ВВЕДЕНИЕ 3
ГЛАВА 1. ОПИСАНИЕ РЕГИОНА ИССЛЕДОВАНИЙ 5
Основные физико-географические характеристики Балтийского моря 5
Физико-географическое описание Финского залива 6
КЛИМАТ, ТЕМПЕРАТУРНЫЙ И СОЛЁНОСТНЫЙ РЕЖИМ БАЛТИЙСКОГО МОРЯ 7
КЛИМАТ, ТЕМПЕРАТУРНЫЙ И СОЛЁНОСТНЫЙ РЕЖИМ ФИНСКОГО ЗАЛИВА 9
Радиационный и тепловой баланс 11
Циркуляция вод на поверхности 15
Ледовые условия моря 16
Ледовый режим Финского залива 16
ГЛАВА 2. ОПИСАНИЕ МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 17
Понятие теплообмена 17
Тепловой поток и коэффициент теплопроводности 17
Теплопередача и конвекция 19
Количественная оценка конвективного теплообмена 20
Дифференциальное уравнение теплопроводности 21
НЕКОТОРЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В МНОГОСЛОЙНОЙ СРЕДЕ 22
ПРЯМЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЙ ТЕМПЕРАТУРНЫХ ГРАДИЕНТОВ 24
ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ прибор, использованный в работе 25
ГЛАВА 3. РАСЧЁТ ТЕПЛОВЫХ ПОТОКОВ В МНОГОСЛОЙНОЙ СРЕДЕ
ВОДА-ЛЁД-СНЕГ-АТМОСФЕРА ПО НАТУРНЫМ ДАННЫМ 30
Февраль 2021 30
Февраль 2023 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 60
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 61
Лёд в Финском заливе образуется ежегодно, но сроки его появления и исчезновения, степень распространения, а также толщина припайного и дрейфующего видов льда зависят от условий развития событий по тому или иному типу зимы. Ледообразование происходит в направлении с востока на запад, а его разрушение наоборот с запада на восток. Первый лёд обычно появляется в заливах, шхерах и бухтах, глубоко вдающихся в берег и, как правило, наиболее мелких местах. В Финском заливе ледовый период начинается в середине ноября. Максимальное развитие ледяного покрова отмечается в конце февраля-марте.
В настоящее время существует не так много исследовательских работ по выбранной тематике, а для Балтийского моря и Финского залива мне не удалось найти каких-либо материалов. В этом как раз и заключается актуальность данной работы, которая может послужить основой для более сложных и длительных экспериментов, усовершенствованных и дополненных расчётов, расширенных по площади районов исследования в будущем. Например, в работе были рассмотрены несколько способов расчёта теплового потока: из условий баланса тепла на границе сред вода-лёд и по температурным градиентам с дальнейшей параметризацией этих потоков с помощью измеренных скоростей течений.
Под воздействием достаточно сильного теплового потока от подлёдного слоя воды в направлении поверхности льда может наступить таяние с его нижней границы несмотря на отрицательную температуру воздуха. Именно поэтому важно изучать термическую динамику ледового покрова и воды под ним, особенно в судоходных районах акваторий, подверженных ежегодному замерзанию.
Цель исследования заключалась в проведение расчёта тепловых потоков в многослойной среде вода-лёд-снег-атмосфера при помощи полученных натурных данных в течение экспериментов с постановкой термометрической косы.
Для успешного достижения цели были поставлены и в ходе работы решены такие задачи:
Построение карт распределения толщины льда и снежного покрова, а также плотности снега в районе исследований в 2021 году по результатам ледовой практики для составления общей картины
Построение графиков хода температуры в течение экспериментов
Построение вертикальных профилей фактической температуры
Построение графиков вертикального распределения почасовых средних температур в каждом слое
Расчёт тепловых потоков за каждый час проведённых опытов
Вычисление нарастания льда за время экспериментов и за сутки при полученных потоках
Анализ полученных результатов
В результате выполненной исследовательской работы были получены карты распределения толщины ледяного покрова, высоты и плотности снега в период с 10.02.21 по 20.02.21 по натурным данным, которые были получены в ходе зимней ледовой практики. Для анализа вертикального распределения температуры в многослойной среде вода-лёд-снег-атмосфера выполнено графическое представление хода температуры во время экспериментов, были построены вертикальные профили фактической температуры, графики вертикального распределения почасовых средних температур в каждом слое. А далее были рассчитаны тепловые потоки за каждый час проведённых опытов. По имеющимся тепловым потокам от поверхности льда через снег мне удалось вычислить нарастание льда от верхней его границы через снег.
В итоге можно сделать такие выводы:
• После проведения экспериментов по постановке термометрической косы стало ясно, что вода в лунке за время экспериментов (4-5 часов) не успевала замёрзнуть, и как таковой среды «лёд» не образовалось. В ходе экспериментов в лунке наблюдался столб воды с начальными видами льда и снегом.
• Во всех проведённых опытах вода в выбуренной лунке отличалась однородностью по температуре. Для подтверждения предположений о нейтральности плотностной стратификации в силу постоянности солёности определялась частота Вяйсяля-Брента на протяжение всех экспериментов, которая очень незначительно отличалась от нуля в обе стороны, порядка сотых и тысячных. Таким образом, конвективного перемешивания в лунке не происходило.
• Выхолаживание происходило от поверхности.
• Наличие снежного покрова на поверхности льда сглаживает ход его температуры.
• Толщина заснеженного льда действительно меньше бесснежного. Его температура под снегом выше и медленнее изменяется, чем оголённого льда.
