A one-dimensional model for seasonal variation of temperature distribution in stratified lakes

• Published in: International journal of heat and mass transfer 1976-01, Vol.19 (2), p.201-205
• Main Authors: Mitry, Albert M., Özişik, M.N.
• Format: Article
• Language: English
• ISSN: 0017-9310; 1879-2189
• DOI: 10.1016/0017-9310(76)90113-7

A one-dimensional, two-layer model describing the thermal structure in large bodies of stratified water is developed. The model accounts for the nonlinear interaction between the wind induced turbulence and the buoyancy gradients produced by surface heating, the effects of the attenuation of the solar radiation in the body of water. The model is applied to predict the seasonal variation of the depth of the thermocline and the vertical temperature distribution during the stratification period of Cayuga Lake, New York. The results agreed fairly well with the field data. Un modèle unidimensionnel à deux couches est développé afin de décrire la structure thermique des grandes étendues d'eau stratifiées. Le modèle tient compte de l'interaction non-linéaire entre la turbulence causée par le vent, les gradients des forces de gravité produits par réchauffement de la surface et des effets de l'atténuation du rayonnement solaire au sein de l'eau. Le modèle est appliqué à la prévision des variations saisonnières de la profondeur des thermoclines et la destribution verticale des températures pendant la période de stratification du lac Cayuga (New-York). Les résultats sont en assez bon accord avec l'ensemble des mesures. Es wird ein eindimensionales Zweilagenmodell entwickelt, das die thermische Struktur in groβen, geschichteten Wassermengen beschreibt. Das Modell berücksichtigt den nichtlinearen Zusammenhang zwischen den windinduzierten Turbulenzen und den Auftriebsgradienten aufgrund der Oberflächenerwärmung wie den Einfluβ der Absorption der Solarstrahlung im Wasserkörper. Es dient zur Vorhersage der saisonbedingten Schwankungen der Tiefenlage der Thermokline und der vertikalen Temperaturverteilung während der Schichtungszeit des Cayuga-Sees, New York. Die Ergebnisse stimmen relativ gut mit den Felddaten überein. Coздaнa oднoмepнaя двyчcлoйнaя мoдeль для oпиcaния тepмocтpyктypы в бoльшич мaccaч cтpaтифициpoвaннoй вoды. B мoдeли yчитывaeтcя нeлинeйнoe взaимoдeйcтвиe мeждy вызвaннoй вeтpoм тypбyлeнтнocтью и пepeпaдaми в пoдъeмнoй cилe, вызвaнными нaгpeвaниeм пoвepчнocти, эффeктaми зaтyчaния coлнeчнoй paдиaции в мacce вoды. Moдeль иcпoльзyeтcя для pacчeтa ceзoннoгo измeнeния глyбины тepмoклимaтa и вepтикaльнoгo pacпpeдeлeния тeмпepaтypы в пepиoд cтpaтификaции нa oзepe Кaйюгa шт. Hью-Йopк. Peзyльтaты pacчeтoв дoвoльнo чopoшo coглacyютcя c экcпepимeнтaльными дaнными.