνται νευρωνικά δίκτυα για την εκπαίδευση και δημιουργία των ασαφών κανόνων πρόβλεψης. Διαπιστώνεται εξαιρετική ακρίβεια πρόβλεψης εντός των πλαισίων διακύμανσης των ανεξάρτητων και εξαρτημένων πειραματικών μεταβλητών. Στο τελευταίο κεφάλαιο παρατίθενται τα σημαντικότερα συμπεράσματα της παρούσας διδακτορικής διατριβής. Επίσης, παρατίθενται προτάσεις για την συνέχιση της έρευνας στο συγκεκριμένο ερευνητικό αντικείμενο.