WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     | 1 | 2 || 4 |

В разделе 3.1 рассматривается метод расчёта расхода воды через произвольно заданное вертикальное сечение. Чтобы исследовать структуру, характер и величину горизонтального водообмена внутри бассейна, анализировались временные серии (с шагом 90 с в течение года) величин горизонтального объёмного расхода через вертикальные сечения (по отдельности в прямом и обратном направлении), располагавшиеся в различных районах моря. Эти сечения захватывали всю глубину водоёма (от поверхности до дна, без деления на слои), начинаясь и заканчиваясь в произвольных, задаваемых из физических соображений точках. Основным критерием выбора границ сечений было соответствие геоморфологическим особенностям поля глубин Балтийского моря. На рис.4 в качестве примера показаны сечения (1) от береговой линии до некоторой произвольной глубины Н, (2) между точками с максимальным градиентом уклона дна по обе стороны глубоководной впадины, (3) сечение в произвольном месте водоёма. За время расчёта, через всё поперечное сечение по нормали к нему проходит интегральный объёмный расход вод Q (м3/с). Поскольку форма Балтийского моря значительно вытянута по меридиану, оказалось удобным характеризовать обмен в меридиональном (в целом) и в широтном (в целом) направлении, что охватывает диапазон направлений вдоль и поперёк основной оси моря, соответственно (рис. 5).

Рис.4. Примеры вертикальных сечений: 1) от берега до глубины Н; 2) над впадинами; 3) в произвольном месте. Вычисляются объемный расход вод (Q, м3/с) и удельный объемный расход вод (Q/L, (м3/с)/м).

В разделе 3.2 проводится районирование Балтийского моря по величинам горизонтального расхода вод на единицу длины сечения (удельный расход), в процентном отношении к единице нормировки. За единицу нормировки (или 100%) принят максимальный среднегодовой удельный расход, отмеченный в Слупском жёлобе: 0.046 (км3/год)/м), что соответствует ~1.4 (м3/с)/м. В общей картине выделено 7 районов с различной интенсивностью горизонтального обмена: район №1 - с удельным расходом 75-% от максимального; № 2 – 55-74%; № 3 – 45-54%; № 4 – 31-44%; № 5 – 21-30%; № 6 – 11-20%; и № 7 – меньше 10%. Результаты анализа величин удельного расхода вод за год через 70 вертикальных сечений, проведенных в различных районах моря согласно особенностям геоморфологической структуры, показан на рис.5: верхние рисунки (а, б) характеризуют перенос в (преимущественно) меридиональном направлении, нижние (в, г) – в (преимущественно) широтном; диапазон направлений нормалей к соответствующим сечениям указан в поле каждого рисунка. Наиболее интенсивный горизонтальный перенос вод наблюдается в районах расположения впадин и желобов в собственно Балтийском море, с наибольшими среднегодовыми величинами расхода до 0.046 (км3/год)/м (или ~1.4 (м3/с)/м).

б) а) г) в) Рис.5. Районирование Балтики по интенсивности расходов, в процентном отношении к максимальному расходу на единицу длины - в Слупском жёлобе 0.046 (км3/год)/м.

В абсолютных величинах, в наиболее глубоких местах – над желобами и основными впадинами моря, выделявшимися как области между линиями максимального градиента глубин по обе стороны – расходы составляют 600-1500 (км3/год), что в разы превышает среднегодовой сток рек в Балтику (~450 км3/год); вдольбереговой транспорт (через сечения от берега до свала глубин) имеет порядок 200-800 (км3/год).

Kомплекс сечений от берега до берега и вдоль осей основных впадин позволил выявить основные черты общего переноса вод в центральной части Балтики. В частности получено (рис. 6), что суммарно поперёк Готландского бассейна транспорт составляет около 1000-1300 (км3/год), Борнхольмского – 1000-1200 (км3/год), транспорт с востока на запад над Готландской впадиной составляет 1400 км3/год, через Среднюю банку – км3/год. Все эти величины существенно превышают среднегодовой сток рек и обмен с Северным морем. Обмен в поперечном (по отношению к главной оси моря) направлении не менее активен, чем в продольном (рис.6).

Рис.6. Компоненты переноса вод в центральной части Балтийского моря (км3/год).

Проведена оценка времени обновления вод в различных частях моря через величину горизонтального расхода, которое рассчитывается по формуле =V/Q+ где – время обновления вод адвекцией (год);

V – объём вод суббассейна (км3);

Q+ – адвекционный приток вод в суббассейн (км3/год).

На рис.7 схематично представлены составляющие водообмена: Q+ – адвективный приток вод; Q- – адвективный отток вод; Qr – речной сток вод в суббассейн. При вычислении времени обновления используется только компонента Q+, т.к. для суббассейнов в модели корректно выполняется водный баланс (Q+ + Qr – Q- =Q), что следует из оценки численных значений составляющих (Q - невязка из-за возможного изменения уровня воды - составляет 5-7 %).

Рис.7. Составляющие водообмена для суббассейна: Q+ – адвективный приток вод в суббассейн; Q- – адвективный отток вод; Qr – речной сток.

Рассчитаны площади, средние глубины, объёмы вод суббассейнов, проведен сравнительный анализ полученных величин с данными других источников (Гидрометеорология и гидрохимия морей СССР, 1992; Атлас океанов, 1980; Залогин, Косарев, 1999; Проект "Балтика", 1983).

Расчеты на базе MIKE3 дают величины времени обновления вод в Ботническом заливе, Финском заливе, Балтийском море, сравнимые с оценками других исследователей (Израэль и др., 1999; Andrejev et al., 2004;

Meier, 2005; Myrberg, Andrejev, 2006), что позволяет ориентироваться на полученные значения адв для отдельных районов Балтийского моря. Величины времени обновления вод адвекцией указывают, что в Балтийском море происходит интенсивный внутрибассейновый водообмен, наиболее активный в Южной, Юго-Восточной и Центральной части Балтийского моря.

В разделе 3.3 проведен анализ внутригодовой изменчивости компонент горизонтального водообмена в районах впадин, желобов, банок, склонов. Расчёты показали, что величина водообмена сильно зависит от сезона, стока рек, ветрового режима: наиболее активный обмен характерен для весны (апрель) и осенне-зимнего периода (с октября по январь). По различным сечениям в открытой части моря, амплитуда внутригодовых вариаций составляет в среднем 20-60% от соответствующих среднегодовых значений.

В разделе 3.4 анализируются величины компонент горизонтального водообмена в районах внешней части прибрежного мелководья (от 30 м до 50 м) в Восточной и Юго-Восточной Балтике. На рис.8 показаны границы, вдоль которых рассчитывался расход вод в прибрежном мелководье четырех прибалтийских стран. Створы ставились как вдоль берега (по изобате 30 м и 50 м), так и вдоль склона. На рис.9 изображены компоненты водообмена (к берегу Q+ и от берега Q-) и схема возникновения вдольберегового потока (Q).

Расчёты показали, что поперёк изобаты 30 м наибольшие удельные объёмные расходы и от берега, и к берегу соответствуют району прибрежного мелководья Литвы, и превышают расходы для районов Польши, России (Калининградская область) и Латвии – в 2-3 раза; результирующий вдольбереговой расход вод почти в 500 раз слабее максимального среднегодового удельного расхода для Балтики (0.046 (км3/год)/м)). Для створов по изобате 50 м ситуация меняется: наибольшие удельные расходы от берега соответствуют району прибрежного мелководья Латвии, и превышают расходы для районов Польши, России (Калининградская область) и Литвы – в 1.3-2.0 раза; к берегу наибольшие удельные расходы соответствуют району России (Калининградская область), и превышают удельные расходы для районов Польши, Литвы и Латвии в 1.7-4.5 раза. Результирующий вдольбереговой расход вод Q=Q+–Q- у российских берегов (от берега до изобаты 50 м) – порядка 10% от максимального удельного расхода в Балтийском море (0.0035(км3/год)/м)).

Проводится анализ внутригодовой изменчивости удельных расходов в районах прибрежного мелководья в Восточной и Юго-Восточной Балтике (рис.8). Уменьшение расходов от берега (Q-/L) происходит в летний период. Для прибрежной зоны России (Калининградская область) проведено сравнение расходов через створы по изобатам 30 м и 50 м. Значения удельных расходов от берега Q-/L поперёк изобаты 50 м в среднем (в течение года) в 5 раз больше расходов поперёк изобаты 30 м; заметен сезонный ход удельных расходов с максимумами весной и осенью.

Рис.8. Положение изобат 30 и 50 м в Рис.9. Схема потоков в прибрежном прибрежном мелководье Латвии, мелководье (Q – результирующий Литвы, России (Калининградская вдольбереговой перенос вод, если Q+ область) и Польши. Q-).

Глава 4 посвящена переносу вод через границы исключительных экономических зон (ИЭЗ) государств в Балтийском море. В разделе 4.представлены величины горизонтального расхода вод через границы между ИЭЗ (рис.10). Анализ показывает, что наибольший адвективный перенос вод наблюдается из ИЭЗ Польши в ИЭЗ России (Калининградская область) – около 1600 км3/год. Калининградская область – одна из самых активных транзитных зон в Балтийском море. Перенос вод в Балтийском море наиболее интенсивно происходит в Юго-Восточной и Центральной Балтике. В результирующем трансграничном переносе вод в этих районах прослеживается общее циклоническое направление (рис.10).

В разделе 4.2 проведена оценка времени обновления вод в ИЭЗ. Рассчитаны их площади, средние глубины, объёмы вод. Оказалось, что время обновления вод адвекцией в ИЭЗ государств Балтийского моря находится в диапазоне от 2 месяцев до 2 лет. Наиболее активен процесс обновления вод в ИЭЗ Литвы и Германии - около 2 месяцев, России (Калининградская область) - около 3 месяцев.

Рис.10. Карта объёмов трансграничного переноса вод в Балтике (км3/год).

Результирующий перенос через сечения Q (Q=Q1-Q2, где Q1 и Q2 – расходы через створ в разных направлениях).

Основные выводы:

Осуществлена оригинальная реализация численной модели динамики вод Балтийского моря, созданная на базе трёхмерной гидродинамической негидростатической модели MIKE3-FlowModel (DHI Water & Environment, http://www.dhi.dk). Подобран и проанализирован большой объём натурных данных о метеорологических и гидрологических условиях и термохалинных полях Балтийского моря. Воспроизведение в модели полей течений, температуры и солёности в течение года при среднемноголетних внешних условиях позволило исследовать пространственную структуру и внутригодовую изменчивость горизонтального водообмена в Балтийском море:

1. В наиболее глубоких местах Балтийского моря – над желобами и основными впадинами моря, выделявшимися как области между линиями максимального градиента глубины по обе стороны – расходы составляют 600-1500 (км3/год), что превышает среднегодовой сток рек в несколько раз;

вдольбереговой транспорт (через сечения от берега до свала глубин) имеет порядок 200-800 (км3/год). Обмен в поперечном (по отношению к главной оси моря) направлении не менее активен, чем в продольном направлении.

Наиболее интенсивный обмен в Южной, Юго-Восточной и Центральной части Балтийского моря – здесь время обновления вод не превышает 2 лет.

2. Внутригодовая изменчивость компонент горизонтального водообмена в различных районах Балтийского моря показывает, что водообмен сильно зависит от сезона: наибольшие расходы приходятся на весну (апрель) и осенне-зимний период (с октября по январь). По различным сечениям в открытой части моря, амплитуда внутригодовых вариаций составляет в среднем 20-60% от соответствующих среднегодовых значений.

3. В прибрежном мелководье Восточной и Юго-Восточной Балтики результирующий вдольбереговой удельный расход вод (Q/L=Q+/L-Q-/L.) над прибрежным мелководьем (от берега до изобаты 50 м) – составляют порядка 10% от максимального удельного расхода в Балтийском море (0.(км3/год)/м), с наибольшими величинами – у российских берегов (Калининградская область). Общий вдольбереговой перенос вод в прибрежной зоне (от берега до свала глубин) составляет 30-40% от максимальных расходов в открытой части.

4. Среднегодовой удельный расход от берега Q-/L через створ по изобате 50 м в 5 раз больше расхода через створ по изобате 30 м, что говорит о различии механизмов переноса вод. Существует сезонный ход удельных расходов с максимумами весной и осенью.

5. Трансграничный перенос вод между исключительными экономическими зонами Балтийского моря по объёмам сравним (а в некоторых районах превосходит) среднегодовой речной сток в Балтику. Наибольший результирующий расход вод через границы исключительных экономических зон соседствующих государств наблюдается из ИЭЗ Польши в ИЭЗ России (Калининградская область) – около 1600 км3/год. Перенос вод в Балтийском море наиболее интенсивно происходит в Юго-Восточной и Центральной Балтике. В результирующем трансграничном переносе вод в этих районах прослеживается общее циклоническое направление. Наиболее интенсивен процесс обновления вод в исключительных экономических зонах Литвы и Германии – около 2 месяцев, а в России (Калининградская область) – около 3 месяцев.

Список публикаций по теме диссертации Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Есюкова Е.Е., Чубаренко И.П. Перенос примеси в результате сезонной горизонтальной конвекции над шельфом (опыт численного моделирования) // Вестник РГУ им. И. Канта. – 2009. – Вып. 1. – С. 46–55.

2. Чубаренко И.П., Есюкова Е.Е. Каскадинг в прибрежной зоне озера при суточных колебаниях условий теплообмена // Естественные и технические науки. – 2008. – № 4. – С. 206–212.

Прочие публикации:

3. Chubarenko I., K. Hutter, E. Esiukova. Impact of the ice formation on seasonal salinity increase in the Vistula // Труды VI Межд. сов. по проекту создания оперативной океанологической модели Балтийского моря высокого разрешения. – СПб., 2004. – С. 58–68.

4. Чубаренко И.П., Есюкова Е.Е. Морфометрические характеристики Вислинской лагуны в зависимости от высоты стояния уровня воды // Инновации в науке и образовании – 2004: мат. II Межд. науч. конф. – Калининград, 2004. – С.74–75.

5. Chubarenko I., E. Esiukova, V. Koutitonsky. Simulation of horizontal convection induced by surface cooling over sea slope // Vol. of abstr. of Baltic Sea Science Congress. – Rostock, 2007. – Part II. – Р.26.

6. Esiukova E.E., I. P. Chubarenko. Simulation of horizontal convection induced by surface cooling over sea slope // Estuarine ecosystems: structure, function and management: аbstr. vol. of 42 ECSA Int. Conf. – KaliningradSvetlogorsk, 2007. – Р. 33–34.

7. Есюкова Е.Е., Чубаренко И.П. Моделирование распространения примеси в результате сезонной горизонтальной конвекции над прибрежным склоном // Современные методы и средства океанологических исследований: тез. X Межд. науч.-техн. конф. – Москва, 2007. – С. 75–77.

Pages:     | 1 | 2 || 4 |



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.