Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему

Динамика внутренних волн в Онежском озере

ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Динамика внутренних волн в Онежском озере"

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО И СРЕДНЕГО СПЕЦШЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИИ

СШТ-ПЕТЕТБУГГама ЩДГОЫЕЯЕОРОЛОГИЧЕСКИЙ ШСШЕУТ

На правах рукописи. УДК 556.556.4

ЕУДЯЕВ Сергей Федорович

дашикА ВНУТРЕННИХ ВОЛН В ОНЕЖСКОМ ОЗЕРЕ II.00.08 —океанология

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Санкт-Петербург 1992

Работа выполнена в Институте водных проблем Севера КНЦ РАН

.Научный руководитель - доктор географических наук

В.В. Суставов

Официальные оппоненты - доктор географических наук,

профессор, заслуженный деятель науки РСФСР И.Н. Давидан

- кандадат географических наук, ст.н.с. А.Н. Мичурин

Ведущая организация - Институт озероведения РАН

Защита состоится 27 февраля 1992 г. в_часов

на заседании специализированного совета Д 063.19.01 при Санкт-Петербургском гидрометеорологическом институте.

С диссертацией мсжно ознакомиться в библиотеке СПГМИ ' по адресу: 195196, Санкт-Петербург, К-196, Малоохтинский пр., д. 93.

Автореферат разослан ____ 1992 т.

Ученый секретарь специализированного совета, доктор географических наук,

профессор В.И. Ляхин

Актуальность темы. Одно из крупнейших в Европе --Онежское озеро является важным источником пресной вода и рыбных запасов. С научной позиции озеро представляет уникальную

для , ■

естественную лабораторию проведения исследований гидрофизических процессов. Взаимосвязь научных и практических интересов, распространяющихся на озеро, очевидна, поскольку от уровня научных знаний зависит эффективность выполнения практических задач. Однако фактически эта взаимосвязь нарушена по двум основным причинил. Первая связана с отсутствием научного подхода в решении большинства практических задач. Вторая обусловлена недостаточно высоким уровнем самих научных исследований.

С развитием на берегах озера человеческой деятельности возросла антропогенная нагрузка на водную среду, обострились экологические проблемы. Б связи с этим еяжной современной задачей является выбор оптимальной стратегии в вопросах рационального использования природных ресурсов озера и■защиты его от загрязнения. Основой для этого могут служить фундаментальные научные знания. Это предусматривает изучение всех особенностей механизма взаимодействия атмосферы и водоема, так как человек прямо или косвенно воздействует на состояние указанной системы (Нот^дш). До сих пор при рассмотрении этого механизма выпадал один из основных физических процессов, связанный с собственными колебаниями водных масс. Он включает поверхностные и внутренние сейм. Первые наблюдаются в озере в течение всего года. Вторые, обусловленные наличием стратификации, существуют в летне-осенний период. Особая роль, которую сейш выполняют в формировании горизонтальной и вертикальной циркуляции, охватывая своим влиянием всю толщу озера, ставит их на центральное место среди остальных физических

процессов. Из-за слабой изученности сейш нарушалось понимание взаимосвязи процессов, составляющих единый механизм взаимодействия "атмосфера-водоем". Это затрудняло интерпретацию данных наблюдений.

.Следовательно, изучение сейш Онежского озера является ключевой задачей, решение которой позволит систематизировать . знания о гидродинамике водоема, а также послужит основой рационального использования ресурсов озера.

Цель и задачи исследования.. Цель работы - изучение структуры и динамики внутренних и поверхностных сейш Онежского озера. Основные задачи:

Г) выявление модовой структуры внутренних сейш;

2) уточнение кодовой структуры поверхностных сейш;

3) изучение, основных закономерностей изменчивости температуры и течений, связанных с собственными колебания,® вод- ' вдх масс озера;

4) исследование влияния внутренних волн (сейш) на характер водообмена ыевду основной' акваторией озера и" его заливами;^

5) исследование взаимодействия сейш со стоковыми течениями в приустьевых зонах;

6) математическое моделирование поверхностных'и внутрен-* них сейш;

7) разработка технических приспособлений'с целью повышения эффективности инструментальных наблюдений за внутренними волнами.

Метод исследования и фактический материал.

В работе были использованы результаты многолетних полевых инструментальных измерений температуры и течений, выполненных автором в течение ряда последних лет при участии сотрудников Института водных проблем Севера Карельского научного центра Российской академии наук, а также архивные материалы Института Озероведения РАН и материалы Карельского республиканского центра по гидрометеорологии г. Петрозаводска.

Наблюдения за внутренними волнами проведены традиционными в океанологии методам. Для этого использовались автономные буйковые станции с притопленным несущим буем и установленными регистраторами течений и температуры: ЕСМ-4, ТК-1 и ТИ-2 (система Аа.пс(ега.а,Норвегия) и БПВ-2 (-Ер), АВДТТ. Для повышения эксплуатационных характеристик буйковых станций автором были разработаны и внедрены два изобретения.

Полученные гидрологические ряды наблюдений обработаны автором на персональных компьютерах с помощью современных методов спектрального анализа.

Научная новизна. Выполнены длительные целенаправленные наблюдения за внутренними волнами с использованием автономных регистраторов течений и температуры в различных районах крупного озера в синхронном режиме работы. Большой объем полученных данных позволил предложить классификацию длинно-волновых колебаний в озере. Исследована модовая структура поверхностных- (баротропных) сейш. Показана их роль в динамике течений в приустьевых районах озера в период ледостава. Выполнена идентификация колебаний температуры, течений и уровня с периодом 12 час как периода, связанного с основной поверхностной

5

сейшей, имеющей узловую линию на входе в Заонекский залив и максимальную амплитуду в вершине Повенецкого залива. Выполнено математическое моделирование поверхностных сейш, результаты которого хорошо согласуются с данными наблюдений. Получена целостная картина структуры поверхностных сейш. Исследована модовая структура внутренних сейш и основные особенности их динашки. Показана особо важная роль внутренних сейш в формировании циркуляции и процессов водообмена между основной акваторией озера и его заливами. Детально исследован широкий спектр внутренних колебаний на основе большого натурного материала по изменчивости полей течений и температуры. Выполнен расчет периодов внутренних сейш с помощью 2-х слойной модели для различных вариантов стратификации.

Практическая значимость результатов работы. Полученные данные являются ф-гаяческой основой для понимания гидротермодинамических и химико-биологических процессов, происходящих в озере. Результаты исследований сейл.необходимо учитывать при выполнении следующих практических зад^ч:

- выбор места водозабора для водоснабжения городов,, расположенных на берегах озера;

- выбор месторасположения вдоль береговой линии предприятий, осуществляющих сброс жидких огходоз;

- гидротехническое' строительство;

- рыбный промысел;

- прогноз состояния экосистемы озера

На защиту выносятся:

- результаты экспериментальных исследований внутренних волн и сейш в Онежском озере;

б

- результаты моделирования поверхностных и внутренних сейш Онежского.озера.

Апробация работы. Основные результата диссертационной работы докладывались на научных семинарах лаборатории гидрологии Отдела водных проблем КНЦ АН СССР (1987-1991 гг.), на I Всесоюзной конференции молодых ученых по проблемам современной лимнологии в Институте озероведения АН СССР (Ленинград, 1988 г.), на 3-й Всесоюзной конференции "Динамика и термика рек, водохранилищ и окраинных морей" (Москва, 1989 г.).

Структура и объем пабо-гы. Диссертация состоит из введения, 4-х глав, основных выводов, списка литературы и приложения. Объем работы 231 машинописная страница текста, 5 таблиц, 129 рисунков и список литературы, включающий 108 наименований, в том числе 68 иностранных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I содержит краткое описание долгопериодных волновых колебаний в озере, где особое внимание отведено сейшам. Показано, что сейши подразделяются на поверхностные и внутренние и являются типичным физическим явлением, свойственным замкнутым и полузамкнутым водоемам. Основными внешними источниками генерации сейш служат изменения атмосферного давления и скорости ветра. Первый тип сейш зависит от геоморфомет-рии озера, его протяженности и наблюдается в течение всего года. Второй тип сейш зависит главным образом от стратификации. Характер изменчивости внешних источников обуславливает порядок моды сейш. Изменения во времени геоморфометрических параметров и стратификации приводят к трансформации модовой

структуры сейш. В крупных озерах модовая структура сейш изменяется также под воздействием силы Кориолиса. Имеет место и обратная связь - существование сейш оказывает влияние на гидрофизические процессы в водоеме - на динамику водных масс.

В отличие от поверхностных.волн (сейш) для развития внутренних колебаний не требуется такой же большой энергии. Однако, поскольку они не поддаются визуальному наблюдению на поверхности их открытие состоялось позднее поверхностных.

Выявление внутренних волн сводится к анализу колебаний изотерм или различных консервативных примесей в стратифицированном бассейне. Внутренние волны могут в большой степени видоизменять движения водных масс в озере, приводя к сложным формам циркуляции, горизонтальному и вертикальному водообмену. Этсг является важным для процессов перемешивания. Преобладающая роль в них между эпилимнионом и гиполимнионом отводится взаимодействию течений, связанных с внутренними волнами и сейшами, которое является более динамичным при наличии стратификации и менее при ее отсутствии»

Во П главе описана методика инструментальных наблюдений за внутренними волнами и метода спектрального анализа, использованные при обработке данных.

В основу наблюдений за внутренними волнами было положено предположение о том, что форма колебаний изотерм соответствует форме внутренних колебаний. Регистрация температуры и скорости течений выполнялась на нескольких горизонтах, преимущественно в слое термоклина и близких к нему слоях. Приборы устанавливались на заякоренных буйковых станциях с притоплен-ным несущим буем с целью уменьшения влияния ветрового волнения. 8

Конструкции отдельных элементов основного такелажа буйковых станций (скобы, зажимы, вертлюги, якоря, сигнальные вехи и т.д.) были разработаны автором с учетом особенностей объекта исследований. С целью повышения надешости буйковых станций автором разработаны и внедрены в практику способы соединения такелажа, на которые получены 2 авторских свидетельства.

Для анализа полученных данных был использован спектральный анализ, поскольку описание физического процесса в частотной области является основой для выяснения происхождения и механизма колебаний в тех или иных временных масштабах и представляет интерес с прогностической точки зрения. Принимая во внимание особенности природы волновых колебаний в водоемах, важным моментом является выбор оптимальных методов спектрального анализа. Так, при решении задачи определения собственных частот колебаний водоема . использование высокоразрешающих по частоте методов является часто основным требованием. Поэтому для анализа данных о температуре и течениях были использованы метод спектрального анализа (основанный на Фурье-анализе) и анализ, основанный на методе максимальной энтропии [Ш5). Эффективность последнего метода состоит в высокой разрешающей способности. Он позволяет даке при короткой реализации дискретизированной случайной функции вычислить функцию спектральной плотности произвольного случайного процесса.

Кроме того, применение ШЭ соответствует стратегии, предложенной ранее Крауссом (1968). Он считает целесообразным перейти к использованию методов с высокой разрешающей способ — ностыо спектров, отказавшись от статистической обеспеченности результатов. Это связано с тем, что из длинных рядов, из-за

9

незначительной разрешающей способности всегда получается широкий спектр, в котором могут затушевываться некоторые существующие колебания. Вследствие этого интерпретация результатов наблюдений становится затруднительной и может привести к неверным выводам. Почти все колебания возрастают по амплитуде в стадии возбуждения, а затем снова затухают. По мнению Кра-усса более рационально выполнять анализ многочисленных коротких рядов, обработанных методами с высокой разрешающей способностью, чем один длинный ряд с высокой статистической обеспеченностью. Количество случаев толкования случайных максимумов, как реальных периодов можно уменьшить, сравнивая спектры таких коротких рядов, и считая достоверными только максимумы, имеющие большую повторяемость.

В Ш главе представлено описание данных инструментальных измерений, полученных во время проведения нескольких натурных экспериментов в различных районах озера.

Наблюдения, выполненные на основной акватории озера в июне-августе 1989 г. (эксперимент"0него-89"), показали, что изменчивость температуры и течений имеет периодический характер, обусловленный внутренними (бароклинными) сейшами. Подтверждением этого служит хорошая согласованность периодов колебаний температуры и течений, • полученных из данных наблюдений путем спектрального анализа и рассчитанных по формуле Ме-риана.

Основной характер колебаний температуры и течений отражает реакцию водных масс на воздействие атмосферных процессов, происходящих над поверхностью озера. На всех станциях колебания температуры имели волновой характер, причем в верхнем слое (горизонт 10 м) флуктуации температуры прослеживались 10

на фоне тренда, обусловленного сезонным прогревом. В зависимости от расположения станций на акватории озера изменения температуры воды на горизонте 10 м отличались по величине. У восточного берега диапазон колебаний составил от 5 до 15°С, у западного от 8 до 18°С, в центральной части от 5 до 14°С. При этом флуктуации температуры у восточного и западного берегов происходили в противофазе на всех горизонтах. На всех станциях, включая нижние горизонты, в колебаниях температуры отмечались значительные по амплитуде скачки в течение непродолжительных периодов времени, связанных со штормовыми ветрами. Кроме колебаний апериодического характера (продолжительностью более 300 час) наблюдались колебания, интерпретированные как внутренние сейши с периодами от 23 до 235 час (для первых 10 мод). Инерционные колебания температуры с периодом 13.6 час наиболее четко наблюдались в центральной части озера в верхних и средних слоях. С приближением к берегам и дну их амплитуда существенно уменьшалась. Основными причинами этого являются диссипация энергии инерционных волн из-за трения с дном и берегами, а также взаимодействие их с вдольберего-вым переносом, связанным с общей циркуляцией, которая энергетически доминирует в этом районе и характеризуется долгопериодными реверсивными изменениями направления вектора течения.

Показано, что"наличие внутренних сейш проявляется в изменчивости как температуры, так и течений. Спектральный анализ компонент скорости течения выделил колебания с периодами, близкими по величине к периодам флуктуаций температуры.

В главе приведен подробный анализ прогрессивно-векторных диаграмм течений, который обнаружил ряд закономерностей в

П

пространственно-временной изменчивости течения. Сравнение полученных данных с выводами, сделанными ранее В.Х. Лифшицем (1984) выявило некоторое сходство. Согласно В.Х. Лифпицу, синхронный анализ материала по прибрежным станциям обнаруживает устойчивые циркуляции. При этом у восточного берега перенос водных масс происходит в одном направлении от поверхности до дна, а у западного в придонном слое развивается компенсационное противотечение. Автором также было отмечено наличие периодичности в смене направления течений на горизонтах, что связывалось с деятельностью ветра и сейшами. Периодические изменения скорости и направления течения были обнаружены в различных районах озера и имели период 4-2 и I суток, и 8,5 и 4 час (Лифщиц, 1980).

Приведенные данные позволяют сделать предположение о существовании определенных закономерностей в формировании полей течений, которые связаны с внутренней волной Кельвина. Бароклинная волна Кельвина проявляется в прибрежной зоне шириной, равной бароклинному радиусу деформации (2-4 км)- и характеризуется вдольбереговым переносом вод против часовой стрелки, причем в нижнем слое (гиполимнисне) течение имеет противоположное направление. Распространение волновых колебаний такого типа сопровождается периодическими колебаниями термоклина вверх (в районе гребня) и вниз (в районе подошвы). Поэтому у противоположных берегов в результате геострофического баланса будут наблюдаться колебания термоклина в противогазе. То есть,при повышении температуры у западного берега, температура у восточного будет уменьшаться.

Известно, что при поступлении ветровой энергии к озеру реакция водных масс прослеживается ввиде денивеляции уровня 12

и депрессии термоклина вдоль основной продольной оси озера ( Mor.Kwer, 135Ъ), которая составляет для Онежского озера около 330°. После генерации стоячей внутренней волны (сейши) основной моды на продольной оси начинается ее трансформация под влиянием силы Кориолиса во вращающуюся волну Кельвина

wbегдеГу 1987). Учитывая особый характер морфо-метрии котловины озера, очевидно, что при наличии больших глубоководных заливов в озере, основная потенциальная энергия волновых колебаний (на единицу площади), поступающая от ветра, будет аккумулироваться в северо-западной части озера. Образование вращающейся моды будет сопровождаться распространением энергии по акватории против часовой стрелки вдоль берега. При этом волновая энергия будет экспоненциально затухать по мере удаления гребня волны из северной части озера и с удалением от берега ( CsanaJy, 1982). Волны такого типа тлеют ту же скорость, что и длинные волны в невращающемся бассейна (стоячие волны). Различие в частотах между вращающейся и невращающейся модами зависит от соотношения (ширина/ длина) бассейна (Ra.0, 1966). Продолжающаяся непрерывная стратификация позволяет существовать бесконечному числу вертикальных мод.

Современный анализ данных о температуре, течениях и уровне позволил получить подробную картину реакции водоема на внешнее воздействие (ветер) ввиде последовательных физических процессов. & периода сильных штормовых ветров в центре озера (о. Маячный) наблюдались значительные подъемы уровня (сгонно-нагонные явления), которые привели к депрессии термоклина Сего заглублению), отчетливо выраженной в увеличении температуры вода на ближайших буйковых станциях. Ана-

13

логичные взаимосвязанные изменения скорости ветра, уровня, температуры и течений наблюдались неоднократно и в других частях озера. Гак, зарегистрированные подъемы уровня у западного берега сопровождались заглублением термоклина.

Подробные инструментальные измерения температуры и течений выполненные в Большой Лижемсной губе в августе-сентябре ИВ^-ИВв гг. позволили выявить ряд особенностей, которые мокко рассматривать как типичные для северных заливов Онежского озера.

Интерпретация данных с позиции теории внутренних волн (сейш) обнаружила следующее.

Генерация внутренней одноузловой сейши (I мода) на продольной оси является типичной реакцией водных масс Онежского озера на воздействие ветра, подобно тому как и на других озерах. В результате возникают колебания термоклина, имеющие максимальную амплитуду на концах продольной оси. Высота внутренней сейши, зарегистрированной в Большой Лижемской губе превышала 30 м. Скорость заглубления (подъема) термоклина равнялась около 5 метров в сутки. На форму-колебаний изотерм оказывают влияние корфомётрические особенности заливов.

Анализ прогрессивно-векторных диаграмм в центральной части Большой Лижемской губы показал, что вертикальная структура течений имеет,в основном, характер, обусловленный структурой внутренней сейши I моды. Последней, согласно теории, свойственно наличие 2-х взаимопротивоположных по направлению потоков, расположенных по разные стороны от внутренней границы раздела различных по плотности слоев, что подтверждено данными наблюдений. Динамика течений, связанных с основной внутренней сейшей, характеризуется периодическими изменениями 14

скорости и направления ветра течений. Колебания термоклина, связанные с модовой структурой внутренних сейз, сопровождаются периодическими заглублениями (подъемами) соответствующей границы раздела разнонаправленных потоков. Показаны характерные изменения температуры и течений в плоскости поперечного сечения Большой Лижемской губы (в центре заливе). Откуда следовало, что полный цикл колебаний температуры и течений происходил с периодом около 12 суток (280 час).

В результате использования спектрального анализа, основанного на методе максимальной энтропии, выделены пики колебаний температуры и.течений, идентифицированные как периода первых 10 мод внутренних сейш Онежского озера (от 25 до 280 час). Анализ корочкопериодных колебаний в губе показал также существование внутренних колебаний, связанных с собственными колебаниями водных масс губы, как баронлинной, так и баротроп-ной природы.

Проведены исследования взаимодействия сейш со стоковыми течениями в приустьевой зоне.

Измерения течений в Соломенском проливе, соединяющем Петрозаводскую губу с оз. Логмозеро, выявили влияние- поверхностных сейш на формирование водообмена в приустьевом районе р. Шуи в период ледостава. Скорость течений в проливе колебалась от 0 до 37 см/с. За период наблюдений (7 дней), несмотря на поступление речных вод, было обнаружено 18 случаев смены направления течения на противоположное (из Петрозаводской губы в оз. Логмозеро). Максимальная величина противотечения достигала 8 см/с. Течение носило реверсивный характер. Продолжительность противотечений колебалась от 15 мин до- I часа.

Спектральный анализ данных показал на соответствие меяду

15

периодами колебаний скорости течения и периодами собственных колебаний водных масс оз. Логмозеро, Петрозаводской губы и бассейна Онежского озера. Сравнение результатов спектрального анализа с архивными данными наблюдений за сейшами (Малинина и др., 1972) подтвердило баротропную природу изменчивости течений в Солоыенскоы проливе.

Взаимодействие течений, связанных с сейшами, со стоковы-районах

ми течениями в приустьевых озера приводит к сложному механизму водообмена. На примере соколебательной системы Петрозаводской губы - оз. Логмозеро показано, что противотечения, вызванные сейшами, являются регулятором речного стока. Периодическое "запирание" речных вод в оз. Логмозеро на пути их распространения к месту водозабора Петрозаводска повышает эффективность процесса седиментации взвешенных частиц, выносимых из устья р. Шуи.

В IУ главе представлены результаты применения 2-х слой-ной модели для расчета поверхностных и внутренних сейш Онежского озера.

Для расчета поверхностных сейп был использован метод решения дифференциальных уравнений 1950), успешно применявшийся ранее дня ряда озер Швейцарии ( £>а.6 vз_ <1 е. ^

Ьои;, то.

Для расчетов использована батиметрическая сетка глубин с шагом 3000 м, которая покрывает всю поверхность озера, включая его заливы и губы. Влияние силы Кориолиса не учитывалось, так как внешний радиус Россби (135 юл) превышает максимальную ширину озера (80 км).

Полученные результаты имеют хорошее соответствие с результата).™ наблюдений. Модель подтвердила предположение о том, 16

что период около 12 час является собственным колебанием совместного бассейна, состоящего из Заонежского и Повенецкого заливов и имеет протяженность около 120 км (Малинина и Солнцева, 1972).

Согласно расчетам первым 10 модам поверхностных сейш соответствуют следующие периоды: 12.I; 6.7; 4.9; 4.2; 3.5; 2.9; 2.6; 2.5; 2.4 и 2.2 час.

Анализ данных инструментальных наблюдений показал, что величина периодоз сейп меняется по причине изменения средней глубины озера в сезонном и межгодовом масштабах.

Для моделирования внутренних свободных колебаний в Онежском озере была использоЕяна 2-х слойная модель С ¡ScL^v/d-dle,

Za-Mkohi, 192?; UuHer !3g2; Schwab, 19&о).

Принятая форма стратификации соответствует 2-м неперемешиваю-дамся слоям вода с различной плотностью. Модель предполагает, что вся область озера разделена вертикальной стенкой, с внутренней стороны которой имеются эпилимнион и гиполимнион. Эта область используется для расчетов. Внешняя часть озера с глубинами, менее толщины верхнего слоя li| , в модели не используется. Граница внутренней области озера на батиметрической карте соответствует изобате А, , - глубине залегания термо— клина (внутренняя граница 2-х слоев) и является "берегом термоклина". Таким образом,используемая в модели область озера меньше фактической. Эффекта вращения Земли не учитывались = 0). В расчетах было использовано несколько вариантов плотностной стратификации, которые свойственны для Онежского озера для различных эпизодов летне-осеннего периода, а также различная величина толщины верхнего слоя. Расчитанные по модели периода основной внутренней сейши характеризуются значи-

17

тельными' вариациями в диапазоне от 193 до 386-час. Рассчитанные периоды показали на их удовлетворительное сходство с данными инструментальных наблюдений. Из наблюдений следует, что основная мода внутренней сейши соответствует диапазону 235300 час. Этот диапазон объясняется особенностями динамики данного явления в Онежском озере: реальная внутренняя сейша основной моды (по формуле Дефанта период основной сейши при К, = 20 м, 1.0x10"^ и Ь = 130 км равен 282 час) имеет значительную величину по сравнению с продолжительностью периода стратификации (4 месяца). Б течение всего периода стратификации ее форма постоянно меняется и, следовательно, меняется модовая структура внутренних сейш. Для четкого выделения структуры свободных колебаний требуется продолжительный период наблюдений, исключающий штормы, который был бы близким к величине Т = НЯ^, где Т^ - период основной сейши. Но это практически невозможно. Кроме того, свободные колебания на термоклине, вызванные эпизодическими воздействиями внешних сил, постоянно трансформируются в результате следующих друг за другом очередных внешних возмущений.

Показано такке, что при моделировании внутренних сейш следует учитывать влияние силы Кориолиса, так как внутренний радиус Россби равен 2-4 км.

Основные результаты работы

I. Данные многолетних инструментальных измерений температуры и течений в Онежском озере свидетельствуют о том, что характер изменчивости гидрофизических параметров в значительной степени обусловлен наличием поверхностных и внутренних долгопериодных колебаний. Среди них выделяются: 18

- Апериодические вынужденные колебания свободной поверхности (уровня) и внутренней поверхности (термоклина) с периодами, превышающими 300 час, вызываемые штормовыми ветрами.

- Периодические внутренние колебания, связанные с баро-клинными сейшами. Установлено, что первые 10 мод их имеют периода от 23 до 300 часов.

- Инерционные колебания с периодом около 13.6 час. Они проявляются ввиде флуктуаций температуры и скорости течений, а также во врацении вектора скорости течения по часовой стрелке с указанны!/, периодом.

- Поверхностные колебания уровня, связанные с барооин-ньши сейшами. Периоды первых 10 мод лежат в диапазоне от 2-х до 12 часов.

- Баротропньте и бароклинные сейши, обусловленные собственными колебаниями водных масс отдельных заливов и губ Онежского озера. Имеют широкий диапазон периодов от нескольких минут до десяткой часов.

2. По данным измерений установлено, что долгопериодные (апериодические) колебания уровня имеют узловую линию, расположенную вблизи аналогичной линии одноузловой внутренней сейши, проходящей поперек продольной оси озера через заливы Большое Онего и Малое Снего. Относительно узловой линии колебания уровня в северно!» части озера происходят в противогазе с колебаниями уровня в южной.

3. Высота внутренней сейши в разных частях озера различна. Она зависит от порядка моды и может превышать 30 м в северных заливах.

4. От расположения на акватории озера узловых линий и

19

пучностей' внутренних стоячих волн зависит изменчивость температуры и течений и, следовательно, характер циркуляции в период стратификации. Генерация сейш различных мод в значительной мере определяет поле течений в различных частях озера. При этом главную роль играют низшие моды, которые способствуют более интенсивному водообмену между основной акваторией озера и его заливали.

5. Поверхностная сейша с наибольшим периодом, равным около 12 час, является собственным колебанием 2-х соединяющихся бассейнов - Заонежского и Повенецкого заливов.

6. В отличие от внутренних сейш, поверхностные оказывают влияние на формирование полей течений и температуры в течение всего года.

Измерения в период ледостава показали, что водообмен в соколебательной системе.оз. Логмозеро - Петрозаводская губа зависит не только от стокового течения, направленного из оз. Логмозеро, но также и от гравитационных колебаний обоих бассейнов и всего озера. Результатом этого.являются противотечения, направленные из южного бассейна в северный.

7. Выполненное математическое моделирование поверхностных сейш дало результаты, хорошо согласующиеся с данными наблюдений. Результаты расчета периодов внутренних (бароклинных) сейш являются менее удовлетворительными, из-за-их большой продолжительности и изменчивости атмосферных воздействий.

8. Полученные данные указывает, что в Онежском озере поверхностные и внутренние сейши занимают центральное место среди других физических процессов в механизме взаимодействия между атмосферой и озером.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Эффект собственных колебаний водных масс Петрозаводской губы Онежского озера // Актуальные проблемы современной лимнологии (материалы I Всесоюзной конференции молодых ученых). - Ленинград, 1988. - С.- 50-51.

2. Взаимодействие сейш и стокового течения в Онежском озере // Деп. в ВИНИТИ, № 2060-В89. - Петрозаводск, IS88. 19 с.

3. Длинные внутренние волны и водообмен в Большой Лижем-ской губе Онежского озера (эксперимент "Фьорд-I") // Исследование водных ресурсов Карелии. - Петрозаводск: ОИМ, 1989. -С. 12-20 (соавтор М.П. Петров).

4. Эффект собственных колебаний водных масс Петрозаводской губы Онежского озера // Динамика и термика рек, водохранилищ и окраинных морей (материалы Ш Всесоюзной конференции). - М., 1989. Том П. С. 38-40.

5. Инструментальные исследования течений // Экосистема Онежского озера, и тенденции ее изменения. - Ленинград, Наука, 1990. С. 53-7Г (соавтор П.М. Бояринов).

6. Динамика вод в устье реки Шуи и ее влияние на формирование в;одг&к масс в' Петрозаводской губе // Исследование водны* ресурсов Карелии. - Петрозаводск: ОИМ, 1989. С. 25-30. (соавтор Н.И. Пальдан).

7. Огон. // Изобретение, - а.с. Р I55I882 AI* 1990.

8. Узел Руднева G.S. соединения конца троса с элементом такелажа // Изобретение, - а.с. ДО I6I2I59 AI, 1990.

9. Динамика внутренних волн в Онежском озере (эксперимент "Фьорд-Г", 1987) //Деп. в ВИНИТИ, № I878-B90. Петрозаводск, 1990. 68 с. (соавтор М.П. Петров)-

10'. Динамика внутренних волн в Онежском озере (эксперимент "5ьорд-2", 1988) // Деп. в ВИНИТИ, & 2362-В 50. - Петрозаводск, 1930. - 31 с.

II. Динамика внутренних волн в Онежском озере (эксперимент "Онего-89") // Деп. в ВИНИТИ, }," 3872-В91. - Петрозаводск, 1991. - 80 с.

Сдано в производство 22.01.92. Формат 60x84 Печать офсетная. Уч.-изд.л. 1,0. Заказ & 4. Тирвн. 100 экз. Бесплатно. КНЦ АН СССР

Карельский научный центр АН СССР г. Петрозаводск, ул. Пушкинская,11