第 2 章地球上的水循环

第2章地球上的水循环 • 水循环 • 水量平衡 • 蒸发 • 水汽扩散与输送 • 降水 • 下渗 • 径流

§2.1 水循环概述 • 水循环基本过程 • 水循环的类型与层次 • 水体的更替周期 • 水循环的作用与效应

一、水循环的基本过程 1、水循环的概念水循环：是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，通过（5个基本环节）蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节,不断地发生相态转换和周而复始运动的过程。

云云水汽输送云水面蒸发降水蒸发降水全球海陆水循环简化图降水植物散发地表径流陆地表面蒸散发植被截留不透水面河川调蓄蒸发入渗降水土壤蒸发地表径流土壤水储蓄壤中流毛管水渗透入渗地下水蒸发地下水储蓄地下径流海洋

2、水循环机理 第一，水循环服从于质量守恒定律。水循环乃是物质与能量的传输、储存和转化过程。（巨大的水量和能量输送）第二，太阳辐射与重力作用,是水循环的基本动力（外因）。固、液、汽三相的转化是水循环的前提（内因）。第三，水循环广及整个水圈,并深入大气圈、岩石圈及生物圈。（复杂的巨系统）

第四，全球水循环是闭合系统，但局部水循环却是开放系统。第四，全球水循环是闭合系统，但局部水循环却是开放系统。第五，水循环伴随着物质的运动，但这些物质的运动不是完整的循环系统。（有些可能沉积下来）

二、水循环的类型与层次结构 1、水循环类型 (1)大循环：发生于全球海洋与陆地之间的水分交换过程，又称外循环。（海—陆—海）

大循环的主要特点： a、垂向与横向水分交换 b、海陆之间维持水量平衡 c、由无数小循环组成 (2)小循环：发生于海洋与大气之间，或陆地与大气之间的水分交换过程。小循环又称内部循环，前者又可称为海洋小循环，后者称陆地小循环。

2、全球水循环系统的层次结构 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(如图2-3)。

三、水体的更替周期 水体的更替周期：是指水体在参与水循环过程中全部水量被交替更新一次所需的时间：式中，T为更替周期（年或日、时）；W为水体总贮水量（米3）；ΔW为水体年平均参与水循环的活动量（米3/年）。

四、水循环的作用与效应 1、水文循环与地球圈层构造 2、水循环与全球气候 3.水循环与地貌形态及地壳运动 4.水循环与生态平衡 5.水循环与水资源开发利用 6.水循环与水文现象以及水文学科的发展

§2.2 水量平衡 • 水量平衡的概念 • 通用水量平衡方程 • 全球水量平衡方程

一、水量平衡概念 所谓水量平衡，是指任意区域的任意时段内，其收入与支出的水量差等于该时段区域的蓄水变量。

二、通用水量平衡方程 根据水量平衡基本原理，可列出如下水量平衡方程式的通式：式中，I为水量收入项；Q为水量支出项；Δs为研究时段内区域蓄水变量。

三、全球水量平衡方程 1.海洋水量平衡方程式如以全球海洋为研究对象，则任意时段内的水量平衡方程为： P海+R-E海=Δs海(2－5) 式中，P海、E海、R分别为海洋上任意时段降水量、蒸发量及入海径流量。多年平均状态下Δs海→0，所以上式改写为：

2.陆地水量平衡方程式 两种形式： (1)外流区任意时段的水量平衡方程为： P外-E外-R地表-R地下=△s外（2－7）式中；P外、E外、R地表、R地下、△S外分别为外流区任意时段内降水量，蒸发量，入海的地表径流量及蓄水变量

对于多年平均而言Δs外→0，并以R=R地表+ R地下，则有？- 区多年平均降水量，蒸发量及径流量。 (2)内流区基本上呈闭合状态，没有水量入海。水量平衡方程为：

(3)陆地水量平衡方程 将上述外流区和内流区水量平衡方程组合起来，就构成整个陆地系统的水量平衡方程。毫米,两者之差即为陆地上剩余的水量为315毫米，它就是河流入海径流量。

3.全球水量平衡方程式 将上述海洋水量平衡方程式与陆地水量平衡方程式组合一起，就构成全球水量平衡方程式：（2-12）式说明海洋和陆地的多年平均降水量等于海洋和陆上多年平均蒸发量，即

须注意，在水循环过程中，全球总水量不变，不等于各种水体之间相对数量亦恒定不变。须注意，在水循环过程中，全球总水量不变，不等于各种水体之间相对数量亦恒定不变。

§2.3 蒸发 • 蒸发的概念和分类 • 影响蒸发的因素 • 蒸发量的计算

一、蒸发的概念和分类 蒸发是水由液体状态转变为气体状态的过程，亦是海洋与陆地上的水返回大气的唯一途径。由于蒸发需要一定的热量，因而蒸发不仅是水的交换过程,亦是热量的交换过程,是水和热量的综合反映。 1、概念

水面蒸发 蒸发土壤蒸发陆面蒸发植物散发 2、蒸发分类蒸发因蒸发面的不同，可分为

二、影响蒸发的因素 影响蒸发的因素复杂多样，其中主要有以下三方面： 1.供水条件蒸发现象的先决条件是蒸发面存在水，通常将蒸发面的供水条件分为充分供水和不充分供水两种。

通常，将处在特定的气象环境中，具有充分供水条件的可能达到的最大蒸发量，称为蒸发能力，又称潜在蒸发量或最大可能蒸发量。通常，将处在特定的气象环境中，具有充分供水条件的可能达到的最大蒸发量，称为蒸发能力，又称潜在蒸发量或最大可能蒸发量。

2.动力学与热力学因素 (1)动力学因素水汽分子的垂向扩散：水汽含量垂向梯度和水汽压梯度大气垂向对流运动：温差引起大气的水平运动和湍流扩散：水汽的垂直和水平交换、温差、饱和差

(2)热力学因素 太阳辐射：温度升高、饱和水汽压增大、饱和差增大平流时的热量交换：冷暖气团移动

3.土壤特性和土壤含水量 土壤质地土壤含水量

三、蒸发量的计算 蒸发量的计算包括水面蒸发、土壤蒸发、植物散发以及流域总蒸发量的计算，涉及面比较宽，方法亦较多，但主要有三种途径：

一是采用一定的仪器和某种手段进行直接测定；一是采用一定的仪器和某种手段进行直接测定；二是根据典型资料建立地区经验公式，以进行估算；三是通过成因分析建立理论公式，进行计算。

蒸发量的观测 （1）水面蒸发量陆地蒸发器、蒸发池、水面漂浮蒸发器、经验公式、热量平衡法等。（2）土壤蒸发量土壤蒸发器、大型蒸渗仪蒸发器、经验公式等。（3）植物散发量器测法、坑测法、棵枝称重法等。（4）流域总蒸发量水量平衡法、水热平衡法、经验公式等。

§2.4 水汽扩散与输送 • 水汽扩散 • 水汽输送

一、水汽扩散 所谓水汽扩散，是指由于物质、粒子群等的随机运动而扩展于给定空间的一种不可逆现象。 1.分子扩散分子扩散又称分子混合，是大气中的水汽，各种水体中的水分子运动的普遍形式。

2.紊动扩散 紊动扩散又称紊动混合，是大气扩散运动的主要形式。

二、水汽输送 （一）、概述 1.水汽输送：是指大气中水分因扩散而由一地向另一地运移，或由低空输送到高空的过程。 2.大气水分平衡式（W1+Ei）－（W2+Pi）＝W 水汽输送方式：环流输送和涡动输送

（二）水汽输送通量与水汽通量散度 1.水汽输送通量：是表示在单位时间内流经某一单位面积的水汽量,其单位为克每平方厘米秒。 2.水汽通量散度：是指单位时间汇入单位体积或从该体积辐散出的水汽量，单位为克每百帕平方厘米秒。

（三）影响水汽输送的主要因素 a、大气环流的影响、 b、地理纬度的影响 c、海陆分布的影响 d、海拔高度与地形屏障作用的影响。

三、我国水汽输送基本特点 1.水汽输送特点第一，存在三个基本的水汽来源，三条输出入路径，并有明显的季节变化。第二，水汽输送既有大气平均环流引起的平均输送，又有移动性涡动输送，其中平均输送方向基本上与风场相一致。第三，地理位置、海陆分布与地貌上总体格局，制约了全国水汽输送的基本态势。第四，水汽输送场垂直分布存在明显差异。

2.水汽收支特点 1）净输入量与入海径流量接近 2）水汽输入从南、西进入，从东界输出 3）经向输入为主（55.8％），纬向输出为主（89.2％）

§2.5 降水 • 降水要素 • 面降水的计算 • 影响降水的因素 • 可能最大降水

一、降水要素 1.概念降水是自然界中发生的雨、雪、露、霜、霰、雹等现象的统称。其中以雨、雪为主，就我国而言更以降雨为最重要。 2.降水要素 (1)降水（总）量：指一定时段内降落在某一面积上的总水量。单位以mm计。

(2)降水历时与降水时间 降水历时：指一场降水自始至终所经历的时间。降水时间：指对应于某一降水而言，其时间长短通常是人为划定的（例如，1、3、6、24小时或1、3、7天等）,在此时段内并非意味着连续降水。

(3)降水强度简称雨强：指单位时间内的降水量，以毫米/分或毫米/时计。在实际工作中常根据雨强进行分级，常用分级标准如表2-8所示。(3)降水强度简称雨强：指单位时间内的降水量，以毫米/分或毫米/时计。在实际工作中常根据雨强进行分级，常用分级标准如表2-8所示。 (4)降水面积：即降水所笼罩的面积，以平方公里计。

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