Пространственно-временная изменчивость термических процессов в Байкале

Троицкая, Елена Сергеевна

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Пространственно-временная изменчивость термических процессов в Байкале
ВАК РФ 25.00.27, Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

Автореферат диссертации по теме "Пространственно-временная изменчивость термических процессов в Байкале"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ИНСТИТУТ ГЕОГРАФИИ им. В.Б. СОЧАВЫ

На правах рукописи

Троицкая Елена Сергеевна

ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В БАЙКАЛЕ

Специальность 25.00.27 - гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата географических наук

Иркутск - 2005

Работа выполнена в Лимнологическом институте Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель

доктор географических наук Шимараев Михаил Николаевич

Официальные оппоненты:

доктор географических наук Антипов Александр Николаевич

кандидат географических наук Орел Галина Федоровна

Ведущая организация:

Институт озероведения РАН

Защита состоится 29 декабря 2005 г. в 13-00 ч на заседании диссертационного совета Д 003.010.01 при Институте географии им. В.Б. Сочавы СО РАН по адресу: 664033, г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1, тел/fax. (3952) 42-27-17, e-mail: postman@irigs.irk.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института географии СО РАН

Отзывы в двух экземплярах, заверенные печатью учреждения, просим отправлять по указанному адресу ученому секретарю совета

Автореферат разослан /-¿¿2 v /iJ?^ 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета,

кандидат географических наук

Рыжов Ю.В.

214ВШ

2QD4 - 4

¿720О

Актуальность работы. Байкал - крупнейшее из пресноводных озер мира, занимающее первое место среди них по максимальной (1642 м) и средней (744 м) глубинам и объему водных масс (23600 км3) при площади поверхности 31700 км2. Климат и большие глубины являются факторами, определяющими сложность и своеобразие термических и связанных с ними динамических процессов в водной толще Байкала. Выяснение их природы Г.Ю. Верещагин (1939) относил к числу основных вопросов исследования Байкала. Первые сведения о термике вод озера были получены во второй половине XIX - начале XX столетий (Б.И. Дыбовский, В. Годлевский, Ф.К. Дриженко, A.B. Вознесенский, В.Б. Шостакович). Развитие работ в XX веке (Г.Ю. Верещагин, Л.Ф. Форш, JI.JI. Россолимо, В.И. Верболов, В.М. Сокольников, М.Н. Шимараев) выявило большое своеобразие температурного режима Байкала и его тесную связь с процессами водообмена в озере. Качественно новые знания о термических и динамических процессах получены в последние годы (Weiss et al., 1991; Шимараев, Гранин, 1991).

Важность и актуальность дальнейшего изучения этих процессов связана, прежде всего, с их большой ролью в формировании качества глубинных вод, в частности насыщении кислородом. Объем имеющихся наблюдений позволяет использовать сведения о температуре для выяснения сезонных особенностей геострофических течений, вертикальных перемещений вод в локальных участках озера, оценки интенсивности вертикального обмена. Актуальным в современный период является и исследование термических процессов в связи с происходящим глобальным потеплением климата, что нашло отражение в изменении ряда элементов водного и ледово-термического режимов Байкала (Сокольников, 1970; Шимараев и др., 1991; Magnuson et al., 2000; Шимараев и др., 2002 а, б).

Одним из важных при изучении изменений в экосистеме Байкала под влиянием климата является вопрос о роли температуры в развитии других озерных процессов. Так, температура влияет на перемешивание вод (Верещагин, 1936), развитие водных организмов (Кожов, 1962). К методам, позволяющим углубить эти представления, относится изучение связи температуры и условной прозрачности воды. Последняя, как показано в ряде работ (Довгий, 1977; Прогнозирование ..., 1986; Бульон, 1983, 1994; Шерстянкин и др., 1988) является информативным показателем оптических и биологических свойств верхних слоев воды в Байкале. Вместе с тем условия формирования самой прозрачности не исследовались. В настоящее время многочисленные материалы наблюдений позволяют изучить влияние температуры на условную прозрачность воды и рассмотреть возможность ее реконструкции за длительный период времени.

Целью работы является изучение пространственно-временной изменчивости температуры как показателя динамических процессов в Байкале, современных изменений температуры в условиях глобального потепления и возможности реконструкции характеристик термического режима за XX столетие. Для достижения цели необходимо было решить следующие задачи:

• исследовать многолетние изменения температуры отдельных слоев воды в Байкале и выяснить возможности ее реконструкции за длительный период;

• использовать данные о температуре для выявления особенностей пространственного распределения и ирру^ц^ргп и-»"»""""" »ри-ырип^тч

вертикального обмена и геострофических

библиотека .

• рассмотреть структуру вод по температуре и ряду других гидрофизических параметров, отражающую динамику водных масс в зонах апвеллингов и даунвеллингов, на участках развития термобаров в открытом озере;

• проанализировать связь температуры и условной прозрачности воды в разные гидрологические сезоны.

Использованные материалы и методы исследований. Для решения поставленных задач были использованы: 1) многолетние наблюдения на байкальских станциях УГМС за температурой воздуха (с 1896 г.) и поверхности воды (с 1952 г.) и поста наблюдений Лимнологического института СО РАН (ЛИН СО РАН) в пос. Листвянка с 1940 г.; 2) материалы многолетних (1970-1992 гг.) температурных съемок всего озера в слое от поверхности до дна, организованных и проведенных под руководством М.Н. Шимараева лабораторией гидрологии и гидрофизики ЛИН СО РАН; 3) данные съемок озера с применением высокоточного комплексного гидрофизического зонда 8ВЕ-25 в 2002-2004 гг.

При исследованиях использованы широко применяемые в океанологии и лимнологии методы статистической обработки и расчетов Они описаны в каждой главе отдельно, так как диссертационная работа охватывает широкий круг рассматриваемых вопросов, решение которых связано с использованием данных о температуре воды.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• показано, что в условиях глобального потепления во второй половине XX века температура поверхности воды и слоя 0-200 м в Байкале возрастала, и заметнее всего изменения происходили в Северном Байкале;

• оценена интенсивность вертикального турбулентного обмена для средней и северной котловин Байкала, установлены макро- и мезонеоднородности ее пространственного распределения и сезонные изменения интенсивности в самых глубоких слоях воды;

• выявлены закономерности внутригодовой изменчивости скорости, глубины развития и расходов воды геострофических течений в Южном Байкале;

• определены основные факторы связи температуры воды и условной прозрачности в разные гидрологические сезоны;

• получена новая информация о проявлениях динамических и термических процессов и явлений (термические бары, апвеллинг, присклоновая циркуляция).

Практическая значимость работы. Полученные результаты представляют интерес для ученых, занимающихся реконструкцией, мониторингом и прогнозом состояния отдельных элементов экосистемы Байкала. Результаты исследования динамических процессов могут быть использованы при дальнейшем изучении переноса тепла и вещества в водной толще озера.

Защищаемые научные положения:

1. Глобальное потепление во второй половине XX столетия привело к заметным изменениям температурного и теплового режима Байкала. Установленные связи между температурой воды и воздуха позволяют реконструировать ход температуры в деятельном слое Байкала в течение всего XX века.

2. Интенсивность вертикальной передачи тепла в водных массах Байкала

характеризуется пространственной неоднородностью, связанной с особенностями поля течений и ветрового режима, и сезонной изменчивостью даже в самых глубоких слоях воды. 3. Получена новая информация о геострофических течениях, термических барах, апвеллинге, присклоновой циркуляции вод и исследована связь температуры и условной прозрачности воды.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на восьми конференциях: III и IV Верещагинская Байкальская конференция (Иркутск, 2000, 2005); III International Symposium Ancient Lakes: speciation, development in time and space, natural history (Irkutsk, 2002); Юбилейная Всероссийская научная конференция «Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы» (Москва, 2002); XI Joint international symposium "Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics", (Tomsk, 2004); VI Всероссийский гидрологический съезд (С-ГТетербург, 2004); VI конференция «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей» (Москва, 2004), II международная конференция «Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов» (Иркутск, 2005) и опубликованы в сборниках трудов и тезисов, а также материалах конференций.

Публикации и личный вклад автора. По теме диссертации опубликовано 16 работ, в том числе 4 статьи в рецензируемых журналах.

Работа выполнена в рамках научно-исследовательских тем ЛИН СО РАН, а также интеграционных проектов СО РАН № 56, 131 и грантов РФФИ № 02-05-65337-а (руководитель проекта), 04-05-79021-к (руководитель проекта), 04-05-64839-а. Автор непосредственно осуществляла обработку и анализ исходных материалов, проводила расчеты геострофических течений, коэффициентов вертикальной температуропроводности и изучала связи условной прозрачности и температуры воды, участвовала в экспедиционных работах и анализе материалов наблюдений в 2002-2004 гг.

Автор выражает благодарность руководителю д г.н. М.Н. Шимараеву; к.г.н. Н.Г. Гранину за просмотр рукописи и обсуждение; академику РАН, д.х.н. М.А. Грачеву, д.ф.-м.н. П.П. Шерстянкину, к.г.н. В.Н. Синюковичу и к.ф.-м.н. А.Г. Ченскому, к.б.н. Н.А Бондаренко и д.ф.-м.н. Н.М. Будневу за полезные замечания;

A.A. Жданову, Р.Ю. Гнатовскому, В.Г. Иванову, В.В. Блинову, Е.А. Фоминой, Р.Н. Ждановой, Е.В. Сальва, В.В. Цехановскому, В.В. Хохлову, командам нис «Титов» и «Верещагин» за помощь в проведении исследований.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и выводов, изложенных на 108 страницах машинописного текста, иллюстрирована 22 рисунками и 16 таблицами. Список цитируемой литературы содержит 134 наименования.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ Глава 1. Тепловой режим Байкала и факторы его формирования

В первой главе описывается морфометрия озера Байкала, приводится краткая характеристика климатических и гидрологических условий. Излагается история исследований с конца XIX - начала XX веков, начиная с работ Б.И. Дыбовского,

B. Годлевского, Ф.К. Дриженко, A.B. Вознесенского, В.Б. Шостаковича и Г.Ю. Верещагина. Рассматриваются сведения о тепловом балансе поверхности озера и

температурном режиме (Г.Ю. Верещагин, Л.Л. Россолимо, В.И. Верболов, В.М. Сокольников, М.Н. Шимараев). Описываются основные термические процессы и явления - термобар, свободная конвекция (М Н. Шимараев, Н.Г. Гранин, R.F. Weiss, R. Hohmann). Приведены результаты расчетов вертикального и горизонтального обмена за счет турбулентного перемешивания, характеристики горизонтальных течений, оценки скорости и времени горизонтального и вертикального водообмена (Th.M. Ravens, F. Peeters, A. Wüest, В.И. Верболов, В.А. Кротова, П.П. Шерстянкин, A.A. Жданов, R. Hohmann).

Глава 2. Межгодовые изменения температуры воды озера Байкал

Глава посвящена анализу особенностей многолетнего изменения и пространственного распределения показателей температурного режима отдельных слоев воды в Байкале в условиях изменения климата.

Методика. При анализе температуры воздуха Тя и поверхности воды Ть получены уравнения зависимости Тв = /¡Та) и определена ошибка расчета <т, оценены коэффициенты корреляции связи г и их значимость (критерий Стъюдента t). Полученные уравнения и данные о Га на ГМС Бабушкин использованы для восстановления значений Тя в отдельные месяцы и для теплого периода в 18961940 гг. в районе пос. Листвянка, по которым вместе с измеренными в 1941-2000 гг., рассмотрены изменения Тв на протяжении XX века.

Для анализа межгодовых изменений температуры водной толщи исходные данные были разделены по слоям, соответствующим деятельному (0-200 м) и глубинному (200 м - дно) слою, разбитому на три части (200-400, 400-800 м и 800 м - дно) с учетом величин сезонных изменений температуры воды на этих глубинах.

Расчет теплосодержания в верхнем 200-метровом слое Q200 в 1896-2000 гг. проведен по методу, предложенному В.И Верболовым (1964), который основан на результатах изучения эмпирических связей между Q2«o и Твс учетом вертикальной структуры поля температуры в отдельные месяцы. Сопоставление рассчитанных значений Q2m с фактическими (вычислены по измеренным температурам воды в слое 0-200 м на станциях продольного профиля в отдельные месяцы в 1972-1992 гг) показало, что межгодовые изменения рассчитанных и фактических величин Qiоо в целом имеют одинаковый характер.

Одной из важных характеристик температурного режима озера является теплооборот. Он характеризует изменение теплосодержания всей водной толщи за гидрологический год, который по характеру изменения температуры водной толщи и теплового баланса поверхности воды, можно разделить на периоды: накопления (март - сентябрь) и расходования (сентябрь - март) тепла. Величина годового теплооборота АQ определялась как среднее из абсолютных значений приращений теплозапаса всей водной толщи в эти периоды. Величины приращений для Южного и Северного Байкала рассчитывались по температурам воды, измеренным в сентябре и марте текущего и следующего годов за сопоставимый период (1972-1981 гг.). Расчет теплооборота для Среднего Байкала не проводился ввиду отсутствия данных наблюдений в марте, которые не были получены из-за сложной ледовой обстановки в этой части озера.

Многолетние изменения температуры поверхности воды по наблюдениям на ГМС. В мае - июне и октябре - декабре, когда в активном вертикальном

перемешивании участвующий в теплообмене с атмосферой слой возрастает до десятков и сотен метров, происходит уменьшение положительной для этих месяцев зависимости Тв от Г, (весной г = 0,1^0,5, осенью г = 0,3-0,6). В июле -сентябре связь между Г„ и Та (г = 0,70-Ю,89) наиболее тесная, и объясняется сильной стратифицированностью вод по температуре, при которой активный теплообмен атмосферы происходит только с водами эпилимниона. О согласованности изменения средних за май - октябрь значений Та и Т, на отдельных станциях свидетельствуют положительные и значимые коэффициенты корреляции, составляющие для большинства ГМС 0,61-Ю,85.

Анализ многолетних (1970-1993 гг.) изменений температуры выявил наличие положительных трендов. В мае - октябре величина Г, возрастала на +0,39°С в южных районах озера и на +0,96°С (здесь и далее величина тренда за 10 лет) в северных. В месяцы с максимальным прогревом (июль, август) Тв увеличивалась на +0,5-0,9°С и +1,3-2,2°С в южной и северной частях Байкала соответственно. Весной и поздней осенью величина положительных трендов снижалась, а в некоторых случаях их знак менялся на отрицательный (-0,61°С в июне на ГМС Бабушкин). Наиболее вероятной причиной чего могло быть усиление адвекции в прибрежную область холодных вод из открытой части озера под воздействием ветра.

Результаты анализа указывают на более выраженное потепление поверхностного слоя воды в северной части озера, что обусловлено пониженной ветровой активностью и особенностями температурной стратификации по сравнению с другими частями озера.

Многолетние изменения температуры отдельных слоев воды оз. Байкал. Благодаря различным механизмам и процессам, приводящим к перераспределению тепла в озере, изменения в температуре передаются в более глубокие слои воды. Наиболее заметные изменения в температуре во все месяцы происходили в верхнем 200-метровом слое (табл. 1). При этом многолетние

Таблица 1

Тренды средневзвешенной температуры слоя 0-200 м в отдельных котловинах

оз. Байкал в 1970-1992 гг. (°С за 10 лет)

Котловина Месяц

Март Июнь Июль Сентябрь Ноябрь Декабрь

Южная 0,06 0,23 0,16 -0,01 -0,01 -0,11

Средняя - 0,20 0,12 0 -0,06 0,11

Северная 0,33 0,16 0,28 -0,13 -0,15 0,22

колебания температуры этого слоя оказывались синхронными в разных котловинах, несмотря на большую протяженность озера. Величины положительных трендов в месяцы теплого периода значительно превосходят по абсолютному значению отрицательные тренды температуры, наблюдавшиеся в основном в месяцы периода охлаждения. Это указывает на то, что должны были возрастать и среднегодовые значения средневзвешенной температуры слоя 0-200 м. Для вод глубинной зоны (200 м - дно) выявлены лишь межгодовые колебания средневзвешенной температуры воды длительностью 5-7 лет и размахом около 0,10°С при отсутствии тренда более длительного изменения.

Результаты реконструкции изменений температуры поверхности и теплосодержания слоя 0-200 м (¿¡оо в XX столетии. При рассмотрении средних за теплый период (май - октябрь) величин измеренных 7"а, восстановленных и фактических Тв и рассчитанных (Угм в Южном Байкале оказалось, что их многолетние изменения в целом сходны (рис. 1). Величины трендов Тв и (?2оо (рис. 1) для теплого периода составили +0,07°С и +1,13 кДж-м"2 за десятилетие. При этом процесс потепления во второй половине столетия протекал интенсивнее (+0,27°С и +4,81 кДж-м"2), чем в первую (+0,10°С и +1,76 кДж-м"2).

В отдельные месяцы за период с 1896 по 2000 гг. многолетние изменения величин Qш происходили с разной цикличностью. Циклы длительностью от 2 до 6 лет выделяются для всех месяцев. Для мая - августа можно выделить четыре, а для сентября - ноября два полных цикла большей (10-20 и более лет) продолжительности. В декабре же наблюдаются фаза понижения в 1896-1944 гг. и неполный цикл с 1945 по 2000 гг.

аю*, «джм"3 т 470

1890 1910 1930

1950 1970

Годы

1990 2010

Рис. 1. Средние за май - октябрь температуры воздуха (1) и поверхности воды (2) и теплосодержание слоя 0-200 м (3) в Южном Байкале.

Анализ межгодовых (1972-1981 гг.) изменений годового теплооборота показал, что в Южном Байкале его величина повышалась на 2,84-104 кДж-м"2 в год, а в Северном Байкале - уменьшалась на 2,58-104 кДж-м"2 за год (рис. 2). Увеличение теплооборота в Южном Байкале является следствием возрастания

да. м4 кдги4 240 -

220:200 180160 140

120

Рис. 2. Межгодовые изменения теплооборота в Южном (сплошная линия) и Северном (пунктирная линия) Байкале и

1971 1872 1973 1974 1975 1976 1977 1978 1979 1980 1981 ТРеНД (ТОНКИв ЛИНИИ).

Годы

продолжительности безледного периода и прихода тепла из атмосферы при относительно невысоких темпах роста температуры поверхности в период прогрева. Можно предположить, что причиной уменьшения теплооборота в северной котловине стали более высокие темпы прогрева поверхностных слоев воды летом, что должно было привести к росту расходных составляющих теплового баланса поверхности (контактный теплообмен, потери на испарение, длинноволновое излучение) еще в период нагревания озера.

Связь температуры и условной прозрачности воды в Байкале. Одним из аспектов применения полученных сведений о закономерностях изменения температуры в Байкале является выяснение ее связи с другими физическими характеристиками верхних слоев воды. С этой целью по материалам многолетних (1940-2000 гг.) наблюдений в Южном Байкале (разрез пос. Листвянка - пос. Танхой) рассмотрены связи между температурой поверхности и условной прозрачностью воды по диску Секки для периода открытой воды, включающей гидрологические сезоны весенней конвекции (от вскрытия озера до перехода ТЛ через 4°С), летнего прогрева (июнь - сентябрь) и осеннего охлаждения.

Анализ показал (табл. 2), что весной ведущую роль в изменении прозрачности играет вертикальное перемешивание, которое приводит к снижению концентрации взвеси в верхнем слое за счет выноса ее в более глубокие слои (не менее чем до 200-250 м в конце периода).

Таблица 2

Характеристики связи и Г„ для разреза пос. Листвянка - пос. Танхой в Южном

Байкале

Период Май - Июнь Июль - Август Сентябрь - Ноябрь

Номер Линейный (1) и степенной (2) вид уравнения

станции 1 2 1 2 1 2

7Т+0,7 6Т"-7Т+43 -0,9Т+17 0,2Т2-5Т+33 -0.8Т+16 0,3T2-5T+33

I о = ± 4,7 о = ± 2,5 а = ± 3,4 о = ± 1,9 а = ± 2,5 а = ± 1,2

г = 0,85 р = 0,96 г = - 0,78 р = 0,94 г = - 0,83 р = 0,97

ЗТ+10 5Тг-23Т+40 -0.8Т+16 0,2Т'-5Т+34 -0,9Т+17 одтит+зо

II а = ± 6,6 о = ±3,8 а = ± 3,3 о = ± 2,3 а = ± 3,7 о = ± 3,2

г = 0,71 Р = 0,93 г = - 0,81 р = 0,93 г = - 0,75 р = 0,83

5Т+3 5Т2-24Т+40 -0.7T+I6 0,2Т2-5Т+36 -1Т+17 0,2Т2-4Т+29

III а = ± 5,2 а = ± 3,5 а = ± 4,3 а = ±3,3 а=± 2,1 а=± 0,9

г = 0,77 Р = 0,92 г = - 0,64 р = 0,85 г = - 0,91 р = 0,99

ЗТ+10 7Т'-35Т+50 -0,7Т+17 0,2Т2-4Т+31 -0,8Т+15 озт^т+зг

IV а = ± 5,2 о = ± 2,6 о = ± 3,2 а = ±1,5 а = ± 2,8 а = ± 1,1

г =0,42 р = 0,93 г = - 0,77 р = 0,96 г = - 0,74 р = 0,97

ЗТ+7 Т2-4Т+14 -0,6Т+15 олтМт+зо -0,ЗТ+10 0,02Т2-Т+12

V о = ± 3,3 а = ±2,9 а = ± 2,7 о = ± 2,2 а = ± 1,3 а = ± 1,3

г = 0,76 р = 0,85 г = - 0,76 р = 0,86 г = - 0,65 р = 0,65

Примечание, а - ошибка расчета по уравнению; г - коэффициент корреляции линейной зависимости; р - корреляционное отношение степенной зависимости.

Летом и осенью при устойчивой стратификации верхних слоев определяющим фактором становится влияние роста температуры на увеличение содержания фитопланктона. Однако при Тв > 10-12°С связь практически исчезает, по-видимому, из-за лимитирования развития водорослей ослаблением притока биогенных элементов из нижних слоев через термоклин, который в конце летнего прогрева характеризуется максимальными вертикальными градиентами температуры (плотности).

Сопоставление восстановленных значений Z6 с данными наблюдений (Lake Baikal Evolution ..., 1998, рис. 1.54) показало, что полученные связи позволяют воспроизводить реальные тенденции многолетних изменений условной прозрачности воды в Байкале, вызываемых колебаниями климата. Это дает возможность для применения этих связей при изучении изменений отдельных

биологических показателей верхних слоев воды (концентрация взвеси, первичная продукция) с применением зависимостей, основанных на большом статистическом материале исходных данных. Например, такие зависимости получены для условий Черного моря (Маньковский, 1999). Возможность их использования для Байкала обоснована тем, что показатели ослабления света в воде в области -500 нм для морских и байкальских вод (Маньковский, 1979; Шерстянкин и др., 1988), различаются всего на 2,5-5%. О допустимости применения на Байкале «морских» связей прозрачности с биологическими показателями говорит и близость параметров связей Zь и содержания хлорофилла, полученных по эмпирическим данным для Черного моря (Маньковский, 1999) и Байкала (Бульон, 1983). Можно отметить, что результаты расчета концентрации взвеси по формуле В.И. Маньковского и восстановленным значениям (Шимараев, Троицкая, 20056) оказались близки по величине к данным ее экспериментальных наблюдений в Байкале (Изместьева, 2001).

Глава 3. Структура вод Байкала по температуре и другим гидрофизическим характеристикам как показатель динамики вод Третья глава посвящена результатам изучения термобара (ТБ) в районах озера без влияния речного притока и пространственной структуры полей гидрофизических показателей период летней стратификации, отражающей некоторые особенности динамики вод.

Методика. Для этого проведен анализ многолетних (1970-1992 гг.) измерений температуры на разрезе пос. Листвянка - пос. Танхой в Южном Байкале и рассмотрены данные измерений температуры Т и электропроводности воды С, выполненных по всему Байкалу в августе 2002, 2004 гг. и в июле 2003 г. По данным о С рассчитана минерализация (сумма ионов) воды по методике, предложенной Р. Хоманном (НоИшапп е1 а1., 1997) и адаптированной для условий Байкала Н.Г. Граниным (1999).

Измерения температуры воды с судна и наблюдения со спутника серии ИОАА (18 снимков), проведенные одновременно 16-24 августа 2002 г., послужили основой для совместного анализа поля температуры водной поверхности и динамических образований, проявляющихся в нем, а также течений в верхних слоях воды. Первичная обработка снимков, выполненная Н.Ю. Могилевым (Институт солнечной и земной физики СО РАН), заключалась в расчете температуры поверхности воды для безоблачных участков снимка с использованием информации двух инфракрасных спектральных диапазонов (10,511,5 и 11,5-12,5 мкм) и географической трансформации снимков в прямоугольную проекцию. Для анализа использован снимок 20 августа 2002 г., полученный при полном отсутствии облачного покрова над всей акваторией озера. Характеристики геострофических течений рассчитаны динамическим методом. Скорость подъема IV в зоне апвеллинга оценена из предположения равенства объемов переносимых вод в зонах подъема и опускания.

Весенний и осенний термобар на участке озера с приглубыми берегами без влияния речного стока. Во второй половине июня, при пространственной температурной неоднородности вод, возникающей из-за их неравномерного прогрева, в глубоководных участках озера вдали от крупных притоков на удалении от берега 7-14 км возникает термобар ТБ (рис. 3), существующий около

двух недель. Глубина развития фронта ТБ достигает 100-250 м. Иногда

а) б)

Рис. 3. Распределение температуры на поперечном разрезе пос. Листвянка - пос. ч Танхой во время существования весеннего термобара (жирная пунктирная линия).

Даты проведения съемок: а) 29 июня 1986 г., б) 23 июня 1972 г.

ТБ развивается при аномальных условиях (в пелагиали озера температура на поверхности выше, чем у берега). Причиной этого может быть перенос течениями теплых поверхностных вод с мелководий в открытую часть озера и их опускание до 10-70 м в зоне схождения двух циркуляционных ячеек, а у берега происходит компенсирующий подъем относительно холодных вод.

Осенью, при перераспределении водных масс течениями происходит перенос и заглубление теплых поверхностных вод в присклоновой области, а в открытой части происходит компенсационный подъем глубинных прохладных вод. Поэтому температура поверхности вод в пелагиали быстрее опускается до значений ниже температуры максимальной плотности. Это приводит к появлению фронта ТБ в 415 км от берега, теплая зона которого располагается, как и весной, со стороны берега (рис. 4). Глубина развития фронта достигает 100-150 м. Распределение

Расстояние, км Расстояние, км

Рис. 4. Распределение температуры на поперечном разрезе пос. Листвянка - пос.

Танхой во время существования осеннего термобара (жирная пунктирная линия).

Даты проведения съемок: а) 17 ноября 1972 г., б) 27 ноября 1976 г. температуры дает основание предполагать, что после разрушения ТБ в верхних слоях озера он сохраняется еще некоторое время на глубинах 50-100 м. Осенний ТБ возникает в середине ноября - начале декабря, время его существования составляет в разные годы две - три недели.

Характерной особенностью этого типа термобара, по сравнению с возникающим в зонах непосредственного влияния речного притока, являются сравнительно небольшие градиенты температуры вблизи его фронта. Тем не

менее, процессы на фронте ТБ ведут к достаточно глубокому конвективному опусканию вод, признаки которого осенью прослеживаются до 250-300 м.

Апвеллинг. В августе 2002 г. наблюдался наибольший за последние 50 лет прогрев верхнего слоя воды. При этом имело место крайне неоднородное распределение температуры водной поверхности (14-22°С). Минимальные температуры отмечены в пелагиали озера в центрах поднятия глубинных вод. Апвеллинг отчетливо проявлялся в поле температуры поверхности воды в Южном Байкале и перед Баргузинским заливом в Среднем Байкале, где изменение температуры от ядра к границам составило 4-5°С. От северной оконечности о-ва Ольхон и до южной оконечности п-ва Святой Нос, а также вдоль восточного берега Северного Байкала изменения температуры составляли 2-3°С.

Характерная для апвеллинга вертикальная структура поля температуры рассмотрена на примере Южного Байкала (рис. 5). Зона подъема вод, выявленная

Рис. 5. Распределение температуры на разрезе м. Кадильный - р. Мишиха 21-22 августа 2002 г.

100;

0 5 10 15 20 25 30 35 Расстояние, км

по судовым и спутниковым наблюдениям, совпадает с центром циклонического макровихря, существующего постоянно в этой части озера. Слой, в котором происходит подъем вод, по данным о распределении температуры, составил 0-100 м. Ему соответствует понижение температуры от границ к ядру апвеллинга на 1,5-3,5°С в эпилимнионе (слой 0-5 м), 4-12°С в слое скачка температуры (10-30 м) и 0,1-1,4°С на нижней границе (глубина 100 м). При этом скорости поверхностных геострофических течений на периферии апвеллинга (3-7 км от берега) достигали 20-50 смс"1, а в его центральной части - всего 2-5 смс"1. Средняя в слое 0-50 м скорость геострофических течений в прибрежной зоне Южного Байкала в августе 2002 г. составила 10-20 см-с"1. Соответствующая ей скорость подъема вод IV при разном соотношении площадей зон подъема и опускания вод могла изменяться от 10"' до 10"3 см-с"1.

Пространственная структура полей гидрофизических характеристик в период летней стратификации в июле 2003, августе 2002 и 2004 гг. Типичной особенностью пространственной структуры полей гидрофизических характеристик в период летней стратификации в слое 0-50 м было заглубление изолиний Т, Бс и показателя обратного рассеяния света непосредственно вблизи берега с их подъемом в 3-5 км от него. В приглубых присклоновых участках озера в 1-3 км от берега обнаруживаются признаки интрузий поверхностных вод до больших глубин (~600 м), обнаруживаемых по повышению величин Ги^ вблизи подводных склонов. Возможно, это происходило в результате совместного воздействия поперечных сгонов-нагонов, сейш и интенсификации течений с различной частотой, при которой происходит увеличение вертикальной составляющей скорости в присклоновой области.

Наряду с этим, локально обнаружено влияние и другого процесса. В июле 2003 г. у восточного берега Южного Байкала (г. Байкальск) на глубинах 200 -1000-1200 м зафиксирован масштабный подъем глубинных вод. Возможно, он является проявлением внутренних волн. Их изучение в глубинной зоне Байкала до сих пор не проводилось и требует постановки специальных наблюдений Глава 4. Интенсивность вертикального обмена

В четвертой главе рассмотрена интенсивность вертикального обмена Kt.

Методика. Для расчета К\ использован метод «потока тепла», получивший наибольшее распространение. Всего при расчетах были использованы 2521 серия измерений температуры. Метод учитывает морфометрические особенности котловины озера и основан на условии, что на глубине z вертикальный турбулентный поток тепла р ср К, A(z) (dT(z)/dz) равен величине изменения

содержания тепла ниже г за единицу времени t, определяемой как

д'

где A(z') - площадь сечения озера на глубине г\ а ср - удельная теплоемкость. Тогда коэффициент турбулентной температуропроводности (м2 с"') определяется как:

Kt= \Аи<).ЩЛ.а2, J, э I

Стандартные ошибки осредненных значений температуры, с учетом точности измерения (±0,02°С) и количества (больше 50 на каждом горизонте в отдельной котловине), близки к ±0,001-0,002°С. Оценка погрешностей расчета К, с учетом этих ошибок показала, что значения погрешностей повышены в срединной части водной толщи (ниже 300-400 м) и убывают в 300-400 м от дна.

Вертикальное распределение. Выявлено, что общей для всех котловин Байкала особенностью вертикального распределения Кг в месяцы с прямой стратификацией температуры (рис 6) является их понижение в слое термоклина (5-25 м) до 3 см2 с"' и возрастание в области со слабой стратификацией (в Южном и Северном Байкале 100-300 м, в Среднем Байкале от 100 до 500-700 м) до 10-60 см2 с"'. Глубже 700 м в Среднем и 300 м в Северном Байкале значения Kt уменьшаются до единиц. В Южном Байкале происходит увеличение Кс в слое 7001100 м (до 24-26 см2с"'), что согласуется с результатами определения коэффициентов вертикальной диффузии по методам Осборна - Кокса и диссипации энергии за отдельные годы (Wtiest et al., 2000, fig. 4).

Величина KL зависит от совокупного влияния динамических процессов, происходящих в водной толще, т.к. выделить какой-либо один из них затруднительно. В некоторых случаях можно говорить о преобладании того или иного процесса. Так, высокие значения Kt в июле - августе в Северном Байкале на горизонте 100 м, по-видимому, являются следствием сохраняющейся еще в июле в этой части озера температурной конвекции (рис. 6). Значительные вариации Kt с глубиной в Среднем Байкале и увеличение интенсивности вертикального турбулентного обмена глубже 700 м в Южном Байкале могут быть связаны со сложной динамикой вод в этих частях озера. Это предположение подтверждается

A(z)

BT{z)

д z

О 20 40 60 0 20 40 60

Рис. 6. Распределение Кг в июле - августе (а) и августе - сентябре (б).

- Южный Байкал,

---Средний Байкал,

........Северный Байкал,

- • - • центр разреза пос. Листвянка - пос. Танхой.

результатами изучения распределения концентрации трития в водной толще Байкала (Сойфер и др., 1970), а также направления и скоростей течений, измеренных в разных районах Байкала (Течения в Байкале, 1977). Не менее сложная картина распределения Кг с глубиной может возникать в районах интенсивной конвергенции в поле преобладающих горизонтальных течений. Так, результаты расчетов для поперечного разреза пос. Листвянка - пос. Танхой (Южный Байкал), показывают (рис. 6), что значения Кг в глубинной зоне, по сравнению со всей котловиной, повышены (10-20 см2 с"'), но ко дну уменьшаются до единиц. Такое распределение Кг объясняется тем, что в этой части Южного Байкала происходит динамическое опускание вод на разделе двух крупных циркуляционных ячеек, в результате чего усиливается и интенсивность вертикального обмена.

Предварительная оценка интенсивности вертикального обмена в условиях обратной стратификации температуры в декабре - середине марта в слое 0-250 м показала, что распределение величин К£ в этот период отражает характер вертикального распределения температуры и устойчивости вод. Обмен усилен в верхней и нижней части слоя (20-40 см2 с"'), где вертикальные градиенты температуры и устойчивость малы, и ослаблен (2-6 см2с"') в его промежуточной части (50-150 м) с повышенными градиентами температуры и значениями устойчивости.

Сравнение полученных величин Kt выявило пониженную на всех глубинах интенсивность вертикального обмена в северной котловине Байкала. На границе верхней и глубинной зон (горизонт 250 м) средние за июль - сентябрь значения Kt в южной и средней котловинах (17-18 см с"1) оказываются вдвое выше, чем в северной (8 см2 с"'). Такие различия могут быть связаны с неодинаковой активностью ветра, как основного источника поступления в воду кинетической энергии, расходуемой на вертикальный обмен. Это предположение подтверждается тем, что отношение нормированных к северной котловине значений энергии 2,1:2,4:1 практически совпадает с соотношением значений Кг на границе верхней и глубинной зон (2,1:2,2:1).

Пространственные различия. Выявлена значительная пространственная неоднородность интенсивности вертикального обмена, хорошо заметная по данным о Кг (рис. 7) на границе верхней и глубинной зон озера (горизонт 250 м) в пределах отдельных котловин, свидетельствуя о существовании районов с

повышенной и пониженной интенсивностью вертикального обмена.

Районы повышенной интенсивности вертикального обмена располагаются, как правило, там, где по данным о течениях должна возрастать направленная вниз

Рис. 7. Пространственное распределение К1 в июле - сентябре (а), сентябре -ноябре (б) и июле - ноябре (в).

вертикальная составляющая скорости. Опускание вод (даунвеллинг) у берегов связано с возникновением зон конвергенции в поле прибрежных течений, где турбулентный поток тепла из верхних в нижние слои усиливается за счет адвективного переноса вод течениями В Южном Байкале увеличение К, отмечено вблизи р. Солзан и у мысов Березовый и Красный Яр, в Среднем Байкале - вблизи м. Ухан (о. Ольхон) и в районе м. Тонкий (восточное побережье), в Северном Байкале - ум. Покойники и м. Елохин.

Районы пониженной интенсивности вертикального обмена часто совпадают с зонами апвеллинга В таких зонах подъем холодных глубинных вод снижает их прогрев за счет динамического перемешивания, что ведет иногда к значительному снижению величин Кс. К ним относятся: южная оконечность озера; прибрежные участки у пос Маритуй и пос Танхой. участок открытого озера в центре циклонической макроциркуляции в Южном Байкале (середина разреза м. Кадильный - р. Мишиха). В Среднем Байкале это центральные станции разрезов м. Голый - м. Кукуй, р. Анга - р. Сухая и над Академическим хребтом, а также у восточного побережья Северного Байкала и в северной оконечности озера.

Сеюнная изменчивость. Ранее для Южного Байкала было выявлено четкое сезонное изменение А"г в верхних слоях воды (до 600 м) с двумя пиками в периоды гомотермии (Верболов и др , 1965; Шимараев, 1977) Результаты наших расчетов выявляют заметное сезонное изменение Кг с июля до декабря и в самых глубоких (300-400 м над дном) слоях воды отдельных котловин, где поток тепла постоянно направлен сверху вниз Величина К1 слабо снижается от июля к сентябрю (5-10 см2 с"'), а затем в 2-4 раза увеличивается к ноябрю - декабрю (1035 см2 с"'). Это согласуется с характером сезонного изменения скорости ветра и передаваемой им озеру кинетической энергии, достигающей максимума весной и в конце года. Таким образом, энергетическое воздействие атмосферы оказывает влияние на активность турбулентного обмена во всей водной толще Байкала

Сопоставление величин Кг с результатами расчетов других исследователей. Выяснено, что те же особенности вертикального распределения.

что и Kt имеют коэффициенты вертикального обмена, рассчитанные с использованием сведений о средней скорости вертикального водообмена и экспериментальных данных о вертикальных потоках растворенного кремния в Байкале в 1995-2001 гг. (Шимараев и др., 2003). Изменение Kt с глубиной согласуется и с результатами их расчета для июня - декабря, проведенного по данным о температуре (Шимараев, Гранин, 1991). Однако рассчитанные величины Кг для глубинной зоны (глубже 200 м) выше, чем полученные ранее по многолетним данным о температуре воды до 800 м (Шимараев, 1977; Шимараев, Гранин, 1991; Shimaraev et al., 1994) и ее измерениям в 1996-1997 гг. (Ravens et al., 2000). Это связано, по-видимому, с несоответствиями в объеме исходных данных и их подготовке для расчетов, а также с межгодовой изменчивостью условий обмена в водной толще, подтверждаемой данными о больших колебаниях объемов обновления глубинных вод Байкала в разные годы (Hohmann et al., 1998)

Рассчитанные величины Кг выше, но принципиально совпадают с результатами решения обратной задачи с использованием данных по распределению фреона в отдельных котловинах (Peeters et al., 2000) Найдено, что соотношение средних годовых величин Кг в 200-300 м над дном - 7, 6 и 2 см2-с"' в южной, средней и северной котловинах соответственно (Shimaraev et al., 1994), близко к соотношению К, на границе верхней и глубинной зон (горизонт 250 м) для этих котловин по расчетам разными методами. Так, по данным расчетов методом «потока тепла» на глубине 250 м южной и средней котловин средние за июль - сентябрь значения Kt (17-18 см2 с"') вдвое превышают аналогичные величины в северной котловине (8 см2-с"'). Таким же оказывается соотношение между KL для этого горизонта, вычисленными по годовым потокам вещества (Шимараев и др., 2003) - 20 см2-с"' для южной и средней котловин и 11 см2-с"' для северной котловины.

Таким образом, сопоставление полученных величин Кг с известными результатами их расчета по данным о температуре и другим показателям свидетельствует о принципиальной близости обнаруженных особенностей вертикального и пространственного (горизонтального) распределения интенсивности вертикального обмена в Байкале. Наряду с этим, выявленные различия в активности обмена в глубинных слоях приводит к выводу о возможности значительной вариации условий их перемешивания в разные годы.

Глава 5. Геострофические течения

В пятой главе рассмотрена сезонная изменчивость скорости, глубины развития и расходов воды геострофических течений в Южном Байкале для периодов февраль - март и июнь - декабрь.

Методика. При расчете характеристик геострофических течений динамическим методом (Ayers, 1956; Охлопкова, 1961) использованы данные 1491 серии наблюдений за температурой воды в Южном Байкале. За «нулевую» поверхность для февраля - марта и июня - июля принят горизонт 200 м, для августа - сентября 250, а октября - декабря 300 м. По разности динамических высот на станциях рассчитывались скорости течений на горизонтах и определялось их направление. Максимальная абсолютная ошибка расчета скорости на поверхности озера для «нулевой» поверхности на глубинах 200, 250 и 300 м составила соответственно 0,65, 0,90 и 1,15 см с"1. Наибольшая относительная

ошибка менялась от 7% при высоких до 140% при слабых скоростях. Замена непрерывного вертикального распределения температуры ее дискретными значениями на отдельных горизонтах может вести к ошибке расчета скорости в верхнем слое максимально на 17-20%. За нижнюю границу течений условно принята глубина со скоростью менее 0,5 см-с*1, что соответствует примерно трем величинам стандартной ошибки ее расчета на глубинах 50-150 м.

Направление среднего переноса вод геострофическими течениями соответствует циклонической системе горизонтальной циркуляции практически во все месяцы, с наиболее высокой ее устойчивостью в августе - октябре (70-90%). Увеличение повторяемости противоположного направления до 50-70% отмечено только для зимних (декабрь - март) месяцев и в июле у западного берега. В эти месяцы температурные неоднородности слабо выражены, и направление движения воды может определяться другими причинами (сейши, сгонно-нагонные колебания и др.).

Сезонное изменение характеристик геострофических течений. Средняя скорость геострофических течений на поверхности (рис. 8) в глубоководной части М1смс1а103,м3с1 Н,м IVI, см с' О 103, м3 с1 Н,м

II-III V VI VII VIII IX X XI XII ll-lll V VI VII VIII IX X XI XII

Месяцы Месяцы

Рис. 8. Сезонное изменение средних за период наблюдений значений средней скорости на поверхности (|F]), глубины распространения (Н) и расходов (0 геострофических течений в 3-7 км от западного (а) и восточного (б) берега на разрезе пос. Листвянка - пос. Танхой.

Южного Байкала от зимы до середины лета не превышает 1-2 см-с"1, возрастает от июля к августу до 5, к сентябрю до 9-13 см-с"', а затем снижается до 5 в октябре и 1-2 см-с"' в ноябре - декабре. Максимальные скорости геострофических течений (30-57 см-с"1) фиксируются в месяцы с наибольшим прогревом (август - сентябрь). Изменчивость величины скорости зависит от интенсивности прогрева в отдельные годы, а также динамических процессов, существующих в момент проведения измерений.

Размеры слоя со скоростями > 0,5 см-с'1 (рис. 8) возрастают от июля к октябрю - ноябрю до 75-150 м из-за перераспределения тепла в озере дрейфовыми течениями и его накопления в глубоких слоях присклоновых участков вплоть до окончания периода прямой стратификации. В связи с этим осенью усиливаются геострофические течения в слоях ниже 50-75 м и сохраняются высокими расходы воды в геострофическом потоке.

Вклад геострофических течений в горизонтальный водообмен. На разрезе

пос. Листвянка - пос. Танхой средние месячные расходы воды геострофическими течениями в слое до 200-300 м меняются от величин менее 1-210 в декабре -июле до 20-30-103 м3-с"' в сентябре. Годовой объем переносимых вод составляет примерно 160-190 км3.

ВЫВОДЫ

1. Потепление в районе Байкала во второй половине XX века привело к синхронному с температурой воздуха повышению температуры в поверхностном слое воды, а также в слое 0-200 м, особенно заметному с начала 1970-х годов. Рост температуры был наиболее выражен в теплые месяцы безледного периода и происходил заметнее всего в северной котловине Байкала. В более глубоких слоях воды не выявлено значимых трендов изменения температуры.

2. Показано, что вертикальный обмен происходит на всех глубинах отдельных котловин озера. Его интенсивность имеет выраженный сезонный ход даже в самых глубинных слоях воды (200-400 м над дном). Она характеризуется пространственной макро- и мезонеоднородностью, что связано с особенностями ветрового режима и горизонтальной циркуляции вод.

3. Расчет геострофических течений в Южном Байкале показал, что направление среднего переноса вод практически во все месяцы соответствует циклонической горизонтальной циркуляции со средней скоростью на поверхности в ноябре - июле не выше 1-2 см-с"1, а в сентябре до 9-13 см-с"1. Размеры охваченного течениями слоя увеличиваются от июля к октябрю - ноябрю до 75150 м, вследствие чего осенью усиливаются течения в слоях ниже 50-75 м и сохраняются высокими расходы воды. В створе зал. Лиственничного средние месячные расходы воды в верхних 200-300 м меняются от величин менее 1-2 тыс. в декабре - июле до 20-30 тыс. м3с"' в сентябре, при годовом объеме переноса около 160-190 км3.

4. Установлены связи между условной прозрачностью и температурой воды в Байкале, объясняемые влиянием температуры на вертикальный обмен весной и на содержание в верхних слоях озера взвеси органического происхождения летом и осенью. На основе полученных связей рассмотрен подход к использованию данных о температуре для выявления тенденций многолетних изменений условной прозрачности и ряда характеризуемых ею биологических характеристик верхних слоев воды на Байкале.

5. Развитие термобара в открытых районах озера вдали от влияния рек происходит в 4-15 км от берега. Время существования термобара составляет 2-3 недели и приходится на вторую половину июня и середину ноября - начало декабря. Глубина фронта термобара достигает 100-250 м. Характерной особенностью термобара являются сравнительно небольшие градиенты температуры вблизи его фронта. Однако процессы на фронте термобара ведут к достаточно глубокому конвективному опусканию вод, признаки которого осенью прослеживаются иногда до 250-300 м.

6. Показано, что в зонах апвеллинга в центре циклонических циркуляций летом в слое 0-100 м происходит подъем вод со скоростью 10"'-10"3 см-с"1. Понижение температуры в ядре апвеллинга составляет 1,5-3,5°С в эпилимнионе, 4-12°С в области термоклина и 0,1-1,4°С на нижней границе слоя. Скорость поверхностных геострофических течений на периферии апвеллинга достигает 20-

50 см с'1, а в его центре - 2-5 см-с'1.

В заключение можно выделить ряд процессов, информация о которых нуждается в расширении и дополнении новыми натурными исследованиями. Так, представляет интерес выяснение причин разной тенденции в изменении теплооборота водной толщи в отдельных котловинах, дальнейшее изучение явлений апвеллинга и термобара в открытом озере, волновых явлений в присклоновой области. Важным представляется и дальнейшее углубление исследований связи физических и биологических процессов в Байкале.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Оценка коэффициентов вертикального обмена в пелагиагги отдельных котловин озера Байкал / Тезисы докладов и стендовых сообщений III Верещагинской Байкальской конференции, Иркутск. 2000 - С. 282. (соавтор Шимараев М.Н.).

2. Long-Term Changes of Temperature on the Water Surface in Lake Baikal / Abstracts of the III International Symposium Ancient Lakes: speciation, development in time and space, natural history. Irkutsk, 2002. - P. 166. (соавторы Shimaraev M.N., Tsekhanovsky V.V.).

3. On Intensity of Vertical Water Exchange in Lake Baikal / Abstracts of the III International Symposium Ancient Lakes: speciation, development in time and space, natural history. Irkutsk, 2002. - P. 192. (соавторы Shimaraev M.N., Domysheva V.M.).

4. Многолетние изменения температуры деятельного слоя воды оз. Байкал / Материалы Юбилейной Всероссийской конференции, Москва, МГУ, 2002. - С. 241. (соавторы Шимараев М.Н., Цехановский В.В.).

5. Об интенсивности вертикального обмена в отдельных котловинах озера Байкал / География и природные ресурсы. - 2003. - №3. - С. 68-73. (соавторы Шимараев М.Н., Домышева В.М.).

6. Межгодовая изменчивость температуры поверхности воды в озере Байкал / География и природные ресурсы. - 2003 - №2. - С. 47-50. (соавторы Шимараев М.Н., Цехановский В.В.).

7. Transparency (Secchi disk) and temperature of Lake Baikal water / XI Joint international symposium "Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics", 2004. - P. 114. (соавтор M.N. Shimaraev).

8. Структура вод Байкала по гидрофизическим показателям / VI Всероссийский гидрологический съезд: Тезисы докладов, секция 5 «Гидрофизические явления и процессы. Формирование и изменчивость речного стока, гидрологические и водохозяйственные расчеты». - С-Петербург, 2004. - С. 61-61. (соавторы Жданов A.A., Блинов В.В., Гнатовский Р.Ю., Иванов В.Г., Хохлов В.В., Шимараев М.Н.).

9. Сезонные особенности геострофической циркуляции вод Байкала / Труды VI конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей», Москва, 2004 г. - С. 100. (соавторы Шимараев М.Н., Хохлов В.В.).

10. Изменения температурного режима озера Байкал в период глобального потепления климата в XX столетии / Труды VI конференции «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей», Москва, 2004 г. - С. 189. (соавтор Шимараев М.Н.).

№23 7 0 9

20 ^ЛЛ/Г А

11.Сезонные особенности геострофических течений ■ География и природные ресурсы. - 2005. - №1. - С. J 27200

12. Условная прозрачность и температура воды в Ю;

атмосферы и океана, 2005. - Т. 18, №1-2. - С. 130-133. (соавтор Шимараев М.Н.).

13.Эмпирические связи для реконструкции и прогнозирования отдельных показателей состояния верхних слоев воды в Байкале / Солнце, Земля, вода и энергия: Материалы Научных чтений, посвященных 75-летию со дня рождения академика И.П. Дружинина / Тр. Вост.-Сиб. отд. АПВН. - Вып. 2. -Новосибирск: Наука, 2005. - С. 103-117. (соавтор Шимараев М.Н.).

14.Температурные условия и их роль в развитии озерных процессов в Байкале / Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов: Материалы научной конференции. - Иркутск: Изд-во Ин-та Географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2005. - С. 437-439.

15.Структура вод Байкала на основании гидрофизических показателей / Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов: Материалы научной конференции. - Иркутск: Изд-во Ин-та Географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2005. - С. 439-441. (соавторы Шимараев М.Н., Жданов A.A., Гнатовский Р.Ю., Цехановский В.В., Блинов В.В., Иванов В.Г., Хохлов В.В.,).

16.Изменение температуры воды в Байкале в XX столетии / IV Верещагинская байкальская конференция: Тезисы докладов и стендовых сообщений. -Иркутск: Изд-во Ин-та Географии им. В.Б. Сочавы СО РАН, 2005. - С. 224. (соавтор Шимараев М.Н.).

Подписано к печати 22.11.2005 г. Объем 1 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 329. Издательство Института географии им В.Б. Сочавы СО РАН 664033 г. Иркутск, ул. Улан-Баторская, 1

Содержание диссертации, кандидата географических наук, Троицкая, Елена Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ БАЙКАЛА И ФАКТОРЫ ЕГО ФОРМИРОВАНИЯ.

1.1. Краткая характеристика природных особенностей озера.

1.2. История исследований.

1.3. Тепловой баланс.

1.4. Температурный режим вод Байкала.

1.4.1. Конвекция.

1.4.2. Термический барьер (термобар).

1.5. Вертикальный и горизонтальный обмен.

1.5.1. Турбулентное перемешивание.

1.5.2. Течения.

1.5.3. Время, скорость и объем горизонтального и вертикального водообмена.

ГЛАВА 2. МЕЖГОДОВЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОДЫ ОЗЕРА БАЙКАЛ.

2.1. Материалы и методика.

2.2. Многолетние изменения температуры поверхности воды.

2.3. Многолетние изменения температуры отдельных слоев воды озера.

2.4. Результаты реконструкции изменений температуры поверхности и теплосодержания слоя 0-200 м оо в XX столетии.

2.5. Теплооборот.

2.6. Связь температуры и условной прозрачности воды в Байкале.

ГЛАВА 3. СТРУКТУРА ВОД БАЙКАЛА ПО ТЕМПЕРАТУРЕ И ДРУГИМ ГИДРОФИЗИЧЕСКИМ ПАРАМЕТРАМ КАК ПОКАЗАТЕЛЬ ИХ ДИНАМИКИ

3.1. Материалы и методика.

3.2. Весенний и осенний термобар на участке озера с приглубыми берегами без влияния речного стока.

3.3. Пространственная структура полей гидрофизических характеристик в июле 2003, августе 2002 и 2004 гг.

3.4. Апвеллинг.

ГЛАВА 4. ИНТЕНСИВНОСТЬ ВЕРТИКАЛЬНОГО ОБМЕНА.

4.1. Материалы и методика.

4.2. Вертикальное распределение Кг.

4.3. Пространственные различия.

4.4. Сезонная изменчивость.

4.5. Сопоставление величин Кх с результатами расчетов других исследователей.

ГЛАВА 5. ГЕОСТРОФИЧЕСКИЕ ТЕЧЕНИЯ.

5.1 Материалы и методика расчета.

5.2. Изменчивость скорости и направления геострофических течений.

5.3. Пространственное распределение.

5.4. Сезонное изменение характеристик геострофических течений.

5.5. Вклад геострофических течений в горизонтальный водообмен.

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Пространственно-временная изменчивость термических процессов в Байкале"

Прогнозирование ., 1986; Бульон, 1983, 1994; Шерстянкин и др., 1988) является информативным показателем оптических и биологических свойств верхних слоев воды в Байкале. Вместе с тем условия формирования самой прозрачности не исследовались. В настоящее время многочисленные материалы наблюдений позволяют изучить влияние температуры на условную прозрачность воды и рассмотреть возможность ее реконструкции за длительный период времени.

• использовать данные о температуре для выявления особенностей пространственного распределения и временного изменения интенсивности вертикального обмена и геострофических течений в Байкале;

• проанализировать связь температуры и условной прозрачности воды в разные гидрологические сезоны.

При исследованиях использованы широко применяемые в океанологии и лимнологии методы статистической обработки и расчетов. Они описаны в каждой главе отдельно, так как диссертационная работа охватывает широкий круг рассматриваемых вопросов, решение которых связано с использованием данных о температуре воды.

Научная новизна работы заключается в следующем:

• показано, что в условиях глобального потепления во второй половине XX века температура поверхности воды в Байкале возрастала, особенно в теплые месяцы и ее изменения происходили заметнее всего в Северном Байкале;

• выявлены закономерности внутригодовой изменчивости скорости, глубины развития и расходов воды для геострофических течений в Южном Байкале, рассмотрены ее локальные проявления в других частях озера;

Практическая значимость работы. Основные результаты работы частично были использованы при реконструкции температуры верхнего 200-метрового слоя воды Байкала в XX столетии. Предложен подход, который может быть использован при изучении тенденций многолетних изменений некоторых физических и биологических характеристик верхних слоев воды в Байкале под воздействием климата. Полученные результаты исследования динамических процессов могут быть применены при дальнейшем изучении переноса тепла и вещества в водной толще озера.

Защищаемые научные положения:

2. Интенсивность вертикальной передачи тепла в водных массах Байкала характеризуется пространственной неоднородностью, связанной с особенностями поля течений и ветрового режима, и сезонной изменчивостью даже в самых глубоких слоях воды.

3. Данные о структуре полей температуры и ряда других гидрофизических показателей позволяют получить новую информацию о геострофических течениях, термических барах, апвеллинге, присклоновой циркуляции вод и исследовать связь температуры и условной прозрачности воды.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на восьми конференциях: III и IV Верещагинская Байкальская конференция (Иркутск, 2000, 2005); III International Symposium Ancient Lakes: speciation, development in time and space, natural history (Irkutsk, 2002); Юбилейная Всероссийская научная конференция «Фундаментальные исследования взаимодействия суши, океана и атмосферы» (Москва, 2002); XI Joint international symposium "Atmospheric and ocean optics. Atmospheric physics", (Tomsk, 2004); VI Всероссийский гидрологический съезд (С-Петербург, 2004); VI конференция «Динамика и термика рек, водохранилищ и прибрежной зоны морей» (Москва, 2004), II международная конференция «Фундаментальные проблемы изучения и использования воды и водных ресурсов» (Иркутск, 2005) и опубликованы в сборниках трудов и тезисов, а также материалах конференций.

64839-а. Автор непосредственно осуществляла обработку и анализ исходных материалов, проводила расчеты геострофических течений, коэффициентов вертикальной температуропроводности и изучала связи условной прозрачности и температуры воды, участвовала в экспедиционных работах и анализе материалов наблюдений в 2002-2004 гг.

Заключение Диссертация по теме "Гидрология суши, водные ресурсы, гидрохимия", Троицкая, Елена Сергеевна

ВЫВОДЫ

1. Потепление в районе Байкала во второй половине XX века привело к синхронному с температурой воздуха возрастанию температуры воды на поверхности, а также в слое 0-200 м, особенно заметному с начала 1970-х годов. Рост температуры был наиболее выражен в теплые месяцы безледного периода и проявлялся сильнее всего в северной котловине Байкала. В более глубоких слоях воды не выявлено значимых трендов изменения температуры.

2. Показано, что вертикальный обмен происходит на всех глубинах отдельных котловин озера. Его интенсивность имеет выраженный сезонный ход и в глубинных слоях воды (200-400 м над дном). Она характеризуется пространственной макро- и мезонеоднородностью, что связано с особенностями \ ветрового режима и горизонтальной циркуляции вод.

Размеры охваченного течениями слоя увеличиваются от июля к октябрю ноябрю до 75-150 м, вследствие чего осенью усиливаются течения в слоях ниже

50-75 м и сохраняются высокими расходы воды. На разрезе пос. Листвянка - пос.

Танхой средние месячные расходы воды в верхних 200-300 м меняются от

1 1 величин менее 1-2 тыс. в декабре — июле до 20-30 тыс. м -с" в сентябре, при годовом объеме переноса около 160-190 км3.

4. Установлены связи между условной прозрачностью и температурой воды в Байкале, объясняемые влиянием температуры на вертикальный обмен весной и на содержание в верхних слоях озера взвеси органического происхождения летом и осенью. На основе полученных связей рассмотрен подход к использованию данных о техмпературе для выявления тенденций многолетних изменений условной прозрачности и ряда характеризуемых ею биологических характеристик верхних слоев воды на Байкале.

6. Показано, что в зонах апвеллинга в центре циклонических циркуляций летом в слое 0-100 м происходит подъем вод со скоростью Ю^-Ю"3 см-с"1. Понижение температуры в ядре апвеллинга составляет 1,5-3,5°С в эпилимнионе, 4-12°С в слое термоклина и 0,1-1,4°С на нижней границе слоя. Скорость поверхностных геострофических течений на периферии апвеллинга достигает 2050 см-с"1, а в его центральной части - 2-5 см-с"1.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата географических наук, Троицкая, Елена Сергеевна, Иркутск

1. Айнбунд М.М. Результаты натурных исследований течений в Южном Байкале / М.М. Айнбунд // Тр. / Гос. гидрол. ин-т. - 1973. - Вып. 203. - С. 49-70.

2. Айнбунд М.М. Течения и внутренний водообмен в озере Байкал / М.М. Айнбунд. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. - 248 с.

3. Атлас Забайкалья / Ред. кол. В.Б. Сочава, K.M. Продай-вода, H.H. Тартышев и др. М. - Иркутск: Гл. управл. геодезии и картографии при Сов. мин-ов СССР, 1967.- 176 с.

4. Байкал. Атлас. / Ред. Г.И. Галазий, В.М. Картушин, Б.Ф. Лут и др. М.: Федеральная служба геодезии и картографии России, 1993. - 160 с.

5. Биологическая продуктивность пелагиали Байкала и ее изменчивость / Афанасьева Э.Л., Бекман М.Ю., Волерман И.В. и др.; Отв. ред. М.Ю. Бекман. -Новосибирск: Наука, 1977. 255 с.

6. Бочкарев П.Ф. Физико-химическая характеристика воды северной части Байкала / П.Ф. Бочкарев // Изв. / Биол.-геогр. НИИ ИГУ. 1934. - T. VI, вып. 1. -С. 128-153.

7. Бочкарев П.Ф. Гидрохимические исследования, произведенные в Чивыркуйском заливе на Байкале летом 1932 г. / П.Ф. Бочкарев // Изв. / Биол.-геогр. НИИ ИГУ. 1935. - Т. 6, вып. 2-4. - С. 134-143.

8. Бояринов П.М. Процессы формирования термического режима глубоких пресноводных водоемов / П.М. Бояринов, М.П. Петров; отв. ред. H.H. Филатов -Л.: Наука, 1991.- 175 с.

9. Бульон В.В. Первичная продукция планктона внутренних водоемов / В.В. Бульон. Л.: Наука, 1983. - 150 с.

10. Бульон В.В. Закономерности первичной продукции в лимнических экосистемах / В.В. Бульон // Тр. / Зоолог, ин-т РАН. СПб.: Наука, 1994. - Т. 216.-с. 189-220.

11. П.Верболов В.И. О влиянии внутренних вод и сгонно-нагонных явлений на распределение температуры воды в озере Байкал / В.И. Верболов // Тр. / III Всесоюз. гидрол. съезд. 1959. - T.IV. - С. 258-265.

12. Верболов В.И. Температурный режим зал. Лиственичного на Байкале / В.И. Верболов // Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР. 1964. - T.V(XXV). - С. 38-51.

13. Верболов В.И. Гидрометеорологический режим и тепловой баланс озера Байкал / В.И. Верболов, В.М. Сокольников, М.Н. Шимараев. М.-Л.: Наука, 1965.-374 с.

14. Верболов В.И. О коэффициентах горизонтального макротурбулентного обмена в прибрежной зоне Южного Байкала / В.И. Верболов // Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР. 1970а. - Т. 14(34). - С. 122-132.

15. Верболов В.И. Перенос и структура течений в прибрежной зоне Южного Байкала / В.И. Верболов // Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР. 19706. - Т. 14(34).-С. 45-67.

16. Верболов В.И. О водообмене в оз. Байкал / В.И. Верболов, М.Н. Шимараев // Докл. ин-та географии Сибири и Дальнего Востока СО АН СССР. 1972. -Вып. 36.-С. 41-48.

17. Верболов В.И. Спектры байкальских течений / В.И. Верболов, Н.Г. Гранин // Третья Всесоюзная конференция "Динамика и термика рек, водохранилищ и окраинных морей: Тезисы докладов. Москва, 1989. - С. 45-47.

18. Верболов В.И. Оценка гидрофизического состояния деятельного слоя по материалам полигонных наблюдений на Байкале / В.И. Верболов, Н.Г. Гранин, A.A. Жданов и др. // Водные ресурсы. 1992. - №5. - С. 74-86.

19. Верболов В.И. Течения и водообмен в Байкале / В.И. Верболов // Водные ресурсы. 1996. - Т.23, №4. - С. 413-423.

20. Верещагин Г.Ю. Отчет о работах, произведенных на Байкале во время командировки от Имп. Академии наук летом 1916 г. / Г.Ю. Верещагин // Тр. / Комис. по изуч. оз. Байкал. 1918. - Т. 1, вып. 1. - С. 1-54.

21. Верещагин Г.Ю. Некоторые данные о режиме глубинных вод Байкала в районе Маритуя / Г.Ю. Верещагин // Тр. / Комис. по изучению оз. Байкал. 1927. -Т.2.-С. 77-138.

22. Верещагин Г.Ю. Влияние Байкала на летний термический режим Ангары / Г.Ю. Верещагин // ДАН СССР. 1931. - № 2. - С. 49-54.

23. Верещагин Г.Ю. Основные черты вертикального распределения динамики водных масс на Байкале / Г.Ю. Верещагин // Академику В.И. Вернадскому к 50-летию научной и педагогической деятельности. -М., 1936. Т.2. - С. 12071230.

24. Верещагин Г.Ю. Озеро Байкал / Г.Ю. Верещагин // Справочник по водным ресурсам СССР. Ленинград, 1936. - Т. XVI, вып.1. - С. 502-574.

25. Верещагин Г.Ю. О некоторых проблемах, связанных с изучением Байкала / Г.Ю. Верещагин // Природа. 1939. - № 12. - С. 33-43.

26. Верещагин Г.Ю. Байкал. Научно-популярный очерк / Г.Ю. Верещагин; Под ред. Д.Н. Талиева. Иркутск: ОГИЗ, 1947. - 170 с.

27. Вознесенский A.B. Очерк климатических особенностей Байкала / A.B. Вознесенский // Лоция и физико-географический очерк Байкала. СПб., 1908. -С. 173-329.

28. Вотинцев К.К. Гидрохимический режим озера Байкал в районе пос. Лиственичного / К.К. Вотинцев, И.В. Глазунов // Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР. 1963. - Т III(XXIII). - С. 5-56.

29. Вотинцев К.К. Круговорот органического вещества / К.К. Вотинцев, ЛИ. Мещерякова, Г.И. Поповская. Новосибирск: Наука, 1975. - 190 с.

30. Галкин Л.М. Решение диффузионных задач методом Монте-Карло / Л.М. Галкин. М.: Наука, 1975. - 96 с.

31. Глазунов И.В. Гидрохимический режим и химический сток реки Ангары / И.В. Глазунов // Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР. 1963. - Т III(XXIII). - С. 57-94.

32. Гранин Н.Г. Пространственно-временная изменчивость частоты Вяйсяля на Байкале / Н.Г. Гранин // Гидрофизика и гидрология водоемов: Сб. науч. тр. -Новосибирск, 1991. С. 50-56.

33. Гранин Н.Г. Конвекция и перемешивание подо льдом озера Байкал / Н.Г Гранин, Р.Ю. Гнатовский, A.A. Жданов и др. // Сибирский экологический журнал. 1999а. - №6. - С. 597-600.

34. Гранин Н.Г. Устойчивость стратификации и некоторые механизмы генерации конвекции в Байкале: Автореф. дис. . канд. геогр. наук: 11.00.07 / Н.Г. Гранин; Лимнолог, ин-т СО РАН. Иркутск, 19996. - 23 с.

35. Довгий Т.Н. Подводная солнечная радиация на Байкале / Т.Н. Довгий; отв. ред. А.Н. Афанасьев. Новосибирск: Наука, 1977. - 104 с.

36. Дриженко Ф.К. Рекогносцировка Байкальского озера в 1896 г. / Ф.К. Дриженко // Изв. / Имп. Русское геогр. о-во. 1897. - Т. 33, вып. 2. - С. 210-241.

37. Дыбовский Б.И. Физико-географические исследования на Байкале в 18961870гг. / Б.И. Дыбовский, В. Годлевский // Тр. / Вост.-Сиб. отд. Имп. Русского геогр. о-во. 1897. -№1, Байкальский сборник, вып. 1. - С. 1-62.

38. Жданов A.A. О механизмах генерации подледных течений в Байкале / A.A. Жданов, Н.Г. Гранин, М.Н. Шимараев // ДАН. 2001. - Т. 377, № 3. - С. 392395.39.3айков Б.Д. Очерки по озероведению / Б.Д. Зайков. Л.: Гидрометеоиздат, 1955.-Ч. 1.-271 с.

39. Знаменский В.А. Комплексные исследования водного баланса, течений и водообмена оз. Байкал / В.А. Знаменский, М.М. Айнбунд, З.А. Викулина // Тр. / IV Всесоюз. гидрол. съезд. 1975. - Т. 5.- С. 193-204.

40. Зубов H.H. Динамический метод вычисления элементов морских течений / H.H. Зубов и О.И. Мамаев Л.: Гидрометеоиздат, 1956. - 116 с.

41. Каменкович В.М. Основы динамики океана / В.М. Каменкович. Л.: Гидрометеоиздат, 1973. - С. 240.

42. Коденев Г.Г. Определение времени обновления вод Байкала с использованием химических трассеров / Г.Г. Коденев, М.Н. Шимараев, А.Т. Шишмарев // Геология и геофизика. 1998. - Т. 39, №6. - С. 842-850.

43. Коденев Г.Г. Об обновлении глубинных вод озера Байкал / Г.Г. Коденев // Геология и геофизика. 2001. - Т. 42, № 7. - С. 1127-1136.

44. Кожов М.М. Гидрологические и гидробиологические исследования в Баргузинском заливе на Байкале в 1932 году / М.М. Кожов // Изв. / Биол.-геогр. НИИ ИГУ. 1934. - Т. VI, вып. 1. - С. 9-84.

45. Кожов М.М. Материалы по гидрологии Малого моря на Байкале и миграциям омуля / М.М. Кожов // Изв. / Биол.-геогр. НИИ ИГУ. 1936. - Т. VII, вып. 1-2. -С. 93-124.

46. Кожов М.М. Биология озера Байкал / М.М. Кожов; отв. Ред. Г.И. Галазий. -М.: Наука, 1962.-315 с.

47. Кондратьев К.Я. Большое озеро как имитационная модель океана / К.Я. Кондратьев, В.Н. Адаменко, В.П. Власов и др.; Отв. ред. В.А. Румянцев. Л.: Наука, 1986. - 62 с.

48. Коротенко К.А. Экспериментальные исследования процессов турбулентной диффузии вещества в южном и среднем Байкале/ К.А. Коротенко, А.Л. Сухов // Гидрофизика и гидрология водоемов: Сб. науч. тр. Новосибирск, 1991. - С. 30-36.

49. Кротова В.А. Геострофическая циркуляция вод Байкала в период прямой стратификации / В.А. Кротова // Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР. 1970. - С. 11-45.

50. Кротова В.А. Геострофическая циркуляция вод Байкала в период прямой термической стратификации: Автореф. дис. . канд. геогр. наук: 11.00.07 / В.А. Кротова; Лимнол. ин-т СО РАН. Иркутск, 1971. - 19 с.

51. Крохин Е.М. Некоторые особенности зимнего термического режима литорали на Байкале / Е.М. Крохин // Тр. / Байк. лимнол. ст. АН СССР. 1939. - Т. 9. С. 133-147.

52. Куимова Л.Н. Изменения климата на Байкале и их связь с глобальными изменениями / Л.Н. Куимова, П.П. Шерстянкин // Проблемы экологического мониторинга: Материалы X Байкальской школы-семинара. Байкальск, 1998. -С. 7-18.

53. Куимова Л.Н. О реконструкции палеогидрофизического режима озера Байкал / Л.Н. Куимова, П.П. Шерстянкин // География и природные ресурсы. 1991. -№ 1. - С. 70-76.

54. Лимнология прибрежно-соровой зоны Байкала / Отв. ред. H.A. Флоренсов. -Новосибирск: Наука, 1977. 311 с.

55. Ловцов C.B. Крупномасштабные возмущения температуры и внутренние волны в озере Байкал / C.B. Ловцов, Ю.В. Парфенов, А.Э. Растегин и др. -http://www.api.isu.ru/school/Bsyph98/Reports/lovtsov.pdf (14 сент. 2005).

56. Мамаев О.И. К вопросу о термическом режиме озера Байкал / О.И. Мамаев // ДАН СССР. 1987. - Т. 292, № 6. - С. 1477-1481.

57. Маньковский В.И. Связь между глубиной видимости белого диска и показателем ослабления излучения для океанических вод /В.В. Маньковский // Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов: Сб. ст. -Новосибирск, 1979.-С. 100-106.

58. Маньковский В.И. Связь глубины видимости белого диска с биооптическими характеристиками вод Черного моря / В.И. Маньковский // Морской гидрофизический журнал. 1999. - №5. - С. 78-80.

59. Меншуткин В.В. Гидрология подледного слоя воды на Байкале / В.В. Меншуткин // Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР. 1964. - T.V(XXV). - С. 5263.

60. Одрова Т.В. Гидрофизика водоемов суши: Учеб. пособие для студ. вузов / Т.В. Одрова. Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 312 с.

61. Охлопкова А.Н. Опыт применения динамического метода к изучению циркуляции в Ладожском озере / А.Н. Охлопкова // Океанология. 1961. - Т. 1, вып. 6.-С. 1025-1033.

62. Парфенова B.B. Прнсклоновые процессы и распределение микроорганизмов в озере Байкал / Парфенова В.В., Шимараев М.Н., Косторнова Т.Я. и др. // Сибирский экологический журнал. 1999. -Т.6, №6. - С. 613-618.

63. Прогнозирование экологических процессов / Отв. ред. О.М. Кожова, В.Н. Паутова, В.В. Черепанов. Новосибирск: Наука, 1986. - 216 с.

64. Россолимо JT.JI. Температурный режим озера Байкал / JI.J1. Россолимо // Тр. / Байк. лимнол. ст. ВСФ АН СССР. 1957. - T. XVI. - 552 с.

65. Россолимо JT.JI. Некоторые черты температурного режима Малого моря / JI. JI. Россолимо // Тр. / Байк. лимнол. ст. АН СССР. 1959. - T. XVII. - С. 7-33.

66. Ротатова Т.В. Динамический метод и его применение для исследований течений во внутренних водоемах / Т.В. Ротатова, Т.Н. Филатова // Тр. / Гос. гидрол. ин-т. 1973. - Вып. 203. - С. 80-125.

67. Семовский C.B. Использование спутниковых наблюдений для исследования термических фронтов озера Байкал / C.B. Семовский, М.Н. Шимараев, Н.П. Минько, Р.Ю. Гнатовский // Исследование Земли из космоса. 1998. - №5. -С. 65-75.

68. Синюкович В.Н. Реконструкция естественного уровенного режима озера Байкал после строительства иркутской ГЭС / В.Н. Синюкович // Метеорология и гидрология. 2005. - № 7. - С. 70-76.

69. Сойфер В.Н. Применение изотопного метода при изучении процессов водообмена на озере Байкал / В.Н. Сойфер, B.C. Брезгунов, В.И. Верболов и др.//Тр./Лимнол. ин-т СО АН СССР.-1970.-Т. 14(34).-С. 146-153.

70. Сокольников В.М. О течениях и температуре воды под ледяным покровом Байкала и у истока р. Ангары / В.М. Сокольников // Тр. / Байк. лимнол. ст. АН СССР. 1960. - T. XVIII. - С. 264-285.

71. Сокольников В.М. Течения и водообмен в Байкале / В.М. Сокольников // Тр. / Лимнол. ин-т СО АН СССР. 1964. - T. V(XXV). - С. 5-21.

72. Сокольников В.М. Многолетние колебания ледовых явлений на оз. Байкал / В.М. Сокольников //Режим озер: Тр. Всесоюз. симпозиума по основнымпроблемам пресноводных озер, 25-29 мая 1970 г. Вильнюс, 1970. - Т. 1. - С. 165-173.

73. Соловьев В.Н. Сейши озера Байкал / В.Н. Соловьев, В.Б. Шостакович // Тр. / Иркутской магн.-метеорол. обсерв. 1926. -№1. -С. 56-60.

74. Степанова В.В. Связь полей температуры и показателя ослабления в водной толще Байкала / В.В. Степанова, П.П. Шерстянкин, М.Н. Шимараев // Гидрология Байкала и других водоемов: Сб. ст. Новосибирск, 1984. - С.78-84.

75. Течения в Байкале / Отв. Ред. А.Н. Афанасьев, В.И. Верболов. Новосибирск: Наука, 1977.- 160 с.

76. Толмачев В.А. О сезонных колебаниях растворенного кислорода на больших глубинах / В.А. Толмачев // ДАН СССР. 1957. - Т. 113, №2. - С. 395-398.

77. Толмачев В.А. Некоторые гидрохимические показатели внутреннего водообмена в Байкале / В.А. Толмачев // ДАН СССР. 1957. - Т.113, №3. - С. 639-642.

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

79. Троицкая Е.С. Условная прозрачность и температура воды в Южном Байкале / Е.С. Троицкая, М.Н. Шимараев // Оптика океана и атмосферы. 2005. - Т. 18, № 1-2.-С. 130-133.

80. Фиалков В.А. Течения прибрежной зоны озера Байкал / В.А. Фиалков; отв. ред. В.А. Знаменский. Новосибирск: Наука, 1983. - 192 с.

81. Филатов H.H. Гидродинамика озер / H.H. Филатов; Отв. ред. Ю.Л. Демин. -СПб: Наука, 1991.-197 с.

82. Формирование и динамика байкальских вод / Верболов В.И., Покатилова Т.Н., Шимараев М.Н. и др.; Отв. ред. М.Н. Шимараев, Н.П. Ладейщиков -Новосибирск, Наука, 1986. 121 с.

83. Форш Л.Ф. Особенности термического режима поверхности воды Байкала / Л.Ф. Форш // Тр. / Байк. лимнолог, ст. ВСФ АН СССР. 1957. - С. 95-159.

84. Хатчинсон Д. Лимнология / Д. Хатчинсон; Сокр. пер. с англ. Г.В. Цыцарина и Г. Г. Шинкар, ред. Л.Л. Россолимо. М.: Прогресс, 1969. - 592 с.

85. Хендерсон-Селлерс Б. Инженерная лимнология / Б. Хендерсон-Селлерс; перевод под ред. К.Я. Кондратьева. — Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 336 с.

86. Хомскис В. Динамика и термика малых озер / В. Хомскис; ред. Т. Венгрите. -Вильнюс: Минтис, 1969. 221 с.

87. Шамраев Ю.И. Океанология / Ю.И. Шамраев, Л.А. Шишкина; Под ред. A.B. Некрасова, И.П. Карповой. Л.: Гидрометеоиздат, 1980. - 382 с.

88. Шерстянкин П.П. Исследование горизонтальной диффузии в Южном Байкале с помощью пятен флуоресцеина / П.П. Шерстянкин // Тр. / Лимнол. ин-т СО РАН. 1970.-С. 132-136.

89. Шерстянкин П.П. Пространственное распределение прозрачности в Малом море и его связь с динамикой вод / П.П. Шерстянкин // Продуктивность Байкала и антропогенные изменения его природы. Иркутск, 1974. - С. 54-62.

90. Шимараев М.Н. Гидрометеорологические особенности Южного Байкала у истока Ангары / М.Н. Шимараев // Тр. / Лимнол. ин-т СО РАН. 1964. - Т. V(XXV).-C. 82-114.

91. Шимараев М.Н. Некоторые особенности ветровых условий над поверхностью Байкала в навигационный период / М.Н. Шимараев // Тр. / Лимнол. ин-т СО РАН.- 1964.-Т. V(XXV).-C. 114-136.

92. Шимараев М.Н. Роль отдельных гидрометеорологических факторов в формировании теплового баланса поверхности Байкала / М.Н. Шимараев // Тр. / Всесоюз. симпозиум по основным проблемам пресноводных озер (25-29 мая 1970 г.).-Вильнюс, 1970.- Т. 1.-С. 186-196.

93. Шимараев М.Н. Гидрометеорологические факторы и колебание численности байкальского планктона / М.Н. Шимараев // Тр. / Лимнол. ин-т СО РАН. -1971.-Т. 12(32).-С. 259-267.

94. Шимараев М.Н. Элементы теплового режима озера Байкал / М.Н. Шимараев; Отв. ред. А.Н. Афанасьев. Новосибирск: Наука, 1977. - 150 с.

95. Шимараев М.Н. Тепловой режим глубоких озер (на примере оз. Байкал) / М.Н. Шимараев // Тр. / V Всесоюзный гидрол. съезд. 1990. - Т. 8. - С. 294307.

96. Шимараев М.Н. К вопросу о стратификации и механизме конвекции в Байкале / М.Н. Шимараев, Н.Г. Гранин // ДАН СССР. 1991. - Т. 321., №2. -С. 381-385.

97. Шимараев М.Н. Международный гидрофизический эксперимент на Байкале: процессы обновления глубинных вод в весенний период / Шимараев М.Н., Грачев М.А., Имбоден Д.М. и др. // ДАН. 1995а. - Т. 343, №6. - С. 824-827.

98. Шимараев М.Н. Опыт реконструкции гидрофизических условий в Байкале в позднем плейстоцене и голоцене / М.Н. Шимараев, Н.Г. Гранин, Л.Н. Куимова // Геология и геофизика. 19956. - Т. 36, №8. - С. 97-102.

99. Шимараев М.Н. Тепло- и массообмен в Байкале: Дис. в виде научного доклада на соиск. уч. ст. докт. геогр. наук: 11.00.07 / М.Н. Шимараев; Лимнол. ин-т СО РАН. Иркутск, 1996. - 48 с.

100. Шимараев М.Н. Климат и гидрологические процессы в бассейне озера Байкал в XX столетии / М.Н. Шимараев, Л.Н. Куимова, В.Н. Синюкович, В.В. Цехановский // Метеорология и гидрология. 2002а. - №3. - С. 71-78.

101. Шимараев М.Н. О проявлении на Байкале глобальных изменений климата в XX столетии / Шимараев М.Н., Куимова Л.Н., Синюкович В.Н., Цехановский В.В. // ДАН. 20026. - Т. 383, № 3. - С. 397-400.

102. Шимараев М.Н. О межкотловинном обмене в Байкале / М.Н. Шимараев, Н.Г. Гранин, В.М. Домышева и др. // Водные ресурсы. 2003. - №6. - С. 678-681.

103. Шимараев М.Н. Интенсивность вертикального водообмена в отдельных котловинах Байкала / М.Н. Шимараев, Е.С. Троицкая, В.М. Домышева // География и природные ресурсы. 2003. - №3. - С. 68-73.

104. Шимараев М.Н. Климат и многолетняя динамика содержания кремния в водной толще озера Байкал // М.Н. Шимараев, В.М. Домышева // Геология и геофизика. 2004. - Т. 45, № 3. - С. 310-316.

105. Шимараев М.Н. Сезонные особенности геострофических течений в южном Байкале / М.Н. Шимараев, Е.С. Троицкая // География и природные ресурсы.-2005.-№ 1.-С. 58-65.

106. Шостакович В.Б. Термический режим Байкала / В.Б. Шостакович // Тр. / Иркутск, магн.-метеорол. обсерв. 1926. -№ 1. - С. 1-30.

107. Штокман В.Б. Вертикальное распространение тепловых волн в море и косвенные методы определения коэффициента теплопроводности / В.Б. Штокман // Тр. / Ин-т океанологии АН СССР. 1946. - Т. 1. - С. 3-46.

108. Ayers J.C. A Dynamic Height Method for the Determination of Currents in Deep Lakes / J.C. Ayers // Limnol. Oceanogr. 1956. - Vol. 1, № 3. - PP. 150-162.

109. Chen C-T. A. precise thermodynamic properties for natural waters covering only the limnological range / C-T. A. Chen and F.J. Millero // Limnol. Oceanogr. -1986. Vol. 31, № 3. - PP. 657-662.

110. Farmer D.M. Wind mixing and restratification in a lake near the temperature of maximum density / D. M. Farmer, E.C. Carmack // J. Phys. Oceanogr. 1981. -Vol. 11,№ 11.-PP. 1516-1533.

111. Hohmann R. Processes of deep-water renewal in Lake Baikal / R. Hohmann, R. Kipfer, F. Peeters et al. // Limnol. Oceanogr. 1997. - Vol. 42, № 5. - PP. 841855.

112. Hohmann R. Deep-Water Renewal in Lake Baikal: A diss, for the degree of Doctor of Natural Sciences / R. Hohmann; Swiss Federal Institute of Technology. -Zürich, 1997. 144 p.

113. Hohmann R. Distribution of helium and tritium in Lake Baikal / R. Hohmann, M. Hofer, R. Kipfer et al. // J. of Geophys. Res. 1998. - 103(C6). - PP. 1282312838.

114. Imboden D.M. Mixing mechanisms in lakes / D.M. Imboden and A. Wüest // Physics and chemistry of lakes. Berlin: Springer Verlag, 1995. - PP. 83-138.

115. Killworth P.D. Modeling Deep-Water Renewal in Lake Baikal / P.D. Killworth, E.C. Carmack, R.F. Weiss, R. Matear // Limnol. Oceanogr. 1996. - Vol. 41, № 7. -PP. 1521-1538.

116. Lake Baikal Evolution and Biodiversity / edited by Kozhova O.M. and Izmest'eva L.R. Leiden: Backhuys Publishers, 1998. - 447 p.

117. Lemmin U. Internal seiche climate in the Lake of Geneva (Lac Leman) / U. Lemmin, C.H. Mortimer, E. Bäuerle // Limnol. Oceanogr. 2005. - Vol. 50, № 1. -PP. 207-216.

118. Magnuson J.J. Historical Trends in Lake and River Ice Cover in the Northern Hemisphere / J.J. Magnuson, D.M. Robertson, B.J. Benson et al. // Science. -2000.-Vol. 289.-PP. 1743-1746.

119. Mortimer C.H. Long internal waves in lakes: review of a century of research / C.H. Mortimer // Center for Great Lakes Studies; University of Wisconsin-Milwaukee: Special report. 1993. -№ 42. - 51 p.

120. Peeters F. Modeling Transport Rates in Lake Baikal: Gas Exchange and Deep Water Renewal / F. Peeters., R. Kipfer., R. Hohmann et al. // Environ. Sci. Technol. 1997. - Vol. 31. - PP. 2973-2982.

121. Peeters F. Vertical turbulent diffusion and up welling in lake Baikal estimated by inverse modeling of transient tracers / F. Peeters, R. Kipfer, M. Hofer et al. // J. of Geophys. Res. 2000. - 105(C2). - PP. 3451-3464.

122. Ravens Th.M. Small-scale turbulence and vertical mixing in Lake Baikal / Th.M. Ravens, O. Kocsis, A. Wiiest, N. Granin // Limnol. Oceanogr. Vol. 45, № 1. -2000.-PP. 159-173.

123. Shimaraev M.N. Deep ventilation of Lake Baikal waters due to spring thermal bars / M.N. Shimaraev, N.G. Granin, A.A. Zhdanov // Limnol. Oceanogr. Vol. 38, № 5.- 1993.-PP. 1068-1072.

124. Shimaraev M.N. Physical limnology of Lake Baikal: A review / M.N. Shimaraev, V.I. Verbolov, N. Granin, and P.P. Sherstayankin; edited by M.N. Shimaraev and S. Okuda. Okayama, Irkutsk, 1994. - 82 p.

125. Weiss R.F. Deep-water renewal and biological production in Lake Baikal / R.F. Weiss, E.C. Carmack and V.M. Koropalov // Nature. 1991. - Vol. 349. - PP. 665-669.

126. Wiiest A. Deep Water Renewal in Lake Baikal Matching Turbulent Kinetic Energy and Internal Cycling / A. Wiiest, N. Granin, O. Kocsis et al. // Terra Nostra. -2000.-№9.-PP. 60-74.

127. Wiiest A. Cold intrusions in Lake Baikal: Direct observational evidence for deep-water renewal / A. Wiiest, T.M. Ravens, N. Granin et al. // Limnol. Oceanogr. -2005. Vol. 50, № 1. - PP. 184-196.

Информация о работе

Троицкая, Елена Сергеевна
кандидата географических наук
Иркутск, 2005
ВАК 25.00.27

Диссертация

Пространственно-временная изменчивость термических процессов в Байкале - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы