Скачать презентацию Доклад на тему Тепловой режим водоемов Подготовила ст Скачать презентацию Доклад на тему Тепловой режим водоемов Подготовила ст

Доклад олешко.ppt

  • Количество слайдов: 13

Доклад на тему: «Тепловой режим водоемов» Подготовила ст. гр. Экол-17 Олешко Б. А. Доклад на тему: «Тепловой режим водоемов» Подготовила ст. гр. Экол-17 Олешко Б. А.

Понятие «Тепловой режим водоемов» ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ (ВОДОЕМА) – закономерные колебания температуры воды в водных Понятие «Тепловой режим водоемов» ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ (ВОДОЕМА) – закономерные колебания температуры воды в водных объектах (ГОСТ 19179 -73); по мнению многих гидрологов, термин «тепловой режим"— не синоним термина температурный режим (см. ), а более широкое понятие, включающее не только режим температуры, но и режим запаса тепла в водоеме.

Понятие «Теплозапас» Теплозапас (см. ) некоторого объема воды, пропорционален средней температуре Tо. С и Понятие «Теплозапас» Теплозапас (см. ) некоторого объема воды, пропорционален средней температуре Tо. С и величине этого объема W (Θ = c p • ρ • T • W), где c p — удельная теплоемкость воды, ρ — ее плотность), т. е. теплозапасом называется количество тепла, превышающее величину тепловой энергии, которая была бы во всей массе воды водоема при температуре 0 о. С. Глубоководные водоемы имеют минимальный теплозапас в момент начала гидрологической весны, когда поглощаемая водой солнечная радиация становится больше теплопотерь поверхности водоема. В мелководных полимиктических водоемах (см. ) с интенсивным теплообменом между водной массой и донными грунтами минимальный теплозапас воды наблюдается в момент осеннего льдообразования, а зимой он возрастает вследствие теплоотдачи из донных грунтов. Максимальной величины теплозапас водоема достигает в конце гидрологического лета, когда суточные теплопотери становятся равными величине поглощаемой водой солнечной радиации. Разница максимальной и минимальной величин теплозапаса именуется в лимнологии (см. ) тепловым бюджетом водоема. В глубоких озерах с малыми колебаниями уровня и объема воды теплозапас и тепловой бюджет практически полностью зависят от температурного режима. В водохранилищах, для которых характерны значительные колебания уровня и запаса воды, объем W становится существенным фактором внутри- и межгодовых изменений теплозапаса, одного из главных составляющих теплового баланса водоема (см. ). Годичный цикл Т. р. в. делят на два периода — весенне-летнего нагревания и осенне-зимнего охлаждения, каждый из которых состоит из нескольких фаз, см. фаза термического режима водоема.

Нагревание и охлаждение воды в водоеме Все составляющие теплового баланса имеют хорошо выраженный годовой Нагревание и охлаждение воды в водоеме Все составляющие теплового баланса имеют хорошо выраженный годовой ход, что можно проследить на примере озер Севан и Ладожского. Изменение суммарного теплового потока, проходящего через водную поверхность, позволяет судить об изменении запасов тепла в водоеме в течение года, обусловливающего процессы нагревания или images. jpgохлаждения воды в водоеме. Обычно накопление тепла в замерзающих озерах начинается перед вскрытием и длится до конца июля в малых озерах и до конца сентября в больших глубоководных озерах, когда и наблюдается максимальная температура воды в них. С августа—октября начинается охлаждение воды, особенно интенсивное перед замерзанием. С появлением ледяного покрова охлаждение замедляется. В мелких водоемах в период ледостава возможно зимнее повышение температуры, длящееся иногда до конца зимы. Это повышение является результатом теплообмена с дном водоема. Так, в озере Вуокса (Карельский перешеек) в придонных слоях (на глубине 20 м) температура перед замерзанием была 1, 7° С, а к концу марта повысилась до 3, 3° С.

Суточный и годовой ход температуры на поверхности водоемов и в верхних слоях воды Нагревание Суточный и годовой ход температуры на поверхности водоемов и в верхних слоях воды Нагревание и охлаждение распространяются в водоемах на более толстый и обладающий большей теплоемкостью слой, чем в почве. Вследствие этого изменения температуры на поверхности воды незначительны. Годовая амплитуда колебаний температуры на поверхности океана значительно больше, чем суточная, но она меньше, чем годовая амплитуда на поверхности почвы. В тропиках она порядка 2— 3°С, под 40° с. ш. около 10°С. На внутренних морях и значительно большие годовые амплитуды —до 20°С и более. Как суточные, так, и годовые колебания распространяются в воде (также с запозданием) до больших глубин, чем в почве.

Суточный и годовой ход температуры на поверхности водоемов и в верхних слоях воды Температурный Суточный и годовой ход температуры на поверхности водоемов и в верхних слоях воды Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше. Это связано с физическими свойствами воды, прежде всего высокой удельной теплоемкостью, благодаря которой получение или отдача значительного количества тепла не вызывает слишком резких изменений температуры. Амплитуда годовых колебаний температуры в верхних слоях океана не более 10 -150 С, в континентальных водоемах – 30 -350 С. Глубокие слои воды отличаются постоянством температуры. В экваториальных водах среднегодовая температура поверхностных слоев +26…+270 С, в полярных – около 00 С и ниже. Таким образом, в водоемах существует довольно значительное разнообразие температурных условий. Между верхними слоями воды с выраженными в них сезонными колебаниями температуры и нижними, где тепловой режим постоянен, существует зона температурного скачка, или термоклина. Термоклин резче выражен в теплых морях, где сильнее перепад температуры наружных и глубинных вод.

Суточный и годовой ход температуры на поверхности водоемов и в верхних слоях воды В Суточный и годовой ход температуры на поверхности водоемов и в верхних слоях воды В связи с более устойчивым температурным режимом воды среди гидробионтов в значительно большей мере, чем среди населения суши, распространена стенотермность. Эвритермные виды встречаются в основном в мелких континентальных водоемах и на литорали морей высоких и умеренных широт, где значительны суточные и сезонные колебания температуры. В водоёмах теплообмен, как правило, имеет в большей или меньшей степени турбулентный характер. Поток тепла F 0 между поверхностью водоёма и его более глубокими слоями численно равен изменению теплосодержания водоёма за данный интервал времени и переносу тепла течениями в водоёме.

Различия в тепловом режиме почвы и водоемов Темные почвы, обладающие сравнительно малой отражательной способностью, Различия в тепловом режиме почвы и водоемов Темные почвы, обладающие сравнительно малой отражательной способностью, днем нагреваются, а ночью охлаждаются сильнее, чем светлые. При положительном радиационном балансе тепло от деятельной поверхности передается в более глубокие слои, а часть его передается атмосфере. При отрицательном радиационном балансе тепло из глубины почвы и частично из воздуха, наоборот, поступает к деятельной поверхности. Важную роль для нагревания или охлаждения почвы играют конденсация водяного пара и испарение воды, происходящие на деятельной поверхности. При конденсации выделяется скрытая теплота парообразования, идущая на нагревание почвы. При испарении тепло переходит в скрытое состояние и теряется почвой. Некоторое количество тепла в почве затрачивается также на химические и биологические процессы: усвоение питательных веществ корнями растений, растворение солей и т. д. Нагревание и охлаждение почвы в большой степени зависит от ее теплоемкости, коэффициента теплопроводности и коэффициента температуропроводности. Различают удельную и объемную теплоемкость. Удельной теплоемкостью с называется количество тепла, необходимое для нагревания единицы массы почвы на 1 К. Объемной теплоемкостью соб называется количество тепла, необходимое для нагревания единицы объема почвы на 1 К. Удельная теплоемкость выражается в Дж/(кг · К), объемная – в Дж/(м 3 · К). В метеорологии в основном используется объемная теплоемкость. Для различных минеральных составных частей почвы она колеблется от 0, 84 до 1, 68 МДж/(м 3 · К). Однако объемная теплоемкость в значительной степени зависит от пористости и влажности почвы, т. е. от того, заполнены ли ее поры водой или воздухом.

Различия в тепловом режиме почвы и водоемов Пористость почвы характеризуется отношением объема пор к Различия в тепловом режиме почвы и водоемов Пористость почвы характеризуется отношением объема пор к общему объему взятого образца почвы в процентах. Под влажностью почвы понимают отношение массы воды, имеющейся в почве, к массе абсолютно сухой почвы в процентах. Объемная теплоемкость воды равна 4, 19 МДж/(м 3 · К), а воздуха – 1, 256 к. Дж/(м 3 · К). Теплоемкость различных почв зависит от их химического состава и от количества воздуха и воды, находящихся в порах. Чем больше в почве воды и меньше воздуха, тем больше ее теплоемкость. Теплоемкость сухих почв, поры которых заполнены воздухом, меньше теплоемкости влажных почв, поры которых заполнены водой. В связи с этим сухие почвы при заданном притоке или отдаче тепла нагреваются и охлаждаются сильнее, чем влажные. Мерой теплопроводности почвы служит коэффициент теплопроводности λ, численно равный количеству тепла, проходящего за 1 секунду через основание столба почвы сечением 1 м 2 и высотой 1 м, если разность температур на верхнем и нижнем его основаниях равна 1 К. Коэффициент теплопроводности выражается в Вт/(м · К). У различных минеральных составных частей почвы λ изменяется примерно от 0, 4 до 2, 5 Вт/(м · К). Поскольку у неподвижной воды λ = 0, 54 Вт/(м · К), а у неподвижного воздуха λ = 0, 02 Вт/ (м · К), то К почвы, как и ее теплоемкость, в значительной мере зависит от пористости и влажности почвы. При проникновении воды в почву воздух, содержащийся в порах, вытесняется водой, и λ почвы увеличивается.

Различия в тепловом режиме почвы и водоемов При замерзании почвы ее коэффициент теплопроводности увеличивается, Различия в тепловом режиме почвы и водоемов При замерзании почвы ее коэффициент теплопроводности увеличивается, так как у льда λ = 2, 03 Вт/(м · К), т. е. больше, чем у воды. Определенное влияние на теплопроводность почвы оказывает также ее температура. Однако этим влиянием можно пренебречь, так как оно значительно слабее влияния влажности. Таким образом, при рассмотрении тепловых свойств почвы в первую очередь необходимо учитывать ее пористость и влажность. Изменение этих факторов может изменить тепловые характеристики почвы в два и более раз. Температура почвы также зависит от структуры почвы. Так, например, при прочих равных условиях температура поверхности рыхлой почвы днем выше, а ночью ниже, чем поверхности плотной почвы, так как рыхлая почва обладает меньшим коэффициентом теплопроводности. Кроме того, рыхлая почва имеет шероховатую поверхность, которая днем поглощает, а ночью излучает больше радиации, чем более гладкая поверхность плотной почвы. Нагревание и охлаждение почвы обратно пропорционально ее объемной теплоемкости, а скорость распространения тепла в глубину прямо пропорциональна коэффициенту теплопроводности. Отношение коэффициента теплопроводности почвы λ к ее объемной теплоемкости соб называется коэффициентом температуропроводности,

Различия в тепловом режиме почвы и водоемов Поверхностный слой воды, как и почвы, хорошо Различия в тепловом режиме почвы и водоемов Поверхностный слой воды, как и почвы, хорошо поглощает инфракрасную радиацию. Относительная излучательная способность воды также мало отличается от излучательной способности других естественных поверхностей. Таким образом, условия поглощения и отражения длинноволновой радиации в водных бассейнах и в почве различаются мало. Иначе обстоит дело с коротковолновой радиацией. Вода, в отличие от почвы, представляет для нее прозрачное тело. Поэтому короткие волны, особенно фиолетовые и ультрафиолетовые, проникают в воду на довольно значительную глубину, где радиационное нагревание происходит в слое воды толщиной несколько метров. Существенные различия теплового режима водоемов и почвы вызываются следующими причинами: 1. Теплоемкость воды в 3– 4 раза больше теплоемкости почвы. Поэтому для одинакового их нагревания вода должна получить больше тепла, чем почва. Если к воде и почве поступает одинаковое количество тепла или они отдают одинаковое количество тепла, то температура воды изменится меньше. 2. Частицы воды обладают большой подвижностью, поэтому в водоемах передача тепла в глубь воды происходит не путем молекулярной теплопроводности, как в почве, а в результате более интенсивного процесса – турбулентного перемешивания. Оно состоит в том, что при движении воды в ней создаются вихри, беспорядочно перемещающиеся во всех направлениях и способствующие сильному перемешиванию воды и интенсивному переносу тепла. Вследствие турбулентного перемешивания перенос тепла в глубь водоемов при прочих одинаковых условиях оказывается в 1000— 10 000 раз сильнее переноса его в почве. Охлаждение воды ночью и в холодное время года происходит еще быстрее, чем ее нагревание днем и летом. В этом случае к турбулентности присоединяется термическая конвекция. Она состоит в том, что охлажденные верхние слои воды вследствие увеличивающейся плотности опускаются вниз, а их место занимает относительно теплая вода, поднимающаяся из более глубоких слоев. Термическая конвекция в воде прекращается при осеннем ее охлаждении, когда температура во всех слоях воды достигает +4 °C, так как при этой температуре плотность пресной воды наиболее высока. После этого верхние слои интенсивно охлаждаются и замерзают.

Различия в тепловом режиме почвы и водоемов В океанах и морях большую роль в Различия в тепловом режиме почвы и водоемов В океанах и морях большую роль в перемешивании слоев воды и связанной с ним передаче тепла играет также и испарение. При значительном испарении с поверхности моря верхние слои воды становятся более солеными и плотными, вследствие чего они опускаются. Перемешивание воды в морях и океанах происходит также под влиянием течений и поверхностных волн. В результате того что нагревание и охлаждение в водных бассейнах распространяется значительно глубже, чем в почве, изменение температуры поверхности водоемов происходит медленнее и оказывается меньше, чем изменение температуры поверхности почвы. В суточном ходе минимальная температура поверхности водоемов наступает через два-три часа после восхода Солнца, а максимальная – в 15– 16 часов, т. е. как минимум, так и максимум наблюдаются позднее, чем на поверхности почвы. Амплитуда суточного хода температур поверхности океана в умеренных широтах составляет всего 0, 1– 0, 2 °C, в тропических широтах – 0, 5 °C. В южных морях России она равна 12 °C, а на больших озерах умеренных широт достигает 25 °C. Суточные колебания температуры поверхности воды проникают в глубь водных бассейнов на 15– 20 м, а в отдельных случаях (при сильном перемешивании воды) – глубже (до 50– 70 м). В годовом ходе температуры поверхности водоемов в Северном полушарии минимум наступает в феврале-марте, а максимум – в августе, т. е. также несколько позднее, чем на поверхности почвы. Амплитуда годового хода температур поверхности океанов в тропических широтах составляет около 2– 3 °C, в умеренных – 5– 8 °C. На внутренних морях и глубоководных озерах она достигает 20 °C и более.

Различия в тепловом режиме почвы и водоемов Глубина проникновения годовых колебаний температуры в водоемы Различия в тепловом режиме почвы и водоемов Глубина проникновения годовых колебаний температуры в водоемы составляет 200– 400 м. В суточном ходе потока тепла в почве положительные его значения обычно отмечаются днем, а отрицательные – чаще всего ночью. Роль потока тепла в почве особенно заметна ночью, а в годовом ходе – зимой, когда деятельная поверхность компенсирует потерю тепла излучением в основном именно за счет поступления тепла из более глубоких слоев. Поток тепла в водных бассейнах при одинаковых вертикальных градиентах температуры во много раз больше потока тепла в почве. Так, например, суточные и годовые суммы потока тепла в водоемах примерно в 20– 30 раз больше, чем в почве. Благодаря интенсивному перемешиванию воды в толще морей и океанов накапливается большая часть тепла, поступающего летом на их поверхность. В зимнее же время водные поверхности значительное количество тепла отдают воздуху. Данные о температуре почвы находят широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. Особенно широко они используются в сельском хозяйстве. От температуры почвы в большой степени зависит интенсивность процессов разложения органических веществ, растворения различных солей, гниения и др. Нормальная жизнедеятельность почвенных микроорганизмов может протекать только при некоторых определенных температурах. Температура почвы обусловливает также прорастание семян, появление всходов, скорость начального роста растений. Особенно важны данные о температуре почвы в переходное время года, когда температура на фоне положительных среднесуточных значений на некоторое время опускается ниже 0 °C (заморозки).