30.Вертикальные температурные зоны в водоеме, причины возникновения и разрушения слоев скачка.

Плотностная конвекция и ветровое перемешивание в стоячих водоемах являются причинами образования на некоторой глубине слоя температурного скачка и расслоения их водных масс на три зоны: эпилимнион (верхняя зона), металимнион (средняя зона, или слой температурного скачка) и гиполимнион(нижняя застойная зона).

 

Рис. Схема ветрового перемешивания воды

1 — распределение температуры воды до воздействия ветра, 2 — распределение температуры воды после ветрового воздействия, 3 — распределение плотности воды до воздействия ветра, 4 — распределение плотности воды после ветрового воздействии

Устойчивое вертикальное распределение температуры происходит в зимний период при обратной температурной стратификации.

Рис.1- дихотермия

На рис.1- дихотермия – когда прогревается верхний слой воды – неустойчивая стратификация; при этом ночью будет происходить конвективное перемешивание – проникающая конвекция.

И так до тех пор, пока не стает лед. Тогда резко возрастет количество тепла.

график температуры будет практически вертикальным, близ температуры 4 градуса – частичная конвекция. При любом ветре будет происходить глубокое перемешивание. После чего прямая температурная стратификация. Теперь, слой температурного скачка только из-за ветра. Средняя температура воздуха = средней температур воды.

Рис.2

С каждым штормом возрастает температурный скачок.

В период охлаждения начинается охлаждаться верхний слой. Усугубляется скачок, в начале октября прямая начинает выпрямляться.

31.Годовой термический цикл в озерах умеренной зоны.

В озерах большого размера нагревание происходит неравномерно относительно мелководья и глубинных участков.

Термобар – где Т=4 градусам

ТИО – термоинертная область

Т АО – термоактивная область

Если поверхностный слой воды, имеющий температуру около 0°, подвергается нагреванию, он становится плотнее и опускается вниз, вытесняя кверху более легкие слои. Вследствие такой конвекции возникает состояние, при котором температура воды растет с глубиной. Это состояние носит название обратной стратификации,.

Если нагревается поверхностный слой, имеющий температуру 4°, он будет делаться легче и останется наверху. Нагревание воды может распространяться вглубь только турбулентным путем, т.е., при перемешивании воды ветром. В этом случае устанавливается состояние, при котором температура с глубиной убывает, — это прямая термическая стратификация.

Обратная стратификация существует до тех пор, пока вся толща воды от поверхности до дна не нагреется до 4°. Прямая стратификация существует до тех пор, пока вся толща воды от поверхности до дна не охладится до 4°. Состояние, при котором температура по вертикали не меняется и равна температуре наибольшей плотности воды, называется гомотермией. В озерах гомотермия бывает весной и осенью. Прямая стратификация характерна для лета, обратная — для зимы.

Другая особенность термического режима озер — образование на известной глубине в условиях термической стратификации слоя скачка, или металимниона, т. е. слоя резкого перепада температуры, высоких ее градиентов — значительно более высоких, чем в слое воды над ним (в эпилимнионе) и под ним (в гиполимнионе). Возникновение металимниона обычно связано с нагреванием воды выше 4°.

В этом случае поверхностный слой, как это мы только что отметили, становится легче ниже лежащих слоев, т.е. погружаться не может, и эффективное согревание более глубоких горизонтов осуществляется при помощи перемешивания воды ветром. Перемешивание это с глубиной все более затрудняется, потому что в том же направлении возрастает плотность воды. Оттого между верхней нагреваемой и нижней холодной толщей образуется резкий температурный раздел, где на очень коротком расстоянии по вертикали температура изменяется подчас на несколько градусов (иногда до 10° на 1м).

Наконец, третья особенность термического режима заключается в появлении и исчезновении термического бара.

Явление термического бара было обнаружено Ф. Форелем на Женевском озере..

Причина возникновения термического бара состоит в том, что различно нагретые воды прибрежных участков и открытого озера (с температурами выше и ниже температуры наибольшей плотности) в зоне контакта смешиваются и образуют толщу с температурой наибольшей плотности от поверхности до дна. Термический бар создает в озере две различные области, которые названы теплоактивной и теплоинертной.

При весеннем баре в теплоактивной области формируется прямая термическая стратификация, при осеннем — обратная. А в области теплоинертной (наименованной так потому, что в ней температура в период нагревания растет медленно, а в период охлаждения столь же медленно уменьшается) весной существует обратная стратификация, а осенью — прямая.

Поскольку в термическом баре плотность воды наибольшая, то поверхность воды должна находиться здесь чуть ниже, чем в теплоактивной и теплоинертной областях. Это значит, что в поверхностном слое этих областей вода будет двигаться в сторону бара, затем опускаться вниз вдоль стенки бара и оттекать в придонном слое от подножия стенки в сторону от бара, т. е. в теплоактивной области — к берегу, в теплоинертной — в открытое озеро.