Температурный режим и ледовые явления на озерах.

Уравнение теплового баланса озера:

Θ_с + Θ_лед + Θ_конд + Θ_пр ± Θ_атм ±Θ_гр = I + Θ_исп + Θ_пл + Θ_ст ±∆Θ

где Θ_с - солнечная радиация (прямая и рассеянная), Θ_лед и Θ_конд - выделение тепла при ледообразовании и конденсации соответственно, Θ_пр - поступление тепла с притекаю­щими поверхностными и подземными водами, Θ_атм и Θ_гр - приход или расход тепла в результате теплообмена с атмосферой и донными грунтами, I - эффективное излучение с поверхности воды, Θ_исп и Θ_пл - расход тепла соответственно на испарение и плавление (таяние) льда, Θ_ст - расход тепла с речными и подземными водами, уходящими из озе­ра, ∆Θ - изменение тепла в озере. А0 = с_р·ρ·V_оз·∆T , где с_р - удельная теплоемкость воды, ρ - плотность воды, V_оз - объем озера, ·∆T_оз - изменение средней температуры озера.

Составляющие теплового баланса выражаются в джоулях или калориях.

Для большинства озер основные составляющие теплового баланса — Θ_с, Θ_исп и Θ_атм. Они вызывают изменение температуры на поверхности озера. Передача тепла по вертикали происходит в результате перемешивания вод.

В температурном режиме озера в умеренном климате выделяются 4 периода.

Период весеннего нагреваниянаступает, когда температура подо льдом под влиянием солнечной радиации начинает повышаться. В начале периода наблюдается обратная температурная стратификация,которая характеризуется увеличением тем­пературы с глубиной. У поверхности ее значения близки к 0°С, в придонном слое 2-3°, а в наиболее глубоких озерах 4°, т.е. наблюдается устойчивое состояние, когда плотность увеличивается от верхних слоев к нижним. После освобождения озера от льда темпера­тура воды в поверхностном слое начинает расти. Когда она становится выше, чем в нижележащих слоях, происходит конвективное перемешивание. В результате по всей глубине температура становится одинаковой и равной ее придонным значениям в нача­ле периода. Наступает состояние весенней гомотермии,которое продолжается до зна­чения T=4°С.

С указанного момента начинается период летнего нагревания.При нагревании поверхностных слоев выше 4°С конвективное перемешивание происходит только во время их ночного охлаждения. Динамическое перемешивание у неглубоких озер в на­чале периода, когда разница температур, а следовательно и плотности воды в поверх­ностном и придонном слоях невелика, охватывает всю толщу воду. При увеличении разницы плотностей вследствие более быстрого нарастания температуры воды у по­верхности влияние динамического перемешивания ограничивается только верхним слоем. Наблюдается прямая термическая стратификация,т.е. уменьшение темпера­туры воды по глубине. При этом формируется три характерных слоя: 1) эпилимнион с наиболее высокой температурой, мало изменяющейся по глубине; 2) металимнион(или слой температурного скачка) с резким уменьшением температуры с глубиной; 3) гиполимнион— слой с относительно низкой температурой, слабо изменяющейся по глубине. В наиболее глубоких озерах температура в гиполимнионе близка к 4°С.

С момента, когда приход тепла к поверхности озера становится меньше его рас­хода, начинается период осеннего охлаждения.Температура поверхностного слоя становится меньше, чем в нижележащих слоях, а плотность больше. Возникает конвек-тивное перемешивание воды. Температура постепенно становится одинаковой по всей глубине и близкой по значению температуре в гиполипнионе летом. Возникает состоя­ние осенней гомотермии,которое продолжается до установления Т= 4°С.

После этого наступает период зимнего охлаждения.При уменьшении темпера­туры в поверхностном слое ниже 4°С конвективное перемешивание прекращается, но под влиянием динамического перемешивания температура нижних слоев обычно опус­кается несколько ниже 4°С. Ветровое перемешивание прекращается с началом ледоста­ва.

В других климатических поясах наблюдается иной температурный режим озер. В соответствии с температурным режимом выделяют три типа озер: 1) полярные(холод­ные) - температура не поднимается выше 4°С, прямой температурной стратификации не возникает; 2) тропические(теплые) - температура не опускается ниже 4°С, обрат­ной температурной стратификации не возникает; 3) умеренного климата- наблюда­ются периоды как с прямой, так и с обратной стратификацией.

Большинство ледовых явлений, свойственные рекам, наблюдаются и на озерах, но ледостав на них из-за волнения и большего запаса тепла наступает позже, вскрытие также позже из-за отсутствия динамического воздействия потока на лед. Движение льдин во время ледохода происходит в основном под влиянием ветра.