60 Ю Глава 4 когерентные структуры, циркуляции Ленгмюра, особенности термогидродинамических процессов на термобаре. Широкое использование в моделировании динамики °вод озёр, В особенности — крупных — и — глубоких, получили модели, разработанные первоначально для океана. 5 Большинство — крупных ‹:гратифицировг1No озер, — за исключением небольшого количества (Балхаш, Исык-Куль и др. ), имеют пресную воду, замечательным свойством — которой является наличие максимальной плотности при температуре около 4 °С, что приводит к формированию термобара, в значи- тельной степени определяющего динамику вод озера, а также его химико-биологический режим. Важны сравнителі:*но небольшие размеры озера, обусловливающие незначительность приливов и бета-эффекта и отсутствие из-за этого в озерах волн Россби, ти- пичных для океана. Вместе с тём неоднородности рельефа дна способствуют формированию в озерах топографических волн Россби — аналогов океанических Россби-волн. Существенную роль играют в замкнутых бассейнах стоячие волны — сейши, которые при достаточно больших размерах озер расщепляются на моды с образованием волн Кельвина и Пуанкаре. Спектры кинетической энергии движений в океане и крупных озерах во многом похожи. В этих спектрах отмечаются максимумы, связанные с инерционными, сейшевыми, суточными и синоптическими колебаниями, топографическими волнами, волнами Кельвина и Пуанкаре. В озерах очень слабы также приливные колебания. 'Несмотря на относительно небольшие размеры крупных озер, характерные значения основных гидро- физических характеристик (скорость течения, градиенты темпе- ратуры, градиенты уровня и др.) сравнимы с океаническими. Из табл. 4.3.1 видно, что величины основных безразмерных пара- метров (числа Экмана, Россби и т.п.) динамики вод озер и океана близки или различаются только на один порядок. Основываясь на полученных оценках (табл. 4.3.1), описания динамики вод крупных озер возможно применять те же модели, что и для океана. Отличия моделей заключаются в следующем: учитывается или не учиФывается соленость, приме- няются уравнения состояния для пресной или для соленой воды, имеют свои особенности различия параметризации подсеточных процессов и т.д. Болыше того, выпелненные исследования показали, что разрабатываемые для океана модели могут быть проверены и более надежно верифицированы на примере озера. ТЕРМО-ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОЗЕРАХ 61 Все вышеперечисленное привело к разработке подпрограммы „Озеро как модель океана” (важными — преимуществами проведения таких исследований в озерах являются большая техническая простота и гораздо меньшая стоимость основныхХ работ): 1) легче организовать и провести натурные эксперименты и долговременные наблюдения температуры и течений, включая возможность мобильных и в то же время достаточно долгих по времени и обширных по пространству (при необходимости и для всего бассейна) постановок сети автономных буйковых станций (необходимых как для исследования особенностей динамики, так и для верификации моделей); 2) проще создание банков данных наблюдений — (получаемых — как` контактными, — так и дистанционными методами); 3) доступнее разработка методик для использования спутниковой информации при численном моделировании; 4) для проведения численных экспериментов, причем не только из-за малых размеров, но и вследствие отно- сительно очень „короткой памяти” озер, особенно замерзающих, требуются гораздо меньшие сроки интегрирования по времени во многих задачах и особенно для получения стационарных решений; 5) задание граничных условий проще в условиях замкнутых водоемов (расходы рек в случае необходимости их учета, как правило, хорошо известны и доступны). Таким образом, сходство основных динамических процессов позволяет в условиях хорошо контролируемых внешних и внутренних параметров небольших замкнутых бассейнов гораздо `более просто, экономично и целенаправленно проводить необхо- имые исследования. Методологической основой проводимых сейчас_ исследований является комплексный подход, предпо- лагающий как численное моделирование, так и связанную с ним систему необходимых наблюдений, включая гидрологические съемки, буйковые постановки, метеонаблюдения, наблюдения за уровнем. В качестве основного бассейна для исследований было использовано Онежское озеро (Филатов, Белецкий, Зайцев, 1990). Первые два комплексных гидрофизических эксперимента на Онежском озере показали качественное соответствие модельных расчетов и наблюдений. Полезными для верификации моделей оказались результаты наблюдений не только за течениями, но и за уровнем озера (данные метеопостов). В то же время выяв- лялись проблемы, связанные с обработкой и фильтрацией натурных данных для параметризации и верификации моделей.