20) Тепловой баланс рек и водоемов. Распределения температуры по вертикали.

Водные массы рек и водоемов получают тепло из атмосферы и отдают его обратно. В результате этого теплообмена температура воды испытывает суточные и годовые колебания. Рассмотрим

1)тепловой баланс вод суши в летний период. Приходными статьями будут:

• а) поглощение прямой и рассеянной солнечной энергии

• б)поглощение энергии теплового излучения атмосферы

• в)выделение тепла при конденсации влаги на свободной поверхности

• г)переход в тепло механической энергии турбулентного потока.

Расходными статьями являются:

• а) тепловое излучение водных масс

• б) потеря тепла при испарение влаги со свободной поверхности

• в) передача тепла дну.

Разность между излучением воды и излучением атмосферы называется эффективным излучением. Днем направлено, как правило, от атмосферы к воде, а ночью – в обратную сторону. Это правило нарушается при резких изменениях температур воздуха.

2)тепловой баланс в зимний период. Приходные статьи теплового баланса:

• а) теплоотдача дна

• б) переход механической (кинетической) энергии турбулентного потока в тепло.

Расходной статьей является передача тепловой энергии ледовому покрову. Если толщина льда не меняется, то переданная энергия проходит сквозь лед и снег и рассеивается в атмосфере.

Термической конвекцией называется перемещение масс жидкости, которое происходит, под действием силы тяжести, когда жидкость нагрета так , что ее плотность сверху вниз убывает. Подобное распределение плотности называется неустойчивой стратификацией или расслоенностью. Если же плотность жидкости сверху вниз возрастает, то говорят, что стратификация устойчива, а если плотность вдоль вертикали не изменяется, то говорят о безразличной стратификации. При устойчивой и безразличной стратификации конвекции быть не может.

21) Ледовые процессы. Закономерности нарастания пресноводного льда.

На малых реках с медленным течением при отсутствии волнения первыми признаками замерзания служат забереги,т.е. полосы льда толщиной до 1 см постепенно распространяющиеся от уреза к середине свободной поверхности. При быстром течение и ветровом волнение забереги развиваются медленно, но появляется новое ледовое явление – сало- так называются плывущие пластинки льда округлой формы, сталкиваясь друг с другом и смерзаясь дают начало более крупным структурам, т.е. блинчатому льду. Тем же путем блинчатый лед превращается в льдины толщиной 3-4 см , а с поперечниками, измеряемыми метрами. По мере увеличения густоты ледохода в узких местах и на поворотах русла движение льдин замедляется , они смерзаются и образуют сплошной ледяной покров, т.е. наступает ледостав.

Вследствие равномерного охлаждения воды по всей вертикали кристаллы льда образуются не только на свободной поверхности, но и в толще потока. Кристаллы, находящиеся в толще потока, уносятся под лёд и образуют студенистую массу, называемую шугой. Образование шуги в реках может длиться всю зиму. Обладая положительной плавучестью, шуга движется в верхних слоях потока, но иногда при большом ее количестве она забивает русла полностью, такое явление называется зажором. Дальнейший ход событий состоит в постепенном нарастании толщины льда и постепенном охлаждение дна, а с ним и воды в реке.

Таяние льда. Прекращение роста льда и переход к его таянию происходит в результате увеличения весеннего солнечного излучения. Разрушению ледового покрова способствует подъем воды в реке. В результате подъема воды лед отрывается от берегов и раскалывается на ледяные поля. Подвижка таких полей может повредить сооружениям на реке. Ледяные поля быстро разламываются на льдины и начинается весенний ледоход. На поворотах и узкостях льдины сталкиваются, подныривают друг под друга, смерзаются и образуют ледовую стену, это явление называется затором. Это явление характерно для северных рек нашей страны, т к они текут с юга на север.

Закономерность нарастания толщины пресноводного льда. Толщина ледового покрова в реках и водоемах регулируется соотношением между количеством тепла, поступающего ко льду от дна и количеством тепла, уходящим через лед и снег в атмосферу. Рис 21

q_θ1 – плотность потока тепла, проходящего через воду от дна к нижней поверхности ледяного пок рова

q_θ2 – плотность потока тепла, проходящего через лед и снег в атмосферу

Если q_θ1> q_θ2, то разность этих величин будет идти на таяние льда, а если q_θ1< q_θ2 – на ледообразование.