Температурный режим озер подвержен прежде всего годовому циклу, изменения температуры воды от сезона к сезону оказывают воздействие на развитие живых организмов от микроводорослей до рыб и млекопитающих. В пресноводных крупных озерах, расположенных в зоне умеренного климата и замерзающих зимой, возникает весной и осенью поразительное явление, называемое учеными, изучающими озера, термобаром. В пределах сезона в период открытой воды значительное воздействие оказывает ветер: возникают сгоны и нагоны, вихревые образования - своеобразные циклоны и антициклоны в крупных озерах, а также локальные фронтальные разделы, связанные с впадением рек.
Для простоты и доступности дальнейшего повествования условимся, что под климатом озера будем понимать изменения физического состояния водной толщи в течение года, вызываемые сезонными изменениями солнечного тепла, а погода озера будет определяться изменениями меньшего временного масштаба, связанными с синоптическими изменениями ветра и облачности, атмосферным давлением, суточным ходом температуры воды и "внутренними" волнами.
Временной масштаб/сезон
Диапазон t, °С
Амплитуда t, °С
Год
0-20
20
Зима
0-4
4
Весна
4-10
6
Лето
10-18
8
Осень
18-4
14
Синоптическая изменчивость (3-10 сут.)
8-10
Суточный ход (24 час.)
2-5
Межгодовые изменения (годы)
0,5-2
Вначале рассмотрим амплитуды изменчивости температуры воды в зависимости от временного масштаба для озер умеренной климатической зоны.
Величины, приведённые в таблице, - средние для наших широт. Очевидно, что наибольшую амплитуду имеют годовые колебания температуры воды, однако необходимо помнить, что амплитуда, самая большая на поверхности воды, с глубиной уменьшается. Амплитуды также зависят от размеров и формы котловины озера. Ясно, что мелководные озера быстрее прогреваются и быстрее остывают по сравнению с глубокими озёрами, расположенными на одной и той же широте. Годовой ход температуры поверхности воды изображен на рисунке 1.
Зима для наших озер - время, когда малые озера практически полностью покрыты льдом, толщина которого колеблется от нескольких сантиметров до 50-60 см, а крупные озера, такие как Ладожское, Онежское, Рыбинское водохранилище, могут покрываться льдом не полностью.
Температура воды сразу подо льдом равняется 0°С, тогда как у дна, в зависимости от глубины водоема, может составлять 2-4 °С.
Вспомним школьную физику, которая позволяет понять, что происходит в этот период. Наибольшей плотности пресная вода достигает при температуре 4°С (рис. 2), поэтому температура у дна вследствие опускания более теплых вод имеет значение выше 0°С. Если же происходит очень сильное выхолаживание у дна, особенно в мелких озерах (с глубинами 0,5-1,5 м), озеро может промёрзнуть до дна, что наверняка многие рыбаки наблюдали. Такое распределение температуры воды на вертикали, когда у поверхности она около 0°С, а у дна - выше, называется обратной температурной стратификацией. Стратификация (от лат. stratus - слоистость) предполагает устойчивость, и, следовательно, чтобы преодолеть ее, т.е. двигаться по вертикали вниз, необходимо затратить дополнительную энергию на преодоление сил Архимеда.
С увеличением длительности светового дня озерная вода даже при ледовом панцире очень медленно прогревается. В крупных озерах в апреле-мае лед начинает таять, прибрежные воды прогреваются быстрее, чем в центре озера, и при достижении температуры воды 4°С возникает очень важное для крупного озера явление - так называемый весенний термический фронт. Это явление было предсказано за письменным столом "отцом озероведения" швейцарцем Франсуа Форелем в конце XIX века, а изучением этого явления занимался спустя полвека русский ученый Алексей Тихомиров на Ладожском озере. Результаты этих исследований стали классикой науки.
К началу мая мелководья больших озер начинают значительно быстрее прогреваться, чем центр озера, температура воды постепенно превышает 4°С. Посмотрим на график на рисунке 1. Кривая прогрева для мелководья расположена выше, чем для глубокой воды.
На поверхности при нагревании воды она становится всё легче, и, следовательно, стратификация - все более устойчивой. В глубоководной части озера идёт свободная конвекция (вертикальное перемешивание), т.е. при том же самом приходе тепла, как на мелководье, самые тяжелые воды опускаются до дна.
Возникает термическая структура, показанная на рисунке 3, - фронт, называемый озероведами термобаром. Рисунок демонстрирует температурный полуразрез от берега до центра озера. У берега уже существуют воды достаточно теплые с ярко выраженной слоистостью, в это же время центр озера имеет температуру воды ниже 4°С. Фронтальная структура возникает по периметру всего озера, и таким образом, прибрежная часть озера - теплая и статифицированная и ее воды окружают холодную водную массу. Центр озера представляет собой как бы колодец с холодными прозрачными водами.
Сходимость и опускание вод с максимальной плотностью во фронтальной зоне способствуют переносу растворенного кислорода от поверхности в придонные горизонты и переносу минеральных веществ, необходимых для биологических процессов, из придонных слоев в зону фотосинтеза. Фронтальная зона отделяет прибрежные стратифицированные воды, подверженные влиянию стока с водосбора, от квазиизотермических центральноозерных, сохраняющих качество зимней водной массы, что, несомненно, отражается на гидробиологическом состоянии вод.
Очень часто в зоне максимальной сходимости 4-градусных вод на поверхности наблюдается полоса пены, и если вы ее пересекаете, то обязательно почувствуете резкое изменение температуры поверхности воды. Иногда над холодными водами может наблюдаться туман, и поверхность воды более выглажена по сравнению со стратифицированными водами.
Весенняя фронтальная зона существует около двух месяцев - с середины апреля до середины июня в озере Онтарио, в Ладожском - с середины мая до начала июля и Онежском озере - с конца мая по июнь. Ее продвижение от берегов в глубоководную часть озера определяет сроки возникновения стратификации в различных районах озера. Окончательное смыкание фронтальных разделов в глубоководной части озера определяет дату наступления термической стратификации по всему озеру.
В середине лета крупное озеро практически полностью стратифицировано (рис. 5). Теплые 15-18-градусные воды повсеместно существуют на поверхности. На глубинах от 10-15 м воды имеют температуру 58°С, что связано с интенсивным действием ветра, приводящего к перемешиванию и выравниванию температуры в поверхностном слое и невозможностью распространения тепла вглубь. На указанных глубинах начинает формироваться так называемый слой скачка, еще одно из фундаментальных физических явлений, наблюдающихся в крупных озерах, расположенных в зоне умеренного климатического пояса.
Слой скачка, или термоклин, - зона наибольших вертикальных градиентов, формируется в середине лета и достигает своего развития осенью (рис. 4). Перепад температуры воды в термоклине может быть до 10°С. Наибольшая глубина его залегания в Ладожском озере - от 30 до 50 м. Слой скачка - это своеобразное подводное покрывало, разделяющее холодные глубинные воды и теплые поверхностные.
На этом мы заканчиваем первую часть нашего повествования о климате и погоде в озерах нашего климатического пояса.
Михаил Науменко, доктор географических наук.
"Спортивное рыболовство № 06 - 2001г."
Раздел: Mygarden.ru" - садовод, Рыбалка озера
2011-8-13 21:09
