2 Гидрологические наблюдения на озере Валдай

2.1 Термический режим

Термический режим озер обусловлен приходом и расходом тепла во времени и распределением его в толще водной массы. Водная масса озера всегда содержит определенное количество тепла, т.е. обладает некоторым теплозапасом, зависящим от величины и соотношения составляющих теплового баланса. Существует не­сколько методов расчета теплозапаса озер. Воспользуемся для его определения следующим уравнением (2):

S=Vtcρ, (2)

где S – запас тепла в водной массе озера, Дж; V – объем водной массы озера, м³; t – средняя температура водной массы, К; с – теп­лоемкость воды, Дж/(кг*К); ρ – плотность воды, кг/м³.

Теплообмен водной массы с дном в мелких озерах обладает некоторыми специфическими чертами, связанными с морфологией котловин. Чем меньше глубина озера и чем большую площадь за­нимает в нем мелководье, тем значительнее в летнее время прогре­вается грунт дна.

Теплоотдача дна в глубоких озерах (средней глубиной более 10 м) тепловой по­ток от дна столь незначителен, что не оказывает существенного влияния на зимний термический режим. В этих озерах охлаждение продолжается и после образования ледостава, но интенсивность его резко уменьшается по сравнению с охлаждением открытой поверх­ности вследствие теплоизолирующего воздействия льда и снега.

2.1.1 Поступление, расходование и перераспределение тепла

Как поступление, так и расходование тепла осуществляется в первую очередь через водную поверхность озера и во вторую – че­рез границу вода-ложе озера. Распределение тепла в водной массе связано с происходящими в ней движениями, на которые в свою очередь оказывает существенное влияние размер озерной котлови­ны. Таким образом, термическое состояние озера в любой проме­жуток времени является с одной стороны функцией его географиче­ского положения и связанных с ним климатических условий пого­ды, а с другой – функцией динамики водных масс, обусловленной как воздействием метеорологических факторов и стока, так и раз­мерами и формой озерной котловины.

Основным источником поступления тепла в озера является солнечная радиация (прямая и рассеянная).

Проникновение солнечной радиации, поглощенной водой, в глубину озера и распространение тепла в водной массе обусловлено физическими особенностями строения молекулы воды и движени­ем озерных вод. Если бы вода была совершенно неподвижна, то нагрев ее до тех температур, которые она имеет в природе, был бы невозможен, так как молекулярная теплопроводность воды исклю­чительна мала. Коэффициент молекулярной теплопроводности чис­той воды при температуре 293 К (20°С) равен 0,592 Вт/(м*К).

Вода плохо проводит тепло, поэтому в озерах, прудах и водо­хранилищах молекулярная передача тепла от слоя к слою происхо­дит чрезвычайно медленно и обогревание глубинных вод связано, главным образом, с процессом вертикального конвективного пере­мешивания. Весьма малая теплопроводность и высокая теплоем­кость воды благоприятны для развития жизни в озерах [9]. В озерах суточные колебания температур прослеживаются на глубине нескольких метров, а годовые колебания обычно захваты­вают всю водную толщу.

Перенос тепла в глубины озера, а, следовательно, и термический режим глубин, связан с двумя видами перемешивания вод: конвективным — вертикальным обменом частиц воды, обусловлен­ным разностью плотностей этих частиц и турбулентным, возникающим в результате движения водных масс, вызванного каким – либо динамическим факторам.

Перемешивание озерных вод распространяется на различную глубину в зависимости от силы ветра, формы и размеров озерной котловины. При сильном ветре в открытом озере с достаточной площадью зеркала развивается значительное волнение, которое может вызвать полное перемешивание озерных вод до самого дна.

Из выше отмеченного следует, что не термический режим озер при прочих сходных условиях большое влияние оказывают морфо­метрические характеристики озорной котловины и в первую оче­редь глубина и площадь водоема. Влияние глубины на нагревание или охлаждение водной массы озера очевидно, размеры водной по­верхности влияют косвенно – через ветровое волнение, степень проточности озера и т.п. Перечисленные условия придают термиче­скому режиму каждого озера сугубо индивидуальные черты.

Для характеристики термического режима озер условно разде­лим их на мелкие и глубокие. К мелким озерам отнесем такие, в ко­торых температура придонных слоев воды меняется в течение года в значительных пределах и ее колебания соизмеримы с изменением температуры воздуха за теплый период, к глубоким – озера с малой годовой амплитудой (2-3°С) колебания придонных температур во­д [10].