Закономерности пространственно-временной изменчивости термических процессов в крупных димиктических озерах

Науменко, Михаил Арсеньевич

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Закономерности пространственно-временной изменчивости термических процессов в крупных димиктических озерах
ВАК РФ 11.00.11, Охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации по теме "Закономерности пространственно-временной изменчивости термических процессов в крупных димиктических озерах"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ОЗЕРОВЕДЕНИЯ

На правах рукописи УДК 556.555.4 + 504.455

НАУМЕНКО Михаил Арсеньевич

ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННОЙ ИЗМЕНЧИВОСТИ ТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КРУПНЫХ ДИМИКТИЧЕСКИХ ОЗЕРАХ

11.00.11 —охрана окружающей среды и рациональное использование природных ресурсов

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора географических наук

Санкт - Петербург 1998

Работа выполнена в Институте озероведения

Российской Академии Наук

Официальные оппоненты

доктор физико-математических наук, профессор Л.Н.Карлин (Российский государственный гидрометеорологический университет), доктор географических наук, профессор С.Г.Тушинский {Московский государственный университет), доктор географических наук, профессор В.Р.Фукс (С-Петербургский государственный университет)

Ведущая организация — Институт водных проблем Севера

специализированного совета Д.200.10.01 при Институте озероведения РАН по адресу: 196199, Санкт-Петербург, ул.Севастьянова,9.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института озероведения РАН.

Карельского научного центра РАН (Петрозаводск)

Защита состоится * 2/ " мая 1998 г. в " " часов на заседании

Автореферат разослан "_" апреля 1998 г.

Ученый секретарь спе!.

к.б.н.

В.П.Беляков

Природные водоемы являются естественной средой обитания живых организмов, источником питьевой воды, локально воздействуют на климатическую систему. На региональном уровне последствия тотального воздействия человека проявляются в значительном снижении качества воды крупных озер , что наблюдается практически во всех озерах, расположенных в районах с высокой плотностью населения.

В экосистемах водоемов происходит совместное функционирование биотического сообщества и неживой среды , поскольку биота не может существовать без круговорота вещества и потока энергии, влияющего на все составляющие экосистемы.

Температура окружающей среды является одним из важнейших определяющих параметров в экосистеме озер. Разнообразие видов биологических сообществ в крупных озерах, их пространственная неоднородность и временная изменчивость в значительной степени контролируется вариациями температуры воды [ Россолимо,1929,Николаев,1971, Vollenweider, 1968, Wetzel,1975, Тушинский, Шишсар,1982, Tilzer, Serruya, 19901.

В настоящее время достаточно хорошо изучена янутригодовая изменчивость динамической и термической структуры крупных озер . Наиболее крупное обобщение сделано А.И.Тихомировым « Термика крупных озёр » (1982), К.Хатгером (Hutter, 1984), Н.Н.Филатовым «Гидродинамика озер»(1991). Разномасштабность движений от средней сезонной циркуляции в водоеме до сезонных фронтальных зон (типа термобара) и апвеллннгов во многом определяет перемежаемость процессов энерго-массообмена в крупных озерах.

Повышенный интерес к экологическому состоянию водоемов на первый план выдвинул проблемы изучения синоптических и мезо масштабных процессов в крупных озерах. Именно в этих масштабах оказывают наиболее значимое влияние экологические катастрофы типа нефтяных разливов, распространения загрязняющих веществ и т.п. Однако уровень изученности пространственных неоднородностей для синоптических и мезомасштабов, фронтальных зон в крупных озерах мира еще недостаточен, что связано с трудностями организации наблюдений и с практическим отсутствием методик выделения этих процессов.

Решение проблемы формирования гидрофизических полей в крупном озере связано с необходимостью точного знания морфометрии к влиянием распределил глубин на эволюцию водных масс. Известно, что понижение уровня оз.Севан и уменьшение его средней глубины привело к экологической катастрофе [ Айнбунд,1961]. В связи с этим одним из на-сущних вопросов современной лимнологии является уточнение морфо-

метрических характеристик крупных озер на основе современных карт и компьютерных технологий [ Верещагин,1930, Сорокин, 1980 ]. Многие крупномасштабные процессы и явления, происходящие на границе раздела поверхность воды и атмосферы, не поддаются изучению с помощью традиционных контактных средств измерения [ Крекнал,1984, Кондратьев и др., 1988,1989,1992, Усачев, 1979. ]. Поэтому совместное использование данных контактных измерений и дистанционного зондирования в этих исследованиях является наиболее эффективным. Таким образом, проблема выявления основных пространственно-временных закономерностей изменчивости термических процессов крупных озер в связи с их реальной морфометрией на основе специализированных контактных и дистанционных наблюдений , на решение которой направлена настоящая работа, является актуальной проблемой лимнологии.

Цель работы заключается в выявлении пространственно-временных закономерностей термических процессов в крупных димиктических озерах (на примере крупнейших европейских озер Ладожского и Онежского ) на основе специализированных натурных измерений и морфоме-трических моделей.

Для достижения поставленной цели был сформулированы и решены следующие задачи:

— планирование, организация и проведение специализировашшх натурных наблюдений (в том числе синхронных с дистанционными) за температурой, параметрами течений, метеорологическими характеристиками, явлениями на поверхности воды с экспедиционных судов на озерах Ладожском и Онежском,

— создание компьютерных батиметрических моделей этих озер и разработка на их основе лимнического районирования,

— исследование сезонного хода температуры воды районов с различными глубинами и установления между ними корреляционных связей,

— изучение пространствешга-временной эволюция фронтальных зон крупных озер (типа термобара) и параметров атмосферы над ними,

— создание эмпирической модели движения весенней термической фронтальной зоны,

- исследования пространственных масштабов синоптической и мс-зомасштабной изменчивости температуры и теплосодержания крупных озер при различных метеорологических условиях,

— применение дистанционной информации в инфракрасном диапазоне для изучения фронтальных разделов, вихревых образований и конвективных движений в крупном озере,

— обнаружение на поверхности крупных озер проявлений внутри-водных процессов на основе использования космической информации с локатора с синтезированной апертурой и ее интерпретация,

— сравнение выявленных закономерностей с аналогичными для крупных озер умеренной климатической зопьг.

Объекты исследований. Димкктические с замедленным водообменом Ладожское и Онежское озера связаны между собой и снабжают водой С.- Петербург и Карелию. Качество их вод к настоящему времени претерпело значительные изменения [Румянцев, Драбкова,1996]. Поэтому им уделяется особое внимание среди крупных озер Северо-Запада России. На этих озерах были проведены специализированные контактные и дистанционные наблюдения термических процессов в период с 1979 по 1995 г.г., которые явились основной информацией для анализа.

Научная новизна и основные научные положения, выносимые на защиту:

— определены особенности годового хода температуры воды для различных районов Ладожского озера с различными глубинами и установлены четкие корреляционные связи между ними, оценен вклад сезонной и синоптической изменчивости в годовой ход температуры,

— предложен метод разделения фоновой и синоптической (мезомас-штабной) составляющих изменчивости пространственного распределения температуры и на его основе определены пространственные тренды температуры на различных глубинах, пространственные масштабы и спектральные характеристики неоднородностей температурных полей,

— проведено лимническое районирование Ладожского озера на основе впервые созданных батиметрических моделей крупнейших озер Европы- Ладожского и Онежского, позволивших скорректирован, их морфометрические характеристики ( в частности, объём и средгаою глубину),

— на основе специализированных наблюдений в весенней фронтальной зоне крупного озера выявлены особенности пространственно-временной изменчивости течений и температуры, процессов турбулентного и интрузионного обмена, предложена методика определения характерного масштаба фронтальной зоны,

— создана эмпирическая модель движения термического фронта в Ладожском озере и определены скорости его движения на различных этапах его существования,

— количественно определены термические отличия прибрежной части крупного озера в период развитой стратификации от глубоководной,

— на основе впервые использоваянной ИК-информации высокого пространственного разрешения( AVHRR ) со спутников типа NOAA выявлены особенности термического состояния Ладожского озера и весенней фронтальной зоны, а также предложена методика получения абсолютных температур поверхности воды с использованием естественного репера - температуры наибольшей плотности воды(4°С),

— впервые для изучения поверхности крупных озёр применена космическая информация с локатора с синтезированной апертурой, позволившая исследовать проявления внутренних волн, особенности пространственного распределения гидробионтов и пространственных температурных неоднородностей и другие эффекты.

Практическая значимость работы. Все исследования выполнялись в соответствии с планом научно-исследовательских работ Института озероведения РАН по основным темам " Разработка методов дистанционного контроля качества озерных вод "( Гос. per. N 01.86.0059943) и " Разработка системы управления качеством воды Ладожского озера на основе оценки его природно- ресурсного и экологического потетщиала " (Гос.рег-N 01.97 004018).

Результаты исследований имеют важное значение для совершенствования комплексных экологических моделей, предназначенных для ко-личссгвешюго определения биотических и абиотических составляющих для различных пространственно - временных масштабов.

Закономерности распределения температуры воды по акватории и местоположения термического фронта позволяют проводить прогностические оценки термическою состояния крупных озер и приводного слоя воздуха над ними.

Определение пространственных масштабов изменчивости температуры позволяет оптимизировать организацию натурных наблюдений в крупном озере. Батиметрические модели могут использоваться как необходимое условие для точного определения составляющих водного, теплового и химического баланса при различных уровнях Ладожского и Онежского озер, их внутреннего водообмена, а также для географической привязки дистанционной информации. Опыт интерпретации дистанционных данных позволяет выявлять проявление внутриводных процессов на поверхности крупных озер, таких как внугретше волны, вихревые структуры и конвективные движения, и использовать их для объяснения пространственной неоднородности полей гидробионтов . Однако необходимы дальнейшие целенаправленные разработки специальных методик.

Степень достоверности результатов обосновывается тщательным проведением измерений, оценкой точности использоватшх данных и анализом полученной информации. Основные результаты, выносимые на защиту, опубликованы в 54 печатных работах в отечественных и международных журналах. Они были представлены на следующих конференциях, симпозиумах и съездах:

I Всесоюзной конференции « Проблемы научных исследований в высшей школе в области изучения и освоения Мирового океана» (Владивосток, 1976), I съезде советских океанологов ( Москва, 1977), II Всесоюзной конференции « Технические средства изучения и освоения оксана»( Ленинград, 1978), У и У1 всесоюзных лимнологических совещаниях ( Иркутск, 1981, 1985), Всесоюзном совещании по моделированию и экспериментальному исследованию процессов переноса и перемешивания в озерах ( Ленинград- Пунпус,1981), Всесоюзном научном совещания « Природные ресурсы больших озер СССР » (Ленинград, 1982), Всесоюзном совещании «Лимнология горных водоемов» (Ереван, 1984), I Всесоюзной школе-семинаре «Актуальные проблемы океанологии » ( Ленинград, 1987), Всесоюзной конференции « Актуальные проблемы современной лимнологии » ( Ленинград, 1988), научном семинаре « Комплексные проблемы охраны и рационального использования водных ресурсов» (Петрозаводск, 1988), Международных курсах 1МН5СО/иКЕР/1ЬЕС по управлению природными ресурсами в бассейне сз.Чад( Иркутск-Ленинград, 1989), XXIII конференции по исследованию Великих озер(Виндзор,1990), Всесоюзной конференции « Проблемы стратифицированных течений»( Канев, 1991), Всесоюзном совещании «Антропогенные изменения экосистем малых озер»(С.- Петербург, 1991), Международных симпозиумах по дистанционному зондированию в науках о Земле (ЮАНЯЯ ) (Хельсинки, 1991; Хьюстон, 1992; Флоренция ,1995), Международном семинаре « Проблемы физической лимнологии »( Петрозаводск, 1992), I Международном симпозиуме по изучению Ладожского озера (С.-Петербург, 1993), I и II международных конференциях по дистанционному зондированию с авиаплатформ (Страсбург, 1994, Сан-Франциско,1996), 1У конференция « Динамика и термика рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей » ( Москва, 1994), Международной конференции «Аэрокосмические методы геологических и экологических исследований » (С. -Петербург, 1994), III Международной тематической конференции но дистанционному зондированию прибрежных акваторий (Сиэтл,1995), Европейской конференции по радару с синтезированной апертурой (Копигсвинтер,1996), ХХУ1 международном симпозиуме по дистанционному зондированию окружающей среды ( Ванкувер, 1996), II Международном симпозиуме но изучению Ладожского озера (Йоенсу, 1996), XXI и XXII Генеральных ассамблеях Международного геофизического союза (Гаага,1996, Ница,1998),III симпозиуме по использованию европейских спутников для изучения окружающей среды (Флоренция, 1997).

Материалы, вошедшие в диссертацию, докладывались и обсуждались на семинарах Лабораторий теплофизики, гидрофизики и водного баланса, дистанционного зондирования Института озероведения в период с 1980 но 1996 г.г., на итоговых сессиях Ученого Совета Института озероведения в 1987 - 1998 г.г., на семинаре в Институте космических ис-

следований РАН в 1992 г., Щецинском университете в 1990 г., Канадском Центре по изучению внутренних вод в 1990 и 1994 г.г.

Полностью работа была доложена на совместном заседании Лаборатории гидрологии и географии Института озероведения РАН, а также на совместном заседании кафедры океанологии и гидрологии суши Санкт-Петербургского университета в ноябре 1997 г.

Яичный вклад автора. Диссертация написана на основе материалов многолетних исследований автора. Автором сформулированы идеи и новые направления в исследовании термических процессов крупных озер. Он непосредственно участвовал в планировании натурных измерений, также как и в большинстве экспедиционных работ на Ладожском, Онежском озерах, оз. Таймыр, Севан, Балхаш, Байкал, Рыбинском водохранилище и Варненском озере и обработке материалов. Все совместные публикации были подготовлены при участии автора на основе материалов для разданных внутренних водоемов.

Автор считает необходимым долгом поблагодарить всех участников экспедиционных. работ на крупных озерах, где проводились измерения. Без непосредственной помощи Л.В.Зайцева, д.г.н.Н.Н.Фшштова, к.г.н.С.Г.Каретникова, В.В.Гузиватого, кх.н.В.Б.Румянцева, Э.М.Гореловой, к.г.н. Н.В.Кочкова, А.М.Крючкова, А.Ю.Иванова многие результаты не были бы получены в полной мере.

Автор благодарен д.г.н. А.И. Тихомирову за формирование лимнических подходов в изучению термических процессов в крутых озерах.

Ф.А.Черняеву автор благодарит за внимательный анализ новых морфометри-ческих характеристик Ладожского и Онежского озер.

Автор благодарен академику К Л.Кондратьеву и член-коррсспонденту А.И.Сорокину за внимание к работе и совместные публикации. Автор признателен проф. Р.Мюрти и доктору К.Роджерсу (Канадский Центр по изучению внутренних вод) за неоднократное обсуждение результатов исследования, а также проф.В.Аль-персу (Университет г.Гамбурга) за предоставление дистанционной информации с европейских исследовательских спутшшга ERS-1,2 и обсуждение результатов.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав и заключения. Общий объём 298 страниц, в том числе 77 рисунков и 14 таблиц. Список литературы включает 256 наименования, в том числе 160 на русском и 96 иностранном языке.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

В Главе 1 представлены характерные черты и изученность термического состояния крупных димиктических озёр . По классификации Лёфлера и Хатчинсона [Hutchinson,1957] к димиктическим озёрам причисляются озёра , температура воды которых дважды в год ( весной и осенью) переходит через температуру наибольшей плотности пресной воды (4°С) и происходит перемешивание водной толщи. Эти озера пред-

ставляют наиболее общий тип для зоны умеренного климата. Они имеют прямую температурную стратификацию в течение лета и обратную в течение зимы.

К крупнейшим озерам мира отнесены 253 озера с площадью более 500 км1 [ Tilzer , Semiya,1990 ]. Эти озера содержат около 90 % мировых запасов всех континентальных поверхностных вод.

В северном полушарии располагается более 87 % всех крупных озер Земли, причем более 64 % (162 озера) расположены севернее 40° параллели и имеют ледниковое происхождение. Ладожское озеро занимает 16 место по площади и 14 по объёму среди крупнейишх озер мира. Онежское озеро соответственно занимает 20 я 24 место.

Одной из главных отличительных черт крупных озер умеренной климатической зоны, как восточного так и западного полушария, является возникновение и эволюция в этих озерах — термической фронтальной зоны (термобара), сезонного фронта. В больших пресноводных озёрах , в которых температура воды дважды в течение года достигает (4°С), в период весеннего нагревания и осеннего охлаждения, существует фронтальный раздел — термобар, который впервые был описан Ф.Форелем т, конце прошлого века, затем изучением его занимались А.Тихо ми-pouf i 963,1973,1982], К.Роджсрс [ 1965, 1968, 1971,1987], С.Мортимср [1963,1974], М.Науменко[1982,1989,1990,1992,1991, 1994, 1998] Мальм,Миронов,Тержевик [Malm, Mironov , Terzhcvik , Jonsson, 1994] и другие исследователи.

В силу особенностей уравнения состояния пресной воды в диапазоне температур от 3 до 5°С возможно существование устойчивой вертикальной температурной сгупенчатой структуры, что неоднократно наблюдалось в Ладожском озере и оз.Онтарио [ Lee ,Rodgers,1972].

Существование фронтального раздела, сформировашюго за счёт аномалии плотност, можно ожидать в крупных солоноватых озёрах и в морях: Балтийском, Каспийском. О наблюдениях фронтального раздела типа « термобара » в Балтийском море сообщали И.А. Бычкова,С.В Викторов и В.Н. Лосинский [ 1987 ].

Обсуждаются составляющие теплового баланса крупных димикга-ческих озер, характерные соотношения между параметрами зтга-, мета- и гиподимниона. Крупные озера умеренной климатической зоны оказывают в суммарном воздействие отепляющее влияние на прилегающую территорию, аккумулируя значительное количество тепла в годовом цикле, о чем свидетельствуют данные о среднегодовой температуре поверхности воды Тпов., среднегодовой температуре водной массы Т вод*, и среднегодовой температуре воздуха 1 возя. крупных озер Северо-Запада России и

Северной Америки. Средние температуры поверхности воды и водной массы выше, чем температура воздуха, хотя внутри года в период с апреля по толь температура поверхности Ладожского озера ниже температуры воздуха [ Тепловой режим Ладожского озера, 1968 ].

Многие характерные черты термического режима крупных димик-тических озер, сходны, имея индивидуальные особенности, связанные с широтой места и строением котловины.

В связи со значительными характерными размерами ( сотни километров) крупные озера характеризуются большой пространственно-временной изменчивостью гидротермодинамических процессов в годовом цикле. В конкретный момент времени реальное распределение температуры по акватории крупного озера на сезонном фоне определяется ветровым воздействием, распределением тсплозапасов и динамикой течений в водной толще. В.Н.Адаменко [1985] сообщал, что пространственная изменчивость термических характеристик внутри крупного и глубокого озера от района к району не уступает различиям макромасштабного порядка от озера к озеру. Н.Н.Филатов [ 1990,1991 ] указывал, что в крупных глубоких озерах редко наблюдаются « типичные» поля температуры (плотности) из-за постоянной перестройки их и течений с синоптическим периодом. Появление новых методов изучения термики крупных озер , применение малоинерционной аппаратуры и приборов для длительных измерений, а также использование авиационной и космической информации позволили выявить принципиально новые пространственные явления: вихревые, грибовидные и интрузионные образования, фронты, ал-веллинш и т.п., существующие от нескольких часов до нескольких суток и имеющие характерные масштабы от километров до десятков километров.

На современном уровне развитая лимнологии достаточно хорошо изучены средние термические характеристики крупных озер мира. Отклонения от среднего значения для множества гидрологических процессов определяют тенденцию их развития.

Все это с необходимостью ставит вопрос о новом направление в термических исследованиях— об изучении сщюпшческой и мезомас-штабной пространственной изменчивости термического состояния крупных озер.

Глава 2 посвящена методам исследования пространственно-временной изменчивости крупных озер. Концепция разномасштабное™ озерных процессов как во времени, так и в пространстве определяет стратегию изучения озёрных экосистем [Изменчивость гидрофизических полей в озерах, 1978, Филатов, 1983].

В диссертации дается характеристика используемых методов контактных измерений температуры воды и других гидрофизических элементов, позволяющих исследовать термическое состояние крупного озера , а именно, метод стандартных разрезов и съёмок, измерения с использованием буйковых станций, полигонные наблюдения и измерения в режиме буксировки.

Принципиально новым методом исследования термических нсод-породностей поверхности крупных озер явилось использование дистанционной информации.

Измерения с авианосителей температуры воздуха и воды с различных высот были получены в период выполнения программы «Внутренние водоемы » в период с 1983-1985 г.г. для Ладожского озера. Эта измерения явились основой анализа влияния весенней фронтальной зоны на приводный слой воздуха до высоты несколько сотен метров, параметров конвективных движений в поверхностном слое воды и вихревых образований [ №итепко,Каге1:шкоу, 1994 ]. Регулярные измерения температуры поверхности воды с использованием самолетного радиометра, выполняемые региональным управлением Гидрометеослужбы за период с 1989 по 1995 г.г., были использованы для анализа сезонного хода температуры поверхности воды Ладожского озера для районов с различными глубинами.

Космическая информация с искусственных спутников Зешш в ил-фракрасном(ИК) и радиодиапазона (РЛИ) была использована для анализа температурного режима и состояния поверхности Ладожского и Онежского озер, в том числе информация с искусственных спутников Земли МОАА-9,11, « Космос-1870», « Алмаз», ЕЛ8-! за период с 1987 по 1995 г. Информация в аналоговом и цифровом виде была получена из Института информатики и автоматизации РАН и Росгидрометцентре, НПО «Машиностроение», а также из Института мореведения Гамбургского университета.

Одним из важнейших аспектов использования дистанционной информации явились совместные измерения температуры поверхности воды в инфракрасном диапазоне и контактными датчиками, прозрачности воды, гидрометеорологических характеристик и некоторых химических и биологических параметров. Квазисинхрогшые измерения послужили основой для идентификации проявления внутриводных процессов поверхности крупных озер. Примером крупномасштабного комплексного лимнологического эксперимента является эксперимент "Онего" [Филатов, Белецкий, Зайцев, 1990}.

На современном этапе мониторинг и исследование лимнических процессов не могут быть эффективны без тщательно организованной системы накопления, хранения и быстрого вызова необходимой информации и представлешш ее в наглядной и доступной форме. Поэтому вся первичная информация была подготовлена в цифровом виде и сохранена в персональном компьютере в виде специализированной базы данных (БД), удобной для контроля, просмотра к выбора данных по разнообразным запросам.

За критерий насыщенности информацией может быть придаю отношение общего количества измерений, выполненных на акватории озера ( без учета временных рядов буйковых станций ), к объему озера. Для Ладожского озера в настоящее время он равен 115 изм./км3.

Общий период наблюдений для Ладожского и Онежского озер, охваченный измерениями температуры, выполненными с участием автором или под его руководством, составляет 16 лет ( с 1979 г. по 1996 г.). За это время было выполнено более 16 полных съемок температуры воды этих озер от поверхности до 50 - 60 м, большинство измерений достигали дна. Скорость и направление течений были получены с 10 буйковых станций за период от нескольких часов до нескольких недель с дискретностью 5 тт.

Глава 3 посвящена морфометрическим характеристикам Ладожского и Онежского озер, получешшм на основе созданных впервые автором морфометрических моделей этих озер.

Термический режим конкретного озера в значительной степени определяется морфометрическими характ еристиками его котловины, соотношением площади и глубины,изрезашюстыо, ориентацией и т.п.. поэтому первым шаг ом в изучении закономерностей термического состояния крупных озер какой-либо климатической зоны должно быть точное количественное описание морфометрических характеристик изучаемых озер, выделение районов с однородными уклонами дна.

От формы и размеров озерной впадины зависят сроки замерзания и вскрытия ледостава в тех или иных районах.

Без знания морфометрических. характеристик озер, известная эмпирическая модель Фоленвайдера [ Уо11еп\уе1(1ег ,1968], отражающая связь уровня трофии водоёма с его средней глубиной и поступлением фосфора, не позволяет определять предельно допустимые нагрузки биогенов, при превышении которых озеро может перейти на более высокий трофический уровень.

В диссертации обсуждаются принципы создания цифровых картографических моделей озер, которые позволят не только собрать в стан-

дартном формате данные о глубинах и береговой линии крупных озер , но и определить важнейшие морфометричссгше характеристики реальных водоемов по координатам береговой линии и глубин с той или иной степенью генерализации.

Построение морфометрическнх моделей основано на использовании реальных батиметрических карт (нами были использованы карты 1982-1984 г.г.) и создании цифровых массивов данных о глубинах с их координатами. Батиметрические модели Ладожского и Онежского озер позволили определить площадь и их объём, построить гипсометрические и объемные кривые ( Рис. 1 ).

Объём озера вычислялся интегрированием от поверхности до дна по реальному рельефу дна , а не по слоям, как это обычно принято при вычислении объёма озер планиметрическим методом. Такой подход позволил наиболее точно учесть особенности котловины озер. Точность интегрирования составляла 0.1 км3.

Площадь зеркала Ладожского озера, оказалась равной 17872 км2, что на I % больше, чем определённая планиметрическим способом. Новая величина объёма Ладожского озера, рассчитанная по современным данным, получилась равной 837. 9 ± 2.4 км3,ч то на 7.8 % меньше общепринятого. Абсолютная разность составляет 71 км3, что приблизительно равно годовому стоку р.Невы и в 10 раз превышает годовое испарение с поверхности озера.

Объём Онежского озера, рассчитанный по морфометрической модели, равняется 262.0 ± 2 км3, что на 10.2 % меньше общепринятого. В абсолютных единицах разница составила 29.8 км3, что в 1.5 раза превышает приходную часть водного баланса озера и почти па 3/4 больше годового стока из озера.

Созданные впервые батиметрические модели Ладожского и Онежского озер позволили определить разнообразные объемные и площадные характеристики и рассчитать па эквидистантной сетке статистические параметры котловины этих озер (Табд.1). Новые величины объёма как всего озера, так и его районов являются необходимой основой для расчёта водного и химического и теплового баланса озер.

Определение формы котловины озер было выполнено на основе представлений Л.Хакансопа [Накапвоп, 1981 ]. Выводы о подобии форм котловины Ладожского и Онежского озера были сделаны А.И.Сорокиным [ 1992} и подтверждены автором. При сравнении формы котловины Ладожского и Онежского озер с крупными димиктическими озерами мира можно сделать вывод, что наибольшее сходство они имеют с озерами Эри, Гурон, Венерн и оз.Меларен.

О 50 100 150 200 250 300

150 200 к м

Площадь, кв. км Объем, куб. км

5000 10000 15000 20000 О 500 1000

Рис. 1 Батиметрические модели и гипсометрические и объемные кривые

Ладожского (I) и Онежского (2) озера. Жирные кривые - новые данные тонкие кривые по Ф.А.Черняевой [ 1966,1969].

Компьютерные батиметрические модели озер могут служить основой для привязки и анализа авиа- и космической информации совместно с контактными наблюдениями.

Табл.!

Основные морфометрические характеристики Ладожского (1) и Онежского { 2 ) озер

1 2

Высота над уровнем моря, м 5.1 33.0

Площадь водосбора,км2 258600 (5) 56341(4)

Площадь общая,Зобщ, км2 18135( 1) 9943.3 (')

Площадь зеркала, кмг 17872(2) 9777.4(2)

Показатель площади * 0.06 0.18

Объёмам3 837.9(2) 262.0(2)

Средняя глубина, Нср., м 46.9(2) 26.8(2)

Медиана, м 39.8 ± 0 0.3 ¿2.5 ± 0 0.5

Мода, м 11 6

Ср. квадр.отклонение, м 39.9 ± 0 0.2 í9.8 ±00.1

Коэффициент асимметрии 1.10 ± 0.01 0.75 ± 0.02

эксцесса 0.92 ± 0.03 0.33 ±0.03

вариации 0.847 ± 0.004 0.733 ± 0.003

Максимальная глубина, НМ!К, м 230 119

Максимальная длина, км 219 (') 290(1)

Максимальная ширина, км 125(5) 82(1)

Относительная глубина ** 0.15% 0.11%

Направление главных осей сз-юв ссз-югов

Длина береговой линии I,, км 1570.(1) 1810(')

Изрезанное!!. ***, £ 3.28 5.12

Острова,кмг 456.6 (!) 250.73С)

Острова, оти. 2.5% 2.5%

Коэффициент ёмкости, Н Г.Р. / II«™. 0.20 0.22

Коэффицисягт формы, К**** 0.38 0.16

Время водообмена, лет 11 15

* - площадь зеркала/площадь водосбора, ** - мах.глубина/сред.диаметр, *** = Ь/2 (т: * Ъобщ),!2 , **** - отношение средней ширины к длине. (1)- по Черняевой[1966,1973], (2)-ноНаумснко[1995],

(3) - «Экосистема Онежского опера...» [1590],

(4) - « Природные ресурсы больших озер...»[1984], (5) - по Баранову [1962].

На основе новой гипсометрической кривой и гистограммы глубин всего озера по характерным точкам были выделены шесть районов с равномерными уклонами дна.

Для каждого из этих районов скорость прогрева и охлаждения, степень перемешивания водной толщи и темпы развитая биологических сообществ будут иметь только им присущие величины. При выделении районов также были принял,? зо внимание обособлегаюсть или сочле-ненность районов .между северной и южной частями озера ( Табл.2.).

Для каждого из выделенных районов определены функции распределения глубин. Для первых четырех районов функции распределения глубин соответствуют равномерному закону распределения случайной величины . Глубоководный район и впадины подчиняются х-квадрат распределению.

Районирование глубин Ладожского озера способствовало выделе Вию районов с характерными условиями тепдонакоплсиия и теплоотдачи в годовом термическом цикле

Табл.2

Морфометрическис характеристики районов Ладожского озера Районы Диапазон Уклон Средняя

глубин,м дна,10 3 Площадь,км2 % Объём,км3 % глубина,м

Мелководней 0-18 0.3 5550 31.0 46.3 5.5 8.3

Переходный 18-50 0.8 4685 26.2 153.3 18.3 32.8

Район озёрного 50 - 70 0.5 3797 21.3 223.3 26.6 58.8

уступа

Склоновый 70 -100 1.5 746 9.8 144.9 17.3 83.0

Глубоководный 100-140 5.0 1521 8.5 178.4 21.3 117.3

Впадины >140 20.0 568 3.2 91.7 10.9 161.4

Глава 4. Пространственно-временная обусловленность эволюции полей температуры воды.

Концепция пространственно-временной изменчивости гидрометеорологических процессов предполагает обязательное оперирование характерными прострапствсшю-времснными масштабами при описании тех или иных лимнологических процессов, в противном случае многие задачи являются неопределенным^ Мошш, Каменкович, Корт, 1974].

Эволюция трёхмерной структуры температурных полей крупных водоёмов зависит от ветрового воздействия, локальных динамических образований, вихрей, инерционных и ииерционно-гравитациошплх движений, а также параметров короткопериодных внутренних волн. В крупных глубоких пресноводных озёрах в каждый из гидрологических сезонов, особенно в период развитой стратификации , синоптическая и мезо-масштабпая изменчивости с периодами от нескольких дней до нескольких часов, накладываяеь 1а среднее сезонное распределение характеристик, определяют суммарный перенос вещества и энергии в вертикальной и горизонтальной плоскостях. В замкнутых водоемах движения жидкости в этих масштабах усложняется из-за появления собственных колебаний бассейна и широкого диапазона краевых волн, например, топографических и волн Кельвина. Оценка пространственно-временных масштабов изменчивости температурных полей требуется для выбора параметров моделей качества воды, а степень изученности процессов и явлений

позволяет определить значимость этих процессов в энергомассообмене и разработать их математические модели. Неучет (недооценка) пространственной неоднородности или «пятнистости» водоемов могут привести к ошибочной трактовке параметров качества вод озер [Кондратьев и др., ¡988,1989 ].

В параграфе 4. 2 рассмотрены средние режимные характеристики температуры Ладожского озера на характерных горизонтах как типичного крупного замерзающего димиктического озера.

В период нагревания с мая по август средние значения температуры воды на всех горизонтах растут с отличающимися друг от друга скоростями. Средняя температура поверхности воды Ладожского озера, а так же как и на горизонтах 5 и 10 м обычно достигает максимума в августе. С запаздыванием на месяц по сравнению с поверхностным слоем происходит наступление максимума температуры воды на 20 м, и более чем, через два месяца температура воды достигает максимума на глубине 50 м.

Были получены впервые - диапазон изменений и дисперсии температуры. Наибольшая амплитуда температуры воды Ца поверхности, 5 м и 10 м наблюдается в мае, июне, июле, уменьшаясь к августу. Для горизонта 20 м амплитуда температур начинает возрастать в июле-августе, а на 50 м — в сентябре . Максимальные дисперсии на 0, 5 и 10 м пабзпо-даются в период интенсивного роста температуры (май, июнь, июль), уменьшаясь к моменту достижения максимума температур ( август,сентябрь) . Изменашя диапазона температур и дисперсий от месяца к месяцу в период открытой воды указывают на значительную пространственную неоднородность температуры в период нагревания Ладожского озера.

В период осеннего охлаждения понижение температуры воды идет примерно с постоянной скоростью на горизонтах от 0 до 20 м, и формируется верхний квазиоднородный слой. Диапазон температур и дисперсии в этот период значительно меньше, чем в период нагревания.

В параграфе 4.3 в связи с тем, что одним из важных факторов наряду с приходом солнечной радиации и ветровым воздействием, определяющих распределение температуры по акватории крупного озера, является батиметрия озера, выявлены особенности сезонного хода температуры поверхности воды для различных ограниченных районов Ладожского озера. Для шести наиболее характерных районов Ладожского озера с площадью 10 х 10 км, обеспеченных достаточной информацией и соответствующих выделенным лимнологическим районам был рассмотрен ход температуры поверхности воды ( Рис. 2). Для анализа горизонталь-

О §

о со к

о X

к &

с 7,

20-

18 —

16-

14-

12-

10-

8 —

4 —

2 —

Т'~ГТ

Г I |" I Г~|" Т'1 | I-г

1У У УН УШ IX X XI XII

Месяцы

Рис.2. Сезонный ход температуры поверхности воды

Ладожского озера для районов с различными глубинами. I (нфры соответствуют номерам районов.

нош распределения температуры были использованы авиационные инфракрасные измерения температуры поверхности воды с 1985 по 1990 г. для периода открытой воды, выполненные Северо-Западным региональным управлением Гидрометеослужбы СССР.

Наиболее холодными являются самые глубоководные районы озера: 1-й и 6-й. Самый теплый ,южный, 3-й район. Восточный, 4- й район , оказался теплее западного 2-ого района. Для Онежского озера характерна такая же особенность . Это связано с преобладающей летом циклонической циркуляцией и переносом теплых вод из южного мелководья на север. Центральный 5-й район немного холоднее восточного района.

Для периода стратификации сущестауст временное запаздывание между максимальными значениями температуры поверхности для этих районов, причём максимумы отличаются своими значениями (Рис.2). Аналогичные выводы были получены для оз.Эри Б.Шетцером к др. [Schertzer, Murthy, 1987] и Беннетом для оз.Верхнего [ Bennett, 1978 ]. Именно в период нагреваштя существуют регулярные горизонтальные градиенты температуры между районами с различными глубинами для любого момента времени, так, например, различие температуры между первым и третьим районами может достигать 11° С в первой декаде июня.

Важной особешюстыо является то. что кривые годового хода температуры поверхности воды не симметричны относительно прямой, проведённой через дату максимальной температуры, что отмечалось и для Великих Американских озер.

Период нагревания при открытой воде по крайней мере в 1.5 раза короче периода охлаждения. Скорость нагревания поверхности озера в зависимости от района колеблется отОЛО доОЛ5°С/сунси. Скорости нагревания , рассчитанные на линейном участае роста температуры, для различных районов от 20 до 40 % больше скоростей охлаждения. Аналогичные результаты получены для Онежского озера [Бояринов, Петров, 1991].

Для периода охлаждения регулярные пространственные перепады температуры значительно меньше. К середине октября они становятся незначительными.

При анализе сезогагого хода температуры поверхности воды для различных районов Ладожскою озера, как указывалось ранее, были использованы данные за 6 лет. На основе разделения временного ход температуры Т на средний сезонный ход и отклонения от него А Т, зави сящего как от межгодовой изменчивости, так и от особенностей синоптической изменчивости:

Т = Тсез. + А Т ,

показано, что на А Т приходится от 12 % до 29 % общей дисперсии, и, таким образом, суммарный вклад несезонной изменчивое™ может составлять до 1/3 общей дисперсии.

Коэффициентами линейной корреляции между температурами поверхности воды выделенных районов столь велики, что уравнения линейной регрессии могут иметь прогностический характер и использоваться для оценки общего температурного фона Ладожского озера только по температуре одного из районов для периода нагревания и охлаждения отдельно.

Параграф 4.4 посвящен количественному описанию горизонтальных термических различий между глубоководной и прибрежной акваториями Онежского озера на основе специальных наблюдений.

Слой скачка в прибрежной части более заглублен и менее контрастен по сравнению с глубоководной частью озера. Амплитуды внутренних волн в слое скачка в прибрежной части больше,чем в глубоководной.

Значимые различия средних температур воды между прибрежной и глубоководной частями крупного озера были обнаружены, начиная со слоя скачка. Анализ результатов свидетельствует о большой изменчивости теплосодержания верхних слоев крупного озера относительно среднего состояния и стабильности тепдосодержашш водной толщи ниже слоя скачка[ Науменко, 1994].

Явление подъема глубинных вод к поверхности в результате вдоль-берегового ветра в крупных озерах и морях (апвеллинг) — одно из важных особенностей динамики прибрежной зоны в период открытой воды [Боуден, 1988, Федоров, Гинзбург, 1988, Бояринов, Петров, 1991, Филатов, 1991 ]. Когда озеро имеет хорошо выраженную термическую стратификацию, прибрежный апвеллинг формирует аномально низкую температуру воды в поверхностном слое и приводит к подъему глубинных прозрачных вод.

В крупном озере апвеллинг — это чисто синоптическое явление, время жизни которого составляет несколько суток. В диссертации обсуждаются результаты специализированных измерений температуры и прозрачности в зонах алвеллингов на Онежском озере.

В районах алвеллингов вертикальные скорости превышают характерные по озеру на порядок и составляют (0.5 -1)*10-2 см/с.

Различие в теплосодержании между локальными образованиями может составлять 30%. Прибрежный апвеллинг в 5 - 8 раз уменьшает вер-

тикальную устойчивость вод верхних слоев у берега но сравнению с открытыми частями крупного озера.

В параграфе 4.6 анализируется соотношение фонового (среднего) пространственнее распределения тсрпературы воды крупных озер и синоптической и мезомасштабной составляющих. На фоне регулярных сезонных пространственных неодпородностей выявляется пространственная синоптическая и мезомасштабиая изменчивости температуры крупных озер.

Для конкретной съёмки температуры воды, выполняемой в течение нескольких суток, можно представить температуру Т2 на каком - либо горизонте т. как сумму детерминированной и случайной составляющей

7< - Тх,у,и + А Т,

Тх,у,ь определяется координатами и глубиной места и представляет собой низкочастотную компоненту температурного поля. Составляющая ЛТ определяется воздействием ветра и внутриводными процессами. Будем называть первое слагаемое фоновой регулярной составляющей, а второе— синоптической. Такое разделение позволяет количественно определить обе составляющие и выяснить гидрометеорологические условия, при которых одна преобладает над другой. В связи с тем, что в настоящее время нет общепринятого критерия границ вихревых образований и апвеллингов, предлагаемый подход позволяет конкретизировать пространственные масштабы и интенсивность синоптических образований.

Фоновая регулярная составляющая определена как полином второй степени

т„,ь = 1(Х,У,г) = а + аьХ + агХ2 + а3У + аД'2 + а^ + а с£2 + а7ХУ + + а»Уг + а9Х7,

где X — долгота, У — широта, Ъ — глубина, а — свободный член.

Аппроксимация Т*,у,ь проводилась методом наименьших квадратов с использованием пошаговой регрессии с выбором наиболее значимых факторов [ Афифи, 19821.

Предложенный метод разделения регулярной и синоптической составляющих позволяет получить количественную оценку обеих составляющих,картировать их и дифференцированно исследовать влияние каждой компоненты на экологическую ситуацию крупного озера (Рис.3). С использованием батиметрической модели озера можно рассчитать площади, объёмы и термические характеристики водных масс, подверженных той или иной изменчивости. На основе анализа конкретных температурных съёмок Ладожского и Онежского озёр показано, что в зависимости от горизонтальных градиентов температуры, на синоптичес-

Рис.3. Распределение температуры поверхности Онежского озера(1), фоновая составляющая(2), синоптическая составляющая (3) 14-15 июля 1989 г.

кую составляющую приходилось от 25 до 50%. Горизонтальные градиенты температуры синоптического масщтаба колеблются в пределах 0.027-0.035°С/км.

В период развитой стратификации выявлена анизотропия температурных полей на поверхности озер и квазикзотропность на глубинах. Горизонтальные масштабы синоптической изменчивости температуры на поверхности Ладожского и Онежского озер в период сильного ветрового перемешивания составляют 20 - 44 км, а коэффициент анизотропии равен 1.6-1.8. На горизонте 30 м, где ветровое перемешивание практически не сказывается, масштабы уменьшаются до 20 - 24 км.

Найденные пространственные синоптические масштабы важны для установления связей между пространствешюй неоднородностью гидрохимических и гидробиологических параметров и синоптическими масштабами температурных неоднородностей (абиотическим фактором), для планирования измерений и корректного построения пространственного распределения температуры по немногочисленным станциям.

Для определения пространственных градиентов температуры и масштабов для мезомасштабной изменчивости были использованы данные, полученные при буксировках температурного датчика в поверхностном слое 0-0.3 м в период развитой стратификации. Были проанализированы пространственные ряды температуры длиной от 7.9 км до 55.6 км с дискретностью отсчета температуры от 0.069 км до 0.773 км. Пространственное распределение температуры Т(х) вдоль определенного направления представлялось в виде

Т(х) = (dTfdx) х + 5 Т горизонтального градиента JT/dx и случайной составляющей 8 Т.

Выделены четыре вида горизонтального распределения температуры: стационарное (без тренда), с линейным трендом, с квадратичным трендом и фронтальное (экспоненциальный тренд). Более, чем в 70% реализаций горизонтальный тренд оказался линейным, в 24% реализаций - квадратичным.

Для мезомасштабной изменчивости горизонтальный градиент температуры (линейный тренд) колеблется в пределах от 0.00001 °С/км до 0.18 °С/км со средним значением 0.10°С/км в зависимости от времени суток и распределения глубин, что примерно в 2 - 3 раза больше, чем для синоптической изменчивости, определенной ранее. Это означает, что при традиционных съемках крупных озер методом гидрологических станций горизонтальные градиенты температуры оказываются, как правило, заниженными из-за больших расстояний между станциями. Только

непрерывные измерения температуры позволяют обнаруживать локальные области с обостренными градиентами.

Пространственные масштабы для случайной составляющей 5 Т , определенные но автокорреляционной функции как первое пересечение с нулевым значением, колебались в пределах от 0.4 км до 7.7 км.

Одномерные пространственные спектры температуры не имеют статистически обеспеченных максимумов и характеризуются монотонным спадом спектральной плотности с ростом волнового числа. Наклон всех спектров для масштабов 0.8-8 км примерно одинаков и равен "-2.1" , что свидетельствует о преобладающей роли внутрешшх волн и двумерной макротурбулентности и отличается от закона «локально-изотропной» турбулентности [Богуславский, Озмидов,1981].

Фоновая регулярная (детерминированная) составляющая будет иметь больший вес в период нагревания озера, когда прогрев водной толщи озера идет от берегов к центральной части и во многом определяется морфометрией. В период максимального теплосодержания и охлаждения водной толщи озера пространственные температурные неоднородности уже гораздо меньше зависят от распределения глубин и в этот период особое влияние оказывает ветер. Возрастает роль синоптической (случайной) составляющей.

В зависимости от сезона синоптическая составляющая может достигать 50 % от суммарной дисперсии. Этот крайпе важный вывод свидетельствует о значительном влиянии ветро-волновой деятельности, различных динамических структур гипа апвеллингов, вихрей, струйных течений и т.п. на пространственное распределение температуры. Именно синоптическая и мезомасшгабная изменчивость температурных полей будет определять пространственное распределение лишшческих параметров в конкретный момент времени.

Глава 5 посвящена изучению весенней термической фронтаьной зоны в крупных озёрах. Для крупных димиктических озер весенняя фронтальная зона (термобар , по терминологии Ф.Фореля) имеет важное значение для общей гидродинамической ситуации в этот период [Тихомиров, 1963,1982 ]. Генеральная система течений определяется существованием прибрежной циклонической циркуляции. Фронтальная зона отделяет прибрежные воды, подверженные влиянию стоков с водосбора, от цешралыюозёрных , сохраняющих качество зимней водной массы, что несомненно отражается на гидробиологическом состоянии вод. Термобар является границей раздела весной между глубоководной водной массой, подверженной свободной конвекции, и прибрежными водами с устойчивой плотноетной стратификацией. В период осеннего охлажде-

ния стратифицированы воды глубоководной части озера, а прибрежные воды имеют температуру от поверхности до дна ниже 4°С. В зоне взаимодействия существуют конвергентные потоки, что способствует переносу растворённого кислорода от поверхности в придонные горизонты и переносу минеральных веществ, необходимых для биологических процессов, из придонных слоев в зону фотосинтеза [ Шимараев и др.,! 995 ].

Весенняя фронтальная зона существует около двух месяцев с середины апреля до середины июня в оз. Онтарио [ {1ос|осге, 1965,1987 ], в Ладожском (с середины мая до начала июля) и Онежском озерах ( с конца мая по игага>)[ Тихомиров, 1982 ]. Эволюция термической фронтальной зоны в крупном димиктическом озере — это возникновение и продвижение вертикальной плотаостной стратификации от берегов вглубь озера. Время наступления полной первичной стратификации в крупном озере есть время достижения фронтальной зоной самой глубоководной часга озера. Таким образом, в период существования фронтальной зоны в крупном озере её движение будет определять в основном пространственное распределение температуры с синоптическими масштабами .

Весенняя термическая фронтальная зона в крупном озере - это зона наибольших горизонтальных градиентов температуры, которые могут достигать 1° С/100 м. Основная особенность горизонтального распределения температуры воды заключается в том, что градиенты температуры неодинаковы для разных расстояний от линии фронта. Горизонтальное распределение температуры во фронтальной зоне со стороны стратифицированной области можно аппроксимировать логарифмической или гиперболической зависимостью, а со стороны изотермической области — линейной [ Науменко, 1989].

Отношение вертикалып,1х и горизонтальных градиаитов во фронтальной зоне чисто термического фронта может колебаться в пределах 200-300, тогда как на расстоянии первого десятка километров от фронтальной зоны оно имеет порядок (0.5 - 2)х103, что приводит к различиям в вертикальной гидростатической устойчивости.

В весенней фронтальной зоне происходит перестройка вертикального распределения температуры и плотности. Преобразование вертикальных структур связано с преобразованием разных видов движения и затратами энергии, что должно происходить в некоторой зоне, имеющей определенные размеры в зависимости от интенсивности процессов.

Ширина фронтальной зоны (зоны трансформации) определена как расстояние от линии фронта, где горизонтальный градиент плотности больше такового изотермической облает, и составляет- 1-8 км в зависимости от градиента плотности. В этих масштабах будут проявлять-

ся нестационарные агеострофичсские возмущения типа внутренних волн, струйных течений, приспособления энергомассообмена к изменениям №10111001« в связи с тем, что барохлшшый радиус Россби Ыа = НхЫ/ Г заключен имсшю в этих пределах.

Взаимное расположение изотермических и изопикничсских поверхностей во фронтальной зоне крупного озера свидетельствует о том, что в этой зоне происходит переход от баротропиых условий к бароклии-ным.

Резкая граница раздела между стратифицированными и квазиизотермическими водами определяет различия гидрохимических и гидробиологических параметров по обе стороны от линии фронта [Науменко, Каретников и др., 1990 ] . Со стороны стратифицированной области прозрачность и электропроводность воды ниже, в связи с большей интенсивностью биологических процессов по сравненшо с кваиизо-термической областью, а также из-за того, что фронтальный раздел задерживает замутненные прибрежные воды.

Пространственное распределение хлорофилла-а на поверхности повторяет расположение изотерм и в стратифицированной области в несколько раз выше концентрации хлорофилла в изотермической области.

Во фронтальной зоне характеристики приводного слоя воздуха различаются по разные стороны от линии фронта. Специальные исследования вместе с сотрудниками Института экспериментальной метеорологии В .Д. Пудовым и СЛЛстриченко [ Науменко, 1990] показали, что над теплыми стратифицированными водами формируется конвективный режим приводного слоя воздуха, тогда как над холодными квазиизогерми-ческими водами отмечалась устойчивая стратификация. Самолетные вертикальные зондирования над холодной областью озера подтверждают существование инверсионного распределения температуры воздуха до высоты 200 м

Выполнение последовательных съемок на ограниченных полигонах во фронтальных зонах крупных озер с дискретностью 2-3 дня показали, что во фронтальной зоне пространственные нерегулярности температуры воды с масштабом в несколько километров могут прослеживаться до дна и существовать 5-8 дней. На фоне среднего движения фронтальной зоны со скоростью 0.5 - 1.5 км/сут возникают волновые колебания и интрузиокные линзы с горизонтальными масштабами несколько километров. Как указывал М.Н.Шимараев и др. [ 1995 ], если минерализация прибрежных вод выше, чем центрзльноозерных, при их смешс-

гош возникают интрузии, ко торые двигаются по склону дога и могут проникать в открытое озеро под нижней грающей фронта.

Фронтальная поверхность претерпевает сложные волнообразные колебания (средний наклон фронтальной поверхности составляет около 0.00!).Как на поверхности, так и на придонных горизонтах возможно локальное взаимопроникновение вод с разных сторон фронта с характерными масштабами в несколько километров.

Анализ временных рядов изменчивости температуры на разных глубинах при прохождении фронтального раздела показывает, что скорости роста температуры после прохождения фронта скачкообразно увеличиваются па приповерхностных горизонтах. Для больших глубин рост температруы не претерпевает значительных изменений, однако возникают короткопериодные увеличения температуры, связанные с внутренними волнами.

Спектральный анализ изменчивости температуры и инвариантные частотно-временные спектры изменчивое™ течений показали, что после повышения температуры выше 4-5° С возрастает" общая энергия температурных колебаний(дисперсия) и происходит увеличение энергии па высоких частотах, последнее связано с интенсификацией внутренних волн и горизонтальных флуктуации фронтального раздела.

Весенняя фронтальная зона определяет естественную границу между двумя различными состояниями вод озера и знание ее местоположения необходимо для прогноза и оценки экологической ситуации в озере.

Для определения местоположения и скорости движения фронтальной термической зоны в период весеннего нагревания была разработана эмпирическая модель, связывающая глубину Н, над которой располагается 4-градусная изотерма, с датой наблюдения т и позволяющая определить среднее положение весенней термической зоны на поверхности Ладожского озера па любую дату

Н = 0.0776т + 0.0237т2,

т — число суток от 20 апреля, коэффициент корреляции 0.974.

Используя подробную батиметрическую компьютерную карту Ладожского озера [ Науменко,1995] и разработанную модель, были получены схемы среднего положения весенней фронтальной зоны в Ладожском озере (Рис.4), скорости ее движения к глубоководным районам, а также хронологический ход изменения площадей стратифицированной и квазиизотермической водных масс.

Показано, что до глубины Н »18 - 20 м или до последней декады мая, когда площадь изотермической области составляет не менее 70% , фронт движется только за счет прихода тепла на поверхность воды.

Глава 6 посвящена использованию космической инфракрасной (ИК) ииформащш для исследования термического состояния поверхности крупных озёр. Эта информация позволяет изучать пространственную конфигурацию и определить масштабы горизонтальных неоднородно-стей температуры, выявить динамические структуры типа вихревых образований, фронтальных зон и апвеллингов и проследить но последовательным снимкам их эволюцию. ИК- информация имеет- важное значение не только для изучения динамики температурных полей, но и может быть использована при объяснении пространственной неоднородности полей биологических параметров, например, фитопланктона.

В диссертации приводятся примеры совместного анализа контактных судовых наблюдений в Ладожском озере с космической информацией со спутников типа Ж)АА. Обсуждается влияние распределяя глубин на пространственное распределите температуры воды. При значительном увеличении уклона дна продвижение весенней фронтальной зоны замедляется. При этих условиях в верхнем слое образуется фронтальный раздел со значительными горизонтальными градиентами температуры, причиной образования которого является заглубление купола 4-х храдусных вод. Этот фронт был назван вторичным термическим фронтом [ Науменко, Каретников,3991]. По ИК-изображеииям появляется возможность определения границ купола 4-градуспых вод по положению внешней границы вторичного термического фронта.

Авиационные инфракрасные измерения температуры воздуха над фронтальной зоной свидетельствуют о влиянии фронтальной зоны до высоты 300 -400 м и, следовательно, не только в водной толще до дна, но и до высоты 300 - 400 м в приводном слое воздуха весехтяя фронтальная оказывает значимое влияние. Таким образом, в весенний период в период существования фронтального раздела над озером существуют две воздушные массы, различающиеся по температуре и вертикальной стратификации приводного слоя. Граница между этими воздушными массами представляет собой резкий перепад температуры и приурочена к фронтальному разделу в воде.

Таким образом, слежение за эволюцией фронтальной зоны в крупном озере это диагностирование как озерных вод, так и атмосферы над ними.

К.Я Кондратьев с соавторами [ 1988 ] сообщили о наблюдениях на Ладожском озере с помощью тепловизора «Вулкан» проникновения в холодную квазиизотермическую область вихрей « с циклонической закруткой, уходящих в свободный дрейф». Досконально проанализированная автором диссертации информация позволила оценить глубину прони-

кновения вихревой структуры, которая может составлять !5- 20 м, время жизни 20-30 часов и скорость дрейфа вихря в изотермической зоне 0.05 -0.1 км/час.

Сложившееся представление о системе течений в зоне термобара существенно расширяется возможностью образования вихревых структур, их отрыва и проникновения в квазиизотермическую область. Однако условия образования вихревых структур, время их жизни практически не исследованы в силу крайне малой информации как контактной, так и дистанционной.

Таким образом, обмен между стратифицированной и изотермической областями может происходить при помощи вихреных структур и свойства, присущие теплым стратифицированным водам, могут обнаруживаться в центральных частях озера. Весенняя фронтальная зона в крупных озерах мира, следовательно, не может рассматриваться как непроницаемая граница между прибрежпыыи я центральноозерньши водами. Этот крайне важный вывод необходимо учитывать при анализе как гидрохимических, так и гидробиологических параметров, особенно в районах с нерегулярным рельефом дна.

Одним из факторов формирования пятнистости термического поля поверхности воды в морских условиях может быть различная в разных точках интенсивность и глубина проникновения конвеющи [ Федоров, Гинзбург, 1988 ].

Наблюдения с самолета с помощью тепловизионной аппаратурой высокого разрешения в Ладожском озере обнаружили на водной поверхности с холодной стороны фронта сложную ячеистую структуру рас-прсдслештя температуры [Nauraenko,Karetnikov,1994]. Размер ячеек составляет от 10 до 300 метров, причем он уменьшается с приближением к границе холодных и теплых вод. На теплой стороне фронтального раздела ячеек не видно. Ячейки представляют собой ядра холодных вод правильной формы, разделённых узкими каналами теплых вод. Наблюдения с самолёта зафиксировали ячеистую структуру на поверхности, связанную с конвективными движениями в диапазоне температур наибольшей плотности, что имеет несомненное значение при изучении термодинамики верхнего слоя крупных озёр.

В параграфе 6.5 предложен метод обнаружения весенней термической фронтальной зоны и получения калибровочной точки для абсолютной температурной привязки космических ИК-данных среднего пространственного разрешения без подспутниковых наблюдений [Наумеако,Каретников,1993]. Метод основан на анализе гистограммы яркости ИК- изображения крупнот озера(4,5 канал,NOAA ) после филь-

трования облачности и суши зона. Анализируемая гистограмма в этот период имеет двухвершинный вид с экстремумом в виде провала, соответствующего зоне больших горизонтальных градиентоп.Величиве яркости экстремума гистограммы можно поставить в соответствие температуре 4°С . Метод тестирован с испояьзованем контактных измерений температуры поверхности воды в наиболее контрастных районах озера, проведенные с 21 но 29 нюня 1989 года синхронно с измерениями тепловой яркости со спутника.

Глава 7 посвящена исследованиям явлений на поверхности Ладожского и Онежского озёр в радиодиапазоне с использованием .информации с локатора с синтезированной апертурок(РСА).

Радиолокационная информация с российских спутников «Космос-1870», «Алмаз» , а также с Европейских исследовательских спутников Е!^-!, 2 с разрешением на местности десятки метров оказалась крайне полезной для исследования мезомасштабных явлений на поверхности крупных озер . Для этих наблюдений крупные озера оказываются уникальной экспериментальным полигоном, где может быть проведен целевой эксперимент по распознаванию видимых 15а космических радиолокационных изображениях (РЛИ) контрастов и связи их с внутриводными процессами. Во многом анализ и интерпретация этих данных носит поисковый характер [ Мштеззеп е! а!., 1996]. Поэтому для интерпретации изображения Онежского и Ладожского озера в период развитой стратификации в радиоднапазонс был проведет,! специализированные эксперименты с использованием контактных, самолетных и спугаиковых наблюдений.

Первый эксперимент на Онежском озере в июле 1989 г, установил связь между яркими контрастами обширных областей на РЛИ с активных развитием планктонных организмов и высоким содержанием продуктов его жизнедеятельности па поверхности в маловстренную погоду и выявил влияние динамики вод на структуру оптических нолей [Наумен-ко, Эткин и др., 1993, ЭДаитепко, Ве1е&ку с! а1.,1994].

Синхронно проведеные контактные измерения воды во время пролета 26 июня 1991 г.РСА «Алмаз» позволили впервые зафиксировать крупномасштабное проявление пакета внутренних волн на поверхности Ладожского озера с характерной длиной волны в несколько сотен метров. Гидрологические условия их выхода на поверхность связаны с глубиной залегания термоклина и существованием фронтального раздела [Кондратьев, Шумейко и др.,!995].

Третий эксперимент, проведенный синхронно с Европейским исследовательским спутником ЕИЯ-! 12 июля 1993 г. засвидетельствовал,

что зоны больших вертикальных градиентов температуры воды в приповерхностном слое при штилевых условиях могут проявляться в виде районов с гладкой поверхностью воды, это в свою очередь отразится на уровне отражешюго радиосигнала [Каге1пШ.оу, Иаитепко, 1996, КагеИнкоу, К'аигпепко , Оинл^у ,1997].

Выявленные особетюети термодинамических процессов с использовасгаем информации в радиодиапазоне указывает па перспективность применения спутниковых радиолокаторов с синтезированной апертурой для исследования проявлении внутрнводных процессов на поверхности крупных озер.

ВЫВОДЫ

1. Термический режим крупных димиктичееких озер Мира в сезонном цикле подвержен синоптической и мезомасштабной пространственно-временной изменчивости в период открытой воды. На основе предло-жешюго автором метода разделения фоновой и синоптической (мезомасштабной) пространственной изменчивости температуры показано, что на фоне регулярных сезонных пространственных неоднородностей, определяемых расположением глубин и удаленностью от берега, выявляется пространственная синоптическая и мезомасштабная изменчивости температуры воды Ладожского и Онежского озер.

В зависимости от сезона вклад синоптической составляющей изменяется. В период развитой стратификации синоптическая составляющая может достигать 50 % от суммарной дисперсии. Синоптические масштабы превышаю! масштабы мезомасштабной изменчивости в 6 -10 раз , а горизонтальные градиенты температуры меньше в 2 - 3 раза, чем для мезомасштабной изменчивости. Отмечена существенная анизотропия температурных полей на поверхностных горизонтах по сравнению с нижележащими.

2. Распределение глубин является одним из главных факторов, определяющих пространственное распределение термических характеристик в крупном озере.

На основе созданных впервые автором батиметрических моделей крупнейших озер Северо-Запада России: Ладожского и Онежского, получены новые морфометрические характеристики (средняя глубина, объем и т.д.), необходимые для составления их водного,теплового и химического баланса как озера в целом, так и их районов. Определена форма котловины этих озер и установлена зависимость между изменениями уровня и площади (объёма ) для Ладожского озера.

Проведено лимннческое районирование Ладожского озера . Для каждого из шести выделенных районов характерны однотипные формы рельефа. Найдены теоретические функции распределения глубин для этих районов и вычислены их морфометрические характеристики . Вьшв-

лены характерные особенности термогидродинамических процессов каждого района.

3.Сезонный ход температуры; воды в крупном озере зависит не только от ветро-волновой деятельности и прихода тепла па поверхность воды, но и от глубины места. Определены особенности сезонного хода температуры воды для выделенных лимничееких районов Ладожского озера. Для периода открытой воды скорость роста температуры поверхности с мая по июль на 30% выше, чем скорость уменьшен™ в период охлаждения с августа по ноябрь. Для среднего сезонного хода максимумы температур и временной сдвиг между ними различаются для каждого из выделенных районов . Различия могут достигать 4-5°С и 25 дней соответственно. Вклад несезонной: изменчивости в общую временную изменчивость температур может составлять 30%.

Установлены четкие корреляционные связи между температурами поверхности воды районов для периодов нагревания и охлаждения, которые можно использовать в прогностических целях и при моделировании экосистемы Ладожского озера.

4. Период существования весенней термической фронтальной зо-пы(термобара) в крупных озерах изменяется от половины месяца до 2 месяцев и определяет систему течений и эволюцию термической стратификации в этот период . На основе специализированных контактных и дистанционных наблюдений в Ладожском и Онежском озерах выявлены закономерности изменчивости температуры, течений, турбулентного и ин-трузионного обмена, особенности вихревых образований и конвективных движений.

5.Использование авиационных ШС-измсрений позволило выявить влияние весенней термической фронтальной зоны на приводные слои воздуха до высоты 300 - 400 м. В непосредственней близости к водной поверхности (первые десятки метров) состояние стратификации атмосферы отличается по обе стороны от фронтальной линии. Над стратифицированной водной толщей воздух теплее, чем над квазиизотермической , по крайней мере на 2°С .

Идентификация и слежение за местоположением фронтальной зоны в озере это диагностирование как озерных вод, так и атмосферы над ними.

6.Создана эмпирическая модель движения фронтальной зоны в Ладожском озере, определены скорости движения на различных этапах сс существования, получена хронологическая зависимость для определения площадей, занимаемых стратифицированными и квазиизотермическими водами в Ладожском озере. Скорость движения фронта подчиняется« одномерному» закону теплопроводности только до глубины 20 м, когда стратифицированная водная масса занимает не более 30% площади озера.

7. В период развитой стратификации после изчезновения термической фронтальной зоны на основе натурных съемок получены количе-

ственныс характеристики горизонтальной неоднородности полей температуры между прибрежной и глубоководной частями крупного озера .

Значимые различия средних температур воды и теплосодержания слоев между прибрежной и глубоководной частями обнаруживаются , начиная со слоя скачка. Слой скачка в прибрежной части более заглублен и менее контрастен по сравнению с глубоководной частью озера. Амплитуды вертикальных смещений изотерм в слое скачка в прибрежной части больше,чем в глубоководной.

8. Космическая ИК-информация позволила обнаружить вторичный фронт в Ладожском озере, образующийся па резком изменении наклона дна, а также в глубоководной части озера в июле после прохождения весенней термической зоны.

9. Предложен способ идентификации фронтальной зоны и определения естественной реперной точки для калибрации ИК-спутниковой информации в период существования весенней фронтальной зоны по гистограмме яркости 4 и 5 каналов спутников Ж)АА.

10. На основе квазисинхроиных контактных и спутниковых с локатора с синтезированной апертурой наблюдений установлен эффект увеличения обратного рассеяния радиоволн в водах с повышенным содержанием фитопланктона.

Впервые зафиксировано проявление внутренних волн на поверхности Ладожского озера с характерной длиной волны несколько сотен метров и общим рассстояхшем по фронту около 25 км.

Зоны больших вертикальных градиентов температуры воды в приповерхностном слое при штилевых условиях могут проявляться в виде районов с гладкой поверхностью воды, фиксируемых локатором с синтезированной апертурой.

Результаты исследований имеют важное значение для прогностических оценок и совершенствования комплексных экологических моделей, предназначенных для количественного определения биотических и абиотических составляющих лимнических процессов для различных пространственно — временных масштабов.

Дальнейшее развитие выдвинутых в работе положений автор видит в создании моделей термического состояния Ладожского озера, как составных частей общей экологической модели, а также в расширении и систематическом использовании космической информации для исследования крупных озер.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах:

1. Выделение водных масс истодами многомерного анализа. Тез. докл. I сьезда советских океанологов. М., «Наука», вып.1,1977, с.49 - 50(соавт. И.II.Карпова).

2.0 применение метода кратчайшего незамкнутого пути для выделения водных масс. Межведометв.сб. « Исследование и освоеше Мирового океана» Л., 1978, выи.66, с.61 - 71 (соавт. И.П.Карпова).

3. Термодинамические процессы на фронтальном разделе (термобаре) в больших озерах. Тез.докл. Y всесоюзного лимнологического совещания. 1981. Иркутск, с. 49 - 50.

4. Термобар как структурный фрокт в больших озерах. В кн.» Вопросы г идрологии супш». Л., Гидрометеоиздат, 1982, с.183 - 188.

5. Исслсдова!Гне гидрофизических процессов больших озер на примере Ладожского озера. В кн. « Проблемы исследования крупных озер». Л., "Наука" , 1984, с.89 -94 (соавт. Л.В.Зайцез.Н.В.Кочков, С.В.Ряпжип, Н.Н.Филатов).

6. Исследование течений и температуры воды озера Севан по экспериментальным данным. Тез. докл.всесок>зн.сове!дания «Лимнология горных водоемов». 1984, с.324 (соавт. Л.В.ЗаГщев и Н.Н.Филатов).

7. Термический и гидрологический режим озера Таймыр. В кн. «География озер Таймыра».1985, Л."Наука", с.32 - 42.(соавт. А.Н.Егоров).

8. Изменчивость течений во фронтальной зоне крупного озера. Тез. докл.У1 всесоюзного лимнологического совещания. 1985. Иркутск, вып. 6, с.77-78.

9. Течения в озере Севан: моделирование я эксперимент. Тез. докл. YI всесоюзного лимнологического совещания.!985. Иркутск, вып. 8, с.45.

10. Внутренние волны на структурном фроэте. В кн. «Моделирование и экспериментальные исследования гидрологических процессов в озерах». Л." Наука'', 1986, с.54 - 59.(соавт. Н.В.Кочков).

И. Исследование изменчивости течений и температуры воды оз.Севан. В кн. «Моделирование к экспериментальные исследования гидрологических процессов в озерах». Л. " Наука", 1986, с.49 - 54 (соавт.Л.В.Зайцев и Н.Н.Филатов).

12. Изучение мелкомасштабных фронтов в крупных озерах как аналогах морей я океанов. Тез. докл. f всесоюзн. ипсолы-семинара «Актуальные проблемы океанологии ».1987.Л., Гидрометеоиздат, е.75.

13. Энергетические характеристики неустойчивых течений. Тез .докл. всссо-юзн.кокфереяиии «Актуальные проблемы сопрем с:;; юй лимнологии» .Л., Изд. Всесоюзн. географ.общ., 1988, с.39.

14. Опыт прогноза даты достижения водной массой оз.Красного средней температуры 12 и 15° С. В кн.« Методические аспекты лимнологического мониторинга », Л., " Наука 1988. с.137 - !40.(соавт.Л.Г.Кузьменко).

15. От весны до лета два километра. « Человек и стихия». Л. Гидрометеоиздат, 1988, с.Ш- ИЗ.

16. Горизонтальные градиенты температуры в термической фронтальной зоне крупного пресноводного озера. Метеорология и гидрология. 1989. N.6, сс.89 - 92.

17. Фронтальные зоны крупных озер. Международный сеыивар для исслед. оз.Чад. Препрш1т,Ирхутск-Ленинград.1989.14 с.

18. Особенности распределения гидрофизических и гидробиологических параметров ко фронтальной зоне Ладожского озера. Известия ВГО, 1990, Т.!22, вып.6, сс.541 — 544. (соавторы С.Г.Каретников, Э.М.Горелова, В.Б.Румянцев).

19. Термический бар.Вкн. «Изменчивость гидрофизических полей Онежского озера». Петрозаводск,1990. с.59 — 66.

20. Взаимодействие стратифицированных и квазиизотермичсских вод в зоне фронта в крупном озере. Тез. докл. всесоюзн. конференции « Проблемы стратифицированных течений». Капев, 1991. с.81 - 82.

21.0собенносга гидрологического режима системы Варненских озер в условиях интенсивного антропогенного влияния. Труды Всес. совещ., «Антропогенные изменения экосистем малых озер», Гидрометеоиздат, С,- Петербург, 1991, кнЛ.с.89- 92. (соавторы Зайцев JI.B., Филатов Н.Н., Дизама Б., Мынгов Г.).

22. Complex studies of frontal zones of large lakes using the space-based survey data. Proc.Ini.Geosc. Remote Sens.Symp. (IGARSS'9i). Helsinki.,1991, P.U99 -1202. (coauthors Karctnikov.S, Furmanchik .K, Prais E.)

23. Изменчивость течений при прохождении термического фронта в Ладожском озере. Известия РГО, 1992, т.124, вып.6, сс.547 - 551.

24. Investigation of radar signatures of lake surface with the «COSMOS-1870»(«ALMAZ-0»)SAR. Proc. Int. Oeosc. and Pvem.Sen.Sym. (IGARSS'92 ). Houston. 1992.2:1774 -1776. (coauthors V.S.Etkin, K.T. Litovchenko, A.V.Smirnov).

25. Investigations of hydrobiological situation in the Onega Lake using joint spaceborne radar, airborne and in situ measurements. Препринт Института космических исследований РАН. 1992. с. 1 - 21. (соавт. Белецкий Д.В., ЭткинВ.С., Литовчен-ко К.Ц., Смирнов А.В.).

26. Анализ гидробиологических условий в Онежском озере по данным совместных космических радиолокационных, самолетных и коотактпых измерений. Исследование Земли из космоса, 1993, № 3, сс.91-101.(соаБТорыВ.С.Эгкин,К.ЦЛитов-ченко, А.В.Смирнов, Белецкий Д.В.).

27. Использование ИК-спугниховой информации для изучения термического состояния Ладожского озера. Исследование Земли из космоса, 1993, № 4, с.69-78.(со-автор Каретников С.Г.).

28. Space studying of the earth as an ecological system and the human impact on this system («OCOSoPROGRAM) (совместно cII.A. Арманд, Л.И.Бобылёвым, Г.С.Голицыным, Г.М.Гречко,КЛ.Кондратъеваым, А.С.Саркисяном, В.А.Румянцсвым и др.). Препринт Института космических исследований РАН, 1993. No.1876, 45 с.

29. Naumenko М. Some Aspects of Large Lakes Thermal Regime (Ladoga,Onega). Water Pollution Res J.of Canada, 1994. vol.29, nos2 /3,423 - 439.

30. Науменко M.A. О термических различиях между центральной и прибрежной частями крупного озера в период развитой стратификации. Водные ресурсы, 1994, т.21 ,N.6, сс.590-594.

31. Naunenko М,, KaretnikovS.1994. Airborne remote sensing application for Russian large lakes dynamic structure investigation. Proc. of 1st Int. Airborne Remote Sensing Conf. and Exib., 1994, Strasbourg, vol.TII, pp.86- 95.

32. Naumenko MA, Beletsky D.V., Rumyantsev V.B. et al. Investigations of the hydrobiological situation in Lake Onega using joint spaceborne radar, airborne and in situ measurements. Int.J.Remote Sensing, 1994, vol.15, no. 10, pp. 2039-2049.

33. Особенности термического режима Ладожского озера в период открытой воды по спутниковым, авиационным и контактным наблюдениям. Тез. докладов. IY

конференция « Динамика и термиха рек, водохранилищ, внутренних и окраинных морей ». Институт водных проблем РАН, Москва, 1994, с.62.

34. Huttula Т., Filatov N., Naumenko М.А et al. Hydroiogical investigations, in M.Viljanen, V.Drabkova and N.Filatov. Report on Lake Ladoga Research in 1991-5993. Publications of Karelian Institute No. 111. Joensuu.1994. pp.19 - 38.

35. Исследование крупных озёр с помощью радиолокатора с синтезированной апертурой КА «Алмаз». 1994. Тез. Международной Конференции «Аэрокосмические методы геологических и экологических исследований », c.l 11-112. С.-Петербург, (соавторы К.Я.Кондратьев, П.А. Широков, АЛО.Иванов, М.Г.Красногорсхий, Л.П.Бобылёв, О.Е.Коротксйкч).

36. Космические исследования Земли как экологической системы и воздействия человека на эту систему (Программа ЭКОС: Версия 2) (совместно с И.И.Антоновым, Н.А.Арманд, Л.П.Бобылёвьш, Г.С.Голицыным, К.Я.Кондратьевым, А.С. Саркисяном, В.А.Румянцевым и др.), 1995. Препринт Института космических исследований РАН. No. 190?. 71 с.

37. Кондратьев К.Я., Шумейко М.А., Широков П.А. и др. Опыт использования радиолокатора с синтезированной апертурой КА» Алмаз» для изучения крупных водоемов. Доклады Российской Академии наук, 1995, т.340, N.3, сс.396-399.

38. Науменхо М.А. Новое определение морфометрических характеристик Ладожского озера. Доклада Российской Академии наук, 1995, том. Т.345, N.4.C.514 - 517.

39. Ivanov A, Zaitsev V., Naumenko М.А, Karetnikov S.G. Study of the thermal bar and other hydroiogical phenomena m Lake Ladoga using ALMAZ-1 and ERS-1SAR imagery. Proc.IGARSS'95, Florence, 1995, v.III, pp.1985 - 1987

40. Interpretation of complex IR, SAR and in situ measurements for coastal processes in Russian large lakes. Proceedings of the Third Thematic Conference on Remote Sensing for Marine and Coastal Environments, Seattle, 1995. Vol. II, pp.431439 (coauthor S.Karetnikov).

41. Application of ALMAZ and ERS-1 SAR Imagery for Large Lakes Investigation. Proc.26th Int.Symposium on Remote Sensing of Environment, 1996, Vancouver, pp.745-753(eoauthors A.Ivanov, V .Zaitsev, S.Karetnikov).

42. Combined Satellite SAR and IR Data Application for Determination of Stan Effects on Lake Ladoga . Proc. European Conference on Synthetic Aperture Radar (EIJSAR'96),1996, Konigsvrintcr, Germany, pp. 465 - 467 (coauthor S.Karetnikov).

43. Naumenko M, Karetnikov S, Tikbomirov A. Main features of the thermal regime of Lake Ladoga during ice-free period, Hydrobiologia, 1996, Proc. the First Int.Lake I^adoga Symp., V.322. p.69 - 73.

44. Sorokin A, Naumenko M. and Vesciova M. Not morphometrical data of Lake Ladoga. Hydrobiologia, 1996, Proc. the First Int.Lake Ladoga Symp., V.322., p.65 - 67.

45. Kondratiev, K., Bobylev L. ,Pozdnyakov D, Naumenko M. et al. Combined application of remote sensing and in stiu measurements in monitoring environmental processes. Hydrobiologia, 1996. Proc. the First Int.Lake Ladoga Symp., V.322., p.227 - 232.

46. Ivanov A.Yu.,Y.V. Zaitsev, M.A. Naumenko, S.G. Karetnikov. Application of SAR imagery for large lake studies. XXI General Assambiy of EGS, The Hague, The Netherlands, 8-10 May, 1996 Annates Geophysicae, 1996, v. 14. Supp.II.

47. Naumenko M., Karctnikov S. Seasonal patterns of temperature distribution in Lake Ladoga. Proc.the Second Int.Lake Ladoga Symp., 1997. Publ.of Karelian Institute. No.117. Joensuu. p.141 -146.

48. Rodgcrs G.K., Naumenko М.Л., Murthy C.R. Comparative description of the thermal features of Lake Ladoga and Lake Ontario with particular reference to nearshore water quality. Proc.the Second ¡nt.Lake Ladoga Symp., 1997. Publ.of Karelian Institute. No.117. Joensuu. p.147 - 150.

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

50. Huttula Т., Filatov N., Podscichine V., Naumenko M. Measuring and modelling water circulation itt Lake Ladoga during the joint Finnish-Russian expeditions 1993 - 1996. Proc.the Second Int.I-ake Ladoga Symp., 1997.Publ.of Karelian Institute. No.l 17. Joensuu.. p.151-156.

51. Huttula Т., Filatov N., LozovikP., Naumenko M., NiiaiojaR., Podsctchine V., Susareva O. Dispersion of dissolved substances in shallow parts of Lake Ladoga. Proc.the Sccond Int.Lake Ladoga Symp., 1997. Publ.of Karelian Institute. No. 117. Joensuu, p. 157.

52. Ivanov A.I, Zaitsev V.V., Naumenko M.A., Alpers W. Lake Ladoga surface features on the ERS-1 SAR imagery. Proc. Third ERS Symposium on Space at the service of our Envirinment. Florence, 1997. Vol.2, pp.1035 - 1040.

53. О скорости движения весенней термической фронтальной зоны в Ладожском озере. Метеорология и гидрология. 19S8. N.4, (совместно с С.Г.Карстниковым) (в печати).

54. Опыт создания и использования банка термических данных Ладожского озера. География и природные ресурсы. 19S8. N 2.( совместно с С.Г.Каретниковым и В.В.Гузиватым) (в печати).

Отпечатано ООО "АБСОЛЮТ СПб". Тираж 100 экз. Объем 38 стр. Заказ №53. Подписано в печать 31.03.1998 г. Отпечатано с готовых о/макетов заказчика. Качество печати соответствует качеству представленных автором о/макетов.

Информация о работе

Науменко, Михаил Арсеньевич
доктора географических наук
Санкт-Петербург, 1998
ВАК 11.00.11

Автореферат

Похожие работы