5.7 Термічний режим
5.7.1 Температурний режим озерних вод
Температурний режим озерних вод залежить від співвідношення між прибутком і витратою тепла, а також від розподілу цього тепла в озерній воді, що залежить від географічного положення озера, сезону року, динаміки озерних вод та інших причин. Надходження тепла у водну масу та його витрачання відбувається в основному через відкриту водну поверхню. Основним джерелом тепла, яке надходить на водну поверхню озера в літній період, є пряма сонячна радіація (90…98%). Зміна кількості прямої сонячної радіації протягом доби або сезону визначає зміну температури води в озерах і водосховищах. Інші джерела тепла (теплообмін з атмосферою, дном і берегами, надходження тепла за рахунок припливу річкових вод) приносять в озеро лише 2…10% загальної теплової енергії. Основними втратами тепла з озера є втрати на випаровування (45…75 %). Втрати на випромінювання становлять близько 30 %, а на турбулентний теплообмін – лише 2…25 % від загальних втрат тепла. Кількість поглиненої сонячної радіації має максимум у червні, а мінімум – у грудні. Максимум витрат тепла на випаровування припадає на осінні місяці (період найбільшого прогрівання водойми), а мінімум – на весну. У всі місяці року, коли температура води менша за температуру повітря, водойма віддає тепло в атмосферу. Взимку при наявності льодового покриву інтенсивність теплообміну між атмосферою і водною поверхнею різко зменшується.
Прогрівання озер відбувається до половини липня-вересня, а охолодження – з серпня-вересня залежно від об’єму водної маси. У зв’язку з тим, що озерна вода має сповільнений рух, температури по всій товщі водної маси вирівнюються повільно, виникає шаруватість води з різними температурами. Якщо температура води зменшується від поверхні озера до дна, як це спостерігається влітку, то має місце пряма температурна стратифікація. Якщо температура води з глибиною підвищується, то в озері встановлюється обернена температурна стратифікація. Це явище характерне для зимового періоду. Навесні та восени вся товща води має однорідну температуру, яка дорівнює температурі придонного шару. Такий стан називається гомотермією. Перерозподіл тепла в озері відбувається під впливом конвекційного (завдяки різниці густини води на різних глибинах) і динамічного (хвилювання і течії) перемішування. Конвекційне нагрівання відбувається за умов, коли початкова температура у водоймі нижча 4 ˚С, а верхні шари води нагріваються до вищих температур і становляться густішими. Динамічне перемішування є найбільш інтенсивним і відбувається при будь-якій стратифікації. У мілких озерах вітрове перемішування поширюється до дна. У глибоких озерах перемішуванню глибинних шарів сприяють компенсаційні течії, які виникають при згонах і нагонах.
5.7.2 Сезонний розподіл температури з глибиною
Особливості температурного режиму озер дозволяє виділити в термічному циклі озер помірного поясу такі основні періоди (рис. 5.2):
Рисунок 5.2 - Схема температурної стратифікації в озерах помірного клімату: 1 - обернена стратифікація взимку, 2 - весняна гомотермія, 3 - пряма стратифікація влітку, 4 - осіння гомотермія, А - весняне нагрівання, Б - літнє нагрівання, В - осіннє охолодження, Г - зимове охолодження, І - епілімніон, П - металімніон, Ш - гіполімніон,
Період весняного нагрівання. З посиленням сонячної радіації відбувається нагрівання поверхневих шарів води. Виникає часткове конвекційне перемішування, яке згодом переходить у повне, і настає період весняної гомотермії. Він триває доти, поки вся маса води не прогріється до температури найбільшої густини (4º).
Період літнього нагрівання. При дальшому нагріванні тепло зосереджується в поверхневому шарі. Виникає пряма стратифікація. Між теплим і холодним шарами є проміжний порівняно тонкий шар із різким зниженням температури з глибиною, інколи до 8…10º на 1 м. Цей шар називається шаром температурного стрибка, або металімніоном. Шар, розташований вище нього, називається епілімніоном, а нижче – гіполімніоном.
Період осіннього охолодження. Характеризується охолодженням води спочатку в поверхневому шарі за рахунок конвекційного перемішування в умовах прямої стратифікації, а потім - при гомотермії, яка триває доти, поки температура води не стане близькою до 4º. Надалі охолодження відбувається по всій товщі в умовах оберненої стратифікації, температура поверхні води знижується до 00 і озеро вкривається льодом.
Період зимового охолодження. Відбувається в умовах оберненої стратифікації. На початку цього періоду - досить інтенсивно, і в малих непроточних озерах температура придонного шару досягає 4º.