Эффекты тепловой инерции и термически активный слой малого озера

Структура эпилимниона и его динамика во многом определяют особенности теплового баланса, эмиссии газов, турбулентного массопереноса, химических и биологических процессов, протекающих в озере в период открытой воды. Эта структура формируется под воздействием различных внешних факторов, имеющих, как правило, периодический характер. Отклик водной толщи на подобные воздействия происходит с некоторым запаздыванием, а в ряде случаев тепловая инерция водной толщи приводит к возникновению гистерезисных эффектов. Наряду с сезонными и синоптическими факторами важную роль играют внешние воздействия, характеризуемые суточным периодом, в частности, колебания температуры воздуха и ночное поверхностное выхолаживание.

С использованием данных термокосы с высокочувствительными датчиками произведен анализ отклика температуры воды на разных глубинах на подобные воздействия. Этот отклик можно в первом приближении характеризовать как температурную волну, расчет параметров которой позволяет произвести оценку толщины термически активного слоя, а также коэффициента турбулентной диффузии. Одно из преимуществ такого метода заключается в том, что указанные оценки могут быть проведены с использованием даже ограниченного количества температурных датчиков.

1. Brainerd K.E., Gregg M.C. Surface mixed and mixing layer depths // Deep Sea Research Part I: Oceanographic Research Papers. 1995. Vol. 42. P. 1521–1543. EDN APZBIF. https://www.doi.org/10.1016/0967-0637(95)00068-H

2. Sutherland G., Reverdin G., Marié L., Ward B. Mixed and mixing layer depths in the ocean surface boundary layer under conditions of diurnal stratification // Geophysical Research Letters. 2014. Vol. 41(23). P. 8469–8476. EDN UPIAKB. https://www.doi.org/10.1002/2014GL061939

3. Reichl B.G., Adcroft A., Griffies S.M., Hallberg R. A potential energy analysis of ocean surface mixed layers // Journal of Geophysical Research. Oceans. 2022. Vol. 127. P. e2021JC018140. EDN FJUVZP. https://www.doi.org/10.1029/2021JC018140

4. Gray E., Mackay E.B., Elliott J.A., Folkard A.M., Jones I.D. Wide-spread inconsistency in estimation of lake mixed depth impacts interpretation of limnological processes // Water Research. 2020. 168:115136. EDN RMJOML. https://www.doi.org/10.1016/j.watres.2019.115136

5. Toffolon M.,Yousefi A.,Piccolroaz S. Estimation of the thermally reactive layer in lakes based on surface water temperature // Water Resources Research. 2022. Vol. 58, Iss. 6. P. e2021WR031755. EDN YMRTSF. https://www.doi.org/10.1029/2021WR031755

6. Piccolroaz S., Toffolon M., Majone B. A simple lumped model to convert air temperature into surface water temperature in lakes // Hydrology and Earth System Sciences. 2013. Vol. 17(8). P. 3323–3338. https://doi.org/10.5194/hess-17-3323-2013

7. Науменко М.А., Гузиватый В.В. Связаны ли параметры устойчивой плотностной стратификации с температурой поверхности Ладожского озера? // Гидрометеорология и экология. 2024. № 75. С. 328–344. EDN GYRZNG.

8. Пономарев С.В., Мищенко С.В., Дивин А.Г. Теоретические и практические аспекты теплофизических измерений: Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2006. Кн. 1. 204 с. URL: https://www.tstu.ru/book/elib/pdf/2006/ponomarev_a1.pdf (дата обращения: 25.02.25).

9. Богданов С.Р., Пальшин Н.И., Здоровеннов Р.Э. и др. Оценка эффективности перемешивания небольшого димиктического озера при поверхностном выхолаживании // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2023. Т. 16, № 2. С. 73–88. EDN MYCYZD. https://doi.org/10.59887/2073-6673.2023.16(2)-6

10. Solcerova A., van de Ven F., van de Giesen N. Nighttime Cooling of an Urban Pond // Frontiers in Earth Science. 2019. Vol. 7. P. 156. https://www.doi.org/10.3389/feart.2019.00156

11. Ptak M., Sojka M., Nowak B. Characteristics of daily water temperature fluctuations in Lake Kierskie (West Poland) // Quaestiones Geographicae. 2019. Vol. 38(3). P. 41–49. https://doi.org/10.2478/quageo-2019-0027

12. Тихонов А.Н., Самарский А.А. Уравнения математической физики. М.: Наука, 1977. 736 с. EDN ISZWIH

13. Дивина Д.А., Пономарев С.В., Дивин А.Г. Повышение точности определения теплофизических характеристик методом регулярного режима третьего рода // Сб. трудов II междунар. науч.-техн. конференции «Современные методы и средства исследований теплофизических свойств веществ». СПб.: НИУ ИТМО, 2012. С. 59–68.

14. Галактионов А.В., Петров В.А., Степанов С.В., Улыбин С. Ал. Сравнительный анализ двух модификаций метода температурных волн для измерения температуропроводности теплоизоляционных материалов // Теплофизика высоких температур. 1993. Т. 31, вып. 5. С. 817–820. EDN KSUMEZ