В данном и следующем разделах представлены результаты расчетов периодического решения задачи (2.3.1)—(2.3.13), воспроизводящего крупномасштабную климатическую циркуляцию Ладожского озера. Здесь же дается описание других вычислительных экспериментов, связанных с моделированием турбулентности, процесса ледообразования, с изменением параметризации придонного трения, с выявлением влияния рельефа дна и бароклинности, с дроблением сетки для проверки точности вычислений. В основном здесь представлены результаты расчетов по дискретной модели, сформулированной в разделе 2.5. Кроме них мы будем использовать результаты расчетов из работ Г. П. Астраханцева и др. (1987, 1988а).[ ...]
Рассмотрим построенное решение подробно, проводя, когда имеется возможность, сравнение с данными наблюдений. Годовой ход теплового запаса водоема для построенного периодического решения и по данным А. И. Тихомирова (1968, с. 208) представлен на рис. 4. Заметное отличие кривых / и 2 приходится на зимний период. Следует отметить, что информация о теплозапасе водоема в зимний период является наименее надежной, так как она основывается на измерениях в очень малом числе точек. Поскольку в построенном решении использовался тепловой поток, вычисленный по кривой теплозапаса 2, то отличие кривых 1 и 2 связано с наличием рек. Если бы рек не было, то поле температуры определялось бы в модели (2.3.1)—(2.3.13) лишь с точностью до постоянной.[ ...]
Описание эволюции во времени температурного поля водоема по результатам моделирования приведем, следуя принятому в работе А. И. Тихомирова (1968) делению года на гидрологические периоды: весенний, летний, осенний и зимний. На рис. 5—17 представлена температура поверхности озера, а на рис. 18—20 — температура в плоскости вертикального продольного разреза по оси о. Валаам—Волховская губа. Для периода открытой воды (с 15 мая по 15 октября) наряду с результатами расчетов температуры поверхности на рис. 6—16 представлены результаты осреднения данных наблюдений за поверхностью водоема за почти столетний период наблюдений (Науменко и др., 2000).[ ...]
Период весеннего нагревания. Начало этого периода соответствует моменту времени, когда результирующая теплового потока через поверхность водоема становится неотрицательной. По средним многолетним данным — это середина марта. В модели данный момент соответствует 18 марта. Озеро в это время полностью покрыто льдом. На самом деле в течение 60—80-х годов озеро только в одну зиму из трех полностью покрывалось льдом. Последние два десятилетия оно полностью льдом не покрывается. Следует отметить, что тепловой запас водоема существенно меняется в зависимости от того, покрывается озеро льдом полностью или частично.[ ...]
Ледовый покров по результатам моделирования начинает разрушаться с 11 апреля, и к 7 мая площадь льда уменьшается вдвое, а к 17 мая озеро полностью освобождается ото льда (рис. 21). По данным А. И. Тихомирова (1968), полное очищение Ладоги наступает в первой половине мая. Тогда же происходит зарождение термобара. В модели эти явления происходят примерно в те же сроки. По результатам расчетов, в глубоководной части озера температура воды практически постоянна и равна примерно 2 °С. На мелководье, между берегом и термобаром, начинает формироваться термоклин (рис. 6, а, б; 19, а, б). Окончание периода весеннего нагревания связывают с исчезновением термобара. Согласно данным А. И. Тихомирова (1968), это происходит в среднем в середине июля. В модели термобар, идентифицируемый изотермой 4 °С на поверхности, исчезает 10 июля.[ ...]
Здесь и далее на рис. 7—16: а — результаты моделирования, 6 — данные М. А. Науменко и др. (2000).[ ...]
Наибольшего развития (остроты) термоклин достигает июля (рис. 19, г). К этому моменту образуется верхний квазиоднород-ный слой (ВКС) с глубиной 10—12 м, который сохраняется до 4—9 сентября (рис. 19, г; 20, а). Температура от глубины 12 м до 30 м падает на 6—7 °С. Нижняя граница термоклина, если ее считать проходящей по изотерме (в вертикальных сечениях водоема) 6 °С, расположена в глубоководной части на глубинах от 7 до 12 м, а в мелководной части, с глубинами менее 50 м, — 25—30 м (рис. 19, е), а к началу сентября нижняя граница опускается до глубины 50 м (рис. 20, а).[ ...]
К 1 августа разность температур на поверхности озера составляет 9—10 °С (рис. 11, а). Воды с температурой 10—12 °С располагаются в северной части озера, тогда как у истока р. Невы на поверхности вода прогревается до 20—21 °С. Это момент, когда температура поверхности достигает максимума. В дальнейшем, с 1 августа по 1 сентября, разность температур на поверхности уменьшается до 6—7 °С (рис. 19, д; 20, а).[ ...]
В расчетах осенний термический бар, который определяется по наличию изотермы 4 °С на поверхности озера, зарождается 24 октября. Он появляется вблизи южного берега на глубинах 2—7 м (рис. 17, а). На мелководье между термобаром и берегом начинается образование льда. При этом температура в глубоководной области составляет 4—6 °С (рис. 20, в, г). Площадь льда к 30 ноября равна 27 % площади поверхности озера. По данным наблюдений (Тихомиров, 1968), зарождение термобара происходит над глубинами 7—10 м в конце октября, при этом наблюдаемая в глубоководной области температура воды составляет 5—6 °С.[ ...]
Термобар, согласно расчетам, продвигается в глубь озера и к 1 декабря занимает положение над глубинами более 100 м (рис. 17, в). В мелководной области формируется обратная температурная стратификация (рис. 20, д). В глубоководной области наступает гомотермия с температурой воды около 3 °С (рис. 20, е).[ ...]
Рисунки к данной главе:
| Годовой ход удельного теплового запаса. |
 |
| Температура поверхности 1 июня. |
 |
| Температура поверхности 1 июля. |
 |
| Температура поверхности 1 августа. |
 |
| Температура поверхности 1 сентября. |
 |
| Температура в продольном разрезе (результаты моделирования). |
 |
| Годовой ход площади ледового покрова озера. |
 |