ЛЕДЯНОЙ ПОКРОВ
ЛЕДЯНОЙ ПОКРОВ – лед в виде сплошного неподвижного покрова на поверхности водных объектов, образующийся в холодное время года. Выделяют три типа Л.п.: 1) Л.п. нарастания (термического происхождения), образовавшийся за счет интенсивной отдачи тепла верхними слоями воды. Этот тип является основным, встречающимся на реках, озерах и водохранилищах; 2) Л.п. нагромождения — создается за счет динамических процессов, когда льдины создают торосы различной ориентации и высоты. Последующее замерзание формирует очень неровный лед — торосистый на верхней поверхности и бугристый — на нижней. Такой тип образуется на участках с интенсивными динамическими процессами; 3) Л.п. смешанного происхождения, обязан своим возникновением динамическим процессам, но в дальнейшем нарастает за счет теплообмена. При этом происходит выравнивание его нижней поверхности за счет неодинакового нарастания льда и сглаживания неровностей за счет течения воды. По строению льда различают: 1) кристально-прозрачный Л.п., образующийся при спокойном замерзании; 2) зернисто-шуговой, образующийся из смерзшихся в сплошную массу шуговых элементов; имеет ярко выраженное зернистое строение, цвет от светло-серого до темно-серого в зависимости от включений ила и песка и образуется при замерзании в условиях интенсивного перемешивания; 3) слоистый Л.п. — состоит из слоев различного происхождения. Это может быть либо механическое наслоение льда под действием ветра или волнения, либо смерзания мокрого снега с Л.п. Слоистость также может наблюдаться при нарастании кристально-прозрачного льда под нижней поверхностью сформировавшегося ранее зернисто-шугового льда.
Толщина льда в момент установления ледостава в зависимости от характера замерзания сильно меняется по длине реки или площади водоема; она может меняться от 0,10 до 0,55 максимальной толщины льда; большие величины характерны для случаев с затяжным характером замерзания, в особенности, если образуются зажоры (см.). На реках начальная толщина Л.п. (м) несколько меньше половины скоростей течения, выраженной в м/с. Вариации толщины льда по профилю после установления ледостава могут достигать двухкратной величины и более. Л.п. — регулятор теплообмена между водой и атмосферой. Лед и снег прозрачны для коротковолновой радиации, но их значительные альбедо (см.) и достаточная толщина приводят к тому, что практически солнечная радиация может поступать в водоем только при наличии однородного льда, не покрытого снегом. В силу физических свойств льда (см.) Л.п. не только препятствует проникновению радиации в водоем и изолирует его от непосредственного воздействия метеорологических факторов, но и является регулятором теплообмена, нарастая при недостатке тепла в водоеме для покрытия теплопотерь в атмосферу и подтаивая, если потери в атмосферу становятся меньше потока тепла от водоема. Таким образом, Л.п. полностью нарушает связь между метеорологическими факторами и водоемом (водотоком) и регулирует его тепловой режим.
Нарастание толщины льда происходит за счет намерзания как с верхней, так и с нижней поверхности. Сверху толщина льда может увеличиваться за счет примерзания мокрого снега, с нижней поверхности лед нарастает за счет теплоотдачи в атмосферу, примерзания шуги. Подтаивать лед может за счет притока тепла от дна, за счет гидродинамического нагрева и т.п. Поэтому на толщине льда отражается распределение скоростей течения, глубин, толщины снежного покрова на льду и начальной толщины самого льда в момент установления ледостава. Большое количество факторов, влияющих на толщину льда, создает значительные изменения по площади водоема. Неравномерность распределения толщины льда по площади особенно резко проявляется на водохранилищах, что объясняется резкими изменениями гидравлических условий и неравномерностью распределения шуги подо льдом, снега на льду и т.п. Так, на Куйбышевском водохранилище при большой неравномерности снега на льду к весне толщина льда изменялась от 8 до 60 см; наибольшая толщина льда на мелководье доходила до 80—100 см (при глубине 5—6 м), а над затопленным руслом Волги (глубина > 30 м) не превышала 30 см. Увеличение толщины ледяного покрова происходит более интенсивно при наличии шуги подо льдом, так как скопления шуги представляют готовый материал для нарастания Л.п. Большую роль в нарастании Л.п. играет снежный покров. Лед значительно лучше проводит тепло, чем снежный покров, поэтому существенная роль в защите водной массы от потерь тепла принадлежит снегу (если он есть). При избытке снега между толщиной снега и льда существует некоторое определенное соотношение, зависящее от плотности снега (0,4 при плотности снега 0,2 г/м3). При увеличении толщины снежного покрова это соотношение нарушается, лед погружается в воду, последняя выступает на поверхность льда, смачивает снег, замерзает, и в результате нормальное соотношение между толщиной снега и льда восстанавливается.
Приближенно толщина льда на реках и озерах пропорциональна sqrt { ? (–t) }, где ? (–t) — сумма отрицательных температур воздуха. В расчетных эмпирических методах в качестве косвенной характеристики теплообмена с атмосферой используется сумма среднесуточных или среднемесячных отрицательных температур воздуха на высоте 2 м (t200) с начала зимы, а формулы для расчета толщины льда в общем виде выглядят так: h л = ? [ ? (– t 200 )] n, где ? и n находят по эмпирическим данным. Наиболее мощный Л.п. образуется на реках Восточной Сибири; толщина его здесь в среднем равна 1,5—2,0 м. На реках южных районов Сибири и Дальнего Востока толщина льда достигает 1,2—1,8 м. В европейской части России толщина льда на реках значительно меньше: до 1 м только на крайнем северо-востоке. Отсюда по направлению к юго-западу и югу толщина льда уменьшается, составляя 0,2—0,3 м в бассейнах Днестра, Прута и Кубани. Толщина льда на средних и больших реках, как правило, больше, чем на малых. Так, например, на Днепре толщина льда в 1,5 раза больше, чем на малых его притоках. Толщина льда на озерах России колеблется от нескольких см в районах с неустойчивой мягкой зимой до 1,5—2,0 м и больше в условиях сурового континентального климата. Толщина льда на водохранилищах в среднем больше, чем на реках, на 10—15%. На реках азиатской части России, северо-восточной части Китая, Аляски и значительной части Канады ледостав устанавливается в октябре—ноябре, а на реках европейской части России, Скандинавии, северных штатов США и юго-восточной Канады — в ноябре—декабре. Продолжительность ледостава на европейской части России — от 2 месяцев на юго-западе, а в азиатской части России — от 5 месяцев, в южных районах Сибири и Дальнего Востока — до 8 месяцев на реках Крайнего Севера. От 3 месяцев на юге до 8 месяцев на Крайнем Севере покрыты льдом реки Канады и Скандинавии, 6—8 месяцев — реки Аляски. В районах со сравнительно высокими температурами зимой (южный Казахстан, Средняя Азия, Кавказ, в странах Центральной и Юго-Восточной Европы, в северных штатах США — ледостав неустойчив, здесь зимой бывают кратковременные, а иногда повторные замерзания и вскрытия рек. Ледостав резко изменяет условия жизни обитателей рек и озер, так как совершенно изолирует воду от воздуха. Прекращается поступление в воду кислорода, а после формирования на льду снежного покрова — и солнечной радиации. Жизнедеятельность водной растительности и живых организмов в воде быстро затухает. Но кислород, хотя и в меньшем количестве, животные продолжают расходовать, так что запасы его, накопленные водоемами до ледостава, неуклонно уменьшаются. К концу зимы нехватка кислорода начинает сказываться, а в особо суровые зимы его не хватает, происходит замор — массовая гибель рыбы.
В.М.Евстигнеев
Информация с научно-информационного портала "ВИНИТИ"
