8Тепловой баланс водных объектов

 – соотношение прихода и расхода тепла в водном объекте с учетом изменения его теплозапаса (см.) за рассматриваемый интервал времени. Количественным выражением закона сохранения тепловой энергии в водоеме с учетом возможности перехода одного вида энергии в другой служит уравнение теплового баланса для интервала времени t

ΘI ± Θ Эф ± ΘE ± ΘT ± ΘД ± ΘЛ +

+ ΘР + ΘV – ΘY ± ΘБ + Θ К = Δ Θ,

где ΘI — суммарная коротковолновая солнечная радиация (см.), поглощенная водой, ΘЭф — эффективное излучение поверхности водоема (разность длинноволнового теплового излучения воды и встречного излучения атмосферы), ΘE — тепло, расходуемое водой при испарении или получаемое при конденсации водяных паров на ее поверхности, ΘT — тепло, поступающее или расходуемое водной поверхностью при ее турбулентном теплообмене с приводным слоем атмосферы, ΘД — тепло, проходящее через границу вода—дно при теплообмене воды с донными грунтами, ΘЛ — тепло, выделяемое при кристаллизации воды и поглощаемое на таяние льда, ΘР — тепло, поступающее в водоем с атмосферными осадками, ΘV — тепло, поступающее в водоем с водами поверхностного и подземного стока, ΘY — тепло, выносимое с водой из сточного озера (см.) или из водохранилища, ΘБ — тепло, поглощаемое и выделяемое при биохимическом превращении органических веществ в процессе жизнедеятельности водных организмов, ΘК — тепло, выделяющееся при диссипации кинетической энергии течений и волнения, т.е. при ее превращении в тепловую энергию, Δ Θ — изменение теплозапаса воды в водоеме. Вклад каждой составляющей в Т.б.в. существенно меняется в течение суток и от сезона к сезону в зависимости от высоты солнца над горизонтом, прозрачности атмосферы и воды, скорости ветра, температуры и влажности воздуха, облачности, альбедо (см.) поверхности водоема, наличия ледяного покрова и слоя снега на нем, интенсивности теплообмена внутри водной толщи и некоторых других факторов (волнение, распределение и биомасса фитопланктона и т.п.), влияющих на температуру поверхности воды Т0. От ее величины зависят ΘЭф, ΘЕ,ΘТ — главные расходные составляющие Т.б.в. Исключительно важную в экологическом отношении роль играют теплофизические свойства воды, регулирующие теплоотдачу водоема в атмосферу.

Летом с повышением температуры поверхности воды величины ΘЭф, ΘЕ и ΘТ возрастают нелинейно, в особенности тепловое излучение воды, пропорциональное T 04, что предотвращает перегрев воды в пресных и солоноватоводных водоемах свыше 30—32оС. В зимнее время эти водоемы покрываются снежно-ледяным покровом, обладающим малой теплопроводностью. Его толщина в морозы увеличивается благодаря кристаллизации воды на нижней границе льда, что снижает расход тепла из водоема в атмосферу. Вследствие этого амиктические озера (см.) глубже 5 м не промерзают до дна даже в Антарктиде в самые суровые зимы. Оба терморегуляционных механизма обеспечивают условия жизни водным растениям и животным в водоемах любых широт на Земле. Благодаря особенностям процессов внешнего и внутреннего теплообмена структура годового теплового баланса, т.е. соотношение величин его составляющих, в каждом водоеме сравнительно постоянна от года к году и имеет сходные черты в водоемах суши разного класса. В приходной части теплового баланса озер и водохранилищ России поглощенная водой солнечная радиация составляет 85—88%, выделение тепла при льдообразовании — около 6%, 1—5% поступает из атмосферы путем турбулентного теплообмена (в долго прогревающемся летом глубочайшем озере Байкал до 8%), до 4% тепла — с водами притоков (в сильно проточных водоемах). В расходной части теплового баланса около 40% составляет эффективное излучение, от 27% (в Байкале) до 40% тепла затрачивается на испарение воды, 8—10% — на турбулентную теплоотдачу в атмосферу (в Байкале до 25%), около 6% — на таяние ледяного покрова и до 4% — на летний прогрев донных отложений в мелководных водоемах.