logo
лимна

Составляющие теплового баланса озер и водохранилищ.

В общем тепловой баланс можно записать как Qp+Qиа+Qпр+Qк+Qм-Qив-Qи-Qст±Qта±Qтд±Qос±Qл±Qб=±ΔQ. Разберем отдельно его элементы (все формулы – суточные). Qp – суммарная солнечная радиация, поглощенная водой; самый важный источник тепла. Суммарная радиация (Q+q) не изменчива (соответствует среднемноголетним значениям) и может быть снята с карт; при отсутствии актинометрических наблюдений рассчитывается как (возможная сумм.радиация при безоблачном небе по таблицам)*(1-Kродаоблаков*Nоблачностьвбаллах). Самым сложным при расчете является нахождение альбедо – для водной поверхности оно зависит от угла солнца и его высоты, волнения, цвета и прозрачности поверхностного слоя воды. В итоге Qp=(Q+q)(1-альбедо). Qиа – поглощенное водой встречное излучение атмосферы. Qпр – тепло, приносимое стоком в озеро, Qст – выносимое из него со стоком; они рассчитываются как 8,64*(средн.сут.расход воды)*(температура притока/оттока)/(средняя площадь зеркала). Qк – тепло, поступающее в воду при конденсации водяных паров. Qм – поступление за счет перехода механической энергии в тепловую (при движении воды, мало). Qив – излучение воды. Qи – потери тепла на испарение, наибольшая составляющая расходнй части; рассчитывается как (испарение, см/сут)*(597-0,57*температуранапов-тиводы), Е же рассчитывается как 0,15*(разница упругости водяных паров на уровнях 0 и 200см)*(1+0,72*скоростьветравнавысоте200см). Qта – турбулентный теплообмен с атмосферой, вторая по важности характеристика, равна 5,46*(разница температур на уровнях 200 и 0)*(1+0.72*скоростьветравнавысоте200см). Qтд – теплообмен с дном, он играет роль только в неглубоких (до 20 м) озерах и только в зимнее время; численно = -(кофф.теплопроводности грунта)*(вертикальный градиент температуры грунта). Qос – тепло, поступающее с дождями или уходящее при таянии = (суточн.слой осадков)*(температура на высоте 200 см)/10. Qл – тепло, выделяемое при льдообразовании или затрачиваемое на таяние льда = (плотность льда)*(толщина льда)*(скрытая теплота плавления льда). Qб – тепло, выделяемое или затрачиваемое при биологических и биохимических процессах (сложно учитывать, мало). Наибольшую роль в балансе играют Qиа, Qp, Qив, Qи, Qта, так как они характеризуют теплообмен водной массы с атмосферой (зимой вместо них всех – Qтлс, это теплопоток через лед/снег в атмосферу). Членами уравнения, связанными со стоком и осадками (Qпр, Qст, Qос) можно пренебречь из-за их малой величины в сравнении с другими составляющими. Qл и Qтд – взаимоисключают друг друга в масштабе года. Также в расчетах используется показатель эффективного излучения воды Qэ=(Qив- Qиа).

  1. ВЕРТИКАЛЬНЫЕ ТЕМПЕРАТУРНЫЕ ЗОНЫ В ВОДОЕМЕ, ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И РАЗРУШЕНИЯ СЛОЕВ СКАЧКА.

  1. ГОДОВОЙ ТЕРМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ В ОЗЕРАХ УМЕРЕННОЙ ЗОНЫ.

  1. ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ТЕРМИЧЕСКАЯ НЕОДНОРОДНОСТЬ ОЗЕР, «ТЕРМИЧЕСКИЙ БАР» И ЕГО ГИДРОЭКОЛОГИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ.

  1. ТЕРМИЧЕСКАЯ КЛАССИФИКАЦИЯ ОЗЕР. ВНУТРЕННИЕ ВОЛНЫ КЕЛЬВИНА И ПУАНКАРЕ В СТРАТИФИЦИРОВАННЫХ ОЗЕРАХ.

Термическая классификация озер:

1) Амиктические озера – в высоких широтах, в горах, весь год покрытые льдом

2) Холодные мономиктические озера – один раз в год перемешиваются (в приполярных широтах), почти весь год обратная температурная стратификация, летом температура растет до 4ºС (и очень редко становится больше на 2-3ºС)

3) Димектические озера умеренных широт – характерно чередование: весенняя циркуляция – летняя стратификация – осенняя циркуляция – зимняя стратификация

4) Теплые мономиктические озера – перемешиваются один раз в год – зимой, температура воды ≥4ºС, таким образом почти весь год прямая температурная стратификация, а зимой циркуляция (Иссык-Куль)

-В каждой зоне есть полимиктические озера – имеют малую глубину, подвержены ветровому перемешиванию.

5) Олигомиктические – (оз. Танганьика) – перемешиваются очень редко ( в холодные годы). Иногда возникает полная циркуляция.

Внутренние волны Кельвина и Пуанкаре:

Впервые обнаружены Мортимером на озере Мичиган. На озере располагались башни, на которых с помощью водозаборных окон на разных горизонтах, можно узнать температуру и состав воды на разных горизонтах. Мортимер обработал многолетние записи с башни. Наиболее ярко выраженные динамические явления – при сильных северных штормовых ветрах. Если взять поперечный разрез перпендикулярно ветру, то у одного берега образуется нагон и температуры поверхностных вод 20-22ºС, у другого сгон. И температуры поверхностных вод 7-8ºС. После прекращения ветра пятно холодной воды дрейфует к западному берегу (если бы не было ветра – пятно холодной воды продвинулось бы по инерции). Растекается по периметру и в исходной точке через 30 суток – внутренняя гравитационно-инерционная волна Кельвина. Возникает только в глубоких обширных озерах, где ширина позволяет развиться инерционным течениям, а глубина – образоваться большой волне даунвеллинга.

В квазистационарном участке возникают меньшие колебания – стоячая вода. И через типичное для данной широты время инерционных колебаний кучности становятся прогибами и наоборот. Вода вращается по часовой стрелке, колеблется относительно своего положения – внутренняя инерционная сейша – волна Пуанкаре. В отличие от поверхностной сейше колебания не на границе вода-атмосфера, а на границе более плотная вода - менее плотная вода, и размах колебаний больше, чем при поверхностной сейше.