地球上的水分循环与水量平衡(-节)

5 蒸发 4 降水
1 植物蒸腾
2 降水
湖
6 地表径流
6 地下径流 海洋
地球表面的水在太阳辐射作用下，大量 水分不断地从海洋、河湖等水面、陆面 和植物表面蒸发和蒸腾，升入空中，被 气流带动输送至各地，在适当条件下遇 冷凝结而以降水形式降落到地表面或水 体上。降落到陆地表面的水又在重力作 用下，一部分渗入地下，一部分形成地 表径流注入江河汇流大海，还有一部分 又重新蒸发返回空中。其中渗入到地下 的水，一部分也逐渐蒸发，一部分也形 成径流最终也汇集于海洋。
（三）水循环是联系海洋与陆地的主要纽带
海洋正是通过蒸发水分源源不断地向大陆 输送水汽而形成降水，进而影响陆地上的 一系列物理、化学与生物过程。而从陆地 上回归海洋的径流，则不断地向海冰输送 大量的泥沙、有机杂质、各种营养盐类， 进而影响海水的性质、海水中的生物学过 程，以及海冰沉积与海盆形态等。
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第2章 地球上水分循环与 水量平衡P41－88
§2.1 地球上的水分循环41－47
一、水分循环的过程、原因及影响因素
（一）水分循环过程
地球上的水不断通过运动和相变从一个地 圈转向另一个地圈，或从一种空间转向另 一种空间。 地表水（海、河、湖水面，陆面和植物）
3 水汽输送
1蒸发
4 降水
1蒸发
3、水循环广及整个水圈，并深入大 气圈、岩石圈及生物圈
水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩 石圈及生物圈。其循环路径并非单一的， 而是通过无数条路线实现循环和相变的， 所以水循环系统是由无数不同尺度、不同 规模的局部水循环所组合而成的复杂巨系 统。
4、全球水循环是闭合系统，但局部 水循环却是开放系统。
各种水体的更替周期
表
水体 周期 极地冰川 10000a 永冻地带地下冰 9700a 世界大洋 2500a 高山冰川 1600a 深层地下水 1400a 湖泊水 17a 水体 沼泽水 土壤水 河水 大气水 生物水 周期 5a 1a 16d 8d 12h
水体的更替周期是反映水循环强度的重要指标， 亦是反映水体水资源可利用率的基本参数。因为 从水资源永继利用的角度来衡量，水体的储水量 并非全部都能利用，只有其中积极参与水循环的 那部分水量，由于利用后能得到恢复，才能算作 可资利用的水资源量。而这部分水量的多少，主 要决定于水体的循环更新速度和周期的长短，循 环速度愈快，周期愈短，可开发利用的水量就愈 大。以我国高山冰川来说，其总贮水量约为 5×1013米3，而实际参于循环的水量年平均为 5.46×1011米3，仅为总贮水量的1/100左右，如 果我们想用人工融冰化雪的方法，增加其开发利 用量，就会减少其贮水量，影响到后续的利用。
Байду номын сангаас
2、太阳辐射与重力作用，是水循环的基本动力 水循环内因—水的物理属性，即在目前大气环境 下，水的固、液、气三态并存和三态在常温条件 下相互转化。 水循环外因—太阳辐射和重力是水循环的基本动 力。 太阳辐射是地表热能的主要源泉，它促使冰雪融 化，水分蒸发，空气流动等，是水分循环的动力。 重力是促使空中水滴降落和地面、地下径流流归 海洋的动力。 外部环境包括地理纬度、海陆分布、地貌形态等 则制约了水循环的路径、规模与强度。
（二）通过水循环，地球上各种水体相互联系转换，使水 资源得以再生，给人类提供取之不竭，用之不尽的水利资 源 水是人类赖以生存、发展的宝贵资源，是廉价、清洁的能 源，是农业的命脉、工业的血液和运输的大动脉，它与其 它自然资源相比较主要不同点是水资源具有再生性和可以 永继利用的特点。这一特点正是水循环所赋予的。 如果自然界不存在水循环现象，那么水资源亦就不能再生， 无法永继利用。但必须指出的是水资源的再生性和可以永 继利用不能简单的理解为“取之不尽，用之不竭”。因为 水资源永继利用是以水资源开发利用后能获得补充、更新 为条件的。更新速度和补给量要受到水循环的强度、循环 周期的长短的制约，一旦水资源开发强度超过地区水循环 更新速度或者遭受严重的污染，那么就会面临水资源不足， 甚至枯竭的严重局面。所以对于特定地区而言，可开发利 用的水资源量是有限的。必须重视水资源的合理利用与保 护。只有在开发利用强度不超过地区水循环更新速度以及 控制水污染的条件下，水资源才能不断获得更新，才能永 继利用。
（2）陆地小循环 指陆地上蒸发的水汽随同从海洋输送来的 水汽一起，被气流输向内陆，遇冷凝结降 落，仍降落到陆地上。这种发生在陆地与 陆地上空之间的水分交换过程，称为陆地 小循环或陆上内循环。
o 陆地小循环对内陆地区的降水具有重要作用。内 陆地区距海洋遥远，从海洋直接输送到内陆的水 汽不多，需要通过内陆局部地区的水分循环运动， 使水汽不断向内陆输送、推进，这就是内陆地区 的主要水汽来源。由于水分向内陆输送过程中， 沿途会逐步损耗，故由沿海向内陆，降水逐渐减 少；另一方面，水分向内陆推进或告退，也会造 成降水在时间上的渐变规律，由沿海向内陆，雨 季推迟和缩短。
四、水循环的作用与效应P44－47
水循环是地球上的物质大循环，巨大的能量流， 对自然界和人类具有重大的作用和意义。 （一）水循环是联系大气圈、水圈、岩石圈和生 物圈的纽带，并成为它们之间的能量调节器 水循环的一系列过程中，通过降水、地表径流、 入渗、地下径流、蒸发和植物蒸腾等各个环节， 使地球四大圈层相互联系起来，并在物质流的同 时，伴随能量流。
（二）全球水循环系统的层次结构P43
如前所述，全球水循环是由海洋的、陆地的以及海洋与 陆地之间的各种不同尺度，不同等级的水循环所组合而 成的动态大系统。由于这些分子水循环系统既紧密联系， 相互影响，又相对独立。所以对这个全球性的动态大系 统，可以根据海陆分布，各分子系统的尺度、规模不同， 以及相互之间上下隶属关系，建立如图2-3所示的水循环 分子等级系统。 陆地水循环系统结构比海洋水循环系统要复杂，而且在 四级以下还可进一步区分，例如长江流域为四级水循环 系统，汉江作为长江的一级支流，就属于五级水循环系 统，而丹江是汉江的支流，是长江的二级支流，因而属 于六级水循环系统。
三、水体的更替周期
指水体在参与水循环过程中全部水量被更 新一次所需的时间，通常用下式近似计算： 式中T为更替周期（年、日或时）；W为 水体总储水量（m3）； 为水体年平均参 与水循环的活动量（m3/年）
W
T W / W
以世界大洋为例，总储水量为13.38×1017米3， 每年海水总蒸发量为50.5×1013米3，以此计算， 海水全部更新一次约需要2650年；如果以入海径 流量4.7×1013米3为准，则更新一次需要28468 年。又如世界河流的河床中瞬时贮水量为 21.2×1011米3，而其全年输送入海的水量为 4.7×1013米3，因此一年内河床中水分可更替22 次，平均每16天就更新一次。大气水更替的速度 还要快，平均循环周期只有8天，然而位于极地 的冰川，更替速度极为缓慢，循环周期长达万年。
水分大循环通常经历蒸发、输送、凝结、降水、 入渗和径流等环节，一方面在天空、地面和地下 之间通过蒸发、降水和入渗进行纵向水分交换 （垂直方向）；另一面又在海洋与陆地之间以水 汽输送和径流形式进行横向交换（水平方向）。 海洋从空中向大陆输送大量水汽，大陆则通过地 面和地下径流把水分输送到海洋里去。大陆上蒸 发的水汽也可随气流带到海洋上空。但总的说来， 水汽输送方向是从海洋输向大陆的。海洋向陆地 输送的水汽减去陆地向海洋输送的水汽，称为有 效水汽输送量。
（二）水循环机理
1、水循环服从于质量守恒定律
整个循环过程保持着连续性，既无开始，也没有结尾。 从实质上说，水循环乃是物质与能量的传输、储存和转 化过程，而且存在于每一环节。在蒸发环节中，伴随液 态水转化为气态水的是热能的消耗，伴随着凝结降水的 是潜热的释放，所以蒸发与降水就是地面向大气输送热 量的过程。据测算，全球海陆日平均蒸发量为1.5808万 亿立米，是长江全年入海径流量的1.6倍，蒸发这些水汽 的总耗热量高达3.878×1021焦耳，如折合电能为 10.77×1014千瓦时，等于1990年全世界各国总发电量 的近100倍，所以地面潜热交换成为大气的热量主要来源。 由降水转化为地面与地下径流的过程，则是势能转化为 动能的过程。这些动能成为水流的动力，消耗于沿途的 冲刷，搬运和堆积作用，直到注入海洋才消耗殆尽。
水循环类型示意图
图2.1
2、小循环（内循环） 指发生在海洋与海洋上空之间或 陆地与陆地上空之间的局部性水 分循环，亦称内循环，包括海洋 小循环与陆地小循环。 （1）海洋小循环（海洋内循环） 指从海面蒸发的水汽，在空中凝 结后又以降水形式直接降落到海 面上，即发生在海洋与海洋上空 之间的水分交换过程。
5、水文循环是巨大的物质循环
地球上的水分在交替循环过程中，总是溶 解并携带着某些物质一起运动，诸如溶于 水中的各种化学元素、气体以及泥沙等固 体杂质等。不过这些物质不可能象水分那 样，构成完整的循环系统，所以通常意义 上的水文循环仅指水分循环，简称水循环。
（三）影响水循环的因素
自然地理因素： 1）气象因素：起主导作用的因素。蒸发、水汽 输送和凝结降水三个环节取决于气象过程。下渗 状况和径流情势虽与下垫面有关，但其基本规律 仍受气象因素的控制。 2）下垫面因素：主要通过影响蒸发、下渗和径 流来影响水循环。 人类活动：1）水利措施；2）农林措施；3）跨 流域调水等
二、水循环的类型与层次结构P42
（一）水循环的类型 按规模和路径，水循环可分为大循环（外循环）和小循 环（内循环）两类。 1、大循环（外循环） 大循环：指发生在海洋与陆地之间的水分交换过程，又 叫外循环、全球性的水循环或海陆间的水循环。 其具体过程：从海面蒸发的水汽，部分被气流输送到大 陆上空，在适当条件下遇冷凝结并降落到陆地地表，除 一部分蒸发返回空中外，其余的降水则形成地表径流或 渗入地下形成地下径流，经河槽汇集，最终又回归海洋。 这就完成了海陆间大循环。
水循环概念
自然界中的水在太阳辐射和地球重力作用 下，在大气圈、水圈、岩石圈和生物圈四 大地球圈层中通过蒸发、输送、凝结降水、 下渗和径流等环节，不断地发生相态转换 和空间位置的转移过程，称为水分循环， 又叫水文循环，简称水循环。