Тепловой баланс озер и термический режим

Процессы теплообмена воды с атмосферой наиболее интенсивно происходят в самых верхних слоях озера. Перенос тепла вглубь осуществляется как при непосредственном проникновении солнечной энергии в воду, так и при перемешивании. Ледяной покров и снег препятствует теплообмену

с атмосферой и уже при толщине льда и снега 10-20 см он практически прекращается.

Уравнение теплового баланса водоема имеет следующий вид:

, (26)

где изменение запасов тепла в озере за рассматриваемый промежуток времени, – прямая и рассеянная солнечная радиация, – эффективное излучение (разница между длинноволновым излучением водоема и атмосферы), – турбулентный теплообмен с атмосферой, – теплообмен с дном, – поступление и потеря тепла со стоком втекающих и вытекающих рек, – поглощаемое или выделяемое тепло при фазовых переходах воды (испарение, конденсация, ледообразование и плавление льда), – теплообмен

с грунтовыми водами, – тепло, выделяемое или затрачиваемое при биохимических реакциях в водоеме.

Термический режим водоема (изменение распределения температуры по глубине или термическая стратификация), определяется соотношением элементов теплового баланса озера и зависит от времени года, географической широты местности, объема водной массы и формы озерной котловины.

В течение года наблюдается три основных вида термической стратификации: обратная (увеличение температуры с глубиной), прямая (уменьшение температуры с глубиной), гомотермия (температура одинакова по глубине).

Период осеннего охлаждения начинается с начала отдачи тепла водой

в атмосферу и заканчивается установлением осенней гомотермии – температуры наибольшей плотности воды по всей глубине водоема. После установления гомотермии наступает период зимнего охлаждения, в результате которого устанавливается обратная термическая стратификация. У нижней кромки льда температура воды приближается к нулю, а у дна – к 4⁰С. В период весеннего нагревания формируется весенняя гомотермия. На крупных водоемах этот процесс может растягиваться до середины лета. В период летнего нагревания, который начинается после установления весенней гомотермии формируется прямая температурная стратификация.

В этот период вся водная толща разбивается на три вертикальные термические зоны:

- эпилимнион – верхняя зона с малыми градиентами температуры,

- металимнион или термоклин – средняя с высоким градиентом температуры,

- гиполимнион – нижняя, холодная с малыми градиентами температуры. Эпилимнион является слоем перемешивания, а термоклин затрудняет перемешивание более глубоких слоев воды. Толщина этих слоев зависит от размеров водоема и интенсивности ветровой деятельности. Мелководные водоемы могут быть перемешаны до дна и для них типична летняя гомотермия. В течение лета слой температурного скачка (термоклин) постепенно опускается на большую глубину и к началу осеннего охлаждения исчезает.

В водоемах, где присутствуют мелководные и глубоководные зоны, процесс нагревания и охлаждения происходит с разной интенсивностью и

в разные сроки. В мелководной зоне в весенний период формируется прямая стратификация, когда в глубоководной зоне всё еще сохраняется обратная. Это приводит к образованию между этими зонами вертикального слоя воды

с температурой наибольшей плотности, который называется термическим баром.