32. Термический режим озера.

Вертикально распределение характеризуется gradt°C. Его значение получено из уравнения установившегося теплового потока:

Qz = -Cp*ρ*Kz , где

Q2 – вертикальный турбулентный поток, проходящий через км² горизонтальной поверхности на глубине z в одну секунду;

Cр - удельная теплоемкость воды;

Кф - коэф. турбулентности

dQ/dz – вертикальный ▼Т°С на глубине z

Cр=1, ρ=1, dθ/dz=-Qz/Kz

▼Т°С прямо пропорционален тепловому потоку и обратно пропорционален турбулентному теплообмену. Из это следует, что ▼Т°С отрицателен, когда низкая температура и большая глубина (при прямой температурной стратификации).

▼Т°С положителен при обратной температурной стратификации.

▼Т°С=0 весной и осенью при конвективном ветровом перемешивании.

В случае стационарного режима, когда тепловой поток не меняется с глубиной изменение температуры зависит только от Кz.

Тепловой поток и Кz изменяются во времени и связаны с изменением метеорологических факторов, Кz связан с перемешиванием.\

Приток тепла одной ед. объема в единицу времени (1 сек.) – приращение потока тепла.

*( -Cp*ρ*Kz

Ур-е турбулентной теплопроводности:

(Kz – описывает закономерности изменения температуры воды в водоеме с учетом времени, вертикальной и горизонтальной составляющей

Ux

U- скорость течения; x- координата направл. по течению

Определение Кz может быть выполнено несколькими способами (но сделать это точно очень сложно из-за сильной изменчивости) :

1. по морфометрических хар-м водоема. В качестве исходого применяется:

Q = -Cp*ρ*Kz , где

Q – поток кол-ва тепла

Qn = (Qк-Qн)/(Δt*Fn)

Qn – поток тепла через n-ю изобату

Qк,н –теплозанас в начале и конце расчетного периода

Fn- площадь поверхности n-й изобаты

Qк,н находится суммированием теплозапаса отдельных слоев воды, который определяется произведением объема слоя на его среднюю температуру.

▼Т°С определяется графически как tg образованный осью ординат с касательной к данной точке кривой распределения температуры по глубине. Определяется для начального и конечного интервала времени.

2. На основе ур-я Фурье:

Шмидт рассмотрел распределение температурных волн в толщи по аналогу распределения тепловых волн в ограниченном однородном теле.

Ур-е теплопроводности: , θ- температура, t- время, А- коэффициент турбулентного обмена

Решим при условии ρ=1, ход температуры на поверхности задается косинусоидой.

После преобразования: А= L*( ²

L-постоянное множество, зависящее по каким интервалам рассчитывается.

LgQ1,Q2 – амплитуда колебаний температуры на 2х глубинах.

Недостаток: используется косинусоида, А не изм-ся по глубине.

Лучше А определять послойно.

Максимальн. равновесие наблюдается глубине 2-4 м в слое температурного скачка (термоклин или метолимнион). Слой скачка обр-ся в крупных озерах летом. Он характеризуется высокими градиентами ρ и очень устойчив к перемешиванию. (ВМ, распол.выше слоя скачка – деятельный слой, ниже – глубинный). Верхний слой ВМ-эпилимнион, нижний – гиполимнион, а слой скачка – металимнион.

В течение всего года активно меняет свое положение (либо поднимается, либо опускается).

Термический бар.

Возникновение на некотором расстоянии от берега сравнительно узкой полосы воды с температурой наибольшей плотности от пов. до дна. С одной стороны от полосы температуры воздуха увеличиваются, с другой уменьшаются.

Может быть виден с берега- фронт термического бара.

Фронт термического бара разделяет водоем на две области- теплоинертную и теплоактивную.

Теплоинертная область- открытая часть водоема. теплоактивная- в прибрежной зоне.

В теплоактивной зоне вода быстрее нагревается и быстрее охлаждается, чем в теплоинертной.

Термический бар возникает при смене с обратной стратификации на прямую весной и с прямой на обратную-осенью. По мере нагревания фронт термического бара перемещается в направлении наиб.глубины и исчезает тогда, когда температура в озере достигла температуры наибольшей плотности.

В крупных озерах термически бар появляется в мае- исчезает в июне, оенью- появляется в окрябре- исчезает в декабре-январе (на Ладоге). Движется с берегов к центру всегда!

Горизонтальное распределение температуры воды в озере.

Чем сложнее форма и очертание озерной котловины, тем больше выражена горизонтальная неоднородность воды.

При наличии лед.покрова неоднородность горизонтального распределения мб связана с неооднор.теплоотдачей дна. Резкие нарушения вызваны сейшами, нагонами и др. циркуляциями, мб впадение притоков с другой температурой воды.

Горизонтальные неоднородности на глубине зависят от интенсивности ветрового перемешивания.