66 щ Глава 4 Рис.4.3.2. Схема интегральной циркуляции вод Ладожского озера южную части озера, и двух антициклональных в северной и восточной частях озера. При противоположном направлении ветра характер циркуляции резко отличается. С помощью данной модели можно рассчитывать ветровые течения в глубоких озерах в периоды ранней гидрологической весны и поздней осени при термических условиях, близких к гомотермии. ` Отклонение векторов течений по данным натурных наблюдений от модельных составляет угол 20-90°. К недостаткам данной модели относятся недоучет нелинейных эффектов, силы Кориолиса, бокового турбулентного обмена, трения о дно и принятие `плотности озерных вод постоянной. И, наконец, неудовлетворительной представляется формула для определения К, основанная на неподтвердившейся гипотезе о зависимости коэффициента от глубины и скорости ветра. При использовании моделей подобного вида наблюдается достаточно простая картина тёчений без экмановского потока с течением “по ветру” в верхнем и противотечением в нижнем слоях воды. й ТЕРМО-ГИДРОФИЗИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ В ОЗЕРАХ 67 Интегральные (двухмерные) модели течений. Описание циркуляции вод в озерах значительно упрощается в случае расчета интегрального по вертикали переноса вод. Исследование интегральной циркуляции вод началось с работ В.Б. Штокмана по теории полных потоков. : : О.А. Андреева и Л.В. Воробьева рассчитали интегральную циркуляцию вод Ладожского озера при неравномерном поле ветра, линейно меняющем направление с юга на север. При использовании линейной модели как наиболее простой получаются недостаточно удовлетворительные результаты для интегральной скорости. Нелинейная модель в случае больших скоростей течений и сравнительно малых глубин озера завышает эффект трения о дно. Как компромисс может быть использована квазилинейная модель, которую обычно применяют для расчета колебаний уровня при штормовых нагонах и для оценки циркуляции при различных завихренностях поля ветра. Они показали, что за счет берегов и учета трения о дно наблюдаются искривление линий тока и небольшие вихревые образования. При наличии ветра указанного направления течения (стоковые и ветровые) движутся в южной и центральной частях озера по циклональному круговороту, а при отсутствии ветра имеют место слабые стоковые течения, образующие общий циклональный круговорот с максимальными расходами вдоль западного и восточного берегов. ‚ Интегральные модели с успехом применялись и для расчета штормовых нагонов в озерах Онтарио и Мичиган, Финском заливе (Клеванный, 1999) и др. водоемах. Однако, учитывая, что большую часть навигационного периода глубокие озера стра- тифицированы, предположение о постоянной плотности вод некорректно. 'В формировании течений важное значение имеет взаимное влияние полей скорости и плотности. Для многих практических задач представляет интерес изучение трехмерной структуры поля скорости, особенно при моделировании экосистем. . п Многоуровенные `модели. Модели этого класса были разработаны для расчета циркуляции атмосферы, а затем нашли применение при моделировании циркуляции океана и озер. Рассмотрим — наиболее простую — двухслойную — модёль, описывающую верхний (эпилимнион) и нижний (гиполимнион) слои узкого озера или залива, и модель, описывающую структуру течений для поперечного сечения озера.