Тепловой и холодный баланс

Содержание

1.Введение…………………………………………….…………………….3

2.Тепловой и холодный баланс.……………………..………………........4

3.Заключение……………………………………………………………...11

4.Список использованной литературы…………………………………..12

 

 

Введение

Исследование процессов энергообмена на границе раздела вода—воздух является одной из основных задач в рамках проблемы изучения взаимодействия океана (моря) с атмосферой. Проводимые в настоящее время экспедиционные работы в энергоактивных зонах океана направлены на исследование и детальное описание влияния океана на термодинамическое состояние атмосферы. Это связано с тем, что формирование погодных условий на больших территориях в значительной степени определяется процессами тепломассопереноса на границе раздела двух сред — океана и атмосферы.

Баренцево море – суровое приграничное море, которое располагается на южной границе Северного Ледовитого океана и омывает север Евразийского континента.

Морские течения образуют своего рода круговорот. Одна часть этого круговорота – теплое Нордкапское течение движется с юга и востока на север и запад и достигает берегов острова Новая Земля. Другая часть складывается из холодных арктических вод, которые приходят из Северного Ледовитого океана и Карского моря.

Благодаря поступлению теплых вод из Атлантического океана, в юго-западной части Баренцева моря определяется высокая температура воды, а так же соленость. С февраля по март температура равняется 3 градусам по Цельсию, а в августе поднимается до 9 градусов. В северной и юго-восточной частях моря температура опускается до -1 градуса по Цельсию на поверхности. Летом она достигает 4 градусов. Прибрежная зона в летний период прогревается до 12 градусов выше нуля.

 

 

Тепловой и холодный баланс

Высокоширотное положение Баренцева моря и наличие в нем больших пространств постоянно открытой воды, превращают это море в зону активного взаимодействия с атмосферой. Примыкая к аналогичной зоне в Норвежском море, Баренцево море по ряду климатических параметров энергообмена сопоставимо с ней и даже может превосходить ее, в частности, по теплоотдаче за счет турбулентного потока и затрат тепла на испарение.

Радиационная характеристика Баренцева моря определяется его расположением за Полярным кругом и большой облачностью, которая наблюдается над морем в течение года. Облачность значительно уменьшает поступление суммарной радиации, а существование полярного дня и полярной ночи за Полярным кругом вызывает большие внутригодовые колебания суммарной солнечной радиации. Так, в целом за год поступает только 60% возможной радиации, в годовом же ходе суммарная (суточная) солнечная радиация при реальных условиях облачности изменятся от 0 в декабре и январе до 17.8МДж/м² в июне. Пространственная изменчивость суммарной радиации, так же как и поглощенной, относительно не велика: среднее квадратическое отклонение в июне составляет 0.7 МДж/м², в другие месяцы несколько выше - 0.9-1.1МДж/м². Временная изменчивость больше пространственной в весенне-летние месяцы, когда поступает более 70% от годового количества радиации. В целом за год водные массы Баренцева моря поглощают 88% поступающей солнечной радиации. Расходной составляющей радиационного баланса является эффективное излучение. Определяется оно преимущественно облачностью и разностью температур воды и воздуха. Облачность сохраняется значительной в течение всего года, тогда как разность температур воды и воздуха изменяется от 7-8°С в декабре- марте до 0°С в июне-августе. В результате эффективное излучение в течение года изменяется в 2-2.5 раза (5-6МДж/м² в ноябре-апреле и 2-3МДж/м² в июне-сентябре). Среднее квадратическое отклонение составляет 0.4-1.3МДж/м²,увеличиваясь от лета к зиме. Временная изменчивость практически в течение года меньше пространственной. Тепловое излучение атмосферы в течение года изменяется незначительно (21МДж/м² в феврале-марте и 27МДж/м² в июле-августе). Следует отметить важную роль теплового излучения атмосферы в радиационном теплообмене между атмосферой и поверхностью моря. В ноябре-январе тепловое излучение атмосферы является единственным источником тепла, поступающего на поверхность моря, в июне-июле (при максимальном поступлении солнечной энергии) тепловое излучение атмосферы в 1.5 раза превышает суммарную радиацию.

Радиационный баланс поверхности моря в октябре-марте отрицательный, в апреле-сентябре - положительный с максимальным значением в июне, что обусловлено соответствующими изменениями потока солнечной радиации в течение года. При этом в теплую часть года значения радиационного баланса на 30-40% меньше суммарной радиации В период полярной ночи радиационный баланс определяется только эффективным излучением поверхности моря. В среднем для южной части Баренцева моря годовой радиационный баланс положителен и составляет 1.5МДж/м².

Свободная ото льда поверхность Баренцева моря в течение года обеспечивает значительное поступление тепла в атмосферу не только за счет эффективного излучения, но и за счет турбулентного потока тепла Н и затраты тепла на испарение LE. Наибольшие значения Н и LЕ наблюдаются в декабре-феврале (соответственно 10-12МДж/м² и 7-8МДж/м²), уменьшаясь в июне-августе до 0.2 и 1-2МДж/м² . В целом за год результирующий поток тепла отрицателен и равен 8.1МДж/м². В период с мая по август результирующий поток тепла положителен за счет относительно большого поступления солнечной радиации и уменьшения эффективного излучения, турбулентного теплообмена и затрат тепла на испарение. Переход теплового баланса через 0° наблюдается в конце апреля- начале мая и в конце августа. На сезонные изменения знака результирующего потока тепла большое влияние оказывают окружающие Баренцево море суша и ледяной покров, охлаждающее влияние которых в зимнее время приводит к значительному увеличению разности температур воды и воздуха. В летнее время различия радиационных характеристик водной поверхности, ледяного покрова и суши уменьшаются. Пространственная изменчивость потоков Н, LЕ и В несколько выше пространственной изменчивости составляющих радиационного баланса. Что касается временной изменчивости Н, LЕ и В, то она в целом меньше пространственной изменчивости этих потоков.

Важнейшей составляющей теплового баланса Баренцева моря является адвекция тепла течениями. Основной приток тепла в море осуществляется в его южных районах. Н.С.Ураловым показано, что 60-65% тепла, вносимого в Баренцево море между м. Нордкап и арх. Шпицберген, отдается в атмосферу и в окружающие Нордкапское течение воды в пределах южной части моря. Вместе с тем в юго-западной и юго-восточной частях моря расход тепла атлантических вод происходит с разной интенсивностью. Если между Нордкапским и Кольским разрезами энтальпия вод уменьшается в осенне-зимний период лишь на 2.8% на100 км, то восточнее Кольского разреза это уменьшение резко возрастает, составляя 5.7% на каждые 100 км. Причинами этого являются уменьшение скорости течения из-за его дробления, воздействие охлажденных до температуры замерзания вод юго-восточной части моря и наличие здесь льдов.

В годовом ходе адвекции тепла течениями в слое 0-200 м достаточно хорошо прослеживается сезонная изменчивость. Максимум адвекции отмечается в зимний период (январь-март),, второй максимум наступает, как правило, в июле- сентябре. Максимальное значение адвективного теплообмена наблюдается весной (апрель-июнь), при этом в районе теплых течений адвекция в слое о-200 м положительна в течение года. Годовая амплитуда составляет 10-20МДж/м². Сезонная изменчивость в характере адвекции тепла течениями связана с режимом преобладающих западных ветров и с изменчивостью положения струй основных течений в Баренцевом море. Так, для Нордкапского и Мурманского течений отмечается значительный сектор изменчивости в направлении струи этих течений, достигающий в некоторых случаях 200°. Меньшая изменчивость характерна для струй Новоземельского и Канинского течений.

В холодную часть года и в целом за год наибольшие значения адвекции отмечаются в западной части моря, к юго-востоку от арх. Шпицберген. К востоку значения адвекции уменьшаются и затем несколько увеличиваются у кромки льда вдоль арх. Новая Земля Максимальные годовые значения адвективного теплообмена на западе моря составляют 10-15 МДж/м², в центральной части моря 6-8МДж\м², в восточной части моря у кромки льда 10-13МДж/м². В целом для незамерзающей части Баренцева моря годовое значение адвекции составляет 8.1МДж/м². В теплую часть года адвективный теплообмен в западной части моря не превышает 10МДж/м²,в центральной части моря он становится отрицательным, т.е. происходит отток тепла.

Следует отметить, что вклад суммарного теплообмена поверхности моря с атмосферой и адвекции тепла течениями в изменение энтальпии слоя 0-200 м существенно зависит от сезона. В зимний период роль обоих факторов велика, однако роль результирующего потока тепла несколько выше, чем адвекции, и в этот период происходит общее понижение энтальпии. Вместе с тем в отдельные годы роль адвекции может быть настолько значительной, что температура поверхности воды на Кольском разрезе в январе и феврале бывает выше, чем в предшествующих ноябре и декабре. В осенний и летний периоды, когда результирующий поток тепла значительно уменьшается по абсолютному значению и становится положительным, происходит увеличение энтальпии. Однако роль адвекции в этом процессе несколько больше, чем результирующего потока тепла. В среднем для весенне-летнего периода адвекция в 1.5-2 раза превышает поток тепла В, хотя по сравнению с зимним периодом значение адвекции уменьшается в 2-3 раза. Осенью, когда резко возрастает поток тепла В, его вклад снова превышает вклад адвекции.

В целом можно отметить, что адвективная составляющая теплового баланса деятельного слоя Баренцева моря весьма существенна для его юго-западной части и не может не учитываться в остальных районах моря. Значительная пространственная и временная изменчивость адвекции также определяется непостоянством течений в море и зависит в конечном итоге от особенностей атмосферной циркуляции как над самим Баренцевым морем, так и за его пределами.

В табл.1 приведены годовые значения рассмотренных выше элементов теплового баланса моря.

Таблица.1. Годовые значения составляющих теплового баланса поверхности для южной части Баренцева моря.

Положительный баланс	Поступление тепла за год		Отрицательный баланс	Отдача тепла за год
	МДж/м2	%		МДж/м2	%
Поглощенная радиация	5.8	42	Турбулентный теплообмен	5.1	37
Адвекция тепла течениями	8.1	58	Затраты теплп на испарение	4.5	32
			Эффективное излучение	4.3	31
Всего поступает за год	13.9	100	Всего отдается за год	13.9	100

Поступление тепла за счет речного стока /4/ и расход тепла за счет ледовых процессов / 5/ составляют менее 0.1% от общего поступления тепла за год и поэтому в тепловом балансе незамерзающей части моря могут не учитываться.

Представление о сезонной изменчивости составляющих теплового баланса дает табл.2.

Таблица.2 Средние суточные значения составляющих теплового баланса поверхности южной (незамерзающей) части Баренцева моря, МДж/м²

Элемент	I –III	IV - VI	VII – IX	X – XII	год
Q	1.6	14.1	10.2	0.5	6.6
Вк	1.3	12.6	9.0	0.3	5.8
Еа	21.3	24.2	26.6	23.2	23.8
Еэф	6.0	3.8	2.6	4.7	4.3
R	-4.7	8.8	6.4	-4.3	1.5
Нт	10.9	2.3	0.4	6.9	5.1
LE	7.3	2.9	2.1	5.9	4.5
В	-22.9	3.6	4.0	-17.1	-8.1

Q - суммарная солнечная радиация, В_к - поглощенная солнечная радиация, Е_а - тепловое излучение атмосферы, Е_эф - эффективное излучение поверхности моря, R - радиационный баланс, Н_т - турбулентный поток тепла, LE - затраты тепла на испарение, В - результирующий поток тепла на поверхности моря.

Данные табл.2 показывают, что годовой радиационный баланс положителен, т.к. поглощенная радиация летом превышает ее отток зимой. Отрицательные величины радиационного баланса в период полярной ночи целиком определяются эффективным излучением.

 

 

Заключение

Баренцево море занимает самое западное положение среди арктических морей, омывающих берега России. Расположенное между северным берегом Европы и островами Вайгач, Новая Земля, ЗФИ, Шпицберген, и Медвежий, оно свободно сообщается с теплым Норвежским морем и холодным Арктическим бассейном, а также морями Карским и Белым.

Климат моря полярный морской, наиболее теплый среди шельфовых морей Северного Ледовитого океана. Хотя Баренцево море относится к числу ледовитых и почти 3/4 его поверхности ежегодно покрывается льдом, но в отличие от других морей Арктики, оно никогда не замерзает полностью. Даже в зимний период около 1/4 его площади остается свободной ото льда, что объясняется притоком теплых атлантических вод, препятствующих охлаждению поверхностного слоя до температуры замерзания.

В гидрологическом режиме Баренцева моря значительную роль играет рельеф дна. Он неоднороден: пересечен подводными возвышенностями, впадинами и желобами.

На гидрологические условия моря влияет и речной сток, однако только в его юго-восточной части; там сосредоточено около 90% материкового стока. В целом же сток относительно невелик (163 км³) и поэтому мало влияет на соленость и химический состав баренцевоморской воды, близкой по этой причине к характеристикам вод океана.

Одной из характерных черт гидрологии Баренцева моря является хорошее перемешивание его вод. С этой особенностью моря тесно связано содержание и распределение растворенных в воде газов и биогенных веществ. Воды моря хорошо аэрированы; содержание кислорода в толще воды по всей площади моря близко к насыщению.