自然地理复习之第4章 第1节

地球上水分循环与水量平衡教师：王丽丽

第4章海洋和陆地水水汽输送蒸发降水蒸发降水植物蒸腾湖地表径流地下径流海洋蒸发降水

一、地球上的水循环

（一）水循环的过程、原因及影响因素

1、水循环过程

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）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。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。水循环包括的五个环节两大部分：大气部分（包括水汽阶段、降水阶段）与地面部分（径流与下渗阶段、蒸发阶段）五个环节：1）蒸发蒸腾—将液态水、固态水转化为气态水；2）水汽输送—蒸发的水汽被气流输送各地；3）凝结降水—水汽在上升和输送过程中，遇冷凝结，适当条件下降落地表；4）下渗—指降落到地面上的水依靠分子力、毛管力和重力渗入地下的过程；5）地表地下径流—降落到地表的水一部分下渗形成地下径流和壤中流，一部分形成地表径流。2、水循环的原因内因—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。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。3、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。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。水循环类型示意图图4.12、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。（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。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。（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）各种水体的更替周期表水体周期水体周期极地冰川10000a沼泽水5a永冻地带地下冰9700a土壤水1a世界大洋2500a河水16d高山冰川1600a大气水8d深层地下水1400a生物水12h湖泊水17a（四）水循环的作用与效应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。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；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；水循环是联系海洋与陆地的主要纽带；水循环是一切水文现象的根源。水分循环对于全球性水分和热量的再分配起着重大的作用，这种作用与大气循环相互联系而发生，从而影响了一地气候的主要方面——降水与气温。水分循环具有物质“传输带”的作用，而且又是岩石圈表层机械搬运作用以及自然地理环境中无机成分和有机成分化学元素迁移的强大动力。在水分循环过程中伴随产生了各种常态地貌和河流、地下水、湖泊等等。水分循环也是生物有机体维持生命活动和整个生物圈构成复杂的水胶体系统的基本条件，起着有机界和无机界联系的纽带作用。总之，水分循环有如自然地理环境的“血液循环”，它沟通了各基本圈层的物质交换，促使各种联系的发生。水分循环过程同时起着水文过程、气候过程、地形过程、土壤过程、生物过程以及地球化学过程等作用。二、水量平衡水量平衡原理水量平衡方程全球降水量和蒸发量沿纬度的分布研究水量平衡的意义（一）水量平衡原理对地球上的任何圈层或任何地段都是一个开放系统，既有水分的输入，又有水分的输出。根据物质不灭定律（质量守衡定律）：对于地球上的任何一个地区（或地段、流域、水体、圈层）在任意时段内，收入的水量与支出的水量之差额必然等于该地区在该时段内的蓄水变化量，这就是水量平衡原理(WaterBalance)。即：式中：I叫为区域在给定时段内收入（输入）水量；O为区域在给定时段内支出（输出）水量；S1/S2为区域在给定时段内的始末蓄水量;ΔS为区域在给定时段内的蓄水变量。在多水期ΔS为正值，表示蓄水量增加；在少水期ΔS为负值，表示蓄水量减少；在多年情况下ΔS为零，表示多年中蓄水量平均起来是保持不变的，此时的平均水量即为：I=O。水量平衡方程式是水分循环的数学表达式，根据不同的区域可建立不同的水量平衡方程。（二）水量平衡方程式

1、通用水量平衡方程现以陆地上任一地区为研究对象，取其三度空间的闭合柱体，其上界为地表面，下界为地下无水分交换的深度。这样，对任一闭合柱体，任一时间内的水量收入I为：式中：P—区域在给定时段内的降水量；E1—水汽凝结量；R表、R地下—分别为在给定时段内地表、地下流入区域内的径流量区域在给定时段内支出水量O为：E2——区域在给定时段内地表总蒸散发量；R表/、R地下/——分别为地表、地下径流流出量；q——研究时段内工农业和生活净用水量（即区域在给定时段内人类净用水量）则通用水量平衡方程式为2、全球水量平衡方程

（1）全球海洋水量平衡方程全球海洋收入水量有大气降水P和入海径流量R；支出水量有蒸发量E，则全球海洋水量平衡方程为：∆S＝S2－S1＝（P＋R）－E多年平均而论，∆S＝0，则有E0＝P0＋R0，即全球海洋蒸发量大于降水量，海洋是大气水分和陆地降水的来源。海洋提供了海洋降水量的85%和陆地降水量的89%（2）全球陆地水量平衡方程全球陆地在任一时段收入水量为大气降水P；支出水量有蒸发量E和地表、地下径流量R（入海径流量），则全球陆地水量平衡方程：

∆S＝S2－S1＝P－（E＋R）多年平均，∆S＝0，则P0＝E0＋R0，即全球陆地降水量大于蒸发量，以径流形式补充海洋，实现全球水量平衡。（3）全球水量平衡方程降水、蒸发和径流在整个水循环中，是三个重要的环节，在全球水量平衡中，它们同样是最主要的因素。参见教材P178表4－3可知全球海陆降水量之和等于全球海陆蒸发量之和，说明全球水量保持平衡，基本上长期不变。即多年平均有，P0＝E0。注：关于全球水量平衡数据不同学者研究结果不一样，见P1783、流域水量平衡方程

（1）闭合流域水量平衡方程流域——指河流的集水区域（补给区域），即分水线所包含的区域，包括地表集水区和地下集水区。地表分水线与地下分水线完全重合一致的流域称为闭合流域；反之，二者不重合的流域为非闭合流域。可见，闭合流域与相邻流域之间没有水量交换，因此其水量的收入I只有大气降水P；水量支出项目O有：蒸发量E和地表地下径流量R（R＝Rs＋Rss＋Rg）则闭合流域水量平衡方程式为：在内流河区域，由于内流河最终消失于沙漠区的蒸发和下渗，而无径流注入海洋，则有径流流出量R0＝0，则在内流域有：P0＝E0即多年平均降水量等于多年平均蒸发量。（2）非闭合流域水量平衡方程严格地讲，地球上几乎没有闭合流域。对于非闭合流域，由于地表分水线与地下分水线不一致，有相邻流域的地下径流的流入，也可能有流到相邻流域的地下径流，则水量平衡方程中存在着本流域与相邻流域之间的地下径流交换量∆W，即有P=R+E+∆S+∆W在喀斯特地区，地下水系发达，通常要考虑与相邻流域的地下水交换量。但在其它地区，尤其大型流域，与相邻流域间的地下水交换量所占比重很小，常常忽略不计。（三）全球降水量和蒸发量沿纬度的分布图“全球降水与蒸发的纬度变化”，无论降水量或是蒸发量，也不管陆地还是海洋，都有从赤道（低纬）向两极（高纬）减少的趋势。南北纬10°之间的赤道带，全年受赤道低压带控制，降水量和蒸发量都很丰沛，但降水量大于蒸发量，水分过剩；南北回归线附近的热带和亚热带，受副热带高气压带和信风带控制，盛行下沉气流，干燥少雨，但因纬度低、气温高，蒸发旺盛，蒸发量大于降水量，显得水分不足；在40°以上的中高纬地区，受西风带控制，降水量又超过蒸发量；两极地区，降水和蒸发均很少