«Оптика атмосферы и океана», 22, № 3 (2009)
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛН
УДК 551.46.35
Оптико-термические фронты подо льдом оз. <...> Байкал
в мартеапреле 2006 г. Рассмотрены оптико-термические проявления вертикального обмена поверхностных
и глубинных вод во фронтальных зонах озера в подледный период. <...> Введение
Оптические свойства природных вод, в особенности физическая прозрачность или показатель ослабления (ПО) светового излучения , являются
очень чуткими индикаторами содержания и изменения природной взвеси, физической структуры и динамики вод. <...> Аппаратура и методика
Оптико-термические структуры вод оз. <...> Измерения проводились в восьми
участках видимого диапазона, но более подробно
Оптико-термические фронты подо льдом оз. <...> Работы проводились на станции в ледовом лагере нейтринного
телескопа НТ-200 в 3,5 км от м. <...> При анализе зимних оптико-физических структур были открыты фронты с конвергентными зонами опускающихся вод (даунвеллинг) с вертикальными
скоростями порядка 0,1 см/с [5, 11]. <...> По изменению температуры
воды Т и другим термодинамическим параметрам
воды (коэффициент термического расширения ,
двойная производная плотности воды по температуре (2/Т2) = ТТ, адиабатический градиент температуры и др.) рассчитываются уплотнение при
216
смешении cabb, максимальные вертикальные скоconv
рости конвекции W max , частота Вяйсяля N и другие свойства вертикальных структур воды, связанных с перемешиванием и вертикальной устойчивостью. cabb находилось по приближенной формуле
К.Н. Федорова [12]:
cabb TT (T)2 / 8. <...> Оценка максимальных вертикальных скоростей
конвекции проводилась по формуле из [13]:
conv
Wmax
= (gd / )1/ 2,
(2)
где g ускорение силы тяжести; d толщина слоя
воды; / изменчивость плотности водной среды
за счет температурной cabb/ или другой природы,
например взвешенного вещества sm/, а частота
Вяйсяля N по формуле В.М. Каменковича [14]:
dT
N 2 = g g ,
dZ
(3)
где Z глубина. <...> Байкал максимально
контрастные по температуре районы встречаются
в устьях рек, например <...>
Оптика_атмосферы_и_океана_№3_2009.pdf
«Îïòèêà атмосферы и îêåàíà», 22, ¹ 3 (2009)
РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ ВОЛН
УДК 551.46.35
Оптико-термические фронты подо льдом оз. Байкал
и их связь с обновлением придонных вод
*
Ï.Ï. Øåðñòÿíêèí1, Ã.Ï. Êîõàíåíêî2, Â.Ã. Èâàíîâ1, Ë.Í. Êóèìîâà1
1Лимнологический институт СО РАН
664033, ã. Èðêóòñê, óë. Óëàí-Áàòîðñêàÿ, 3
2Институт оптики атмосферы СО РАН им. В.Е. Зуева
634021, ã. Òîìñê, ïë. Академика Çóåâà, 1
Поступила в редакцию 20.11.2008 ã.
Приводятся данные измерений глубинных профилей прозрачности и температуры воды в оз. Байкал
в марте–апреле 2006 г. Рассмотрены оптико-термические проявления вертикального обмена поверхностных
и глубинных вод во фронтальных зонах озера в подледный период. Обоснованы механизмы проникновения
поверхностных вод в придонные в период обратной температурной стратификации.
Ключевые слова: Байкал, температура, показатель ослабления, фронт, обновление придонных вод.
Введение
Оптические свойства природных вод, в особенности
физическая прозрачность или показатель ослабления
(ПО) светового излучения ε, являются
очень чуткими индикаторами содержания и изменения
природной взвеси, физической структуры и динамики
вод. Особый интерес вызывает подледный
период озера Байкал, когда прямые атмосферные
воздействия в виде ветра и волнения на границе
«воздух–лед» сходят на нет и основными процессами
формирования оптико-физических и динамических
структур толщи вод остаются температурноплотностная
конвекция и бароградиентные силы [1].
В подледный период в поверхностных слоях воды
устанавливается обратная температурная стратификация
и на глубинах до 300 м возникает мезотермический
максимум температуры (ММТ). По определению,
это глубина, на которой профиль реальной
температуры воды Т пересекается с профилем
температуры максимальной плотности Тmd.
Обратная температурная стратификация и рост
плотности воды с глубиной в верхних слоях должны
были бы затруднять вертикальный обмен и вентиляцию
придонных вод поверхностными, но наблюдения
показывают, что этого не происходит [2–4 и äð.].
Открытие фронтов по показателю ослабления направленного
света ε [4] с конвергентными (даунвеллинг)
и дивергентными (апвеллинг) зонами с интенсивным
вертикальным обменом в подледный период
также подтверждает это.
Были также рассмотрены динамические условия
фронто- и вихрегенеза на Байкале [5]. Конкретные
______________
* Павел Павлович Шерстянкин (ppsherst@lin.irk.ru);
Григорий Павлович Коханенко (kokh@iao.ru); Вячеслав
Геннадьевич Иванов; Любовь Николаевна Куимова.
детали фронтального обмена и конвективной структуры
вод в подледный период, объясняющие механизм
вентиляции придонных вод поверхностными,
пока не известны, но подробный анализ оптикотермических
структур в подледный период может
найти их, что и является целью настоящей работы.
1. Аппаратура и методика
Оптико-термические структуры вод оз. Байкал
изучались с помощью CTD-çîíäà MCTD3.5′′ фирмы
Falmouth Scientific, Inc. [6], и фотометра-прозрачномера
ÔÏÒÄ-8 [7]. Канал температуры Т CTDçîíäà
имел погрешность 0,003 °C и разрешающую
способность 0,0001 °C. Канал давления Р имел погрешность
±0,015% от полной шкалы 200 бар (соответствует
0,3 м по ãëóáèíå). Фотометр ÔÏÒÄ-8
с каналами прозрачности θ, температуры Т и давления
Р позволял измерять прозрачность на 8 длинах
волн от 410 до 650 нм на базе L = 1 ì. Оптическая
схема ФПТД-зонда сделана так же, как в логарифмическом
фотометре-прозрачномере конструкции
Ì. Ли [8].
Электронная и механические части ФПТД-зонда
были разработаны и изготовлены в Институте оптики
атмосферы СО РАН и Лимнологическом институте
СО РАН. Из оцифрованных значений измерительного
Fm и опорного Fref световых пучков вычитается
значение светового фона Fbg, находится значение
прозрачности θ = (Fm – Fbg)/(Fref – Fbg) и показателя
ослабления ε = –lnθ/L [7].
Корректный учет отражения измерительного
пучка от выходного иллюминатора прибора позволил
получать абсолютные значения ε с погрешностью
менее 0,02 ì–1. Измерения ε проводились в восьми
участках видимого диапазона, но более подробно
Оптико-термические фронты подо льдом оз. Байкал и их связь с обновлением придонных вод
215
Стр.1