Microsoft Word - OceanLim_Notes05a.doc

Väljavõte

1 5a. Magevee juurdevool ja veevahetus ääremeredes 5.1. Aurumine ja sademed, magevee voog atmosfäärist Läänemeres on sademed ja aurumine ligikaudu tasakaalus. Läbi viidud täpsemad arvutused, arvestades ka jääkatet (vähendab aurumist keskmiselt 8%), näitavad (joonis 5.1) et keskmiselt on sademed ülekaalus, kuid sügiskuudel ületab aurumine sademed. Regioonide kaupa on bilanss erinev, suurim sademete ülekaal aurumisega võrreldes on Läänemere põhjaosas. Joonis 5.1. Aurumine ja sademed kogu Läänemere kohal, aastate keskmine (vasakul) ja kuude keskmine (paremal). Omstedt et al., Magevee juurdevool atmosfäärist (sademete-aurumise bilanss) H P E mõjub merevee soolsusele kui negatiivne soolavoog pinnalt F H Jõgede vool Hüdroloogid nimetavad vete voolamist maismaalt merre äravooluks (runoff). Äravool tekib ainult juhul, kui sademed ületavad aurumise. Valgala (catchment area, drainage basin, watershed) on pideva piiriga suletud ala, kuhu langevad sademed voolavad ära kontsentreerituna ühte punkti - jõe suudmesse. Valgalade piirid ühtivad kõrgendikega, nii et ühelt nõlvalt voolab vesi ühte valgalasse, teiselt nõlvalt teise. Rohkete sademete või lume sulamise korral, kui maapinnale juurdetuleva vee hulk ületab sademete kinnipidamise taimestikus (interception) ja/või infiltreerumise pinnasesse, vesi koguneb lohkudesse (depression). Lohkude täitumisel voolab vesi üle takistuse nõlvast allapoole ning iga 1

2 takistus põhjustab äravoolu hilinemise. Kraavid ja ojad saavad vett juurde nii pinnaveest kui ka pinnaseveest - pinnases olevast põhjavee ülemisest kihist mis on aktiivselt haaratud veeringesse. Pinnasevee äravool domineerib sademetevaesel perioodil ning annab antud jõele vähima vooluhulga. Läänemere jõgede voolu mõjutab oluliselt lume kevadine sulamine, mistõttu oome lahe jõgedel oli perioodil aprillis 3 korda suurem vooluhulk kui talvel ning 2 korda suurem kui suvel (Joonis 5.2). oojadel talvedel esineb äravoolu maksimum varem, vt 1989 ja 199. Teise äravoolu maksimumi sügisel (oktoobris-novembris) põhjustab vihmade maksimum augustis-septembris. Jõgede vool oome lahte m3/s Joonis 5.2. oome lahte suubuvate jõgede kuukeskmised vooluhulgad perioodil Äravoolu mõjutavad järgmised klimaatilised tegurid: ademete iseloom. Vihm mõjub kohe, lumi alles peale sulamist; Aurumine ja sademete kinnipidamine taimestikus; ademete intensiivsus (mm/h) ja kestus. Pinnavee äravool tekib suures alas, kui sademed ületavad infiltreerumisvõime; ademete ruumiline jaotus. Tugevad sademed alamjooksul annavad äravoolu kasvu suhteliselt kiiresti, ülemjooksu sademed tingivad puhverdamise tõttu hilineva ja suhteliselt aeglase äravoolu kasvu. Jõgede voolu moodustumine seetõttu tugevalt regionaalne. Läänemeres on suurim jõgede vooluhulk Botnia lahte ning oome lahte (vt ). Lahe mõõtmetega võrreldes on jõgede mõju suurim oome lahes ning Liivi lahes. Varasemate andmete järgi (HELCOM, 1986) Ava-Läänemeres ja Liivi lahes oli jõgede voolu maksimum aprillis (vastavalt 17% ja 31% aastasest vooluhulgast) ning Botnia ja oome lahes mais (24% and 11%). Kogu Läänemere jaoks andis minimaalne jõgede vool veebruaris 22 km 3 ja suurim vool mais 65 km 3 aasta keskmisest vooluhulgast 431 km 3. Aasta 2

3 Joonisel 2.5 toodud andmed perioodi kohta annavad tunnistust kliima muutustest. Aastatevahelised vooluhulga muutused (Joonis 5.3) näitavad, et 2-ndatel ja 3-ndatel aastatel oli aastane vooluhulk üle keskmise, ületades 5 km 3 /aastas. elle järel toimus voolu vähenemine, kuni 1944 aastal oli vooluhulk ainult 36 km 3 /aastas. Pärast eriti kuiva 1976 aastat on vooluhulgad olnud üle keskmise. eejuures on lõunapoolsete jõgede vool olnud alla keskmise ning vooluhulga kasv on tulnud põhjapoolsete jõgede arvelt. 7 Läänemere valgala jõgede vooluhulk (km 3 /aastas) Joonis 5.3. Läänemere valgala jõgede aastane vooluhulk erinevatel aastatel (Bergström and Matthäus, 1997). Läänemerre tuleb lämmastikku ja fosforit kõige rohkem juurde jõgedest. oome lahe näitel (joonis 5.4) on suurema voolulgaga aastatel meres talvised toitainete kontsentratsioonid suuremad. Üheks põhjuseks on see, et valgala pinnasest tuuakse suurema vooluhulga korral rohkem toitaineid merre oome lahe lääneosa BMP H oome lahe idaosa BMP F1 Joonis 5.4. oome lahe jõgede vooluhulk (pidev joon, skaala paremal m 3 /s ) ja talvised nitraatide kontsentratsioonid (tulbad, skaala vasakul mol/dm 3 ). Jõgede vool mõjutab mere dünaamikat erinevates mastaapides: 1. jõesuudme lähipiirkond, kus esineb jõe voolamise kinemaatiline mõju merre kanduv liikumishulk on oluline

4 2. jõevee keeled (river plumes), tavaliselt barokliinse Rossby deformatsiooniraadiuse mõõtmetega magedama vee moodustised, kus väiksem soolsus ja tihedus tekitavad barokliinset (tiheduslikku) voolamist 3. poolsuletud mere ja lahed, kus piiratud veevahetuse tõttu esineb väiksem soolsus kui ookeanile ligemal asuvas basseinis Piirkonnas (1) on vaja arvestada jõe mõju nii liikumishulga kui soolsuse võrrandites. Vooluhulk läheb sisse võrrandite horisontaalsetesse rajatingimustesse. Numbrilisel modelleerimisel on tegemist üsna spetsiifilise ülesandega ning tavalised tsirkulatsioonimudelid ei tarvitse käituda siin õigesti. Piirkondades (2) ja (3) piisab numbrilise modelleerimise korral lähendusest, kus jõesuudme lähedases ruumipiirkonnas V on hajutatud magevee allikas mis annab ajaühikus juurde ruumala q V magevett ruumiühiku merevee kohta. Kui piirkonnas, mille pindala on A, jagada jõevesi ühtlaselt kihis paksusega h, saame R t q V. Ah Kogu maailmamere kohta moodustab jõgede aastane vooluhulk 38 km 3 /aastas ookeanide ruumalast 137*1 6 km 3 tühise osa ning vee viibeaeg ookeanis on ca 26 aastat. Globaalse keskmisena on aurumine sademete suhtes ülekaalus jõgede vooluhulga võrra. Klassikalises okeanograafias jõgede mõju peaaegu ei käsitleta. Viimase aja uuringud näitavd, et jõgede vool on oluline näiteks Põhja-Jäämere veemasside moodustumisel Veevahetus ja veetase Poolsuletud mere või lahe veebilanss avaldub kujul dv dt R Q P E Q I kus V on ruumala, Q merevee juurdevool väinadest ning Q I vee ruumala muutused jää tekkimise ja sulamise tõttu. Kui veetaseme muutuse tõttu veepinna pindala A muutub vähe, kirjeldab üle pinna määratud keskmine veetase 1 A t x, y, tdx dy A merevee ruumala muutust dv dt d A dt Läänemeres esitavad keskmise veetaseme muutust, nn -moodi küllalt hästi Landsorti vaatlusjaama andmed. heisside arvutuste järgi on seal tuule tekitatud veetaseme kõikumiste amplituud minimaalne ning ühes jaamas mõõdetud veetaset saab kasutada ruumala muutuste hinnanguks. Joonisel 5.5 toodud andmed näitavad selget sesoonset 4

5 käiku, mille juures veetase on talvel kõrgem, ületades kevad-suvist madalseisu 6-8 cm võrra. Talvel, kui vähenenud jõgede vool annab ainult 2-3 km 3 vett kuus, on ruumala kiire kasv 1-2 km 3 võrra põhjustatud Taani väinade kaudu juurdetulevast veest. Tavaliselt on juurdetulev Põhjamere vesi mõõduka soolsusega ning ta ei vaju Läänemere süvikutesse Baltic volume km3 Baltic sea level cm J F M A M J J A O N D Joonis 5.5. Veetaseme käik Landsorti vaatlusjaamas aastatel 1988, 1989 ja 199 (skaala paremal). Kuna see vaatlusjaam esitab hästi kogu Läänemere veetaseme muutuse nn - moodi, siis vasakul on esitatud vee ruumala skaala. Andmed: HELCOM 3 rd Periodic Assessment (1996) a. talvel mõõdeti tavalisest palju soolasema vee sissevool. Darssi künnisel (Joonis 5.6) ületas soolsus 21 PU tavaliste sissevoolude PU asemel (Joonis 5.7). uured sissevoolud (major inflows) esinevad 2-3 nädalat kestvate läänesuunaliste tormituultega. Eeltingimusteks on madalam keskmine veetase Läänemeres väikese jõgede voolu tõttu ning läänetuultele eelnevad idatuuled. ee on vajalik kagerraki frondi läbimurdeks, mis täidab Kattegati soolase veega. el juhul järgnevad läänetuuled ajavad soolase vee 5

6 väinadest läbi. Öresundi kaudu toimub väiksem osa veevahetuse vooluhulgast, kuid suurte sissevoolude korral on just Öresund lühem teekond soolase vee sissetungiks. Joonis 5.6. Taani väinade kaart. Joonis 5.7. Mõõdetud soolsuse aegread Darssi künnise erinevatel sügavustel 1993.a. talvel Põhjamere vee suure sissetungi ajal (Matthäus and Lass, 1995). 6

7 oolsuse lõiked üleminekualas suure sissevoolu tingimustes ja tavalises olekus on toodud joonisel 5.8. oolane vesi sukeldub künnist ületades kõigepealt põhjakihtidesse ning seejärel soolase kihi paksus kasvab. Oluline on, et soolane vesi jõuaks levida künnistest kaugemale. Lühemaperioodiliste sissevoolude korral võib sissetulnud soolane vesi minna tuule suuna muutudes uuesti välja. Joonis 5.8. oolsuse lõiked üle Darssi künnise Arkona basseini (a) ilma suure sissevooluta aastal, (b) suure sissevoolu alguses, (c) suure sissevoolu lõpus (Matthäus and Lass, 1995). Matthäus ja Franck (1992) on arvutanud sissevoolu intensiivsuse indeksid, mis arvestavad sissetuleva vee hulka, sissevoolu kestust ja soolsust. issevoolud jagati indeksi järgi kolme kategooriasse (Joonis 5.9). Väga tugevad sissevoolud esinesid talvedel 1914/1915, 1951/1952, 197/1971 and 1976/1977. Alates 1976.a. on toimunud ainult 3 nõrka sissevoolu kuni Perioodil ei esinenud ühtegi efektiivset sissevoolu, mis tõi endaga kaasa Läänemere pikima stagnatsiooniperioodi. Viimaseid sissevoole 1993 ja 1994 aastal saab lugeda mõõdukaks. Hapnikurikas vesi jõudis Gotlandi süvikusse 1994 aasta maiks. Arvestades soolase vee sissevoolude keerulist toimemehanismi, on Taani väinades tehtud püsiühenduste korral võetud kasutusele üsna kalleid meetmeid, et veevahetus ei saaks häiritud. 7

8 1 8 Intensity index Q 6 very strong 4 strong 2 moderate World War I weak Joonis 5.9. Põhjamere soolase ja hapnikurikka vee suured sissevoolud intensiivsuse indeksi järgi (Matthäus and Franck, 1992). World War II 8