Особенности изменчивости сезонной структуры термодинамических полей Ладожского озера

Гузиватый, Вадим Викторович

Автореферат диссертации по теме "Особенности изменчивости сезонной структуры термодинамических полей Ладожского озера"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОЗЕРОВЕДЕНИЯ

На права УДК 556

003457588

Гузиватый Вадим Викторович

ОСОБЕННОСТИ ИЗМЕНЧИВОСТИ СЕЗОННОЙ СТРУ ФЫ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПОЛЕЙ ЛАДОЖСКОГО ( 5 А

25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 2008

? 2 ДЕН 2008

003457588

Работа выполнена в Институте озероведения Российской академии наук.

Научный руководитель: доктор географических наук

Науменко Михаил Арсеньевич

Официальные оппоненты: доктор географических наук, профессор

Догановский Аркадий Михайлович

кандидат географических наук, доцент Шилов Игорь Олегович

Ведущая организация: Лимнологический институт

СО РАН (Иркутск)

Защита состоится « декабря 2008 г. в /¿/час. (90 мин. на заседании

Диссертационного совета Д 002.064.01 при Институте озероведения РАН по адресу: 196105 Санкт-Петербург, ул. Севастьянова, д. 9

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Института озероведения РАН. Автореферат разослан «_^>7ноября 2008 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат военных наук В.Ю. Цветков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Особенности структуры термодинамических полей крупнейшего в Европе пресноводного Ладожского озера определяют в значительной степени его экологическое состояние и возможности рационального использования.

Знание особенностей протекания термодинамических процессов в разных частях озера позволяет выявить закономерности их воздействия на условия жизнедеятельности гидробионтов, наметить пути преодоления негативного влияния антропогенной нагрузки и более рационально использовать заложенный Природой огромный потенциал Ладожского озера.

Изучение структуры термодинамических полей Ладожского озера необходимо прежде всего для понимания процессов ответственных за формирование показателей качества вод. Сроки наступления, продолжительность свободной конвекции и стратификации, определение степени заглубления и границ перемешанного слоя играют одну из важных ролей в распределении химических и биологических параметров.

Сегодняшние знания термики крупных озер основываются на усилиях нескольких поколений исследователей по ее изучению. Пристальное внимание к термическому состоянию и его значение для Ладожского озера прослеживается в работах А.П. Андреева (1875), Ю.М. Шокальского(1901), а в своей работе, актуальной и сегодня, И.И. Молчанов (1945) раскрыл основные черты термической структуры озера. Закономерности распределения температуры воды, исследования термического бара, элементы теплового режима крупных озер Мира выявили исследования А.И. Тихомирова (1968, 1982, 1985), М.Н. Шимараева (1997), Е. Bennett (1978), W. Schertzer (1987). Результаты исследований разномасштабных динамических явлений, происходящих в озерах, приведены в работах H.H. Филатова (1983, 1991). Представления о процессах формирования гидрофизических полей Ладожского озера даются в работах А.Ю Тержевика и А.М.Крючкова (1982, 1987). Особенности термического режима и пространственно-временной неоднородности полей, новые подходы в изучении озер с использованием дистанционных методов и цифровых батиметрических моделей обсуждаются в работах М.А. Науменко и С.Г. Каретникова (1989, 1994, 1996, 1998, 2003).

Необходимым этапом развития современной лимнологии является сохранение накопленных многолетних материалов и их представление в виде специализированных баз данных. Значительный объем имеющихся натурных наблюдений за гидрометеорологическими и термодинамическими параметрами Ладожского озера позволяет использовать их при анализе изменений окружающей среды в связи с происходящими глобальными вариациями климата. Представляет значительный интерес получить новые знания о распределении гидрофизических характеристик и связанных, с ними термических и динамических процессов, основываясь на современных компьютерных методах обработки данных. Особое значение приобретают среднемноголетние, ежесуточные пространственные

распределения температуры воды на различных горизонтах, их статистические характеристики и пространственно-временная изменчивость для оценки процессов синоптического масштаба. Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена необходимостью развития представлений о распределении гидрофизических характеристик и недостаточной изученностью изменчивости сезонной структуры термодинамических полей Ладожского озера. Исследования актуальны не только для познания термодинамических процессов Ладожского озера, но и представляет интерес для его экологического моделирования.

Цели и задачи исследования. Цель настоящей работы - выявить особенности сезонного цикла изменчивости термодинамических полей Ладожского озера, крупного димиктического пресноводного озера Европы, на основе созданной специализированной базы данных.

Для достижения цели диссертации были сформулированы и решены следующие задачи:

- сбор архивной лимнологической информации с начала инструментальных измерений на Ладожском озере с 1898 года;

- планирование, организация и проведение натурных наблюдений (за температурой воды и сопутствующими гидрофизическими характеристиками) с экспедиционных судов на Ладожском озере с 1988 года по настоящее время;

- разработка и создание компьютерной базы гидрофизических данных Ладожского озера для сохранения информации о температуре воды с сопутствующими гидрометеорологическими параметрами в едином удобном для обработки формате;

- разработка подходов и создание программных инструментов для анализа изменчивости термодинамических параметров различных районов озера и построение пространственных распределений температуры воды на различных горизонтах на основе статистических методов;

- анализ и оценка возможных климатических вариаций температуры поверхности воды в Ладожском озере на основе собранных данных.

Объект исследования: Ладожское озеро, самое крупное в Европе пресноводное димиктическое озеро.

Предметом исследования являются особенности изменчивости сезонной структуры термодинамических полей Ладожского озера.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:

Впервые созданная гидрофизическая база данных по Ладожскому озеру позволила проводить исследования на качественно новом уровне, расширить и уточнить наши знания о процессах, происходящих в нём.

• Установить различия между лимническими районами в распределении термодинамических характеристик, доступной потенциальной энергии, в сроках наступления, продолжительности свободной конвекции и стратификации, а также оценить вариации теплосодержания и температуры воды для экстремально холодного и экстремально теплого года.

• Разработать методики и получить среднемноголстние, ежесуточные распределения температуры воды и их статистические характеристики на поверхности и горизонтах 20 и 50 метров.

• Оценить климатические тренды температуры поверхности воды глубоководного района озера.

Практическая значимость работы. Результаты, представленные в работе, выполнены по темам Института озероведения РАН: 1991-1995 г.г. «Экспериментальные и теоретические исследования тепло-массопереноса в озере с учетом процессов в пограничных слоях», 1996-2000 г. (Гос. per. №01.9.70004025) «Исследования термогидродинамических процессов в прибрежной зоне большого озера», 2001-2005 г. (Гос. per. №01.200.11.2573) «Изучение гидрологических аспектов трансформации энергии и веществ в разнотипных объектах», 2006-2008 г. (Гос. per. №01.2.00611272) «Изучение пространственно-временной изменчивости характеристик внутриводных гидрологических процессов под влиянием гидрометеорологических факторов», а также ряда хоздоговорных работ. Эти результаты применялись при решении народно-хозяйственных задач и проблем, связанных с рациональным использованием Ладожского озера в водохозяйственных целях, при определении мест водозаборов, размещении и разработке научно-обоснованной стратегии рыбохозяйственного использования озера. Результаты работы входят в качестве гидрологического блока в модели водных экосистем и являются основой для прогноза сезонных изменений гидрохимического и гидробиологического режимов Ладожского озера. Полученные в предлагаемой работе результаты позволили оптимизировать проведение экологического мониторинга Ладожского озера. Практическое применение полученных результатов при совместном использовании дистанционных и контактных методов исследований позволяет оценивать величины аномалий температурных полей Ладожского озера для конкретных периодов времени. Полученные результаты использовались при создании Атласа Ладожского озера в 2002 году.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на итоговых сессиях Ученого Совета, семинарах Лаборатории гидрологии Института озероведения РАН за период с 1998 г. по 2008 г. на II Международном симпозиуме по проблемам Ладожского озера (Иоенсу, 1999), на V конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей" (Москва, 1999), на III Международном симпозиуме по Ладожскому озеру (Петрозаводск, 1999), на IV Международной конференции по интеграции информационных географических систем (GIS) и моделировании окружающей среды (GIS/EM4) (Banff, Alberta, Canada, September 2-8, 2000), на IV Международном симпозиуме по Ладожскому озеру (Великий Новгород, 2002), на VI Всеросийском гидрологическом съезде (СПб, 2004), на Международной конференции "Экологическое состояние континентальных водоёмов северных территорий" (Архангельск, 2005), на международной конференции "Anthropogenic and natural transformations of lakes" (Щецин, 2007 г.), на научной сессии, посвященной 90-летию кафедры гидрологии суши Санкт-Петербургского государственного университета, (СПб, 2008 г.).

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации было опубликовано 23 работы, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах.

Автор непосредственно участвовал в течение 20 лет в экспедиционных работах по сбору первичной информации, принимал участие в создании базы гидрофизических данных, осуществлял обработку, контроль исходных и архивных материалов. Проводил расчеты термодинамических характеристик для различных районов Ладожского озера, пространственных распределений и климатических трендов температуры воды.

Для реализации поставленных целей было написано несколько программ на различных языках программирования. Автор принимал участие в коллективных исследованиях и совместных публикациях, начиная с этапа обсуждения задач, выбора путей их реализации, разработки методик, обработки результатов, анализа, интерпретации данных и формулировании выводов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем работы составляет 133 страницы машинописного текста, иллюстрирована 50 рисунками и 6 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 145 наименований.

Благодарности. Автор выражает искреннюю признательность научному руководителю д.г.н. М.А. Науменко за всестороннюю помощь и поддержку, а также сотрудникам Института озероведения РАН ст.н.с. С.Г. Каретникову и ст.н.с. А.М. Крючкову за помощь в организации и проведении полевых работ, за участие в обсуждении и за полезные замечания. Автор выражает глубокую благодарность команде НИС «Талан» за оказанную помощь при проведении исследований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цели и задачи исследования, показана научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе представлено современное состояние гидрофизических исследований крупных димиктических озер Северо-Запада России.

К димиктическим относят озера, температура воды которых дважды в год переходит через температуру наибольшей плотности пресной воды (4°С), и происходит перемешивание водной толщи до дна (Hutchinson, 1975). При этом происходит важное для экологического состояния озера выравнивание гидрофизических, гидрохимических и гидробиологических характеристик по глубине.

Важное значение для протекания лимнических процессов имеет рельеф дна, форма котловины, распределение глубин и характеристики водосбора (Кондратьев, 2000, 2006, Филатов, 1983, 1991, Крючков, Тержевик, 1982, Семенович, 1966, Распопов, 1990, Усачев, 1985). Формирование термического режима озера происходит под воздействием разнообразных процессов. Значительный вклад в изучение термического режима крупных озер внес А.И. Тихомиров (Тихомиров, 1968, 1973, 1982, 1985). Он подробно изучил историю исследований Ладожского

озера. Впервые для Ладожского озера начаты исследования термического бара, показаны основные черты теплового состояния Ладожского озера. Созданные с использованием современных методов батиметрические модели для Ладожского озера и Онежского озера (Науменко, 1995, 2000), Великих Американских озер (\Vaples, 2005), озера Байкал (Шерстянкин, 2007) позволили уточнить морфометрические характеристики и использовать их для решения самых разнообразных задач.

Во второй главе рассматриваются принципы организации базы гидрофизических данных для Ладожского озера.

Изучение термодинамического состояния Ладожского озера трудно представить без использования хорошо структурированной базы гидрофизических данных.

Не менее важной проблемой является сохранение данных контактных измерений, полученных поколениями исследователей (Андреев, 1875, Шокальский, 1901, Хомен, 1903, Молчанов, 1945), Северо-западного управления Гидрометеорологической службы, Института озероведения РАН.

База гидрофизических данных создавалась для лимнологов широкого профиля, в основу её организации были положены следующие требования: максимальная простота в представлении данных, гибкость создаваемой базы данных, интеграция базы данных с имеющимися операционными системами и программным обеспечением, возможность быстрой адаптации базы данных к любой аппаратной конфигурации и программному обеспечению, возможность работы с базой данных на компьютерах различных поколений и мощности.

В качестве первичной информации для базы данных выступают основные гидрометеорологические параметры и лимнологические характеристики, измеренные в полевых условиях. Структура базы данных основана на том, что каждое измерение температуры воды обязательно сопровождается заполнением ключевых полей (дата, время, координаты, горизонт измерения и глубины места). Она допускает расширение за счет введения дополнительных полей гидрохимических и гидробиологических характеристик.

На Рис.1 представлено местоположение станций, на акватории озера за весь период наблюдений, на которых выполнены измерения.

Рис.1. Местоположение измерений температуры воды.

Наибольшее количество измерений приурочено к главным разрезам, значительно меньше измерений выполнено в мелководной части озера. Общий объём базы составляет около 300000 значений температуры воды и сопутствующих характеристик за период с 1897 по 2007 г.г. Информационная плотность базы данных Ладожского озера превысила 350 изм./км3, что для такого крупного озера является хорошим показателем.

По годам наибольшее количество информации приходится на 1960 г. (рис.2), 1994 г. и период с 2001 г. по настоящее время, когда использовался зонд с высоким пространственным разрешением по вертикали.

"1"|Тт"1.....................

1910 1920 1930 1940 1950 1960

Годы

ГПГПГ

1970 1980 1990 2000

Рис.2. Распределение количества информации в базе данных Ладожского озера по годам.

Принятая структура базы данных позволяет однозначно идентифицировать любое измерение, а также реализовывать возможность конструирования запросов любой степени сложности.

Третья глава посвящена рассмотрению изменчивости термодинамических характеристик в различных районах Ладожского озера.

При исследовании термического режима крупных озер необходимо учитывать, что для озера с различными глубинами гидрологические сезоны будут наступать в разное время и иметь отличающиеся друг от друга характеристики (Науменко, 2000, Палыпин, 2005, Ефремова, 2003). О различных режимах нагревания прибрежной и глубоководной частей Великих Американских озёр сообщал Мортимер (1988). Первым обратил внимание на это И.И. Молчанов, выделив 4 термические зоны (Молчанов, 1945). Учитывая особенности озера, свое деление на районы предложили Ф.А. Черняева (1966), Н.П. Смирнова (1968), А.Ю. Тержевик (1987), Б.Л. Гусаков (1992). В настоящей работе принято районирование, предложенное М.А. Науменко (1995) (рис.3), основанное на цифровой модели Ладожского озера. База гидрофизических данных (Гузиватый и др. 1998, 2000) позволила изучать статистически обоснованные изменения пространственных структур в течение годового цикла. Для периода открытой воды для каждого из лимнических районов по всем данным был рассчитан средний многолетний сезонный ход температуры, плотности воды, вертикальных градиентов, дисперсии,

параметров вертикальной устойчивости и внутренних волн, коэффициентов турбулентного обмена. При вычислении плотности воды использовалась формула СЬеп&МШего (1986), учитывающая сжимаемость воды при увеличении

гидростатического давления.

В мелководном прибрежном районе с глубинами до 18 метров уже во второй декаде мая появляется весенняя термическая фронтальной зоны, связанная с температурой наибольшей плотности 4°С, причем она практически вертикальна от поверхности до дна. В это же время в этом районе начинает формироваться устойчивая плотностная стратификация. Сезонный термоклин изолирует нижележащие слои от ветрового воздействия. Постепенное углубление термоклина происходит с начала июля в центре озера от нескольких метров и достигает 20-30 м к началу сентября. Однако, относительно описанного выше среднего многолетнего распределения глубина и толщина термоклина может изменяться значительно от года к году.

Осенью пространственные температурные неоднородности уже практически не зависят от распределения глубин, и их дисперсии невелики.

В каждом следующем районе термический фронт возникает на поверхности озера с запаздыванием на декаду по сравнению с более мелководным районом. Чем больше средняя глубина района, тем больше различия между временем возникновения фронтального раздела на поверхности воды и его проявлением на придонных горизонтах (рис.4 и рис.5).

Одной из малоиспользуемых в озероведении характеристик является доступная потенциальная энергия (ДПЭ). Она характеризует энергию, необходимую для перемешивания столба воды от поверхности до дна и однородного состояния так, что плотность воды будет одинакова.

Прибрежный мелководный район характеризуется очень малыми величинами ДПЭ. Практически для перемешивания от поверхности до дна необходима незначительная ветровая нагрузка в любое время года при открытой воде, т.к. вертикальные градиенты температуры воды невелики. Начиная с района озёрного уступа, возрастает количество ДПЭ на придонных горизонтах и в поверхностном слое. Увеличение связано, прежде всего, с увеличением толщины слоя (глубины лимнической зоны); чем больше глубина, тем больше необходимо энергии для достижения однородности от поверхности до дна. Основная временная изменчивость обнаруживается в верхнем 30-40-метровом слое, т.е. в слое, где вертикальный градиент плотности больше, чем 10°г/см^.

Рис. 3. Лимническое районирование Ладожского озера по М.А. Науменко (1995).

Ме-исоводный район ( Н < 18 м )

II III IV V VI VII VIII IX X XI хп

Рис.4. Годовой цикл температуры воды для шести лимнических районов Ладожского озера.

Глубоководный район и впадины имеют наибольшее количество ДПЭ по сравнению с остальными районами.

С точки зрения сезонного хода эти два района имеют минимум в июле-августе, а максимум - в осенние месяцы с сентября по ноябрь.

Теплосодержание водной массы озера является важнейшей характеристикой взаимодействия поверхности озера с атмосферой, что определяет способность озера накапливать тепло и представляется необходимым показателем при исследовании климатических изменений. В зависимости от глубины и объёма вод лимнических районов теплосодержание изменяется как по сезонам, так и по акватории озера.

На основе базы данных по термике Ладожского озера рассчитан годовой цикл теплосодержания водной толщи лимнических районов и всего озера в целом для среднегодовых условий с дискретностью 10 дней.

»(hj.. ...ii до 5(1 ч)

V VI V!1 VIII К X XI

Рис. 5. Среднедекадное вертикальное распределение дисперсии температуры воды (°С2) (а) и градиента плотности dp/dz (б) для различных районов Ладожского

озера.

Расчет проводился для каждого района Ладожского озера с использованием цифровой батиметрической модели (Науменко, 1995). Эти данные позволили рассчитать средние годовые значения температуры водной массы всего озера и его лимнических районов (рис. 6), (табл. 1).

На Рис. 6 представлен годовой ход теплосодержания лимнических районов а), общее теплосодержание и средняя температура воды всего озера б). Выявлено существенное различие между лимническими районами по теплосодержанию в период нагревания. Эти различия существуют как в темпах нагревания, так и в абсолютных величинах.

Диапазоны возможных вариаций теплосодержания и температуры воды для экстремально холодного года, а также для экстремально теплого года, могут

составлять несколько градусов, особенно это характерно для периода стратификации (июль-сентябрь).

Районы

Рис.6. Годовой ход теплосодержания лимнических районов (а), теплосодержание всего озера и средней температуры водной толщи (б).

Около 200 дней в году средняя температура водной массы озера меньше 4°С и 165 дней превышает её, достигая максимальной и равной 7.8СС в первой декаде сентября. Минимальную температуру (0.6°С), так же как и наименьшее теплосодержание, водная масса озера имеет в первую декаду апреля. Годовой бюджет озера (разность между минимальным и максимальным теплосодержанием) составляет 36.5-103кал/см . Весенний бюджет озера (разность между минимальным теплосодержанием и теплосодержанием водной массы при температуре наибольшей плотности) составляет 7-10 кал/см2. Нагревание от температуры наибольшей плотности до максимальной температуры требует соответственно 29.5 кал/см2, что составляет более восьмидесяти процентов годового теплового бюджета водной массы Ладожского озера.

Таблица 1.

Средние годовые значения температуры водной толщи Ладожского озера и его

лимнических районов.

Лимнические районы I II III IV V VI Все озеро

Среднегодовая температура водной массы 5.3 4.1 3.6 3.4 3.4 3.5 3.7

Возможные колебания (отклонения от среднего) в теплосодержании и температуре водной толщи лимнических районов составляют до 40% и 3-4°С для мелководного прибрежного района. Такие большие величины могут иметь место в период максимального прогрева в июле-августе. Чем больше глубина лимнического района, тем меньше возможные колебания в теплосодержании и температуре водной толщи. Для наиболее глубоководного района максимальные отклонения от средней величины температуры воды не превышают 1°С.

Глава 4 посвящена пространственному распределению ежесуточной температуры воды Ладожского озера.

Пространственно-временная изменчивость температуры воды определяет эволюцию физико-химических и биологических процессов в течение года.

Представление о пространственном распределении среднемесячной температуры воды Ладожского озера было получено А.И.Тихомировым (1982) по данным за 1956-1963 гг.. Создание базы данных гидрофизических параметров для Ладожского озера позволило по-новому подойти к обработке полевой информации с целью изучения статистически обоснованных изменений в течение периода открытой воды пространственных термических структур озера (Гузиватый и др., 1998).

Методика получения ежесуточных пространственных распределений температуры воды Ладожского озера разработана для наиболее многочисленных данных по температуре поверхности воды. Поверхность озера была разделена равномерной сеткой на 235 квадратов со сторонами 10' по долготе и 5' по широте, что составляет примерно 10x10 км. Величина ячейки сетки выбрана на основе анализа двумерной пространственной автокорреляционной функции термических съемок поверхности озера (Науменко, 1996). На расстоянии более 10 км коэффициент корреляции становится меньше 0.5. Это означает, что связь между температурами поверхности воды в точках, расположенных на расстоянии более 10 км друг от друга, незначительна.

Из базы гидрофизических данных были выбраны все значения температуры воды, относящиеся к поверхности. Использовались все данные для периода открытой воды независимо от года наблюдений (табл. 2).

Таблица 2.

Характеристики исходных данных и коэффициентов детерминации для различных параметров при аппроксимации данных в квадратах.

Параметр Размер квадрата (географ, мин ) Кол-во аппрокси-мационных квадратов Среднее кол-во данных в квадрате Размер сетки интерполяции Размер пикселя (географ, мин.) Амплитуда коэфф детерминации

Температура поверхности 10'х5' 236 112 41x49 5'х2.5' 0.15-0.99

Температура воды на 20 м 1045' 110 45 41x49 5'х2.5' 0 04-0.98

Температура воды на 50 м 20'хЮ' 36 86 41x49 5'х2.5' 0.45-0.87

Для каждого квадрата проводился статистический анализ (Sweers, 1970), (Боровиков, 1997, 2003) и находилась аппроксимационная функциональная зависимость сезонного изменения температуры воды. Для димиктического Ладожского озера характерна асимметрия сезонного хода температуры поверхности воды и всей водной массы. Период нагревания от температуры 4°С короче, чем период охлаждения от максимума до этой температуры. Выбиралась

функция, которая была непрерывна и имела возрастающую и убывающую ветви, отражая сезонное изменение температуры воды. Ранее (Бояринов, 1991, ЬевЫ:, 1992, Гузиватый и др., 1998, Ефремова, 2000), было отмечено, что нагревание озер умеренной зоны идет несколько быстрее, чем охлаждение, поэтому еще одним из условий для аппроксимационной функции была асимметричность её ветвей.

Обычно для аппроксимации сезонного хода температуры поверхности воды озер используется непрерывная функция (ЬезЫ: е1 а1., 1992, Ефремова, 2000). Мы аппроксимируем двумя функциями для того, чтобы отметить два режима нагревания: свободную конвекцию в диапазоне температур от 0°С до 4°С, режим стратификации для температуры выше температуры наибольшей плотности (рис.7).

22

20

18

16

и

14

о.

& 12

сх 0} 10

5 8

и

Ь 6

4 2 -

Рис.7. Пример распределения температуры поверхности воды во времени и аппроксимационной зависимости, независимо от года наблюдения для квадрата, расположенного в глубоководной части Ладожского озера западнее о.Валаам.

Для аппроксимации ежедневного хода температуры поверхности воды, для режима весеннего нагревания воды в условиях свободной конвекции (до 4°С) была применена экспонента: [Ь-Б+с]

Т = а-е[ > (1),

где - В - дата в днях от 1 марта;

- а, Ь, с - эмпирические коэффициенты, вычисляемые для каждого квадрата.

Для режимов летнего нагревания и осеннего охлаждения в результате анализа было определено, что в большем числе квадратов коэффициент детерминации выше у функции, представляющей собой композицию экспоненциальной и степенной:

\с+а-о ]

> (2),

лЬ.

Т = а-Вь-е-где - Т - температура воды в °С;

- Б - дата в днях от 1 марта;

- а, Ь, с, <1 - эмпирические коэффициенты, вычисляемые для каждого квадрата.

-1 . | 1 1 | I I | I—I | I . | . 1—|—.—I

Май Июнь Июль Август Сентябрь Октябрь Ноябрь

Т = ае{

Т = а-й -е'

¡с+й№

Средняя величина коэффициента детерминации для 235 квадратов получилась 0.72, при этом только в 5% случаев этот коэффициент был менее 0.5. Основным критерием выбора формы аппроксимационной зависимости из нескольких формул был коэффициент детерминации, указывающий процент дисперсии исходных данных, описываемый выбранной зависимостью.

Обязательным условием было определение временного интервала применимости каждой зависимости, поскольку аппроксимация действует только на участке времени, обеспеченном данными натурных измерений.

Таким образом, появляется возможность получать ежедневные пространственные распределения температуры поверхности воды на горизонте 20 и 50 метров, что крайне необходимо для анализа структуры термодинамических полей озера и экологического моделирования.

Большие размеры Ладожского озера и значительные перепады глубин способствуют возникновению температурных пространственных неоднородностей. Для их описания были рассчитаны статистические характеристики температуры воды на трех горизонтах: поверхности, 20 м и 50м по данным в равностоящих узлах на начало и конец месяца. Анализ проводился в виде «ящиков с усами», т.е. средних, максимальных и минимальных величин. На Рис.8 представлено статистическое распределение термических характеристик на начало и середину каждого месяца по акватории всего озера.

Наибольшая горизонтальная неоднородность температуры поверхности воды составляет 15-16°С на последних стадиях существования весенней фронтальной зоны (термобара) в первой декаде июля. В этот период интенсифицируются геострофическая циклоническая циркуляция (Охлопкова, 1966).

Для Ладожского озера весенняя фронтальная зона (4°С) существует более двух месяцев (Тихомиров, 1982, Науменко, 1998) и оказывает существенное влияние на биологические и гидрохимические процессы в озере. Для каждого квадрата была определена дата, когда температура равнялась 4°С, т.е. среднее многолетнее положение весеннего фронтального раздела на поверхности Ладожского озера. Построены даты наступления и величины максимальной температуры поверхности воды.

На глубине 20 м, также как и на поверхности Ладожского озера, наибольшие пространственные градиенты возникают до наступления максимума средней температуры на этих горизонтах. О различной тепловой инерции районов с различными глубинами свидетельствует временной сдвиг между наибольшими максимумами и наибольшими минимумами для поверхности и 20 м. Минимумы запаздывают относительно максимумов на 1 месяц. Интенсивное нагревание на глубине 20 метров начинается в период охлаждения поверхности воды после достижения ею максимума температуры, в поверхностном слое начинается процесс свободной конвекции, приводящий к поступлению тепла на нижележащие горизонты. Максимальная средняя температура на горизонте 20 м равна 10°С, и достигает этой величины 15 сентября, когда общее теплосодержание озера уже начинает уменьшаться и составляет 96 % от максимального.

К 15 августа температура поверхности достигает своего максимума (16°С), в это же время, теплосодержание озера составляет всего 81% от максимально возможного. Максимального теплосодержания озеро достигает 1 сентября, когда средняя температура поверхности уже понизилась до 13.5°С.

15 V 15 VI

| | Среднее

15 VII 15 VIII 15 IX 15 X Ср квдр отклонение I Мт-Мах

Рис.8. Статистические характеристики пространственного распределения температуры воды на 0, 20 и 50 м в Ладожском озере.

В начале сентября температуры поверхности воды и воздуха сравниваются практически одновременно по всему озеру и устанавливается нейтральная стратификация приповерхностного слоя воздуха. Наступает период максимального теплосодержания, тогда как охлаждение поверхности озера продолжается. Этот процесс способствует формированию верхнего квазиоднородного слоя (эпилимниона), интенсивному поступлению тепла вглубь и повышению температуры воды на нижележащих горизонтах. Рост температур на глубине идёт до тех пор, пока плотность воды на поверхности и на глубине не сравняются. Нагревание воды на глубине 50 м также интенсифицируется после достижения максимума на глубине 20 м.

Процесс свободной конвекции приводит к нагреванию воды на глубине 50 м до 6.3 °С в начале ноября, в этот период общее теплосодержание уменьшается до 80% от своего максимума.

Таким образом, временной сдвиг между максимумом температуры поверхности и температуры воды на глубине 20 м составляет 1 месяц, а временной сдвиг между максимумом на 20 м и 50 м составляет 1.5 месяца.

Глава 5 посвящена оценке возможных климатических трендов температуры поверхности воды.

Температура поверхности воды крупных озер умеренной климатической зоны может служить индикатором изменений климата. Она является показателем, характеризующим не только температуру верхнего перемешанного слоя и воздуха над ним, но и важна для оценки сезонной вертикальной термической структуры. С. Карпентер (1992) предположил, что потепление климата может привести к непосредственному изменению в вертикальной термической структуре озера, а именно: в величинах вертикальных градиентов температуры, глубине термоклина, различиях между температурами эпи- и гиполимниона.

Анализ приведенных работ (King, 1997, McCormik, 1999, Троицкая, 2003) показывает, что в диапазоне от 41° до 55° северной широты обнаружены положительные климатические тренды температуры поверхности воды крупных озёр.

Как правило, длительные измерения температуры поверхности воды на озёрах проводятся либо на водозаборах или на береговых гидрометеорологических станциях. Эти данные в значительной степени подвергаются как сезонным, так и межгодовым колебаниям уровня, влияющего на термику мелководий. Кроме того, составляющие тепловой баланс прибрежной зоны отличаются от таковых в глубоководных районов. Центральные глубоководные части озёр представляются наиболее репрезентативными районами для выявления возможных климатических трендов в поле температуры поверхности воды из-за их значительной тепловой инерции и отсутствия влияния береговых эффектов.

Существенным вопросом при выявлении и исследовании временных трендов является выбор масштаба (периода) осреднения, т.е. периода, используя который, может быть выявлен значимый тренд. При использовании данных различных масштабов осреднения: сутки, сезон или сгруппированные для выделения какого-либо явления величины трендов имеют существенно различные уровни значимости (Huth, 1999). В работе В. Мирвис (2002) было исследовано влияние периода осреднения на обнаружение трендов температуры воздуха по среднесуточным данным. Было показано, что существуют календарные отрезки с наиболее статистически значимыми трендами продолжительностью две-три недели.

Для определения многолетних трендов из базы гидрофизических данных Ладожского озера были выбраны измерения температуры поверхности воды за период с 1956 г. по 2003 г. Район исследований находится в центральной части Ладожского озера южнее о. Валаам над глубинами от 92 до 140 м.

Для указанного периода были проведены расчеты линейных трендов температуры воды и анализ их статистической значимости при изменении масштабов осреднения в интервале от 1 до 20 суток и сдвигом 1 сутки. Угловой коэффициент линейного тренда определялся при значимых 95% коэффициентах корреляции.

Результаты анализа трендов показаны на Рис.9, в виде двумерной диаграммы, связывающей коэффициент детерминации с масштабом осреднения на

протяжении периода открытой воды с мая по ноябрь для Ладожского озера. Для этого периода можно выделить лишь четыре интервала общей продолжительностью около 4-х декад, когда существуют значимые тренды, т.е. для более 80% общего периода открытой воды трендов в температуре поверхности воды не обнаружено.

Рис. 9. Результаты анализа климатических трендов температуры поверхности воды

центральной части Ладожского озера в безлёдный период, ход вклада тренда в дисперсию временных рядов температуры воды (в %) в зависимости от масштаба

осреднения.

Наибольший коэффициент детерминации, описывающий 30-40% общей изменчивости, достигается при масштабе осреднения от 4 до 8 суток (синоптический период). При большем масштабе осреднения (до 15-20 суток) коэффициент детерминации уменьшается до 10-15% при общем увеличении интервала со значимыми трендами температуры.

Таким образом, если при исследовании трендов температуры воды крупных озёр использовать месячное осреднение, то необходимо помнить, что межгодовые тренды преимущественно существуют для интервалов, сравнимых с синоптическими периодами (несколько дней).

Средняя величина тренда температуры воды в центральной глубоководной части озера в общем не зависит от периода осреднения (не превышающего 20 суток), положительна и составляет 0.05-0.07°/год (рис.10).

Исследования значений интервалов (периодов) с трендами для термического состояния Ладожского озера позволяет сделать заключение, что первый период может способствовать более раннему возникновению стратификации, т.к. наблюдается, когда район подвержен свободной конвекции. Второй - увеличению вертикальных градиентов температуры, третий и четвертый периоды -уменьшению интенсивности свободной конвекции в период охлаждения и, следовательно, увеличению периода стратификации.

2 о 15

р

I. О 10

о Сро |Н1;е

□ 95"иДов интервал ~Т~ мнп-чакс

к

Ш1

5 10 15

Период осреднения. сутки

Рис.10. Статистические характеристики трендов в зависимости от масштабов осреднения

Анализ данных почти за 50 лет для периода открытой воды позволяет сделать вывод, что климатические тренды температуры поверхности воды Ладожского озера имеют место в очень ограниченные отрезки времени, сравнимые с синоптическим периодом.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы, полученные при выполнении диссертационной работы.

1. На основе базы данных по Ладожскому озеру выявлены временные и пространственные различия между лимническими районами, выражающиеся в различных сроках наступления свободной конвекции и устойчивой стратификации, а также в продолжительности этих периодов. Районы с различными глубинами имеют различную тепловую инерцию. Осеннее охлаждение воды озера сопровождается объединением всех районов в один, однородный по своим термодинамическим характеристикам.

2. Полученные величины дисперсии температуры воды закономерно изменяются от месяца к месяцу и по глубинам. Наибольшие величины дисперсии температуры воды на поверхности Ладожского озера возникают в период нагревания у поверхности в начале формирования устойчивой плотностной стратификации. С этого периода дисперсия уменьшается и её максимумы заглубляются. В годовом цикле глубина, начиная с которой межгодовые вариации крайне малы, составляет 50-60 м.

3. Рассчитанные сезонные изменения доступной потенциальной энергии позволили оценить необходимую энергию для перемешивания каждого лимнического района и всего озера до состояния изотермии.

4. Тепловая инерция, выражающая изменение относительно среднего теплосодержания районов и озера в целом для экстремального теплого и экстремально холодного года, увеличивается по мере увеличения глубины района. При возможных отклонениях от среднего состояния наибольшим колебаниям подвергаются мелководные районы озера. Чем больше глубина лимнического

района, тем меньше возможные колебания в теплосодержании и температуре водной толщи. Глубоководные районы даже при экстремально возможных изменениях значительно не изменяют (не превышая 1°С) своё термическое состояние.

5. На основе разработанной методики построения среднесуточных пространственных распределений температуры воды получены схемы продвижения весенней фронтальной зоны.

Максимальные температуры поверхности воды Ладожского озера возникают в зависимости от распределения глубины: в середине июля - в Волховской губе, в середине августа - в глубоководной части озера.

После начала охлаждения поверхности озера в результате свободной конвекции интенсивно нагреваются нижележащие слои. Даты максимальной температуры на поверхности и на горизонтах 20 и 50 м отличаются друг от друга от 1 до 1.5 месяцев. От поверхности к глубинным горизонтам происходит уменьшение сезонных амплитуд температуры воды в 2 раза, а пространственных амплитуд температуры воды до 8 раз.

6. Анализ данных за 50 лет для периода открытой воды позволяет выявить наличие положительных климатических трендов 0.05-0.07°/год, температуры поверхности воды Ладожского озера для очень ограниченных отрезков времени, сравнимых с синоптическим периодом.

Основные публикации по теме диссертации: Статьи, опубликованные в журналах из списка ВАК:

1. Гузиватый В. В., Каретников С.Г., Науменко М.А. Опыт создания и использования банка термических данных Ладожского озера // География и природные ресурсы. 1998. № 3. С. 89-96.

2. Науменко М.А., Каретников С.Г., Гузиватый В.В. Пространственно-временная термическая дифференциация вод Ладожского озера // Доклады АН. 2000. Т. 373. № 2. С. 247-250.

3. Науменко М.А., Гузиватый В.В., Каретников С.Г. О климатических трендах температуры поверхности воды Ладожского озера в безлёдный период // Доклады АН. 2006. Т.408. № 5. С.675-678.

Статьи, опубликованные в других изданиях:

4. Karetnikov S., Naumenko M., Guzivaty V. Combined vessel and satellite IR and SAR measurements in studies of surface phenomena in Lake Ladoga // Proc.the Second Int.Lake Ladoga Symp., Publ.of Karelian Institute. № 117. Joensuu. 1997. P. 179-184.

5. Naumenko M., Karetnikov S., Guzivaty V. Mean thermal pattern of Lake Ladoga: results of a database // In:Peltonen A., Huttula T. & Viljanen M. (eds). Proceedings of the workshop on numerical models - a case study of Lake Ladoga. University of Joensuu.Publ.Karelian Institute. Working Parers. № 5. 1998. P. 5057.

6. Naumenko M, Guzivaty V., Karetnikov S. Spatial distribution of daily mean surface temperatures in Lake Ladoga from May to November. In:Peltonen A.,

Gronlund & Viljanen (eds.). Proc.the Third Int.Lakc Ladoga Symp. 1999, University of Jocnsuu.Publ.of Karelian Institute. №.129. 2000. P. 442-447.

7. Naumenko M, Guzivaty V., Karetnikov S. The thermal regions of Lake Ladoga. In:PeItonen A., Gronlund & Viljanen (eds.). Proc. the Third Int. Lake Ladoga Symp. 1999, University of Joensuu. Publ. of Karelian Institute. №.129. 2000. P. 437-441.

8. Гузиватый В. В., Каретников С.Г., Науменко М.А., Крючков A.M. Применение базы данных Ладожского озера для решения проблем окружающей среды // Ладожское озеро, под. ред. Н. Н. Филатова. Петрозаводск. 2000. С.436-442.

9. Науменко М.А., Авинский В.А., Барбашова М.А., Гузиватый В.В., Каретников С.Г., Капустина Л.Л., Летанская Г.И., Расплетина Г.Ф., Распопов И.М., Рычкова М.А., Слепухина Т.Д., Черных О.А. Современное экологическое состояние Волховской губы Ладожского озера // Экологическая химия. 2000. Т. 2. № 9. С. 90-105.

10. Науменко М.А., Каретников С.Г., Гузиватый В.В. Ежедневные средние пространственные распределения температуры поверхности воды Ладожского озера с мая по ноябрь // Ладожское озеро, под ред. Н.Н. Филатова. Петрозаводск. 2000. С. 335-345.

11. Науменко М.А., Каретников С.Г., Гузиватый В.В. Термическое районирование Ладожского озера // В кн. Ладожское озеро, под ред. Н.Н. Филатова. Петрозаводск. 2000. С.324-330.

12. Naumenko М. A., Guzivaty V.V., Karetnikov S.G. Lake Ladoga thermal database-Institute of Limnology (IL) // Hydrological monitoring and modelling of Lake Ladoga with recommendations for further research. University of Joensuu.: Publ.of Karelian Institute. 2000. № 2. P. 11-21.

13. Naumenko M, Karetnikov S., Guzivaty V. Mean daily spatial surface temperature at Lake Ladoga: a new approach from thermal information-diagnostic system // Proc. 4th International Conference on Integrating Geographic Information Systems (GIS) and Environmental Modeling: Problems, Prospects,and Needs for Research. (GIS/EM4). Sep. 2-8. 2000 (CD-ROM, ISBN:0-9743307-0-l) http://www.colorado.edu/research/cires/banff/pubpapers/246/.

14. Guzivaty V., Karetnikov S., Naumenko M. Application of a Lake Ladoga database to the solving of environmental problems // In: Peltonen A., Gronlund & Viljanen (eds).Proc.the Third Int.Lake Ladoga Syinp.1999. University of Joensuu.Publ. of Karelian Institute. № 129. 2000. P. 393-398.

15. Науменко M.A., Каретников С.Г., Гузиватый В.В. Ладожское озеро. Атлас. Петербург. 2002. Карты на С. 32, 33, 66-75,78-79.

16. Науменко М.А., Каретников С.Г., Гузиватый В.В. Средние многолетние термодинамические характеристики Ладожского озера // Труды IV Межд. симпозиума по Ладожскому озеру «Охрана и рациональное использование водных ресурсов Ладожского озера и других больших озёр». СПб. 2003. С. 180-184.

17. Naumenko M., Karetnikov S, Guzivaty V. 3-D thermal structure of Lake Ladoga: a new approach and results // Proc. 7thWorkshop on Physical processes in natural waters. 2-5 July 2003. Northern Water Problems Institute. Petrozavodsk. 2003. P. 45-49.

18. Naumenko M., Karetnikov S, Guzivaty V. Thermodynamic characteristics of Lake Ladoga // In H.Simola, Terzhevik A.Yu., M.Viljanen and I.J. Hopolainen (eds.). 4th Intern. Lake Ladoga Symposium, Velikiy Novgorod, Russia, 2-6 Sep. 2002. Joensuu: Joensuun Yliopisto. 2003. P. 90-95.

19. Науменко M.A., Каретников С.Г., Гузиватый В.В. Сезонные особенности термогидродинамического режима крупного димиктического озера // Труды межд. конф. «Экологическое состояние континентальных водоёмов северных территорий». СПб. Наука. 2005. С.154-161.

20. Науменко М.А., Каретников С.Г., Гузиватый В.В. Гидрология Ладожского озера в начале XXI века: результаты и проблемы. Доклады VI Всероссийского гидрологического съезда. 28 сентября-1 октября 2004 г. СПб. Секция 1. М., Метеоагенство Росгидромета. 2006. С. 178-183.

21. Naumenko М., Karetnikov S., Guzivaty V. Thermal regime of Lake Ladoga as typical dimictic lake // Limnological Review. 2007. V. 7. № 2. P. 63-70.

22. Naumenko M, Karetnikov S., Guzivaty V. Thermal regime of Lake Ladoga as typical dimictic lake // In Kubiak J., Bajkiewicz-Grabowska E. (eds.), 2007. Anthropogenic and natural transformations of lakes. Abstracts of XI Zjazd Limnologow Polskich. Szczecin. P. 83-85.

23. Науменко M.A., Каретников С.Г, Гузиватый В.В. Многолетние тренды температуры, прозрачности воды и ледовых условий Ладожского озера за последние пятьдесят лет. Тезисы научной сессии, посвященной 90 летию Кафедры гидрологии ЛГУ 26-27 марта 2008 г. СПб. С. 70-71.

Подписано в печать 14.11.2008г. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ № 958.

Отпечатано в ООО «Издательство "ЛЕМА"»

199004, Россия, Санкт-Петербург, В.О., Средний пр., д.24, тел./факс: 323-67-74 e-mail: izd_lema@mail.ru http ://w ww .lemaprint.ru

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Гузиватый, Вадим Викторович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ

ИССЛЕДОВАНИЙ КРУПНЫХ ДИМИКТИЧЕСКИХ ОЗЕР СЕВЕРО-ЗАПАДА РОССИИ.

1.1. Климатические особенности.

1.2. Характеристика водосбора Ладожского озера.

1.3. Морфометрия Ладожского озера.

1.4. Термический режим.

ГЛАВА 2. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИЯМ БАЗЫ ГИДРОФИЗИЧЕСКИХ

ДАННЫХ ЛАДОЖСКОГО ОЗЕРА.

2.1. Необходимость в создании гидрофизической базы данных Ладожского озера.

2.2. Источники исходной информации для компьютерной базы данных.

2.4. Структура базы данных.

2.5. Количественная характеристика базы данных.

ГЛАВА 3. ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК В РАЗЛИЧНЫХ РАЙОНАХ ЛАДОЖСКОГО ОЗЕРА.

3.1. Районирование Ладожского озера.

3.2. Сезонный ход термодинамических характеристик в различных районах Ладожского озера.

3.2.1. Материалы и методика.

3.2.2. Среднемесячные температуры воды Ладожского озера.

3.2.3. Вертикальное распределение температуры воды и ее дисперсии для различных районов Ладожского озера.

3.2.4. Вертикальное распределение параметров устойчивости для различных районов Ладожского озера.

3.2.5. Распределение температуры приводного слоя воздуха для различных районов.

3.3. Доступная потенциальная энергия лимнических районов Ладожского озера.

3.4. Годовой цикл теплосодержания Ладожского озера и его роль в различные годы.

ГЛАВА 4. ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ЕЖЕСУТОЧНОЙ

ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ ЛАДОЖСКОГО ОЗЕРА.

4.1. Материалы и методика.

4.2. Ежесуточные среднемноголетние пространственные распределения температуры воды на поверхности, горизонтах 20 и 50 м.

4.3. Статистические характеристики и особенности температурного режима.

ГЛАВА 5. ОЦЕНКА ВОЗМОЖНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ ТРЕНДОВ

ТЕМПЕРАТУРЫ ПОВЕРХНОСТИ ВОДЫ.

5.1. Материалы и методика.

5.2. Климатические тренды синоптических масштабов температуры поверхности воды Ладожского озера.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Особенности изменчивости сезонной структуры термодинамических полей Ладожского озера"

Актуальность темы. Особенности структуры термодинамических полей крупнейшего в Европе пресноводного Ладожского озера определяют в значительной степени его экологическое состояние и возможности рационального использования.

Знание особенностей протекания термодинамических процессов в разных частях озера позволяет выявить закономерности их воздействия на условия жизнедеятельности гидробионтов, наметить пути преодоления негативного влияния антропогенной нагрузки и более рационально использовать заложенный Природой огромный потенциал Ладожского озера.

Изучение структуры термодинамических полей Ладожского озера необходимо прежде всего для понимания процессов ответственных за формирование показателей качества вод. Сроки наступления, продолжительность свободной конвекции и стратификации, определение степени заглубления и границ перемешанного слоя играют одну из важных ролей в распределении химических и биологических параметров.

Сегодняшнее знания термики крупных озер основываются на усилиях нескольких поколений исследователей по ее изучению. Пристальное внимание к термическому состоянию и его значение для Ладожского озера прослеживается в работах А.П. Андреева [4], Ю.М. Шокальского [138], а в своей работе, актуальной и сегодня, И.И. Молчанов [59] раскрыл основные черты термической структуры озера. Закономерности распределения температуры воды, исследования термического бара, элементы теплового режима крупных озер Мира выявили исследования А.И. Тихомирова [92], [93], [94], М.Н. Шимараева [107], Е. Bennett [114], W. Schertzer [137]. Результаты исследований разномасштабных динамических явлений, происходящих в озерах, приведены в работах Н.Н. Филатова [100], [101]. Представления о процессах формирования гидрофизических полей Ладожского озера даются в работах А.Ю Тержевика и А.М.Крючкова [51],

52], [90]. Особенности термического режима и пространственно-временной неоднородности полей, новые подходы в изучении озер с использованием дистанционных методов и цифровых батиметрических моделей обсуждаются в работах М.А. Науменко и С.Г. Каретникова [61], [71], [72], [135], [136].

Необходимым этапом развития современной лимнологии является сохранение накопленных многолетних материалов и их представление в виде специализированных баз данных. Значительный объем имеющихся натурных наблюдений за гидрометеорологическими и термодинамическими параметрами Ладожского озера позволяет использовать их при анализе изменений окружающей среды в связи с происходящими глобальными вариациями климата. Представляет значительный интерес получить новые знания о распределении гидрофизических характеристик и связанных с ними термических и динамических процессов, основываясь на современных компьютерных методах обработки данных. Особое значение приобретают среднемноголетние, ежесуточные пространственные распределения температуры воды на различных горизонтах, их статистические характеристики и пространственно-временная изменчивость для оценки процессов синоптического масштаба. Таким образом, актуальность темы диссертации обусловлена необходимостью развития представлений о распределении гидрофизических характеристик и недостаточной изученностью изменчивости сезонной структуры термодинамических полей Ладожского озера. Исследования актуальны не только для познания термодинамических процессов Ладожского озера, но и представляет интерес для его экологического моделирования.

Цели и задачи исследования. Цель настоящей работы - выявить особенности сезонного цикла изменчивости термодинамических полей Ладожского озера, крупного димиктического пресноводного озера Европы, на основе созданной специализированной базы данных.

Для достижения цели диссертации были сформулированы и решены следующие задачи: сбор архивной лимнологической информации с начала инструментальных измерений на Ладожском озере с 1898 года;

- планирование, организация и проведение натурных наблюдений (за температурой воды и сопутствующими гидрофизическими характеристиками) с экспедиционных судов на Ладожском озере с 1988 года по настоящее время;

- разработка и создание компьютерной базы гидрофизических данных Ладожского озера для сохранения информации о температуре воды с сопутствующими гидрометеорологическими параметрами в едином удобном для обработки формате;

- разработка подходов и создание программных инструментов для анализа изменчивости термодинамических параметров различных районов озера и построение пространственных распределений температуры воды на различных горизонтах на основе статистических методов;

- анализ и оценка возможных климатических вариаций температуры поверхности воды в Ладожском озере на основе собранных данных.

Объект исследования: Ладожское озеро, самое крупное в Европе пресноводное димиктическое озеро.

Предметом исследования являются особенности изменчивости сезонной структуры термодинамических полей Ладожского озера.

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту:

Впервые созданная гидрофизическая база данных по Ладожскому озеру позволила проводить исследования на качественно новом уровне, расширить и уточнить наши знания о процессах, происходящих в нём.

• Установить различия между лимническими районами в распределении термодинамических характеристик, доступной потенциальной энергии, в сроках наступления, продолжительности свободной конвекции и стратификации, а также оценить вариации теплосодержания и температуры воды для экстремально холодного и экстремально теплого года.

• Разработать методики и получить среднемноголетние, ежесуточные распределения температуры воды и их статистические характеристики на поверхности и горизонтах 20 и 50 метров.

• Оценить климатические тренды температуры поверхности воды глубоководного района озера.

Практическая значимость работы. Результаты, представленные в работе, выполнены по темам Института озероведения РАН: 1991-1995 г.г. «Экспериментальные и теоретические исследования тепло—массопереноса в озере с учетом процессов в пограничных слоях», 1996-2000 г. (Гос. per. №01.9.70004025) «Исследования термогидродинамических процессов в прибрежной зоне большого озера», 2001-2005 г. (Гос. per. №01.200.11.2573) «Изучение гидрологических аспектов трансформации энергии и веществ в разнотипных объектах», 2006-2008 г. (Гос. per. №01.2.00611272) «Изучение пространственно-временной изменчивости характеристик внутриводных гидрологических процессов под влиянием гидрометеорологических факторов», а также ряда хоздоговорных работ. Эти результаты применялись при решении народно-хозяйственных задач и проблем, связанных с рациональным использованием Ладожского озера в водохозяйственных целях, при определении мест водозаборов, размещении и разработке научно-обоснованной стратегии рыбохозяйственного использования озера. Результаты работы входят в качестве гидрологического блока в модели водных экосистем и являются основой для прогноза сезонных изменений гидрохимического и гидробиологического режимов Ладожского озера. Полученные в предлагаемой работе результаты позволили оптимизировать проведение экологического мониторинга Ладожского озера. Практическое применение полученных результатов при совместном использовании дистанционных и контактных методов исследований позволяет оценивать величины аномалий температурных полей Ладожского озера для конкретных периодов времени. Полученные результаты использовались при создании Атласа Ладожского озера в 2002 году.

Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на итоговых сессиях Ученого Совета, семинарах Лаборатории гидрологии Института озероведения РАН за период с 1998 г. по 2008 г. на II Международном симпозиуме по проблемам Ладожского озера (Иоенсу, 1999), на V конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей" (Москва, 1999), на III Международном симпозиуме по Ладожскому озеру (Петрозаводск, 1999), на IV Международной конференции по интеграции информационных географических систем (GIS) и моделировании окружающей среды (GIS/EM4) (Banff, Alberta, Canada, September 2-8, 2000), на IV Международном симпозиуме по Ладожскому озеру (Великий Новгород, 2002), на VI Всеросийском гидрологическом съезде (СПб, 2004), на Международной конференции "Экологическое состояние континентальных водоёмов северных территорий" (Архангельск, 2005), на международной конференции "Anthropogenic and natural transformations of lakes" (Щецин, 2007 г.), на научной сессии, посвященной 90-летию кафедры гидрологии суши Санкт-Петербургского государственного университета, (СПб, 2008 г.).

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации было опубликовано 23 работы, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах.

Автор непосредственно участвовал в течение 20 лет в экспедиционных работах по сбору первичной информации, принимал участие в создании базы гидрофизических данных, осуществлял обработку, контроль исходных и архивных материалов. Проводил расчеты термодинамических характеристик для различных районов Ладожского озера, пространственных распределений и климатических трендов температуры воды.

Для реализации поставленных целей было написано несколько программ на различных языках программирования. Автор принимал участие в коллективных исследованиях и совместных публикациях, начиная с этапа обсуждения задач, выбора путей их реализации, разработки методик, обработки результатов, анализа, интерпретации данных и формулировании выводов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. Общий объем работы составляет 133 страницы машинописного текста, иллюстрирована 50 рисунками и 6 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 145 наименований.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Гузиватый, Вадим Викторович

Основные результаты и выводы проделанной работы:

1. На основе базы данных по Ладожскому озеру выявлены временные и пространственные различия между лимническими районами, выражающиеся в различных сроках наступления свободной конвекции и устойчивой стратификации, а также в продолжительности этих периодов. Районы с различными глубинами имеют различную тепловую инерцию. Осеннее охлаждение воды озера сопровождается объединением всех районов в один, однородный по своим термодинамическим характеристикам.

2. Полученные величины дисперсии температуры воды закономерно изменяются от месяца к месяцу и по глубинам. Наибольшие величины дисперсии температуры воды на поверхности Ладожского озера возникают в период нагревания у поверхности в начале формирования устойчивой плотностной стратификации. С этого периода дисперсия уменьшается и её максимумы заглубляются. В годовом цикле глубина, начиная с которой межгодовые вариации крайне малы, составляет 50-60 м.

3. Рассчитанные сезонные изменения доступной потенциальной энергии позволили оценить необходимую энергию для перемешивания каждого лимнического района и всего озера до состояния изотермии.

4. Тепловая инерция, выражающая изменение относительно среднего теплосодержания районов и озера в целом для экстремального теплого и экстремально холодного года, увеличивается по мере увеличения глубины района. При возможных отклонениях от среднего состояния наибольшим колебаниям подвергаются мелководные районы озера. Чем больше глубина лимнического района, тем меньше возможные колебания в теплосодержании и температуре водной толщи. Глубоководные районы даже при экстремально возможных изменениях значительно не изменяют (не превышая 1°С) своё термическое состояние.

5. На основе разработанной методики построения среднесуточных пространственных распределений температуры воды получены схемы продвижения весенней фронтальной зоны.

Максимальные температуры поверхности воды Ладожского озера возникают в зависимости от распределения глубины: в середине июля - в Волховской губе, в середине августа - в глубоководной части озера.

После начала охлаждения поверхности озера в результате свободной конвекции интенсивно нагреваются нижележащие слои. Даты максимальной температуры на поверхности и на горизонтах 20 и 50 м отличаются друг от друга от 1 до 1.5 месяцев. От поверхности к глубинным горизонтам происходит уменьшение сезонных амплитуд температуры воды в 2 раза, а пространственных амплитуд температуры воды до 8 раз.

6. Анализ данных за 50 лет для периода открытой воды позволяет выявить наличие положительных климатических трендов 0.05-0.07°/год, температуры поверхности воды Ладожского озера для очень ограниченных отрезков времени, сравнимых с синоптическим периодом.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Гузиватый, Вадим Викторович, Санкт-Петербург

1. Алекин О. А. Основы гидрохимии. JL: Гидрометиздат. 1970. 444 с.

2. Алексеевский Н. И., Михинов А.Е., Формирование и динамика наносов в речной сети и береговой зоне водоемов / Итоги науки и техники. Т. 8., М.: ВИНИТИ. 1991. 184 с.

3. Андреев А. П. Ладожское озеро и гидрографические работы, проводимые на нем в настоящее время // Зап. по общей географии. ИРГО. 1867. Т. 1.(с картой). С. 1-16.

4. Андреев А. П. Ладожское озеро. Санкт-Петербургъ. 1875. 151 с.

5. Антопогенное эвтрофирование Ладожского озера. 1982. Л.: Наука. 304 с,

6. Антропогенные воздействия на водные ресурсы России и сопредельных государств в конце XX столетия / Отв. ред.: Н.И. Коронкевич, И. С. Зайцева. М.: Наука. 2003. 367 с.

7. Ануфриев И.Е. Самоучитель MatLab 5.3/б.х. СПб.: БХВ. 2002. 766 с.

8. Астраханцев Г. П., Меншуткин В.В., Петрова Н.А., Руховец Л.А. Моделирование экосистем больших стратифицированных озер. СПб.: Наука. 2003. 363 с.

9. Белкин И. М. Морфолого-статистичкский анализ стратификации океана. Л.: Гидрометиздат. 1991. 134 с.

10. Берг Л.С. Физико-географические (ландшафтные) зоны СССР. Ч. 1. 1936. Л.: ЛГУ. 430 с.

11. И. Богословский Б.Б. Озероведение. М.: МГУ. 1960. 335 с.

12. Боровиков В. П. Statistica. Искусство анализа данных на компьютере. СПб.: Питер. 2003. 688 с.

13. Боровиков В. П., Боровиков И.П. Statistica. Статистический анализ и обработка данных в среде Windows. М.: Филинъ. 1997. 608 с.

14. Бояринов П.М., Петров М.П. Процессы формирования термического режима глубоких пресноводных водоёмов. Л.: Наука. 1991. 178 с.

15. Веселова М.Ф., Кириллова В.А. Климатические особенности Ладожского озера. Гидрологический режим и водный баланс Ладожского озера // Труды Лабор. озероведения ЛГУ. Л. 1966. С. 81-103.

16. Владимиров A.M., Орлов В.Г., Сакович В.М. Экологические аспекты использования и охраны водных ресурсов. СПб.: РГГМИ. 1997. 126 с.

17. Воронцов П. А. О бризах Ладожского озера // Труды ГГО. 1958. вып. 73. С.87-106.

18. Временные методические указания по машинной обработке и контролю данных гидрометеорологических наблюдений // Вып. 6. разд. 1. Обнинск. 1975. 84 с.

19. Гидрологический режим и водный баланс Ладожского озера // Труды Лаб. озероведения ЛГУ, 1966. Т. 20. 323 с.

20. Горелова Э.М. Основные тенденции климатических процессов в пределах водосборного бассейна // Антопогенное эвтрофирование Ладожского озера. Л.: Наука. 1982. С. 13-31.

21. Гузиватый В. В., Каретников С.Г., Науменко М.А. Опыт создания и использования банка термических данных Ладожского озера // География и природные ресурсы. 1998. № 3. С. 89-96.

22. Гузиватый В. В., Каретников С.Г., Науменко М.А., Крючков A.M. Применение базы данных Ладожского озера для решения проблем окружающей среды // Ладожское озеро. Под. Ред. Н. Н. Филатова. Петрозаводск. 2000. С.436-442.

23. Гусаков Б. Л., Тержевик А.Ю. Лимническое ройонирование и особенности озерных процессов в лимнических зонах // Ладожское озеро. Критерии состояния экосистемы. Под. ред. Н.А.Петрова, А.Ю. Тержевик. СПб.: Наука. 1992. С. 21-26.

24. Давыдова Н.Н., Субетто Д.А. Геоэкологический мониторинг Ладожского озера по палеолимнологическим данным // Ладожское озеро. Под ред. Н.Н. Филатова. Петрозаводск. 1999. С. 66-75.

25. Дмитриева Е. В., Ростов И.Д. База данных океанологических экспедиций ТОЙ ДВО РАН // Информатика и моделирование в океанологических исследованиях. Владивосток: Дальнаука. 1999. С. 3-13.

26. Добролюбов С.А., JIanno С.С., Лебедев В.Л. Основные концепции современной океанологии // Вестник Московского университета. 2005. № 1.С. 98-108.

27. Догановский A.M., Малинин В.Н. Гидросфера Земли. СПб. Гидрометиздат. 2004. 630 с.

28. Догановский A.M., Мякишева Н.В. Ледовый режим Ладожского озера // Ладожское озеро. Под ред. Н.Н. Филатова. Петрозаводск. 1999. С. 365372.

29. Единая государственная система информации об обстановке в Мировом океане. ЕСИМО. http://data.oceaninfo.ru.

30. Ефремова Т. В., Палынин Н.И. Влияние морфометрии и климатических факторов на термический режим крупных озер // Труды IV Международного симпозиума по Ладожскому озеру. СПб. 2003. С. 8690.

31. Ефремова Т. В., Петров М. П. Характеристики термического режима Онежского озера // Ладожское озеро. Петрозаводск. 2000. С. 330-335.

32. Ефремова Т.В., Палынин Н.И. Формирование вертикальной термической структуры озер Северо-Запада России и Финляндии. // Вод. ресурсы. 2003. Т. 30. №6. С. 696-706.

33. Зайков Б.Д. Очерки по озероведению. Л.: Гидрометиздат. Ч. I. 1955 272 с.

34. Иванов В. В. Методы и програмные средства анализа судовых экспедиционных наблюдений. СПБ.: Гидрометеоиздат. 2000. 91 с.

35. Иванова 3. М., Кириллова В.А. Расчер речного стока в Ладожское озеро и сток реки Невы // Труды Лабор. озероведения ЛГУ. 1966. Т. 20. С. 119132.

36. Изотова А.Ф. Турбулентный тепло- и влагообмен больших озёр. Л.: Наука. 1982. 144 с.

37. Исследование и моделирование гидрофизических процессов в Черном море. Под. ред. С.П. Левикова. М.: Гидрометеоиздат. 1989. 140 с.

38. Калесник С.В. Комплексная ладожская экспедиция // Вопросы современной лимнологии. Л.: Наука. 1973. С. 6-8.

39. Каменкович В.М. Монин А.С. Океанология. Физика океана Т. 1 Гидрофизика океанаМ.: Наука. 1978. 455 с.

40. Каратыгин С. А., Ф. Тихонов. Работа в Paradox для Windows 5.0 на примерах. М.: Бином. 1995. 512 с.

41. Кириллова В. А., Малинина Т.И. Речной сток и водный баланс озера // Антропогенное эвтрофирование Ладожского озера. Под. ред. Н. А. Петровой. Л.: Наука. 1982. С. 13-31.

42. Климат Карелии: изменчивость и влияние на водные объекты и водосборы // Под ред. Н.Н Филатова. Петрозаводск: Карельский научный центр РАН. 2004. 224 с.

43. Колпачников А. Н., Слободин В.П., Феопентов С.А. Справочно-информационная система и программный комплекс для анализа биологической и океанографической информации. Препринт Мурманского морского биологического института. Апатиты. 1992. 50 с.

44. Кондратьев С. А., Ульянова Т.Ю., Моисеенков А.И., Измайлова А.В., Шкребец А.Е. Информационное обеспечение работ по изучению водных ресурсов Ладожского озера и его бассейна // Водные ресурсы 2006. Т. 33. №5. С. 538-542.

45. Коровин В .П., Чверткин Е.И. Морская гидрометрия. Л.: Гидрометеоиздат. 1988. 162 с.

46. Кошечкин Б.И. Происхождение и строение котловины Ладожского озера // Ладожское озеро. Критерии состояния экосистемы. Л.: Наука. 1992. С. 7-20.

47. Крайзмер Л. П., Кулик Б.А. Персональный компьютер на вашем рабочем месте. Л.: Лениздат. 1991. 286 с.

48. Крючков A.M., Тержевик А.Ю. Влияние процесса антропогенного эвтрофирования Ладожского озера на качество воды р. Невы // Антропогенное эвтрофирование Ладожского озера. Л.: Наука. 1982. С. 210-213.

49. Крючков A.M., Тержевик А.Ю. Термический режим и формирование водных масс озера // Антропогенное эвтрофирование Ладожского озера. Под. ред. Н. А. Петровой. Л.: Наука. 1982. С. 57-61.

50. Крючков, A.M., Тержевик А.Ю. Динамические процессы в озере и трансформация водных масс // Антропогенное эвтрофирование Ладожского озера. Под. ред. Н. А. Петровой. Л.: Наука. 1982. С. 61-69.

51. Ладожское озеро как источник водоснабжения города С.-Петербурга. СПб.: 1910.354 с.

52. Ладожское озеро. Критерии состояния экосистемы. 1992. Л.: Наука. 327 с.

53. Литвинов А. С., Поддубный С.А., Широков С.В. Автоматизированный комплекс для исследования структуры и динамики водных масс и водохранилищ // Водн. ресурсы. 1994. Т. 21. № 6. С. 631-639.

54. Малинина Т. И. Одноузловая продольная сейша Ладожского озера // Элементы режима Ладожского озера. М.-Л.: Наука. 1964. С. 25-33.

55. Медрес П.Л. Ледовый режим Ладожского озера по материалам авиаразведок // Труды ГГИ. Л.: Гидрометеоиздат. 1957. вып. 66. С. 92140.

56. Мирвис В.М. Закономерности изменения режима температуры воздуха на территории России в последнее столетие // Изменения климата и их последствия. СПб.: Наука. 2002. 269 с.

57. Молчанов И. И. Ладожское озеро. Л.-М.: Гидрометеоиздат. 1945. 557 с.

58. Науменко М. А. Новое определение морфометрических характеристик Ладожского озера // Доклады Российской Академии наук. 1995. Т. 345. №4. С. 514-517.

59. Науменко М.А. Горизонтальные градиенты температуры в термической фронтальной зоне крупного пресноводного озера // Метеорология и гидрология. 1989. №.6. С. 89-92.

60. Науменко М.А. Новое определение морфометрических характеристик Онежского озера // Доклады РАН. 2000. Т. 370. № 3. С. 393-396.

61. Науменко М.А., Каретников С.Г. Ладожское озеро и его водосбор: цифровая модель и новые результаты // Труды XII съезда Русского географического общества. Т. 6. СПб.: 2005.С. 82-86.

62. Науменко М.А., Каретников С.Г. Морфометрия и особенности гидрологического режима Ладожского озера. // Ладожское озеро прошлое, настоящее, будущее. Под. Ред. В. А. Румянцева, В.Г. Драбковой. СПб.: Наука. 2002. С. 16-49.

63. Науменко М.А., Каретников С.Г., Гузиватый В.В. Ежедневные средние пространственные распределения температуры поверхности воды

64. Ладожского озера с мая по ноябрь // Ладожское озеро. Под ред. Н.Н. Филатова. Петрозаводск. 2000. С. 335-345.

65. Науменко М.А., Каретников С.Г., Гузиватый В.В. Ладожское озеро. Атлас. Петербург. 2002. Карты 32, 33, 66-75,78-79.

66. Науменко М.А., Каретников С.Г., Гузиватый В.В. Пространственно-временная термическая дифференциация вод Ладожского озера // Доклады РАН. 2000. Т. 373. № 2. С. 247-250.

67. Науменко, М. А., Каретников С.Г. О скорости движения весенней термической фронтальной зоны в Ладожском озере // Метеорология и гидрология. 1998. С. 107-115.

68. Науменко.М.А., Каретников С.Г. Использование ИК-спутниковой информации для изучения термического состояния Ладожского озера // Исследование Земли из космоса. 1993. № 4. С. 69-78.

69. Нежиховский Р.А. Река Нева и Невская губа. Л.: Гидрометиздат. 1981. 108 с.

70. Оспищев Д. A. Paradox for Windows. Практическое руководство. М.: Алевар. 1993 Ч. 1. 448 с. Ч. 2. 218 с.

71. Охлопкова А.Н., Течения Ладожского озера // Труды Лаборатории озероведения ЛГУ. 1966. Т. 20. С. 265-278.

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

73. Плахин Е. А. Гидрология средиземных морей. Л.: Гидрометеоиздат. 1989. 264 с.

74. Показеев К.В., Филатов Н.Н. Гидрофизика и экология озер. Т. 1. М.: МГУ. 2002. 275 с.

75. Потемкин В.Г. Система MatLab. М.: Диалог-МИФИ. 1997. 350 с.

76. Прыткова М. Я., Виноградова О. М. Районирование бассейна Ладожского озера по условиям формирования годового стока рек // География и природные ресурсы. 2007. № 1. С. 76-83.

77. Распопов И.М., Воронцов Ф.Ф., Слепухина Т.Д., Доценко О.Н., Рычкова М.А. Роль волнения в формировании биоценозов бентоса больших озер. Л.: 1990. 114 с.

78. Ричардсон У. Л. Требования, предъявляемые к данным, для моделирования качества воды Великих озер // Тез. докл. II советско-американский симпозиум по математическому моделированию водных экосистем. Детройт: Гидрометеоиздат. 1979. С. 36-53.

79. Румянцев В.А., Драбкова В.Г. Влияние Ладожского озера на реку Неву и восточную часть Финского залива // Тезисы Межд. науч.-практ. симп."Финский залив-96", 15-17 окт. 1996. С. 17-19.

80. Рянжин С.В. Зональные закономерности элементов термического режима пресноводных озер северного полушария // Водные ресурсы. 1991. №4. С. 15-29.

81. Самолюбов Б. И. Придонные стратифицированные течения. М.: Научный мир. 1999. 464 с.

82. Семенович Н.И. Донные отложения Ладожского озера. М. Л.: Наука. 1966. 124 с.

83. Смирнова Н.П. Радиационный баланс Ладожского озера // Тепловой режим Ладожского озера. Л.: ЛГУ. 1968. С. 5-72.

84. Тепловой режим Ладожского озера // Труды Лаб. озероведения ЛГУ. 1968. Т. 22.234 с.

85. Тержевик А. Ю., Крючков A.M., Гусаков Б.Л. Основные особенности формирования гидрофизических полей Ладожского озера // Современное состояние экосистемы Ладожского озера. Под. ред. Н. А. Петровой, Г. Ф. Расплетина. Л.: Наука. 1987. С. 42-62.

86. Тинней Д. Программирование в Paradox for Windows на примерах. М.: Бином. 1995. 732 с.

87. Тихомиров А. И. Температурный режим и запасы тепла Ладожского озера // Тепловой режим Ладожского озера. Л.: ЛГУ. 1968. С. 144-217.

88. Тихомиров А. И. Термика крупных озёр. Л.: Наука. 1982. 232 с.

89. Тихомиров А.И. Тепловой баланс крупных глубоких озер и анализ его составляющих // Проблемы исследования крупных озер СССР. Л.: Наука. 1985. С. 84-89.

90. Тихомиров А.И. Термический режим крупных озер Европейской части СССР // Вопросы современной лимнологии. Л.: Наука. 1973. С. 74-93.

91. Троицкая Е.С., Шимараев М.Н., Цехановский В.В. Многолетние изменения температуры поверхности воды в Байкале // География и природные ресурсы. 2003. № 2. С. 47-50.

92. Тюрин Н., Макаров А.А. Статистический анализ данных на компьютере. Москва. Инфра-М. 1998. 528 с.

93. Угрюмов А.И., Харькова Н.В. Современные изменения климата Санкт-Петербурга и колебания циркуляции атмосферы // Метеорология и гидрология. №1 2008. С. 24-30.

94. Усачев В.Ф., Прокачева В.Г., Бородулин В.В. Оценка динамики озерных льдов, снежного покрова и речных разливов дистанционными средствами. Л.: Гидрометеоиздат. 1985. 103 с.

95. Филатов Н. Н. Гидродинамика озер. СПб.: Наука. 1991. 196 с.

96. Филатов Н. Н. Динамика озер. JL: Гидрометеоиздат. 1983. 165 с.

97. Филиппов Д.М., Вильданова М.И. Машинная обработка прибрежной информации // Труды НИИАК. вып. 64. 1970. С. 1-118.

98. Филиппов М.Д. Алгоритмы климатологической и статистической обработки глубоководных данных на ЭВМ // Труды ВНИИГМИ-МЦД. вып. 33. 1976. С. 5-31.

99. Хомен Т. Распределение температуры воды в озерах Финляндии // Метеорологический вестник. 1903. N6 С. 169-174.

100. Черняева Ф. А. Морфометрическая характеристика Ладожского озера // Гидрологический режим и водный баланс Ладожского озера. Труды Лаб. озероведения ЛГУ. Л.: ЛГУ. 1966. С. 58-80.

101. Шалыто А.А Новая инициатива в программировании. Движения за открытую проектную документацию // Мир ПК. № 9. 2003. С. 52-56.

102. Шимараев М.Н., Элементы теплового режима озера Байкал // Новосибирск: Наука. 1997. 150 с.

103. Шокальский Ю. М. Океанография. Л,: Гидрометизтат. 1959. 538 с.

104. Штокман В. Б. Избранные труды по физике моря. Л.: Гидрометиздат. 1970. 335 с.

105. Экосистема Онежского озера и тенденции её изменения. Под. ред. З.С Кауфмана. Л.: Наука. 1990. 264 с.

106. Allan R.J., Dickman М., Gray С.В., Cromie V. The book of Canadian Lakes // Canadian Ass.Water Quality. 1994. №3. 598 p.

107. Assel R. A. Great Lakes Environmental Research Laboratory. Great Lakes states monthly average temperature data, beginning of record to 1990. -Ann Arbor, Mich., U.S. Dept. of Commerce National Oceanic and Atmospheric

108. Administration Environmental Research Laboratories Great Lakes Environmental Research Laboratory, v. 1995. 51 c.

109. Bennett E.B. Characteristics of the thermal regime of Lake Superior // J.Great Lakes Res.- December 1978. 4(3-4). P. 310-319.

110. Brown M. Ocean Data View 4.0 // Oceanography. 1998. vol. 11. №2. P. 1921.

111. Carpenter S.R., Fisher S.G., Grimm N.B., and Kitchell, J.F. Global change and fresh-water ecosystems // Annu. Rev. Ecol. Syst. 1992. № 23. P. 119-139.

112. Caulcott E. Significance tests. Routledge & Kegan Paul London and Boston. 1973. 124 p.

113. Chen C., Millero F. Precise thermodynamic properties for natural water covering only the limnological range // Limnol. Oceanogr. 1986. vol. 31. № 3. P. 657-662.

114. Hodge W.T. International Field Year for the Great Lakes (IFYGL) data catalog: United States data archive. -Asheville, N.C., U.S. 1978. 203 p.

115. Hutchinson G.E. A treatise on limnology. V.l. Geography, physics and chemistiy. New York: Wiley. S. 1975. 1015 p.

116. Huth R. Testing for trends in data unevenly distributed in time // Theor. Appl. Climatol. 1999. Vol. 64. P. 151-162.

117. King J., Shuter В., Zimmerman A. The response of the thermal stratification of South Bay (Lake Huron) to climatic variability // Can. J .Fish. Aquat. Sci. 1997. V. 54. P. 1873-1882.

118. Lesht В. M., Brandner DJ. Functional representation of Great Lakes Surface temperatures //J. Great Lakes Res. 1992. V. 18. №1. P. 98-107.

119. Manual of quality control procedures for validation of oceanographic data. Prep, by CEC:DG-XII, MAST and IOC:IODE. UNESCO. 1993. 435 p.

120. McCormick M., Fahnenstiel G. Recent climatic trends in nearshore water temperatures in the St. Lawrence Great Lakes // Limnol. Oceanogr. 1999. V. 44. №3. P. 530-540.

121. Mortimer C.H. Discoveries and testable hypotheses arising from Coastal Zone Color Scanner imagery of southern Lake Michigan // Limnol. Oceanogr. 1988. №.33(2). P. 203-226.

122. Naumenko M., Karetnikov S. Recent trends in Lake Ladoga ice cover // Hydrobiologia. 2008. V.599 P. 41-48.

123. Naumenko M., Karetnikov S., Tikhomirov A. Main features of the thermal regime of Lake Ladoga during ice-free period // Hydrobiologia. 1996. V.322. P. 69-73.

124. Naumenko M.A. Some Aspects of Large lakes Thermal Regime (Ladoga, Onega) // Water Pollution Res. 1994. V. 29. №2-3. P. 423-439.

125. Schertzer W., Saylor J., Boyce D., Robertson D., Rosa F. Seasonal thermal cycle of Lake Erie // J. Great Lakes Res. 1987. V. 13. № 4. P. 468-486.

126. Schokalsky J. Lake Ladoga from a thermic point of view // Weather Review. 1901. V. 29. №2. P. 63-64.

127. Sherstyankin P. P. First electronic bathymetric maps on Lake Baikal // Proceedings of the International Workshop for Lake Observation Systems LOS-2006. Japan & Lake Biwa Environmental Research Institute. Shiga.: Japan. 2007. P. 35-39.

128. SURFER for Windows. Version 6 User's Guide. Golden Software Inc. 1995.

129. Sweers H. E. Three statistical programs to process limnological data. Marine Sciences Branch Dept. or Energy Mines and Resources. Ottawa. 1970. vii. 55 P

130. Waples J. Т., Paddock R., Janssen J., Lovalvo D., Schulze В., Kaster J., Klump J. V. High Resolution Bathymetry and Lakebed Characterization in the Nearshore of Western Lake Michigan // J. Great Lakes Res. 2005. V. 31 № l.P. 75-89.

131. Wendin B. Einige Bemerkungen uber die Temperaturverhaltnisse des Ladogasees nach den Beobachtungen in den Jahre 1898-1903. Helsinki. Fennia. V. 61. № 3. 1936. 19 p.

132. Wrigth J. C. The limnology of Ferry Reservoir. IV. The estimation of primary production from physilal limnological data // Limnology & Oceanography. 1961. V. 6. №3. P. 330-337.