Файл: Гвахария, В. К. Испарение с водной поверхности водоемов Кавказа.pdf

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 23.10.2024

Просмотров: 89

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

больших

высотах нередко встречаются

открытые

со

всех

сторон чаши, т. е. водоемы «равнинного» типа.

 

 

Если

вопрос о характере подхода

воздушной массы к

равнинному водоему и о процессах

трансформации

 

ветра

над ним

представляется в известной

степени ясным

и

изу­

ченным, то по отношению к горным водоемам этого сказать нельзя.

Как пишет А. М. Мхитарян [45], «... вопрос о трансфор­ мации поля ветра, ввиду своей сложности, исследован далеко недостаточно. Для горных условий этот вопрос изучен еще меньше».

Одним из наиболее обстоятельных исследований по изу­ чению трансформации ветра над равнинными водоемами яв­ ляется работа, проводимая в течение ряда лет сотрудникам л ВНИГЛ на Валдайском озере. Выводы из нескольких серий наблюдений приведены в работе А. Р. Константинова [32].

Одной из главных причин трансформации ветра явля­ ется резкое, скачкообразное изменение коэффициента шеро­

ховатости

(ZQ) подстилающей

поверхности.

 

 

 

Как известно, коэффициент шероховатости резко меняет­

ся в зависимости от характера подстилающей

поверхности

(см. табл.

19).

 

 

 

 

 

'

'

 

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

19

Величина коэффициента

шероховатости для различных видов

 

 

 

 

подстилающей

поверхности

 

 

 

 

 

 

Вид поверхности

 

 

2 0 см

 

Ровный

снежный

покров

 

 

0,02- -0,08

 

Средний

снежный

покров

 

0,1

--0,5

 

Слабый

рыхлый снег

 

 

0,5

--2,0

 

Ровная

почва, лишенная

растительности

0,3

--1.0

 

Паровое

поле

 

 

 

0,5

--2,0

 

Луг

 

 

 

 

 

 

1,0

--5,0

 

Зерновые

культуры

 

 

3,0

--7,Ю

 

Поверхность

небольших

водоемов

0,01- -0,4

 

Поверхность

озер

и средних водоемов

0,01- -0,6

 

Поверхность

морей и океанов

 

0 . 3 - -2,0

 

Как видно из приведенной таблицы коэффициент шеро­ ховатости меняется не только в зависимости от' вида подсти­ лающей поверхности, но не остается постоянным' также и

117


Для одного и того же вида. Причем, эта изменчивость имеет

довольно

широкий диапазон. Коэффициент

шероховатости

находится в тесной связи как

со скоростью

ветра,

так и с

устойчивостью

стратификации

атмосферы.

 

 

На основе

многочисленных

опытов

разными

авторами

(3. А. Викулина, П. П. Кузьмин

и др.)

было найдено среднее

значение

коэффициента шероховатости

для

озер и

водохра­

нилищ, имеющих значительные размеры. Согласно этим авторам для водных поверхностей средних и больших водое­

мов

(вплоть

до Каспийского моря)

можно принять z0 =

0,3

см. Это

значение коэффициента

шероховатости в настоя­

щее время является наиболее общепринятым и широко ис­

пользуется

при

расчетах скоростей

ветра

над

водоемами.

По А. М. Мхитаряну для озера Севан

среднее

значение za

равно

0,02

см.

 

 

 

 

 

 

 

Уменьшение

коэффициента шероховатости

при

переходе

с суши

на

воду

должно привести

к

возрастанию

 

скорости

ветра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

На

основе

многочисленных опытов было получено, что

над открытыми

водоемами скорости

ветра

возрастают

при­

мерно на 20—30 процентов. Это средняя

величина.

Крайние

значения

переходного коэффициента

(К)

могут

колебаться

от 0,9

до

2,2

в

зависимости от устойчивости атмосферы

[63].

Коэффициент «К» указывает на отношение скоростей ветра на одинаковых высотах над сушей и над водоемом, т. е.

где WB —скорость ветра над водой и

 

UPC —скорость ветра над сушей.

 

Для того, чтобы не ошибиться в выборе

коэффициента

К, меняющегося в столь широком диапазоне,

А. П. Брас-

лавсікий и 3. А. Викулина приводят таблицу, в которой даны средние значения переходного коэффициента, для метеостан­ ций, расположенных в различных физико-географических условиях и с разной защищенностью [1].

Согласно этой таблице, наиболее близкие к водной по­ верхности величины скорости ветра дают метеостанции, рас­ положенные на оконечности далеко вдающихся в водоем от-

118


•крытых мысов л кос (К=1,05), а наибольшие значения пе­ реходного коэффициента приходятся на станции, установ­ ленные в лесу или больших городах (К — 3,0—2,8).

В случае, если метеостанция, расположенная на суше, находится не в одной плоскости с водохранилищем, а выше или ниже, значение «К» следует умножить на дополнитель­ ный коэффициент, предложенный С. А. Сапожниковой (таібл. 20).

 

 

Т а б л и ц а

20

Характеристика рельефа

пункта

наблюдений

К

Крутая вершина холма

 

 

0,75

Вершина пологого холма и верхняя часть склона

0,9

Равнина, весьма широкая долина

 

 

І.О

Нижняя часть склона, дно нешироких и неглубоких долин., котло­

 

вин, лощин

 

 

1.1

Дно глубоких долин, котловин, лощин

 

1,3

При переходе воздушной

массы

с суши на воду

измене­

ние скорости ее движения происходит не сразу по всей тол­

ще, а какбы послойно. На первых

 

 

Z ^

 

 

Ii II

 

 

 

десятках

метров

 

скорость

подс­

 

 

 

 

 

 

 

 

какивает

в

полуметровом

слое,

 

1.5-

 

І

 

 

 

 

дальше

скорость

повышается

в

 

 

 

 

 

 

слое

0,5 — 1,0

метр

и уже

за­

 

Ю-

 

 

// f

 

 

 

тем, примерно в 500 м от бере­

 

 

 

 

i ff

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

га,

слой

наиболее

интенсивного

 

0.5

А

'J

 

i //

 

 

 

приращения

скорости

передви­

 

 

 

 

 

 

 

 

гается

на двухметровую

высоту

 

 

 

 

 

 

 

 

от

поверхности

воды.

К

этому

 

 

 

 

/ —г

 

 

з°'-°

 

моменту

профиль скорости

ветра

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-7

 

on

 

 

 

 

 

 

 

Р и с -

20.

Трансформация

профиля

от

Zn

до

2,0

м становится

пол-

 

 

 

 

ѵ

 

р • •

 

ѵ

 

 

и

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ветра при переходе с суши на вод­

ностью

логарифмическим

и

в

уреза,

2—урез,

 

3—в 50

м над

во­

н у ю

 

п в е р х и о с т ь .

 

1-50

метров

от

дальнейшем

нарастает

монотон­

 

дой,

4—в 100

 

м, 5—5О0

м,

 

 

 

 

 

6—1000 м.

 

 

 

но,

приближаясь

к

значению,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

которое она

имела

бы

при

дви­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

жении

над безграничным

водным

пространством

 

[43].

 

 

 

 

На

рис. 20, позаимствованном

 

у

А. Р,

 

Константинова

[32], ясно видно

 

как

с

удалением

 

от

уреза

воды

профиль

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

119


ветра выравнивается и принимает строго логарифмический вид. Резкое возрастание скоростей вызывает опускание воз­ душных масс, ввиду неразрывности процесса.

Опыты, проведенные на озерах Красавица и Валдайское, показали, что даже наличие не очень крутых берегов (по сравнению с горными странами) приводит к весьма значи­ тельному снижению скорости ветра в непосредственной бли­ зости от уреза; в частности, это уменьшение составляет при­ мерно 20% от скорости, зафиксированной на берегу. Вос­ становление первоначальной величины скорости происходит лишь на удалении 1,5—2,0 км от уреза [1]. Получается, что 'берег как бы затеняет прибрежную полосу.

Большое значение имеет наличие высоких гор вокруг водоема. Межгорные коридоры, по которым поступают воздушные массы к поверхности водоема стимулируют появ­ ление т. н. эффекта диффузора, когда струя воздуха, вышед­ шая из узкого межгорного коридора на широкую поверхность водоема, расширяется и теряет скорость. Как показали мно­ гочисленные наблюдения, проводимые в течение ряда лет на оз. Севан, при подходе к урезу воды ветер теряет до 30% скорости, которую он имел при выходе из коридора.

На рис. 21, заимствованного нами из [45], ясно видно

уменьшение скорости ветра над сушей, вызванное «эффек­

та м/сг<

2

і

Q^7^ — ^ — 2

3 '

h Хат

Рис. 21. Скорости ветра над озером Севан на висоте 2 ы, 1—при сильных ветрах, 2—при слабых ветрах.

том диффузора». После перехода на водную поверхность происходит некоторое увеличение скорости (особенно для случая подхода воздушных масс с большими скоростями),

120

вызванное резким уменьшением коэффициента шерохова-- тости. В дальнейшем, над водной поверхностью, .после перво­ го километра от уреза, .скорости ветра продолжают вновь уменьшаться, но уже незначительно. Более резкое уменьше­ ние характерно для ветров с малыми начальными скорос­ тями.

Трансформация влажности воздуха

•Содержание водяных паров в воздухе, расположенном над водоемом, как правило, выше, чем в воздухе, находя­ щемся над сушей. Лишь в отдельных случаях может наблю­ даться обратная картина, вызванная переохлаждением во­ ды, когда температура ее оказывается настолько .ниже насы ­ щенных воздушных масс, приходящих с суши, что по этой причине над водной поверхностью происходит конденсация вместо испарения, т. е. происходит обеднение пришедших воздушных масс влагой.

В любом из рассматриваемых вариантов влажность воздушной массы, поступающей с суши, претерпевает коли­ чественное изменение: содержание водяных паров в ней уве­ личивается либо уменьшается. Происходит трансформация влажности воздуха.

Степень трансформации влажности находится в тесной зависимости от времени пребывания воздушной массы над. водоемом. Это последнее же зависит в свою очередь от двух факторов: от величины поверхности водоема и от скорости ветра.

Приводимая ниже таблица 21, заимствованная из [1], хо­ рошо иллюстрирует сказанное выше.

Втом, насколько глубокой окажется трансформация влажности прошедшей над водоемом воздушной массы, большое значение имеет начальная ее влажность, т. е. то, насколько насыщенной водяными парами она подошла к данному водоему.

Втаблице 22, заимствованной из той же работы, рас­ сматривается указанный вопрос, а именно, изменение влаж­ ности в зависимости от начальной влажности воздуха.

121-