- •190000, Санкт-Петербург, б. Морская ул., 67
- •6. Метеорология и климатология
- •6.1. Содержание метеорологии и климатологии
- •6.1.1. Погода и климат
- •6.1.2. Атмосфера и Солнце. Климатообразующие процессы
- •6.1.3. Метеорологические наблюдения, метеорологическая сеть и метеорологическая служба
- •6.2. Солнечная радиация в атмосфере
- •6.2.1. Радиация вообще
- •6.2.2. Лучистое и тепловое равновесие Земли
- •6.2.3. Спектральный состав солнечной радиации
- •6.2.4. Прямая солнечная радиация
- •6.2.5. Солнечная постоянная и общий приток солнечной радиации к Земле
- •6.2.6. Изменения солнечной радиации в атмосфере
- •6.2.6.1. Рассеяние солнечной радиации в атмосфере
- •6.2.6.2. Поглощение солнечной радиации в атмосфере
- •6.2.6.3. Суммарная радиация
- •6.2.7. Отражение солнечной радиации. Поглощенная радиация. Альбедо Земли
- •6.2.7.1. Излучение земной поверхности
- •6.2.7.2. Встречное излучение
- •6.2.7.3. Эффективное излучение
- •6.2.7.4. Радиационный баланс земной поверхности
- •6.2.7.5. Тепловой баланс земной поверхности
- •6.3. Свойства воздуха
- •6.3.1. Водяной пар в воздухе
- •6.3.2. Уравнение состояния газа
- •6.3.3. Температура воздуха
- •6.3.4. Плотность воздуха
- •6.3.5. Атмосферное давление
- •6.5. Облака
- •6.5.1. Адиабатические изменения состояния в атмосфере
- •6.5.2. Конденсация в атмосфере
- •6.5.3. Классификация облаков
- •6.5.4. Наблюдения за облаками
- •6.4. Географическое распределение основных характеристик атмосферы
- •6.4.1. Географическое распределение температуры воздуха
- •6.4.2. Географическое распределение приземного атмосферного давления
- •6.4.3. Географическое распределение испарения и влажности
- •6.4.4. Географическое распределение облачности
- •6.6. Барическое поле. Атмосферные фронты. Ветер.
- •6.6.1. Барическое поле. Карты барической топографии
- •6.6.2. Воздушные массы и атмосферные фронты
- •6.6.3. Циклоны и антициклоны
- •6.6.4. Ветер
- •6.6.4.1. Ускорение воздуха под действием барического градиента
- •6.6.4.2. Геострофический ветер
- •6.6.4.3. Градиентный ветер в циклоне и антициклоне
- •6.6.4.4. Сила трения и ветер
- •6.6.4.5. Скорость и направление приземного ветра
- •6.6.4.6. Струйное течение
- •1) Изолинии скорости, м/с; 2) тропопауза в теплом (слева) и холодном (справа) воздухе; 3) фронтальная зона
- •6.6.5. Общая циркуляция атмосферы
- •6.6.5.1. Зональные и меридиональные составляющие общей циркуляции атмосферы
- •6.7. Прогноз погоды
- •6.8. Изменения климата
- •6.9. Микроклимат
- •6.9.1. Методы исследования микроклимата
- •6.9.2. Микроклиматы характерных типов ландшафтов
- •7. Гидрогеология
- •7.1. Происхождение и состав подземных вод
- •7.2. Залегание подземных вод и их классификация.
- •7.3. Взаимодействие подземных и поверхностных вод
- •7.4. Пополнение подземных вод
- •5. Гидрология суши
- •5.1. Содержание гидрологии суши
- •5.2. Круговорот воды на земном шаре
- •5.2.1. Запасы воды на Земле и водообмен
- •5.2.2. Общий круговорот воды
- •5.2.3. Внутриматериковый влагооборот
- •5.2.4. Речная фаза влагооборота
- •5.3. Морфология речных бассейнов
- •5.3.1. Водосборы и водоразделы
- •5.3.2. Морфология речных бассейнов
- •5.3.3. Речная сеть
- •5.3.4. Долина реки
- •5.3.5. Русло реки
- •5.3.6. Продольный профиль реки. Средний уклон русла.
- •5.3.7. Дельты и эстуарии
- •5.4. Источники питания рек. Формирование поверхностных вод суши
- •5.4.1. Атмосферные осадки
- •5.4.2. Снежный покров
- •5.4.3. Ледники
- •5.4.4. Подземные воды
- •5.5. Расходование воды в бассейне рек
- •5.5.1. Испарение
- •5.5.2. Инфильтрация атмосферных осадков
- •5.5.3. Подземные воды
- •5.6. Режим рек
- •5.6.1. Главнейшие характеристики речного стока
- •5.6.2. Основные фазы водного режима рек
- •5.6.3. Наблюдения за режимом рек и использование их на практике
- •5.7. Влияние хозяйственной деятельности на водный режим
- •5.7.1. Орошение
- •5.7.2. Осушение
- •5.7.3. Регулирование стока водохранилищами
- •5.8. Сток речных наносов
- •5.8.1. Взвешенные и влекомые наносы
- •5.8.2. Сток растворенных веществ и химический состав речных вод
- •5.9. Водоемы
- •5.9.1. Озерные котловины и системы. Формирование котловин.
- •5.9.2. Строение озерных систем
- •5.9.3. Водный баланс водоемов
- •5.9.4. Внешний водообмен водоемов
- •5.9.5. Химический состав вод озер и водохранилищ
- •5.9.6. Трофический статус водоемов
- •5.9.7. Донные отложения и заиление водоемов
5.9.2. Строение озерных систем
Все процессы, происходящие в озере, его гидрологический режим, режим функционирования экосистемы, эволюция котловины и т.д., неразрывно связаны с водосбором. С водосбора вместе с водой в озеро поступает различное количество веществ разного состава. Поэтому озеро и его водосбор необходимо рассматривать как единую природную систему. Таким образом, в озерную систему входят: озеро и его водосбор.
Как уже отмечалось выше, важнейшей составной частью озерных систем являются котловины. Котловина озера – это углубление в поверхности суши, не имеющее уклона, заполненное до некоторого уровня водой. В большинстве случаев водой заполняется только часть котловины. Котловины чрезвычайно разнообразны как по своим размерам, так и по форме. Глубины котловин меняются в широких пределах. Самое глубокое озеро в мире – Байкал (до 1720 м). Котловины озер в засушливых районах при площадях в сотни квадратных километров имеют глубины, не превышающие 1-2 м. Особенности котловин зависят от множества факторов, главными из которых являются местоположение, происхождение, геологическое строение местности, эволюция, возраст озера, а в последние десятилетия еще и хозяйственная деятельность.
В каждом озере (котловине) различают по глубине три части:
Литораль - мелководная часть, как правило, сложенная продуктами разрушения береговой зоны и выноса твердых частиц по рекам (аналог в океанах – шельф). Размеры литорали могут быть разнообразными, и в крупных озерах она может простираться на десятки километров. Литораль является местом обитания высшей водной растительности.
Сублитораль - продолжение литорали при резко увеличивающихся уклонах. Литораль и сублитораль составляют прибрежную часть озера.
Пелагиаль - глубинная область. Глубина ее зависит от происхождения котловины и времени ее существования.
5.9.3. Водный баланс водоемов
Водный баланс - это совокупное воздействие всех факторов, влияющих на запас воды в водоеме. Своего рода результирующая баланса - уровень воды в водоеме, характеризующий водные ресурсы водоема. Уровень же водоемов меняется практически постоянно. На основе водного баланса изучаются водообмен, физические и химические процессы, происходящие в водоемах, оценивается уровень антропогенной нагрузки.
Водный баланс состоит из приходных, расходных и аккумуляционных составляющих. Эти составляющие не остаются постоянными во времени и пространстве, а их величины определяются особенностями климата и строения озерных систем. Непостоянство составляющих приводит к изменчивости уровня, а следовательно, меняются размеры озера, его глубины, водные ресурсы и т.п. Все это приводит к изменению целого ряда элементов, формирующих озерную экосистему (минерализация, прозрачность воды и т.п.). Поэтому изучение водного баланса, его структурных особенностей, совершенствование способов расчета составляющих являются очень важными задачами.
К основным приходным составляющим относятся поверхностный и подземный приток воды, осадки, выпадающие на зеркало водоема, и конденсация водных паров. Расходные составляющие - поверхностный и подземный сток, испарение с поверхности. Алгебраическая сумма приходных и расходных составляющих представляет изменение объема воды в водоеме.
В отличие от озер, водный баланс которых обусловлен в первую очередь природными факторами, баланс водохранилищ определяется преимущественно характером регулирования стока, а в уравнении баланса появляются составляющие, которые не играют заметной роли в балансе озер (приток и сток через гидротехнические сооружения, забор воды для шлюзования судов, хозяйственных нужд и т.п.). Водный баланс можно представить в виде уравнения, причем для водоемов разного типа структура баланса будет различной. Уравнение водного баланса (в объемных единицах, м3) имеет вид:
Vпр + Vос + Vисп + Vст = ±Vак ±σ , где (5.24)
Vпр – приток воды по рекам и подземным путем, Vос – осадки, выпадающие на зеркало, Vисп – испарение с поверхности водоемов, Vст – сток воды по вытекающей из озера реке и подземным путем (для водохранилищ – сток через гидротехническое сооружение и фильтрация через плотину), Vак – изменение объема воды, σ – невязка баланса, зависящая от степени точности расчета составляющих и неучета других источников прихода и расхода. Для бессточных водоемов Vст = 0. Уравнение составлено за многолетний период Т. При определенной длине этого периода, когда достигается равенство приходной и расходной частей баланса, Vак равен нулю. Такой баланс называется равновесным, а уровень воды, при котором это условие достигается – уровнем равновесия.
Удельный вес различных составляющих неодинаков и определяется климатическими условиями системы, морфологическими особенностями водоема, величиной удельного водосбора, уровнем хозяйственной деятельности на водоеме и в его бассейне, продолжительностью периода, за который составляется баланс, водностью этого периода.
Соотношение составляющих водного баланса лежит в основе водно-балансовой классификации водоемов. По соотношению составляющих расходной части баланса они делятся на стоковые и испаряющие. Распределение групп и типов по территории имеет зональный характер. Стоковые озера характерны для увлажненных зон, испаряющие – для засушливых.