Моделирование годового цикла термического режима мелководного озера

• Автор: Зверев, Илья Сергеевич
• Шифр специальности: 11.00.11
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 110 с.

Введение

Г лава I Годовой цикл термического режима мелководною стратифицированною

водоема

I. Основные периоды в голового термического цикла озера

1 .2. Термический режим донных отложений мелководною водоема

1 3. Существующие методы расчета термического режима озер

1.4. Особенности термическою режима мелководных озер в зимним период.

I лава 2 1 арамстризованная модель вертикальною термического режима и

процессов перемешивания мелконолного озера

2.1 Уравнения и параметризации модели

2 2 Особенности моделирования термического режима покрытого

льдом водоема
2.3. Результаты расчетов и их сравнение с данными натурных наблюдений
I лава 3 Моделирование термического режима донных отложений мелководною
водоема.
3.1. Уравнения и параметризации модели.
3 2 Лабораторная установка, методика и результаты экспериментов
I лава 4. Моделирование вер икальной термической структуры и процессов
теплообмена в системе лед вода донные отложения
4.1. Уравнения и параметризации модели
4.2. Определение вида функций Г и 6
4 3. Результаты расчетов термическою режима озера в подледный период.
Заключение
Литература


Причиной столь большого значения, придаваемого вертикальному профилю температуры, является то обстоятельство, что именно им определяется плотное шая устойчивость водной массы водоема От этого в свою очередь зависит распределение по вертикали обмена не только энергией, но и растворенными веществами такими, как кислород, фосфор и т д 1,5,, ,. Формирование тепловых процессов в водоемах определяется поглощением лучистой энергии Солнца, энергообменом на границах с ат . В общей форме тепловое состояние водной массы характеризуется уравнением теплового баланса, выражающим закон сохранения н превращения энергии Основными источниками, обуславливающими нагревание воды, являются поглощение водой суммарной лучистой энергии Солнца, поступление тепла из атмосферы в результате турбулентного теплообмена и конденсации водяного пара, приток тепла от грунта и теплых течений. Расход тепла и охлаждение воды происходит в результате эффективного излучения водной поверхности, испарения, теплоотдачи атмосфере, донным отложениям и холодным течениям. При наличии ледовых явлений существенное значение в тепловом балансе озера имеет теплообмен при намерзании и гаяний льда. Количественная роль этих факторов по сравнению с основными составляющими незначительна , . Рассмотрим столб воды с единичной площадью поперечного сечения и высотой I от поверхности до дна водосма Совместное действие основных источников и стоков тепла на границах и внутри выделенного объема определяет изменение ею теплосодержания с течением времени и аналитически выражается в виде уравнения тепловою баланса , . А0Н. Р I 0 0Т С, 1. Т теплоемкость, плотность и средняя по глубине температура воды, О поток суммарной ЛНСЧ1ЮЙ радиации. К эффективное излучение водной поверхности. А альбедо воды. Роль и удельный вес отдельных слагаемых этого уравнения могут быть различными в зависимости от гидрометеорологических условий, что допускает его упрощение при решении конкретных задач Например, в летний период при отсутствии ледовых явлений и постоянных течений основные черты термического режима водоема определяются взаимодействием с атмосферой, которое описывается первыми четырьмя слагаемыми право части уравнения В зимний период при наличии сплошного ледяного покрова на поверхности водоема тепловое воздействие атмосферы проявляется в основном в нарастании и таянии льла и практически мало отражается на темлерглуре волы. В соответствии с годовым ходом составляющих теплового баланса в годовом цикле изменения температуры воды принято выделять следующие периоды 1 весеннего нагревания, 2 летнего нагревания, 3 осеннего охлаждения. На рис I схематично представлена характерная сезонная изменчивость вертикальною профиля температуры в водоеме умеренных широт Период весеннего натреиания начинается с момента, когда устанавливается направленный в воду тепловой поток рис 1 а На замерзающих озерах весеннее нагревание воды начинается еще при наличии ледяного покрова за счет поглощения проникающей сквозь лед после схода смета солнечной радиации. Заканчивается период весеннего натревания установлением температуры максимальной плотности во всей толще озера В период весеннего натреиания, приводящего к выравниванию температуры по вертикали, температура в поверхностных слоях повышается, а в придонных падает, достигая годового минимума. Обычно период весеннего прогрева в мелководных озерах средних широт непродолжителен он начинается в конце апреле и заканчивается в первой половине мая. Период летнего нагревания рис. Перемешивание в это время осуществляется главным образом деятельностью ветра, при этом по мере усиления илотпостной стратификации сопротивление перемешиванию возрастает и теплообмен с между верхними и нижними слоями волной массы ослабевает Особенно большое сопротивление перемешиванию оказывает образующийся летом слой скачка термоклин, имеющий большие градиенты плотности и, следовательно, обладающий большой устойчивостью. Плотностная конвекция проявляется в этот период только во время ночного охлаждения период летнего прогрева соответствии с характером вертикального распределения температуры водную толшу в общем случае принято разделять на три слоя эпилимнион, металимнион и гнполнмшюн. Толщина верхнею слоя эпилимниона обычно колеблется в пределах от 2 до м.