Варианты термических классификаций озер

Термические классификации (https://ozera.info/science/limnology-thermals/thermal-classification-lakes) не учитывают влияния глубины озер на распределение температуры воды в вертикальном и горизонтальном направлениях. Морфометрические характеристики озер учитываются термическими классификациями для одного зонального типа.

В основу этой группы классификаций заложено 13 принципов:

1) температура придонного слоя воды в летний период (Гейстбек, Анучин, Уиппл, Хатчинсон);

2) средняя температура столба воды в районе максимальной глубины (Домрачев) или средняя температура воды всего озера в период летней стагнации (Китаев);

3) суммы температур воды (градусодни) за период с температурой выше 10 °С (Китаев);

4) характеристика термики теплоактивного слоя и влияние его на прилегающие территории (Молочанов);

5) характер нагревания водных масс в весенне-летний период (Филатова, Глазычева, Голдина, Якушко, Фрейндлинг);

6) разность температур придонных слоев воды в летний и зимний периоды (Домрачев, Анд¬реева, Хомскис);

7) отношение глубины эпилимниома к максимальной глубине озера (Зинова, Нагель) или мак-симальной глубины озера к глубине эпилимниона (Захаренков);

8) годовые колебания температуры воды и характер температурной стратификации летом (Семенович, AbergandRodhe, Тихомиров, Абросов);

9) характер летнего перемешивания водных масс в зависимости от площади, глубины озера, разгона ветра и учета разных климатических зон (Паталас, Латроп и Лили, Арай, Горхам и Бойс, Ефремова, Пальшин);

10) перепад температуры воды по глубине летом, теплоотдача ложа дна зимой, численные значения критериев Фурье и Био (Пехович, Жидких);

11) соотношение тепла, идущего на нагревание водоема и испарение (Несина, Огнева);

12) соотношение зон бентали и пелагиали в период летней стагнации (Долгов, Китаев);

13) элементы теплового баланса, теплобюджет (Форш, Смирнова, Несина и Огнева, Kirillovaи Smirnova).

В 1885 году Гейстбек предложил делить озера на «теплые» и «холодные» в зависимости от глубины и термического режима. В «теплых» озерах температура придонных слоев воды в летний период не ниже 6,5 °С; в «холодных» - всегда ниже 6,5 °С, а чаще составляет всего 4,2-4,5 °С. 

В дальнейшем Д. Н. Анучин (1897) разделил озера не на две, а на три группы:

• «теплые» - температура придонных слоев воды летом не ниже 10 °С;
• «умеренно-холодные» - температура придонных слоев не выше 10 °С, но и не ниже 6,5 °С;
• «холодные» - температура воды придонных слоев не поднимается выше 5,9 °С.

Аналогичную термическую классификацию озер годом позже предложил Уиппл (Whipple, 1898). В «холодных» озерах температура воды около 4 °С, «умеренно-холодных» - несколько выше 4 °С и в «теплых» - значительно выше 4 °С. Эту классификацию, с незначительной поправкой, приводит Д. Хатчинсон в трактате по лимнологии 1957 г.

Одной из основ классификации озер Северо-Западного края СССР П. Ф. Домрачева (1922) были температурные условия и, в частности, летняя средняя температура столба воды, а также разность температур на поверхности и у дна. В глубоких озерах средняя температура составляет около 11 °С, разность между поверхностной и придонной температурами - 13-20 °С; в среднеглубоких - соответственно 16 и 6 °С; в мелководных озерах - 20 и 2 °С.

Развивая классификацию П. Ф. Домрачева, можно за основу взять среднюю интегральную температуру всего озера в летний период (Китаев, 1975, 1978, 1984) и в зависимости от ее величины разделить водоемы на следующие классы:

• очень теплые - средняя температура воды более 20 °С;
• теплые - средняя температура воды 15-20 °С;
•  умеренно-холодные - средняя температура воды 10-15 °С;
• холодные - средняя температура воды 5-10 °С;
• очень холодные - средняя температура воды менее 5 °С. 

Кроме того, озера умеренной зоны по сумме температур воды (градусодни) выше 10 °С распадаются на следующие термические группы (Китаев, 1975, 1978, 1984):

- очень теплые - суммы температур более 4000 °С;

- теплые - суммы температур 2000—4000 °С;

- умеренно-теплые - суммы температур 1000-2000 °С;

- холодные - суммы температур 500-1000 °С;

- очень холодные - суммы температур менее 500 °С.

Хотя температура воды 10 °С имеет несколько условный характер, она, как указывает Д. Н. Анучин (1897), И. И. Николаев (1971) и как принято в климатологии, является наиболее обоснованным и легко контролируемым критерием, разделяющим холодные и умеренно-теплые условия.

В 1925 г И. В. Молчанов предложил термическую классификацию водоемов по характеристике теплоактивного слоя (эпилимниона) озер: «можно построить разделение озер на группы по особенностям теплоактивного слоя и различать: I - теплые и II - холодные озера. Первые - нагреватели в течение целого года (в среднеарифметическом выводе); вторые - охладители до перелома лета и нагреватели после». В более поздней работе И. В. Молчанов (1929) теплые озера назвал термопозитивными, холодные - термонегативными и промежуточные между этими типами - термоиндифферентными.

Т Н. Филатова (1957, 1959) озера Карельского перешейка делит на две основные группы: озера с устойчивой термической стратификацией и неустойчивой. В последней группе озер различают три подгруппы.

По характеру вертикального распределения летней температуры воды озер Н. И. Семенович (1935) делит водоемы Якутии на три группы: озера с очень слабо выраженной температурной стратификацией - температуры поверхностных и придонных слоев почти одинаковы («теплые»); озера со слабо выраженной температурной стратификацией - разность температур поверхностных и придонных слоев значительна, но падение температуры с глубиной равномерное, почти без скачка («умеренно холодные»), и озера с резко выраженной температурной стратификацией и слоем скачка - глубокие («холодноводные»). Дальнейшее совершенствование термическая классификация озер получила в работах Б. Аберга и В. Роде, К. Паталаса, А. И. Тихомирова и В. Н. Абросова.

B. Aberg, WRodhe (1942) среди озер Швеции различают весенне-меромиктические - наиболее глубокие и холодные; стабильно расслоенные водоемы, имеющие слой температурного скачка; метастабильно расслоенные водоемы или умеренно холодные и эпилимнические - теплые, без стратификации.

В основе квалификации озер умеренной зоны по температурному режиму А. И. Тихомирова (1968, 1970, 1982) лежит годовой ход температуры и характер температурной стратификации озер в летний период. Среди озер умеренной зоны А. И. Тихомиров различает озера эпитермические (мелководные), метатермические (среднеглубокие) и гипотермические (глубокие). Среди метатермических озер А. И. Тихомиров выделяет еще два подтипа: переходные от эпитермического к метатермическому и от метатермического к гипотермическому.

В классификации озер умеренной зоны, предложенной В. Н. Абросовым (1971, 1982), озера разделяют на: тепловодные однородные, в которых объем эпилимниона Е равен объему озера; тепловодные разнородные, в которых объем эпилимниона Е много больше объема гиполимниона Н; умеренно холодные - Е Н 1, холодные - Е Н 1 и очень холодные - Е 1.

А. И. Пехович и В. М. Жидких (1972, 1976) озера и водохранилища по глубине подразделяют на три типа: мелкие, глубокие и очень глубокие. В мелких водоемах летом перепада температур по глубине почти нет, придонная температура летом и зимой изменяется, в период ледостава наблюдается теплоотдача ложем водоема накопленного тепла. В глубоких озерах и водохранилищах температура поверхностных и придонных слоев различна, придонная температура летом и зимой изменя¬ется, в период ледостава теплоотдачи ложем почти нет. Очень глубокие водоемы имеют большой перепад температуры, и у дна температура практически постоянна, в связи с чем не наблюдается те¬плоотдачи ложем. Изучение теплобалансовых характеристик водоемов позволило J1. В. Несиной и Т. А. Огневой (1975) выделить три типа озер по соотношению составляющих теплового баланса: глубокие озера, в которых 70-80% радиационного тепла идет на нагревание, 20-30% - на испарение; среднеглубокие - соответственно 15-20% идет на нагревание, 70-80% - на испарение и мелководные - только 5-10% идет на нагревание, 80-90%) - на испарение.

Развернутую термическую классификацию озер по тепловому балансу и другим показателям дала Н. П. Смирнова (1973, 1982, 1993).

Названные термические внутризональные классификации озер (Гейстбек, Анучин, Уиппл, Молчанов, Зинова и Нагель, Семенович, Хатчинсон, Паталас, Хомскис, Фрейндлинг, Захаренков, Тихомиров, Абросов, Несина, Огнева, Смирнова и др.), учитывая местные специфические условия для термического режима озер, в то же самое время недостаточно полно принимают во внимание особенности строения озерных чаш. Этот фактор был учтен в предложенной нами для гидробиоло¬гических целей термической классификации озер по соотношению разных зон бентали (литораль, сублитораль, профундаль) и пелагиали (эпилимнион, металимнион и гиполимнион) (Китаев, 1965, 1970, 1975, 1978, 1984, 2004). Почти такой же принцип деления на группы был положен Г И. Долговым (1948) в основу классификации водохранилищ СССР. Еще Halbfass(1900) указывал, что продуктивность озер, их особенности и свойства зависят не только от глубины, но и от соотношения между собой литорали, изрубья (сублиторали) и донной области (профундали), размера и характера водосборной площади, что, в свою очередь, влияет на физические и химические свойства воды в озере. Большое значение Halbfassпридавал грунтам озера и, наконец, флоре и фауне с точки зрения их взаимодействия. Им же предложен зональный метод исследования отдельных участков озера. С этими основными положениями вполне согласен Сомов (1920). Вопросы термических и оптических условий деления пелагиали и бентали на зоны и методы определения температур по вертикали будут рассмотрены в восьмой главе.

Что касается комплексных термических классификаций озер с учетом физико-географических зон и вертикального водообмена (циркуляций), то таких классификаций было предложено четыре: Хатчинсон и Леффлер (Hutchinson, Loftier, 1956), Левис (Lewis, 1983), С. В. Рянжин (1989), JI. М. Галкин (1970). Хатчинсон и Леффлер (табл. 6.2) полярные и субполярные озера разделяют на амиктические (без циркуляции) и холодные мономиктические, т. е. озера с одной циркуляцией в году. Озера умеренной зоны почти все димиктические (две полные циркуляции в году), а озера тропической и субтропической зон — теплые мономиктические, олигомиктические (несколько циркуля¬ций в году) и холодные и теплые полимиктические (циркуляции почти ежедневно). Кроме того, Bayly и Williams (1973) среди мономиктических озер выделили хейтомиктические.

Таблица. Типы озер мира в зависимости от физико-географических зон и числа полных периодов циркуляции (Hutchinson, Loffler, 1956; Bayly, Williams, 1973)

Дальнейшее развитие термическая классификация озер Хатчинсона - Леффлера получила в работах С. В. Рянжина (1989, 1990), который уточнил распространение теплых тропических, высокогорных и приэкваториальных озер.

Однако классификация озер Хатчинсона - Леффлера имеет ряд недостатков. Практически из их классификации исключены почти все мелководные озера, особенно умеренной зоны, а их - миллионы. Не совсем ясно, куда относить меромиктические озера, - у них в перемешивании участвуют только миксолимнион.