ЭМПИРИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ТЕРМИЧЕСКОЙ СТРУКТУРЫ МАЛОГО ПОЛИМИКТИЧЕСКОГО ОЗЕРА ДЛЯ ПЕРИОДА ОТКРЫТОЙ ВОДЫ

Исследовано влияние погодных условий на формирование термической структуры малого полимиктического озера умеренной зоны в период открытой воды на основе анализа данных ежедневных многолетних (2007–2020 гг.) натурных измерений. Показано, что в период весенне-летнего нагревания озера Вендюрское (Карелия) с мая по первую половину августа на температуру верхнего слоя воды (горизонт ~2 м) основное воздействие оказывает синоптическая изменчивость температуры воздуха. На средних глубинах (горизонт ~6 м) влияние синоптических колебаний температуры воздуха на температуру воды существенно уменьшается, при этом возрастает роль сезонных изменений в аккумуляции тепла. В придонном слое (горизонт ~11 м) флуктуации температуры воды, главным образом, определяются эпизодами полного перемешивания озерной водной массы при прохождении циклонов, то есть зависят от усиления ветров, приводящих к полному разрушению стратификации. В период охлаждения озера со второй половины августа до установления ледяного покрова (ноябрь–декабрь), на фоне снижения роли синоптической изменчивости возрастает влияние сезонной изменчивости температуры воздуха на температуру воды. Колебания температуры воздуха объясняют более 50% дисперсии данных температуры воды эпилимниона в период весенне-летнего нагревания и всех слоев водной толщи в период осенне-зимнего охлаждения. Разработана эмпирическая модель зависимости температуры воды от синоптических и сезонных изменений температуры воздуха в период открытой воды. В модели не учитывается теплообмен с донными отложениями, т.к. в период открытой водной поверхности он на 1–2 порядка меньше величины суммарного теплообмена с атмосферой.

1. Бардин М.Ю. Изменчивость температуры воздуха над западными территориями России и сопредельными странами в ХХ веке // Метеорология и гидрология. 2002. № 8. С. 5–23.

2. Всероссийский научно-исследовательский институт гидрометеорологической информации – Мировой центр данных (ВНИИГМИ-МЦД). URL: http://meteo.ru/data/162-temperature-precipitation (Дата обращения 10 сентября 2021 г.).

3. Гавриленко Г.Г., Здоровеннова Г.Э., Здоровеннов Р.Э., Пальшин Н.И., Митрохов А.В., Тержевик А.Ю. Теплопоток на границе вода-донные отложения в небольшом озере // Труды КарНЦ РАН. № 9. Сер. Лимнология. 2015. С. 3–9. https://doi.org/10.17076/lim72

4. Груза Г.В., Ранькова Э.Я. Наблюдаемые и ожидаемые изменения климата России: температура воздуха. Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД, 2012. 194 с.

5. Ефремова Т.В., Пальшин Н.И., Белашев Б.З. Температура воды разнотипных озер Карелии в условиях изменения климата (по данным инструментальных измерений 1953-2011 гг.) // Водные ресурсы. 2016. Т. 43. № 2. С. 228—238.

6. Озера Карелии. Справочник. Петрозаводск: КарНЦ РАН, 2013. 464 с.

7. Пальшин Н.И., Ефремова Т.В. Стохастическая модель годового хода температуры поверхности воды в озерах // Метеорология и гидрология. 2005. № 3. С.85–94.

8. Расписание погоды. URL: http://rp5.ru. (Дата обращения 10 сентября 2021 г.)

9. Резников А.И., Исаченко Г.А. Изменение климатических характеристик западной части тайги Европейской России в конце ХХ-начале ХХI вв. // Известия РГО. 2021. Т. 153. № 1. С. 3–18. https://doi.org/10.31857/S0869607121010055

10. Kuusisto E. Suomen Vestöjen Lämpötilat Kaudella 1961–1975. Water temperature of lakes and rivers in Finland in the period 1961–1975. Vesihallitus – National board of waters, Finland, Helsinki, 1981. 40 p.

11. Liu W., Bocaniov S.A., Lamb K.G., Smith R.E.H. Three-dimensional modeling of the effects of changes in meteorological forcing on the thermal structure of Lake Erie // J. Great Lakes Research. 2014. 40, 4. P. 827–840. https://doi.org/10.1016/j.jglr.2014.08.002

12. Mammarella I., Gavrylenko G., Zdorovennova G., Ojala A., Erkkilä K.-M., Zdorovennov R., Stepanyuk O., Palshin N., Terzhevik A., Vesala T., Heiskanen J. Effects of similar weather patterns on the thermal stratification, mixing regimes and hypolimnetic oxygen depletion in two boreal lakes with different water transparency // Boreal Env. Res. 2018, 23. P. 237–247.

13. Mironov D.V. Parameterization of lakes in numerical weather prediction. Description of a lake model // COSMO Technical Report. Deutscher Wetterdienst, Offenbach am Main, Germany. 11. 2008. 41 p.

14. O’Reilly C. M., et al. Rapid and highly variable warming of lake surface waters around the globe // Geophysical Research Letters. 2015. 42, 24. 10773–10781. https://doi.org/10.1002/2015GL066235

15. Perroud M., Goyette S., Martynov A., Beniston M., Anneville O. Simulation of multiannual thermal profiles in deep Lake Geneva: a comparison of one-dimensional lake models // Limnol. Oceanogr. 2009. 54, 5. P. 1574–1594.

16. Robertson D.M, Ragotzkie R.A. Changes in thermal structure of moderate to large sizes lakes in response to change in air temperature // Aquatic Sciences. 1990. 52, 3. P. 360–380.

17. Rukhovets L.A., Filatov N.N. Ladoga and Onego – Great European Lakes: Observations and Modeling. Springer, 2010. 308 p.

18. Sharma S., Walker S.C., Jackson D.A. Empirical modeling of lake water-temperature relationships: a comparison of approaches // Freshwater Biol. 2008. № 53. P. 897–911.

19. Schneider P., Hook S.J. Space observations of inland water bodies show rapid surface warming since 1985 // Geophys. Res. Lett. 2010. 37, 22. P. 1–5. L22405, https://doi.org/10.1029/2010GL045059

20. Toffolon M., Piccolroaz S., Majone B., Soja A.-M., Peeters F., Schmid M., Wüest A. Prediction of surface temperature in lakes with different morphology using air temperature // Limnol. Oceanogr. 2014. 59(6). P. 2185–2202. https://doi.org/10.4319/lo.2014.59.6.2185

21. Woolway R.I., Merchant C.J. Intralake heterogeneity of thermal responses to climate change: A study of large Northern Hemisphere lakes // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. 2018. 123. P. 3087–3098. doi.org/. https://doi.org/10.1002/2017JD027661

22. Xue P., Pal J.S., Ye X., Lenters J.D., Huang C., Chu P.Y. Improving the Simulation of Large Lakes in Regional Climate Modeling: Two-Way Lake–Atmosphere Coupling with a 3D Hydrodynamic Model of the Great Lakes // Journal of Climate. 2017. 30, 5. P. 1605–1627. https://doi.org/10.1175/JCLI-D-16-0225.1

23. Zhong Y., Notaro M., Vavrus S.J., Foster M.J. Recent accelerated warming of the Laurentian Great Lakes: Physical drivers // Limnol. Oceanogr. 2016. 61, 5. P. 1762–1786. doi.org/ https://doi.org/10.1002/lno.10331