книги из ГПНТБ / Гвахария, В. К. Испарение с водной поверхности водоемов Кавказа
.pdfгде £м —испарение за месяц в мм, |
^ — средняя |
месячная |
темпе |
|||||
ратура |
воздуха в С°, а —средняя |
относительная |
влажность ме |
|||||
сяца |
в |
%. |
|
|
|
|
|
|
|
Следует .напомнить, что под испаряемостью H. Н. Иванов |
|||||||
понимает |
«высоту слоя |
воды, |
испаряющейся |
с открытой |
||||
пресной поверхности воды крупных водоемов |
за |
месяц |
или |
|||||
за |
год» [27]. |
|
|
|
|
|
||
|
Как видим, в данном случае автор оперирует опять же |
|||||||
дефицитом |
влажности, |
но выраженным в %-ах |
(т. к. член |
100—а есть ничто иное, как дефицит) и температурой воздуха, полностью игнорируя, при этом, влияние ветра на испарение.
Существует еще ряд формул, которые испарение с вод ной поверхности и испаряемость связывают с иными гидро
метеорологическими |
факторами. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Однако, |
|
рассматривать |
формулу типа |
(37) |
как |
приемле |
||||||||
мую |
для |
расчета испарения с водной |
поверхности |
водоемов |
||||||||||
горных стран, 'Следует с большой осторожностью. |
|
|
||||||||||||
|
Основным недостатком |
этой |
формулы |
является отождеств |
||||||||||
ление |
недостатка насыщения, рассчитанного по разности |
|
(е0—-£200) |
|||||||||||
с дефицитом влажности (D), измеренного |
в |
психрометрических |
||||||||||||
будках. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Как |
известно, |
положение |
о |
пропорциональности |
между |
||||||||
ео~езоо |
1 1 |
А>оо |
строится на |
очевидней |
факте, |
что |
<?„=/(/„); |
|||||||
е' = /(^ 2 0 0 ) |
и |
t0 |
= t (t200). |
Исходя |
из |
этого Б. Д. Зайков |
вполне |
|||||||
справедливо |
строит уравнение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
e o-e aoo = ( e ' - e 2 o o > l + ( ' ' o - e ' ) = ö 2 |
0 0 + ( f u - e 0 , |
|
(39) |
|||||||||
где е'—максимальная |
упругость |
пара по |
£3 0 0 (навысоте |
200 см). |
||||||||||
Между |
максимальной |
упругостью |
пара |
и |
температурой |
воздуха существует тесная зависимость, описанная специаль
ными формулами. Однако, |
абсолютная влажность |
зависит |
не столько 'От температуры |
воздуха, сколько от типа |
воздуш |
ной массы — если она относится к континентальному, то во дяных паров в ней содержится меньше, чем в морском, при равных температурах и т. д. Поэтому, говорить о зависи мости е2оо = f(t) в принципе не приходится..
Однако, нельзя не отметить, что в многолетнем1 разрезе времени такая зависимость для конкретной территории обыч но вырисовывается довольно четко, что обусловлено харак60
терньми для данного района вторжениями воздушных масс,
•повторяющихся |
из |
года в год с |
незначительными вариация |
|||||
ми, и, |
что главное, |
осреднением |
е200 и |
t |
за большой |
отрезок |
||
времени. Отсутствие теоретической связи e2QQ = f (^200) |
не оз |
|||||||
начает, |
что не |
должна |
существовать |
|
зависимость |
между |
||
е о ~ е 2 о о |
и D. В |
виду |
того, что |
как |
е0 |
так й е' уменшают- |
||
ся на одну и туже величину е200, то связь |
между е0—е200 |
и D 2 0 0 |
вполне закономерна и она выражается, например, формулой (36). Но эта связь не однозначна и изменяется в зависимости от многих причин, в частности от размеров водоема, от гео
графического |
его |
местоположения и |
т. д., т. е. коэффициент |
|||||
«С» является |
непостоянным. |
|
|
|
|
|||
Для |
выявления возможности |
|
установления |
связи |
||||
е0 — е 2 0 0 |
= cD%oa |
в |
условиях Кавказа, |
нами |
был проанали |
|||
зирован |
материал, |
существующий |
по |
ряду |
испарительных |
|||
бассейнов. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Как |
показал |
анализ, зависимость |
эта не |
'однозначна, а |
имеет сложный вид. Наиболее просто она выглядит для ис парительного бассейна Ладжанури-Орбели, где кривая пов
торяет форму |
раздвоенной кривой t0 = f(i2oo) с восходящей |
и нисходящей |
ветвями. |
Как было сказано выше, дефицит влажности зависит от температуры воздуха и абсолютной влажности. .Коль скоро эти два метеорологических элемента в горной стране прояв ляют зависимость от высоты местности, то естественно ожи дать зависимость от высоты также и дефицита влажности. Выявление такой зависимости сильно облегчило бы задачу
расчета испарения |
с воды в |
горных |
странах. |
D2aa=f(H), |
Ниже, на рис. 6 приводятся график зависимости |
||||
построенный для |
апреля и |
августа |
по многолетним |
сред |
ним величинам. Как видно из графика, общее убывание де
фицита с высотой на изучаемой территории, |
в особенности в |
|
верхней части кривой, ярко выражено. Что |
касается |
высот |
от 0 до 300 метров, относящихся в основном |
к Западной |
Гру |
зии, здесь как в апреле, так и в августе наблюдается не
который |
рост дефицита влажности с ростом высоты. |
Выше |
же 300 |
метров и в этом районе зависимость принимает об |
|
щий характер — дефицит убывает с высотой. |
|
|
На |
рис. 6 зависимость-D = f (Н) построена не |
в виде |
61
кривых линии, а дано поле точек с весьма значительным раз бросом их. Особенно большой разброс точек характерен для августа и в диапазоне высот от 300 м до 1600 м. Внутри фи гуры, ограниченной слева линией наименьших значений де фицита, а- справа линией наибольших значений, точки раз бросаны без всякой видимой закономерности. Что касается
годовых значений дефицита, зависимость их от высоты весь ма слабая, в особенности в диапазоне высот 1000—2200 мет ров. Ниже 1000-метровой высоты годовая кривая полностью
повторяет |
ход апрельского графика. |
|
|
|
Прежде чем сделать окончательный вывод |
о годности |
|||
формулы |
(37) для расчета испарения с водной |
поверхности |
||
горных водоемов, следует осветить |
еще один |
М'омент. Как |
||
мы уже говорили выше, дефицит влажности, |
являющийся |
|||
функцией |
/200 и ^200. формируется не |
в точке, где |
его измеря |
|
ют, а за многие тысячи километров от нее. Например, |
массы |
|||
морского воздуха, поступающие в Западную Грузию, |
приоб- |
|||
62 |
|
|
|
|
ретают присущие им температурные |
и. влажностные свойетва- |
|||||
в далекой |
Атлантике, |
а континентальный воздух, |
подходя |
|||
щий к Азербайджану |
с востока, формируется |
в далеких |
пус |
|||
тынях Средней Азии, |
в степях Казахстана, и Сиібири. Мест |
|||||
ные факторы производят лишь, малозначительные |
изменения |
|||||
общего характера этих масс воздуха. Что же касается |
не |
|||||
достатка |
влаги рассчитанного по |
разности |
(е0 — еа о о ) |
он,, |
наоборот, почти полностью формируется в той точке, где его измеряют, поскольку один из составляющих этой разности, в частности е0 является функцией, to, т. е. температуры испа ряющей поверхности, зависящей не только от температуры расположенной над водоемом воздушной, .массы, но в зна чительной степени и от факторов, перечисленных выше, и плюс к этим еще и от глубины водоема, ее прозрачности и т. д., т. е. в конечном счете от количества поступающей не
посредственно к поверхности, воды |
солнечной, |
радиации и |
||||
степени ее |
поглощения. |
|
|
|
||
|
Оказанное легко подтвердить общеизвестным, фактом, что- |
|||||
-на |
испарительных |
площадках, |
оборудованных |
испаромером |
||
и |
бассейном, |
малые |
испарители |
типа |
ГГИ—3000 испаряют |
гораздо больше влаги, чем. бассейны, хотя очевидно, что де
фицит влажности |
над площадью, где |
установлены |
оба |
этих |
|
испарительных устройства, имеет одно |
и то же |
значение. |
|||
Все дело в том, что tQ воды в ГГИ—3000 |
обычно выше, |
чем |
|||
в испарительном |
.бассейне. |
|
|
|
|
Это несоответствие между е0 —е 2 э 0 |
и D 2 0 0 в известной |
ме |
ре стирается с ростом водоема, по причине трансформации влажности и температуры воздуха, переходящей с суши на воду, под влиянием последней.
Как известно, Б. Д. Зайков картировал «С» (из уравне ния е0 — е„0 0 • cDï00), придав, таким образом, географи ческое содержание этому коэффициенту пропорциональности.. Однако, как мы видим из приведенного выше рассуждения,, коэффициент этот должен зависеть не только от географи ческих факторов, но и от величины водоема, режима его питания и морфологии, т. е. от всех тех факторов, которые влияют на формирование температуры испаряющей поверх ности.
Температура воздуха. Этот элемент хотя и не участвует
'Непосредственно |
в предлагаемой |
нами |
расчетной |
формуле, |
|||
его рассмотрение |
необходимо, так как с его помощью произ |
||||||
водится определение |
температуры |
воды |
(по |
связи t0 = |
|||
f (hoo) • Кроме того, |
для определения |
продолжительности |
|||||
периода испарения с водной поверхности, |
т. е. периода, ког |
||||||
да :на водоемах отсутствует ледовый покрав, |
необходимым |
||||||
.становится определение отрезка времени |
года с положитель |
||||||
ными температурами воздуха. Для этого |
обычно |
строят |
|||||
связь между датами |
весеннего и осеннего |
перехода |
среднесу |
||||
точной температуры |
воздуха через |
ноль |
и высотой местности |
Ниже, на рис. 7, дается график зависимости даты пере хода среднесуточной температуры воздуха через 0° от высоты местности. Левые линии показывают весенний переход, а пра вые — осенний; между ними заключен теплый период.
Для построения графика были использованы данные 375 метеорологических станций и постов, расположенных по всему Кавказу.
Анализ графика дает возможность констатировать сле дующие факты: 1. Убывание продолжительности теплого периода происходит по всей изучаемой территории довольно монотонно, с незначительными отклонениями, приуроченны ми к отдельным формам рельефа (чередование склонов и плоскогорий и т. д.), 2. Поле рассеяния точек сужается с вы сотой, т. е., если на низких высотах крайние пределы откло нения от средних дат достигают ± 24 дня, то на высоте в 3000 метров это отклонение не превышает ± 6 дней.
Наиболее интересной является нижняя часть графика, освещающая изучаемую территорию в пределах 0—-300 мет ров. На этих выоотах располагаются климатически настоль ко неоднородные участки, что говорить о какой-то общей для них связи просто не приходится. Эта зона включает в себя, например, Колхидскую низменность, где среднемесяч ная температура воздуха редко опускается ниже нуля (осо бенно в причерноморской ее части) и южные участки При каспийской низменности, где средняя температура воздуха с отрицательным знаком держится иногда в течение двух ме сяцев (например, Шелковская ,в Чечѳпо-РІнгушокой АССР, Кочубей в Дагестанской АССР и др.).
64
При более подробном анализе данных метеостанции и постов, низменные части изучаемой территории образовали резко отличающиеся друг от друга по температурному режи-
I I I |
I V |
V I |
V I I V I I / I X |
X |
X I |
X I I 1 |
Рис. 7. Даты перехода через нулевую температуру воз духа в зависимости от высоты. 1—Северный Кавказ; 2—Армянская ССР; 3—Грузинская ССР; 4—Азербайдт , ,
жанская ССР и Дагестанская АССР.
му две группы — Северо-Кавказскую, где. даже на'высотах, лежащих ниже уровня моря, наблюдаются зимние холода, более продолжительные на востоке 1 и менее продолжитель-
5. В. К. Гвахария |
65 |
ные — на западе, у Черного и АЗОЙСКОГО морей-, и Закавказ скую, где на высотах ниже 300 м почти нигде не отмечаются отрицательные многолетние среднесуточные температуры воздуха. Более того, в отдельных ианболее удачно располо женных по отношению к северным ветрам местностях За-
|
|
ю |
го |
|
Рис. |
8. t«ot=f(H) |
1—апрель, 2—август. |
кавказья |
безморозные зимы |
наблюдаются на высотах до |
|
7 0 0 — 8 0 0 |
м над |
уровнем моря. |
Изменение температуры воздуха с высотой изучалось по зависимостям ^200 = f (H)-
На рис. 8 для иллюстрации приведены кривые апреля и августа, освещающих отдельные районы Кавказа. Фактичес ки же было построено несравненно большее число кривых, охвативших всю изучаемую территорию в период с положи тельными температурами воздух>а.
66
Температура воды. Температурный режим водоемов весьма своеобразен. По данным наблюдений над темпера турой воды в бассейнах и температурой воздуха на высоте
200 см, Измеренных |
тут же, на |
|
испарительных |
площадках, |
||
были построены зависимости t0 |
= |
f (r2oö) - На рис. 9 приведе |
||||
ны эти |
кривые. |
|
|
|
|
|
Всего было построено 16 |
кривых, охватывающих |
в ос |
||||
новном все Закавказье и частично Предкавказье |
(испари |
|||||
тельные |
бассейны Прикумски |
Каневская). |
|
|
||
Предварительный анализ температурных данных пока |
||||||
зал, что зависимость |
t0 = f (hoo) |
из года в год почти |
не ме |
|||
няется. Имеющаяся |
вариация |
в |
степени разброса |
точек в |
||
отдельные годы никак не влияет на положение линии |
равно |
весия — положение этих последних на поле координат оста
ется |
постоянным из года |
в год. Подмеченная |
закономер |
|
ность |
дала возможность |
гари построении U — f (^200) исполь |
||
зовать даеные |
не только тех бассейнов, по которым имеются |
|||
длинные ряды |
наблюдений, но и по тем, -которые |
Действова |
ли всего 1—2 года. Таких бассейнов, с короткими рядами, су
ществует |
(или существовало) на изучаемой |
территории |
5, |
||||
т. е. около |
половины |
'.бассейнов с длинными |
радами. |
|
|||
|
Кривые, представленные на рис. 9 дали возможность |
раз |
|||||
бить |
вею территорию |
(Кавказа на 3 области, с одинаковым |
|||||
для |
каждой из них ходом кривой t 0 |
= f (t2oo) • |
|
|
|||
|
Первый район, с кривой, имеющей выпуклость в |
нижнем |
|||||
конце, располагается |
на территории |
Колхидской |
низмен |
||||
ности и охватывает всю область Западной Грузии, |
располо |
||||||
женную в диапазоне |
высоты от 0 до 550—600 метров. Район |
второй охватывает низменные части восточного Закавказья и Предкавказья. Высотное распространение этого района так же невелико — верхняя граница ее лежит до 600 метров. По косвенным оценкам, этот район должен распространять ся также на левобережную равнину Аракоа, в пределах Армянской ССР и Нахичеванской АССР, до 1000 м н. у. м. Вся остальная часть Кавказа является третьим районом, с прямолинейной зависимостью по всему диапазону темпера тур. Этот район территориально занимает всю высокогорную часть Кавказа, он расположен на высотах, выше 550—600
67
метров в Западном |
Закавказье я выше 600 метров — в Вос |
||
точном Закавказье |
и Предкавказье. |
|
|
Предлагаемое |
деление является несколько |
схематич |
|
ным, что обусловлено малым числом данных |
наблюдений. |
||
Как видно из рис. 9, основная разница |
между |
кривыми |
разных районов заключается в следующем: 1. В форме кри
вых и 2. |
Неодинаковых значений /0 , при одинаковых темпе |
|
ратурах |
воздуха. |
|
Кривые третьего района прямолинейны на всем протя |
||
жении, и в любой ее |
точке температура воды превосходит |
|
|
Т.. |
|
38 |
Ж |
|
|
|
|
|
! |
t |
го. |
|
|
|
|
1 |
|
|
1 |
/
|
|
10 |
Рис. |
9а. |
^ 0 = ^ (^оо) Д л я испарительных бассейнов. |
Район |
I: 1—бассейны Бзиби, Хубери. Намохвани, Поти. |
|
|
|
2—Орбели, 3—Ахалсопели. |
температуру |
воздуха; коэффициент отношения между ними |
|
все время остается |
меньше единицы. |
Кривые первого района прямолинейны лишь выше че тырехградусного значения температуры воздуха, ниже этого предела они Начинают изгибаться и в пределах от 1 до 5 гра дусов температура воздуха превышает температуру воды.
68
То
Рис. 96. ^о=/(^оо) Д л я испарительных бассейнов. Район II: 1—Каневская, 2—Мингечаур,!Самгори, 3—Прикумск, 4—о. Тюлений.
5 Ю IS 20 25 t^K,
Рис. 9в. to—fVîoo) Д л я испарительных бассейнов.
Район III: 1—Жинвали, Шаори, Севан, ХрамГЭС; 2—Паравани, 3—Казбеги, 4—Артаниш.