Модель теплообмiну водного шару i донних вiдкладень у мiлкiй водоймi

Abstract

В трехмерную модель гидротермодинамики THREETOX включена численная модель теплообмена с дном, которая описывает распределение температуры в донных отложениях. При этом параметризация тепловых потоков в дно включает механизмы вынужденной и свободной конвекции. Для анализа влияния донных тепловых потоков на суточный режим небольшого озера были проведены численные эксперименты для водоемов различной глубины. Показано, что в результате учета теплообмена с дном повышается температура на глубине водоема и понижается возле поверхности. Это приводит к увеличению турбулентного потока с атмосферы и уменьшению теплоотдачи за счет длинноволнового излучения, в результате чего повышается средняя температура водоема. Модельные расчеты для идеализированных озер показали, что для водоемов, таких как мелкие озера и лагуны, влияние теплообмена с дном существенно в масштабах суточных колебаний. Кроме этого, для мелкого озера наблюдается сглаживание суточных колебаний температуры воды за счет тепловых потоков с дна.

В трьохмiрну модель гiдротермодинамiки THREETOX включена чисельна модель теплообмiну з дном, яка описує розподiл температури в донних вiдкладеннях. При цьому параметризацiя теплових потокiв у дно включає механiзми вимушеної i вiльної конвекцiї. Для аналiзу впливу донних теплових потокiв на добовий режим невеликого озера було проведено чисельнi експерименти для водойм рiзної глибини. Показано, що в результатi врахування теплообмiну з дном пiдвищується температура на глибинi водойми i знижується бiля поверхнi. Це призводить до збiльшення турбулентного потоку з атмосфери i зменшення тепловiддачi за рахунок довгохвильового випромiнювання, в результатi чого пiдвищується середня температура водойми. Модельнi розрахунки для iдеалiзованих озер показали, що для водойм, на кшталт мiлких озер та лагун, вплив теплообмiну з дном є суттєвим в масштабах добових коливань. Крiм того, для мiлкого озера спостерiгається згладження добових коливань температури води за рахунок теплових потокiв з дна.

A numerical model for the water-bottom heat interaction was included into the three-dimensional model of hydrothermodynamics THREETOX. New model describes the distribution of temperature in sediments. In this model parametrization of heat fluxes through the bottom includes both forced and free convection mechanisms. A number of numerical experiments for different depth water bodies were carried out to analyze influence of bottom heat fluxes on diurnal regime of small lake. It was shown that temperature of near-bottom waters increases while temperature of near-surface waters decreases if we consider water-bottom heat interaction. This leads to increasing of turbulent flux from the atmosphere and decreasing backward due to long-wave radiation. The result of this is increasing of average temperature of the water body. Modeling calculations for idealized lakes shows that the influence of heat interaction with the bottom is essential in a scale of diurnal oscillations for water-bodies such as shallow lakes and lag lagoons. Besides we can observe smoothing of diurnal oscillations of water temperature for shallow lake due to heat fluxes from the bottom.