自然地理復(fù)習(xí)之第4章 第1節(jié)

地球上水分循環(huán)與水量平衡教師：王麗麗

第4章海洋和陸地水水汽輸送蒸發(fā)降水蒸發(fā)降水植物蒸騰湖地表徑流地下徑流海洋蒸發(fā)降水

一、地球上的水循環(huán)

（一）水循環(huán)的過程、原因及影響因素

1、水循環(huán)過程

地球上的水不斷通過運(yùn)動(dòng)和相變從一個(gè)地圈轉(zhuǎn)向另一個(gè)地圈，或從一種空間轉(zhuǎn)向另一種空間。地表水（海、河、湖水面，陸面和植物）地球表面的水在太陽輻射作用下，大量水分不斷地從海洋、河湖等水面、陸面和植物表面蒸發(fā)和蒸騰，升入空中，被氣流帶動(dòng)輸送至各地，在適當(dāng)條件下遇冷凝結(jié)而以降水形式降落到地表面或水體上。降落到陸地表面的水又在重力作用下，一部分滲入地下，一部分形成地表徑流注入江河匯流大海，還有一部分又重新蒸發(fā)返回空中。其中滲入到地下的水，一部分也逐漸蒸發(fā)，一部分也形成徑流最終也匯集于海洋。水循環(huán)概念自然界中的水在太陽輻射和地球重力作用下，在大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈四大地球圈層中通過蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)降水、下滲和徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和空間位置的轉(zhuǎn)移過程，稱為水分循環(huán)，又叫水文循環(huán)，簡(jiǎn)稱水循環(huán)。水循環(huán)包括的五個(gè)環(huán)節(jié)兩大部分：大氣部分（包括水汽階段、降水階段）與地面部分（徑流與下滲階段、蒸發(fā)階段）五個(gè)環(huán)節(jié)：1）蒸發(fā)蒸騰—將液態(tài)水、固態(tài)水轉(zhuǎn)化為氣態(tài)水；2）水汽輸送—蒸發(fā)的水汽被氣流輸送各地；3）凝結(jié)降水—水汽在上升和輸送過程中，遇冷凝結(jié)，適當(dāng)條件下降落地表；4）下滲—指降落到地面上的水依靠分子力、毛管力和重力滲入地下的過程；5）地表地下徑流—降落到地表的水一部分下滲形成地下徑流和壤中流，一部分形成地表徑流。2、水循環(huán)的原因內(nèi)因—水的物理屬性，即在目前大氣環(huán)境下，水的固、液、氣三態(tài)并存和三態(tài)在常溫條件下相互轉(zhuǎn)化。外因—太陽輻射和重力是水循環(huán)的基本動(dòng)力。太陽輻射是地表熱能的主要源泉，它促使冰雪融化，水分蒸發(fā)，空氣流動(dòng)等，是水分循環(huán)的動(dòng)力。重力是促使空中水滴降落和地面、地下徑流流歸海洋的動(dòng)力。3、影響水循環(huán)的因素自然地理因素：1）氣象因素：起主導(dǎo)作用的因素。蒸發(fā)、水汽輸送和凝結(jié)降水三個(gè)環(huán)節(jié)取決于氣象過程。下滲狀況和徑流情勢(shì)雖與下墊面有關(guān)，但其基本規(guī)律仍受氣象因素的控制。2）下墊面因素：主要通過影響蒸發(fā)、下滲和徑流來影響水循環(huán)。人類活動(dòng)：1）水利措施；2）農(nóng)林措施；3）跨流域調(diào)水等（二）水循環(huán)的類型按規(guī)模和路徑，水循環(huán)可分為大循環(huán)（外循環(huán)）和小循環(huán)（內(nèi)循環(huán)）兩類。大循環(huán)：指發(fā)生在海洋與陸地之間的水分交換過程，又叫外循環(huán)、全球性的水循環(huán)或海陸間的水循環(huán)。其具體過程：從海面蒸發(fā)的水汽，部分被氣流輸送到大陸上空，在適當(dāng)條件下遇冷凝結(jié)并降落到陸地地表，除一部分蒸發(fā)返回空中外，其余的降水則形成地表徑流或滲入地下形成地下徑流，經(jīng)河槽匯集，最終又回歸海洋。這就完成了海陸間大循環(huán)。水分大循環(huán)通常經(jīng)歷蒸發(fā)、輸送、凝結(jié)、降水、入滲和徑流等環(huán)節(jié)，一方面在天空、地面和地下之間通過蒸發(fā)、降水和入滲進(jìn)行縱向水分交換（垂直方向）；另一面又在海洋與陸地之間以水汽輸送和徑流形式進(jìn)行橫向交換（水平方向）。海洋從空中向大陸輸送大量水汽，大陸則通過地面和地下徑流把水分輸送到海洋里去。大陸上蒸發(fā)的水汽也可隨氣流帶到海洋上空。但總的說來，水汽輸送方向是從海洋輸向大陸的。海洋向陸地輸送的水汽減去陸地向海洋輸送的水汽，稱為有效水汽輸送量。水循環(huán)類型示意圖圖4.12、小循環(huán)（內(nèi)循環(huán)）指發(fā)生在海洋與海洋上空之間或陸地與陸地上空之間的局部性水分循環(huán)，亦稱內(nèi)循環(huán)，包括海洋小循環(huán)與陸地小循環(huán)。（1）海洋小循環(huán)（海洋內(nèi)循環(huán)）指從海面蒸發(fā)的水汽，在空中凝結(jié)后又以降水形式直接降落到海面上，即發(fā)生在海洋與海洋上空之間的水分交換過程。（2）陸地小循環(huán)指陸地上蒸發(fā)的水汽隨同從海洋輸送來的水汽一起，被氣流輸向內(nèi)陸，遇冷凝結(jié)降落，仍降落到陸地上。這種發(fā)生在陸地與陸地上空之間的水分交換過程，稱為陸地小循環(huán)或陸上內(nèi)循環(huán)。陸地小循環(huán)對(duì)內(nèi)陸地區(qū)的降水具有重要作用。內(nèi)陸地區(qū)距海洋遙遠(yuǎn)，從海洋直接輸送到內(nèi)陸的水汽不多，需要通過內(nèi)陸局部地區(qū)的水分循環(huán)運(yùn)動(dòng)，使水汽不斷向內(nèi)陸輸送、推進(jìn)，這就是內(nèi)陸地區(qū)的主要水汽來源。由于水分向內(nèi)陸輸送過程中，沿途會(huì)逐步損耗，故由沿海向內(nèi)陸，降水逐漸減少；另一方面，水分向內(nèi)陸推進(jìn)或告退，也會(huì)造成降水在時(shí)間上的漸變規(guī)律，由沿海向內(nèi)陸，雨季推遲和縮短。（三）水體的更替周期指水體在參與水循環(huán)過程中全部水量被更新一次所需的時(shí)間，通常用下式近似計(jì)算：式中T為更替周期（年、日或時(shí)）；W為水體總儲(chǔ)水量（m3）；為水體年平均參與水循環(huán)的活動(dòng)量（m3/年）各種水體的更替周期表水體周期水體周期極地冰川10000a沼澤水5a永凍地帶地下冰9700a土壤水1a世界大洋2500a河水16d高山冰川1600a大氣水8d深層地下水1400a生物水12h湖泊水17a（四）水循環(huán)的作用與效應(yīng)水循環(huán)是地球上的物質(zhì)大循環(huán)，巨大的能量流，對(duì)自然界和人類具有重大的作用和意義。水循環(huán)是聯(lián)系大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈的紐帶，并成為它們之間的能量調(diào)節(jié)器；通過水循環(huán)，地球上各種水體相互聯(lián)系轉(zhuǎn)換，使水資源得以再生，給人類提供取之不竭，用之不盡的水利資源；水循環(huán)是聯(lián)系海洋與陸地的主要紐帶；水循環(huán)是一切水文現(xiàn)象的根源。水分循環(huán)對(duì)于全球性水分和熱量的再分配起著重大的作用，這種作用與大氣循環(huán)相互聯(lián)系而發(fā)生，從而影響了一地氣候的主要方面——降水與氣溫。水分循環(huán)具有物質(zhì)“傳輸帶”的作用，而且又是巖石圈表層機(jī)械搬運(yùn)作用以及自然地理環(huán)境中無機(jī)成分和有機(jī)成分化學(xué)元素遷移的強(qiáng)大動(dòng)力。在水分循環(huán)過程中伴隨產(chǎn)生了各種常態(tài)地貌和河流、地下水、湖泊等等。水分循環(huán)也是生物有機(jī)體維持生命活動(dòng)和整個(gè)生物圈構(gòu)成復(fù)雜的水膠體系統(tǒng)的基本條件，起著有機(jī)界和無機(jī)界聯(lián)系的紐帶作用?？傊?，水分循環(huán)有如自然地理環(huán)境的“血液循環(huán)”，它溝通了各基本圈層的物質(zhì)交換，促使各種聯(lián)系的發(fā)生。水分循環(huán)過程同時(shí)起著水文過程、氣候過程、地形過程、土壤過程、生物過程以及地球化學(xué)過程等作用。二、水量平衡水量平衡原理水量平衡方程全球降水量和蒸發(fā)量沿緯度的分布研究水量平衡的意義（一）水量平衡原理對(duì)地球上的任何圈層或任何地段都是一個(gè)開放系統(tǒng)，既有水分的輸入，又有水分的輸出。根據(jù)物質(zhì)不滅定律（質(zhì)量守衡定律）：對(duì)于地球上的任何一個(gè)地區(qū)（或地段、流域、水體、圈層）在任意時(shí)段內(nèi)，收入的水量與支出的水量之差額必然等于該地區(qū)在該時(shí)段內(nèi)的蓄水變化量，這就是水量平衡原理(WaterBalance)。即：式中：I叫為區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)收入（輸入）水量；O為區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)支出（輸出）水量；S1/S2為區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)的始末蓄水量;ΔS為區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)的蓄水變量。在多水期ΔS為正值，表示蓄水量增加；在少水期ΔS為負(fù)值，表示蓄水量減少；在多年情況下ΔS為零，表示多年中蓄水量平均起來是保持不變的，此時(shí)的平均水量即為：I=O。水量平衡方程式是水分循環(huán)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，根據(jù)不同的區(qū)域可建立不同的水量平衡方程。（二）水量平衡方程式

1、通用水量平衡方程現(xiàn)以陸地上任一地區(qū)為研究對(duì)象，取其三度空間的閉合柱體，其上界為地表面，下界為地下無水分交換的深度。這樣，對(duì)任一閉合柱體，任一時(shí)間內(nèi)的水量收入I為：式中：P—區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)的降水量；E1—水汽凝結(jié)量；R表、R地下—分別為在給定時(shí)段內(nèi)地表、地下流入?yún)^(qū)域內(nèi)的徑流量區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)支出水量O為：E2——區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)地表總蒸散發(fā)量；R表/、R地下/——分別為地表、地下徑流流出量；q——研究時(shí)段內(nèi)工農(nóng)業(yè)和生活凈用水量（即區(qū)域在給定時(shí)段內(nèi)人類凈用水量）則通用水量平衡方程式為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氣降水P和入海徑流量R；支出水量有蒸發(fā)量E，則全球海洋水量平衡方程為：?S＝S2－S1＝（P＋R）－E多年平均而論，?S＝0，則有E0＝P0＋R0，即全球海洋蒸發(fā)量大于降水量，海洋是大氣水分和陸地降水的來源。海洋提供了海洋降水量的85%和陸地降水量的89%（2）全球陸地水量平衡方程全球陸地在任一時(shí)段收入水量為大氣降水P；支出水量有蒸發(fā)量E和地表、地下徑流量R（入海徑流量），則全球陸地水量平衡方程：

?S＝S2－S1＝P－（E＋R）多年平均，?S＝0，則P0＝E0＋R0，即全球陸地降水量大于蒸發(fā)量，以徑流形式補(bǔ)充海洋，實(shí)現(xiàn)全球水量平衡。（3）全球水量平衡方程降水、蒸發(fā)和徑流在整個(gè)水循環(huán)中，是三個(gè)重要的環(huán)節(jié)，在全球水量平衡中，它們同樣是最主要的因素。參見教材P178表4－3可知全球海陸降水量之和等于全球海陸蒸發(fā)量之和，說明全球水量保持平衡，基本上長(zhǎng)期不變。即多年平均有，P0＝E0。注：關(guān)于全球水量平衡數(shù)據(jù)不同學(xué)者研究結(jié)果不一樣，見P1783、流域水量平衡方程

（1）閉合流域水量平衡方程流域——指河流的集水區(qū)域（補(bǔ)給區(qū)域），即分水線所包含的區(qū)域，包括地表集水區(qū)和地下集水區(qū)。地表分水線與地下分水線完全重合一致的流域稱為閉合流域；反之，二者不重合的流域?yàn)榉情]合流域?？梢?，閉合流域與相鄰流域之間沒有水量交換，因此其水量的收入I只有大氣降水P；水量支出項(xiàng)目O有：蒸發(fā)量E和地表地下徑流量R（R＝Rs＋Rss＋Rg）則閉合流域水量平衡方程式為：在內(nèi)流河區(qū)域，由于內(nèi)流河最終消失于沙漠區(qū)的蒸發(fā)和下滲，而無徑流注入海洋，則有徑流流出量R0＝0，則在內(nèi)流域有：P0＝E0即多年平均降水量等于多年平均蒸發(fā)量。（2）非閉合流域水量平衡方程嚴(yán)格地講，地球上幾乎沒有閉合流域。對(duì)于非閉合流域，由于地表分水線與地下分水線不一致，有相鄰流域的地下徑流的流入，也可能有流到相鄰流域的地下徑流，則水量平衡方程中存在著本流域與相鄰流域之間的地下徑流交換量?W，即有P=R+E+?S+?W在喀斯特地區(qū)，地下水系發(fā)達(dá)，通常要考慮與相鄰流域的地下水交換量。但在其它地區(qū)，尤其大型流域，與相鄰流域間的地下水交換量所占比重很小，常常忽略不計(jì)。（三）全球降水量和蒸發(fā)量沿緯度的分布圖“全球降水與蒸發(fā)的緯度變化”，無論降水量或是蒸發(fā)量，也不管陸地還是海洋，都有從赤道（低緯）向兩極（高緯）減少的趨勢(shì)。南北緯10°之間的赤道帶，全年受赤道低壓帶控制，降水量和蒸發(fā)量都很豐沛，但降水量大于蒸發(fā)量，水分過剩；南北回歸線附近的熱帶和亞熱帶，受副熱帶高氣壓帶和信風(fēng)帶控制，盛行下沉氣流，干燥少雨，但因緯度低、氣溫高，蒸發(fā)旺盛，蒸發(fā)量大于降水量，顯得水分不足；在40°以上的中高緯地區(qū)，受西風(fēng)帶控制，降水量又超過蒸發(fā)量；兩極地區(qū)，降水和蒸發(fā)均很少