28.Оптические особенности воды озер, ослабление света в фотическом слое и роль этого слоя в экосистеме.

И сточник энергии – солнце, оно посылает прямую и рассеянную радиацию. Внутрь водоема проникает видимый свет с длинами волн 350-700 нм, так называемая фотоактивная радиация (примерно 50% сумм.потока), которая, в отличие от УФ, не может поглощаться парами воды. Важный оптический показатель водоема - альбедо, оно понижается с опусканием Солнца и усилением волнения.

,

где Р- к-т прозрачности, m- масса атмосферы, т.е. расстояние которое проходит луч до поверхности.

Лучшего всего вода поглощает красный и другие цвета с большой длиной волны, которые превращаются в тепловую энергию и идут на нагрев. Минимальный коэффициент поглощения – у голубого цвета, поэтому он проникает глубже все, и вода кажется нам голубой. На поглощение цветов с маленькой длиной волны требуется много энергии, что регулирует рН, высвобождая Н из Н-ОН. Цвет воды обусловлен избирательным рассеванием и поглощением световых лучей, в исходящем потоке рассеянной радиации также преобладает голубой – поэтому вода и кажется нам синеватой. Для определения цвета тприменяется платиново-кобальтовая шкала, нулевое деление которой характеризует воду, не имеющую желтого или коричневого оттенка.

Свет очень сильно рассеивается взвесями, планктоном, макромолекулами (гуминами и фульватами). Прозрачность – глубина воды, на которой престает быть видимым белый диск Секки диаметром 30 см. Коэфф.прозрачности Р=(интенсивность на верх.границе слоя)/(интенсивность на ниж.границе слоя). Кривая освещенности принимает вид гиперболы. Фотический слой - поверхностный слой воды водоема, в котором имеется достаточно света для процесса фотосинтеза. Нижняя граница фотического слоя определяется глубиной, которую достигает 1% света, проникающего через поверхность. В фотическом слое живет фитопланктон, который перерабатывает углекислый газ и выпускает кислород, обогащая как верхние слои озера, так и атмосферу. По значению относительной прозрачности воды SD (глубины верхнего слоя, в котором виден диск Секки) можно приближенно оценить толщину фотического слоя, принимаемую обычно равной 2SD, ниже которого расположена афотическая толща воды. Экологическая значимость фотического слоя состоит в том, что в нем осуществляется водой и биотой поглощение солнечной энергии. Причем в верхней его части - трофогенном слое, - где скорость продуцирования водными растениями органического вещества больше скорости его деструкции, формируется биологическая продуктивность всей водной экосистемы, а под трофогенным слоем находится трофолитический слой, где осуществляется, в основном, окисление органических веществ и самоочищение воды.

29.Составляющие теплового баланса озер и водохранилищ.

В общем тепловой баланс можно записать как

Qp+Qиа+Qпр+Qк+Qм-Qив-Qи-Qст±Qта±Qтд±Qос±Qл±Qб=±ΔQ. Разберем отдельно его элементы (все формулы – суточные). Qp – суммарная солнечная радиация, поглощенная водой; самый важный источник тепла. Суммарная радиация (Q+q) не изменчива (соответствует среднемноголетним значениям) и может быть снята с карт; при отсутствии актинометрических наблюдений рассчитывается как (возможная сумм.радиация при безоблачном небе по таблицам)*(1-Kродаоблаков*Nоблачностьвбаллах). Самым сложным при расчете является нахождение альбедо – для водной поверхности оно зависит от угла солнца и его высоты, волнения, цвета и прозрачности поверхностного слоя воды. В итоге Qp=(Q+q)(1-альбедо). Qиа – поглощенное водой встречное излучение атмосферы. Qпр – тепло, приносимое стоком в озеро, Qст – выносимое из него со стоком; они рассчитываются как 8,64*(средн.сут.расход воды)*(температура притока/оттока)/(средняя площадь зеркала). Qк – тепло, поступающее в воду при конденсации водяных паров. Qм – поступление за счет перехода механической энергии в тепловую (при движении воды, мало). Qив – излучение воды. Qи – потери тепла на испарение, наибольшая составляющая расходнй части; рассчитывается как (испарение, см/сут)*(597-0,57*температуранапов-тиводы), Е же рассчитывается как 0,15*(разница упругости водяных паров на уровнях 0 и 200см)*(1+0,72*скоростьветравнавысоте200см). Qта – турбулентный теплообмен с атмосферой, вторая по важности характеристика, равна 5,46*(разница температур на уровнях 200 и 0)*(1+0.72*скоростьветравнавысоте200см). Qтд – теплообмен с дном, он играет роль только в неглубоких (до 20 м) озерах и только в зимнее время; численно = -(кофф.теплопроводности грунта)*(вертикальный градиент температуры грунта). Qос – тепло, поступающее с дождями или уходящее при таянии = (суточн.слой осадков)*(температура на высоте 200 см)/10. Qл – тепло, выделяемое при льдообразовании или затрачиваемое на таяние льда = (плотность льда)*(толщина льда)*(скрытая теплота плавления льда). Qб – тепло, выделяемое или затрачиваемое при биологических и биохимических процессах (сложно учитывать, мало). Наибольшую роль в балансе играют Qиа, Qp, Qив, Qи, Qта, так как они характеризуют теплообмен водной массы с атмосферой (зимой вместо них всех – Qтлс, это теплопоток через лед/снег в атмосферу). Членами уравнения, связанными со стоком и осадками (Qпр, Qст, Qос) можно пренебречь из-за их малой величины в сравнении с другими составляющими. Qл и Qтд – взаимоисключают друг друга в масштабе года. Также в расчетах используется показатель эффективного излучения воды Qэ=(Qив- Qиа).