Часть 2. 4 Тепловой баланс моря

 

 

Тепловой баланс моря, который обычно определяется для длительных промежутков времени, выражается в виде алгебраической суммы отдельных составляющих, равной за год (средние многолетние условия) нулю. Эта сумма состоит из значений радиационного баланса, турбулентного теплообмена, затрат тепла на испарение и (или) выделения тепла при конденсации, тепла, выделяемого при ледообразовании и (или) поглощаемого при ледотаянии, тепла речного стока, адвективно-диффузионного переноса тепла.

Первые исследования теплового баланса Белого моря отражены в работе В. В. Тимонова и Л. И. Кузь­ мина [142], в которой на основе теоретических и эмпирических зависимостей между процессами теплообмена и определяющими их факторами рассчитан тепловой баланс Бассейна. Несколько позже А. Ф. Шимко [155] рассчитал отдельные составляющие теплового баланса (радиационный баланс, затраты тепла на испарение и конденсацию). Бо­ лее детальные проработки выполнены Н. Я. Арсеньевой [6], Г. В. Гирдюком [152], В. В. Елисовым (45). В первой из этих трех работ использованы наблюдения береговых и судовых гидрометео­рологических станций за 1914— 1959 гг. Во второй работе объем исходных данных охватывает период с 1900 по 1973 гг. Кроме того, в ней применены различные методики для подсчета составляющих баланса в ледовый и безледный периоды, с учетом уточненных в последние годы параметров в расчет­ных формулах [27]. Аналогичная методика применена и В. В. Елисовым [45], однако им дополнительно оценена адвективная составляющая, обус­ловленная ветровыми течениями. В то же время значения годовых сумм составляющих теплового баланса, полученные Плисовым, вызывают сомне­ние, так как существенно превышают данные, содержащиеся в работах Арсеньевой [6] и Цурикова и Зубакина [152], а также значения, отмечаемые на различных широтах Земли [20].

Поглощенная суммарная солнечная радиация. Формирование вертикальной структуры вод зависит не только от процессов перемешивания, по и от поглощаемой солнечной радиации. Годовая сумма поглощенной солнечной радиации в Белом море составляет (310... 340)  10³ Дж/см². Максимум поглощенной радиации отмечается в июне (73* 10³ Дж/см²), минимум — в январе (0,0 Дж/см²) [45].

 Эффективное излучение представляет собой ба­ланс длинноволновой радиации на уровне подсти­лающей поверхности. 13 Белом море оно довольно изменчиво и колеблется от —21 * 10³ Дж/см² в ноябре до —5,5 * 10³ Дж/см² в феврале [45].

 Радиационный баланс поверхности моря R есть разность между поглощенной радиацией Вк и ­ эффективным излучением водной поверхности Е_эф. Для различных точек Белого моря он характеризуется данными, приведенными в табл. 4.1, которая любезно предоставлена Г. В. Гирдюком. Благодаря тому, что в этих данных учтено влияние облачности на эффективное излучение, значение R на 30—40 % превышает соответствующие значения, приведенные в работе [6] и меньше примерно на 20 % месячных значений в работе [45].

 Судя по работе [45] максимум радиационного баланса Белого моря превышает на 4 Дж /(ем 2 мес) аналогичную величину Балтийского моря.

Турбулентный теплообмен и затраты тепла на испарение. Турбулентный теплообмен поверхности моря с атмосферой за год на акватории Белого моря изменяется от 41,9 до 92,2 кДж/см² (табл.4.1).Тепло, затрачиваемое на испарение, в среднем в 1,4 раза превышает турбулентный теплообмен и составляет за год 83,8— 117,3 кДж/см². Сопоставление значений Р и LE из табл. 4.1 с данными В. П. Хрола [149] показывает, что в январе согласованность между ними хорошая, а в июле данные Хрола завышены.

Годовые значения Р и LE Арсеньевой [6] в среднем на 30% ниже данных табл. 4.1 вследствие неучета больших скоростей ветра в процессах тепло- и влагообмена над свободной ото льда поверхностью моря.

 

 

Тепловой баланс процессов ледообразования и теплообмена через лед. В упомянутых работах Арсеньевой л Гирдюка [6, 152] приведены также и значения теплообмена через лед и суммы теплоты ледообразования и ледотаяния. Первые из них составляют 45,3 и 42,3 кДж/см²  год соответственно, а вторые — 9,6 и 2,9 кДж/см². Теплообмен через лед, хотя и  рассчитан по разным методикам, практически одинаков, что свидетельствует о достоверности расчетов. Суммы теплоты ледообразования и ледотаяния различаются более существенно, однако сама эта составляющая теплового баланса весьма мала. В настоящей работе использована последняя оценка.

Относительная роль составляющих теплового баланса. Из рис. 4.1 можно составить представле ние о соотношении между составляющими теплового баланса при наличии и отсутствии льда на акватории Белого моря. Ледяной покров значительно уменьшает поглощенную солнечную радиацию, но вместе с тем сокращает потери тепла поверхностью моря за счет эффективного излучения, турбулентностного теплообмена и затрат тепла на испарение.

В табл. 4.2 приведены годовые значения составляющих теплового баланса Белого моря (значение адвекции тепла течениями получено как остаточный член уравнения теплового баланса). Из табл. 4.2 следует, что в среднем за год поступление и расход тепла составляют 348 кДж/см². В приходной части основная роль принадлежит поглощенной солнечной радиации (67%) и адвекции тепла течениями (26 ). Расходуется тепло главным образом за счет эффективного излучения (35%), испарения с поверхности моря (29 %) и турбулентного теплообмена (20%).