Эксперт по сдаче вступительных испытаний в ВУЗах
ЗАДАНИЕ
Температурная стратификация озера
Цель работы:
Закрепление обучающимися теоретических знаний и приобретение ими навыков камеральной обработки замеров температуры воды в водоемах.
Дано:
Ведомость замера температуры воды в озере Валдайское (промерная вертикаль №2) за период с 05.04.1988 по 29.01.1989 гг. (таблица 12).
Таблица 12
Температура воды на различных глубинах озера Валдайское, вертикаль 2, глубина 37 метров,
0С
| Окончание ледостава – 02.04.1988 |
Ледостав – 29.11.1989 |
| Глубина, м |
Дата замера |
| 05.04.88 |
02.07.88 |
30.07.88 |
30.08.88 |
10.09.88 |
12.11.88 |
29.01.89 |
| 0,1 |
3,3 |
19,7 |
20,2 |
16,0 |
14,0 |
4,2 |
0,7 |
| 2 |
3,3 |
19,6 |
20,1 |
16,0 |
13,9 |
4,2 |
1,6 |
| 5 |
3,3 |
15,3 |
19,5 |
16,0 |
13,7 |
4,3 |
1,9 |
| 10 |
3,3 |
10,6 |
12,3 |
15,5 |
13,7 |
4,3 |
2,2 |
| 15 |
3,2 |
9,6 |
10,3 |
10,6 |
10,5 |
4,3 |
2,4 |
| 20 |
3,3 |
8,5 |
9,6 |
9,7 |
10,2 |
4,3 |
2,5 |
| 30 |
3,3 |
8,1 |
9,3 |
9,4 |
9,2 |
4,3 |
2,9 |
| У дна |
3,4 |
7,9 |
9,3 |
9,2 |
9,0 |
4,3 |
3,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Требуется:
- Построить эпюры вертикального распределения температуры воды в замерные даты.
- Выделить эпюры, соответствующие: а) обратной температурной стратификации; б) весенней гомотермии; в) прямой температурной стратификации; г) осенней гомотермии. Объяснить причину своего выбора.
- Показать эпилимнион, металимнион, гиполимнион.
Предварительное пояснение:
В тепловом балансе озер основным источником поступления тепла является солнечная радиация. Вода очень плохой проводник тепла. Поэтому распределение тепла в водной толще озер происходит главным образом за счет волнения и вертикальной циркуляции, однако и тому и другому препятствует замедленный обмен вод и их застойный характер. И, как следствие этого, в озерах наблюдается разделение их водной толщи на слои с разной температурой, причем характер вертикального распределения температуры зависит от времени года. Это явление носит название
термической стратификации (расслоения) водной толщи.
Закономерности вертикального изменения температуры воды в озере принято отображать особым видам графика —
эпюры вертикального распределения температуры воды. На рисунке 6 показан такой график (условный) для озер в условиях умеренного климата.
Рис. 6. Эпюра температур и температурная стратификации в озерах умеренного климата:
1 – обратная температурная стратификация зимой; 2 – весенняя гомотермия; 3 – прямая температурная стратификация летом; 4 – осенняя гомотермия; А – весеннее нагревание; Б – летнее нагревание; В – осеннее охлаждение; Г – зимнее охлаждение; I – эпилимнион; II – металимнион; III — гиполимнион
Зимой на таких озерах подо льдом наблюдается
уменьшение температуры воды от дна к поверхности, или
обратная температурная стратификация. В поверхностном слое температура близка к 0 °С, в придонном слое – около 3-4 °С.
В период весеннего нагревания воды температура воды в поверхностном слое повышается, что приводит к нарушению вертикальной плотностной устойчивости вод, возникает интенсивное вертикальное конвективное перемешивание, приводящее к выравниванию температуры по вертикали, наступает
весенняя гомотермия (обычно при температуре около 4°С). Создаются предпосылки и для вертикального динамического (ветрового) перемешивания. Вода в толще озера может обновиться. Далее наступает период летнего нагревания, в который в озере устанавливается
прямая температурная стратификация (увеличение температуры от дна к поверхности). Наиболее высокую температуру приобретает поверхностный слой воды (
эпилимнион). Ниже этого слоя лежит так называемый
слой температурного скачка (металимнион). А основная масса озерных вод сохраняет относительно невысокую температуру. Этот слой называется
гиполимнионом. В слое температурного скачка температура может резко изменяться на величину до 20 °С (при этом вертикальные градиенты температуры иногда достигают 8-10 °С на 1 м).
В озерах умеренной зоны в период
осеннего охлаждения температура в поверхностном слое понижается. Возникает активное конвективное перемешивание, устанавливается
осенняя гомотермия. Опять создаются условия для динамического перемешивания, вода в придонных слоях вновь обновляется.
Наконец, наступает период зимнего охлаждения и в толще воды опять устанавливается
обратная температурная стратификация.
Выполнение задания:
- Используя данные таблицы построить графики зависимости температуры воды от глубины озера в промерной точке в разное время года.
- Выделить эпюры, соответствующие наиболее ярко выраженным: а) обратной температурной стратификации; б) весенней гомотермии; в) прямой температурной стратификации; г) осенней гомотермии. Отметить даты.
- Выделить слои воды, обладающие характерными свойствами и назвать их. Указать признаки, на основании которых было сделано выделение.
- Оформить отчет.
Вопросы для самопроверки:
- Что такое температурная эпюра.
- Почему в озере устанавливается температурная стратификация, а в реке нет.
- Характерная особенность гиполимниона.
- Как происходит процесс формирования осенней гомотермии.
- Почему в весеннию гомотермию создаются благоприятные условия для динамического перемешивания вод.
