The significance of surface temperature patterns on the energy balance of a small lake in the Canadian Shield

Abstract

Temperature patterns of a small lake in the Canadian Shield are examined by means of thermal imagery. The effect of the different surface temperatures on the daytime energy balance is examined for two points over the lake at the time the thermal imagery was taken. For 14 June 1979, two distinct energy balance regimes are noted. At the lake centre, where the deeper water registers a relatively cool thermal signature, a boundary‐layer inversion is observed. The downward sensible heat flux augments the net radiation, and the latent heat flux is 105% of the radiant input. Along the lake margins, the shallows register warm thermal signatures and a lapse profile is observed. The sensible heat flux is an energy sink and the latent heat flux is diminished to 88% of the net radiation. This difference indicates that a single point estimate may introduce a bias if it is assumed to be representative of the lake average for the purposes of studying lake evaporation.

The calculation of the latent heat flux and evaporation is very sensitive to the value of the surface temperature. When the spatial patterns of surface temperature are considered in an estimate of the lake evaporation, the spatially integrated value differs by —6% from the estimate based upon a single point observation at the lake centre for a mid‐day in June and by +10% from the estimate based upon observations collected over the warm shallows.

Résumé

On examine la distribution de la température sur un petit lac dans le bouclier canadien à partir d'images thermiques. On considère l'effet des différentes températures en surface sur le bilan énergétique, au cours de la journée, à deux points sur le lac au temps de la prise de la photographie. Deux régimes du bilan énegétique sont observés au cours du 14 juin 1979. On trouve au centre du lac, où la température des eaux plus profondes est plus froide, une inversion dans la couche limite. Le flux descendant de la chaleur sensible augmente le bilan radiatif et le flux de la chaleur latente est de 105% celui du rayonnement incident. Les eaux moins profondes le long du bord du lac ont des températures plus chaudes et l'on observe un profil de température décroissant avec la hauteur. Le flux de la chaleur sensible est un centre de perte d'énergie et le flux de la chaleur latente est réduit à 88% de la valeur du bilan radiatif. Cette différence révèle donc qu'un point unique pris pour représenter la température moyenne du lac pourrait introduire un biais quant à l'étude de l'evaporation du lac.

Le calcul du flux de la chaleur latente et de l'évaporation est très sensible à la valeur de la température en surface. Quand la configuration spatiale de la température en surface est considérée dans l'estimation de l'évaporation du lac, la moyenne spatiale intégrée varie de — 6% de la valeur estimée basée sur une observation ponctuelle au centre du lac dans le cas d'une observation prise au cours de la mi‐journée en juin, à 10% de l'estimation basée sur les observations recueillies au‐dessus des eaux tièdes moins profondes.