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
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-