بحيرة ثنائية الدورة

بمجرد ذوبان الجليد، يمكن للرياح أن تُخلط طبقات الماء. في البحيرات الكبيرة، غالبًا ما تكون درجة حرارة الطبقة العليا من الماء أقل من 4  درجات مئوية عند ذوبان الجليد، ولذلك يتميز فصل الربيع باستمرار الخلط بفعل الحمل الحراري الناتج عن الطاقة الشمسية، ^{[ 4 ] [ 5 ]} حتى تصل درجة حرارة الماء إلى 4  درجات مئوية. أما في البحيرات الصغيرة، فقد تكون فترة انقلاب الربيع قصيرة جدًا، ^{[ 6 ]} ولذلك غالبًا ما يكون انقلاب الربيع أقصر بكثير من انقلاب الخريف. وعندما ترتفع درجة حرارة الطبقة العليا من الماء لتتجاوز 4  درجات مئوية، يبدأ التطبق الحراري بالظهور.

خلال فصل الصيف، تؤدي تدفقات الحرارة من الغلاف الجوي إلى البحيرة إلى تدفئة الطبقات السطحية. ينتج عن ذلك وجود تدرج حراري قوي في البحيرات ثنائية الدورة، حيث تفصل طبقة المياه الدافئة ( الإبيليمينيون) عن طبقة المياه الباردة ( الهيبوليمنيون) طبقة المياه الباردة (الميتاليمنيون). يوجد داخل طبقة المياه الباردة (الميتاليمنيون) طبقة فاصلة حرارية ، تُعرف عادةً بأنها المنطقة التي تتجاوز فيها تدرجات درجة الحرارة 1  درجة مئوية/متر. ^{[ 7 ]} وبسبب استقرار تدرج الكثافة، يُثبط الاختلاط داخل الطبقة الفاصلة الحرارية، ^{[ 8 ]} مما يقلل من النقل الرأسي للأكسجين المذاب . إذا كانت البحيرة غنية بالمغذيات ولديها طلب عالٍ على الأكسجين في الرواسب، فقد تصبح طبقة المياه الباردة (الهيبوليمنيون) في البحيرات ثنائية الدورة فقيرة بالأكسجين خلال التدرج الحراري الصيفي، كما هو الحال غالبًا في بحيرة إيري .

خلال فترة التطبق الصيفي، تُلاحظ في معظم البحيرات موجات داخلية نتيجةً للطاقة المُستمدة من الرياح. إذا كانت البحيرة صغيرة (أقل من 5  كيلومترات طولًا)، فإن دورة الموجة الداخلية يُمكن التنبؤ بها بدقة باستخدام معادلات ميريان. ^{[ 9 ]} أما الموجات الداخلية طويلة المدى في البحيرات الأكبر حجمًا، فقد تتأثر بقوى كوريوليس (الناتجة عن دوران الأرض). ومن المتوقع حدوث ذلك عندما تُصبح دورة الموجة الداخلية مُقاربةً لدورة القصور الذاتي المحلية ، والتي تبلغ 16.971 ساعة عند خط عرض 45 درجة شمالًا (رابط لأداة كوريوليس). في البحيرات الكبيرة (مثل بحيرة سيمكو ، وبحيرة جنيف ، وبحيرة ميشيغان ، وبحيرة أونتاريو )، تهيمن موجات بوانكاريه ^{[ 10 ] [ 11 ]} وموجات كلفن على الترددات المُلاحظة للموجات الداخلية . ^{[ 12 ] [ 13 ]}

في أواخر الصيف، تنخفض درجات حرارة الهواء وتبرد سطح البحيرات، مما يؤدي إلى طبقة مختلطة أعمق، حتى يصبح عمود الماء متساوي الحرارة، وعادةً ما يكون غنيًا بالأكسجين المذاب. خلال فصل الخريف، يستمر مزيج من الرياح وانخفاض درجات حرارة الهواء في الحفاظ على اختلاط عمود الماء. ويستمر الماء في التبريد حتى تصل درجة حرارته إلى 4  درجات مئوية. غالبًا ما يستمر انقلاب الخريف لمدة 3-4 أشهر.

بعد أن تصل درجة حرارة عمود الماء إلى أقصى كثافة لها عند 4 درجات مئوية، يؤدي أي تبريد لاحق إلى إنتاج ماء أقل كثافة بسبب عدم خطية معادلة حالة الماء . ولذلك، يُعدّ أوائل الشتاء فترة إعادة تشكّل الطبقات. ^{[ 14 ]} إذا كانت الرياح خفيفة نسبيًا، أو كانت البحيرة عميقة، تتشكل طبقة رقيقة فقط من الماء البارد الطافي فوق المياه الأكثر كثافة عند 4 درجات مئوية، وتُصبح البحيرة "متجمدة الطبقات" بمجرد تشكّل الجليد. ^{[ 15 ]} أما إذا كانت البحيرة تتعرض لرياح قوية أو كانت ضحلة، فقد يبرد عمود الماء بأكمله إلى ما يقارب الصفر المئوي قبل تشكّل الجليد، وتُسمى هذه البحيرات الباردة "متجمدة الطبقات". ^{[ 15 ]} بمجرد تشكّل الجليد على سطح البحيرة، تتوقف تدفقات الحرارة من الغلاف الجوي إلى حد كبير، وتُصبح ظروف التجمد الطبقات الأولية ثابتة إلى حد كبير. ويُحدد تطور التطبق الحراري خلال فصل الشتاء بفترتين: الشتاء الأول والشتاء الثاني. ^{[ 16 ]} خلال أوائل فصل الشتاء الأول، يكون التدفق الحراري الرئيسي ناتجًا عن الحرارة المخزنة في الرواسب؛ وخلال هذه الفترة، ترتفع درجة حرارة البحيرة من الأسفل، مُشكّلةً طبقة عميقة من  الماء بدرجة حرارة 4 درجات مئوية. ^{[ 16 ]} خلال أواخر فصل الشتاء، يبدأ الجليد السطحي بالذوبان، ومع ازدياد طول النهار، تزداد كمية ضوء الشمس التي تخترق الجليد إلى الطبقة العليا من عمود الماء. وبالتالي، خلال فصل الشتاء الثاني، يصبح التدفق الحراري الرئيسي من الأعلى، ويؤدي ارتفاع درجة الحرارة إلى تكوّن طبقة غير مستقرة، مما ينتج عنه تيارات حمل حراري مدفوعة بالطاقة الشمسية. ^{[ 5 ] [ 17 ] [ 3 ]} يُعدّ هذا الاختلاط في الطبقة العليا من عمود الماء مهمًا للحفاظ على العوالق مُعلقة، ^{[ 18 ] [ 3 ] [ 19 ]} وهو ما يؤثر بدوره على توقيت ازدهار الطحالب تحت الجليد ومستويات الأكسجين المذاب. ^{[ 20 ] [ 3 ]} كما يمكن أن تُصبح قوى كوريوليس مهمة في تحريك أنماط الدوران نتيجةً للتسخين التفاضلي بواسطة الإشعاع الشمسي. ^{[ 21 ]} ربما تكون فترة الشتاء في البحيرات هي الأقل دراسة، ^{[ 22 ]} لكن الكيمياء والبيولوجيا لا تزالان نشطتين للغاية تحت الجليد. ^{[ 23 ]}