第二章地球上的水循环2

水的运动
• 一、水 循 环
概念：地球上各种形态的水，在太阳辐射、重力等 作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径 流等环节，下断地发生相态转换和周而复始运动的过程， 称为水循环。地球上各类水体，通过水循环形成了一个 连续而统一的整体。水循环按不同途径与规模，分为大 循环和小循环。 机理：1水循环服从于质量守恒规律； 2水循环的基 本动力是太阳辐射和重力作用； 3 水循环广及整个水圈， 并深入大气圈、岩石圈及生物圈，同时通过无数条路线 实现循环和相变； 4从全球看，水循环是个闭合系统， 但从局部地区看水循环却是开放系统。 水循环对地球上的生物和其它圈层的相互作用等方面 具有重要的意义。
水循环
陆地上地表水总量约360000km3，生物水量约2000km3。 陆地上的大气降水与冰雪融水消耗于蒸发、生物吸收和 渗透到地下，另有约36000km3通过径流返回海洋。陆地 上水体的自然更新一次的时间长短不一，河流约需10-20 天，土壤水约需280天，淡水湖约需1-100年，盐湖和内 海约需10-1000年。
第二章 水循环与水量平衡
要点：地球上的水与水圈是开放系统，在气、 水、地、生物系统中循环流通。水量平衡，是 动态平衡。人类可以改变水量平衡方程式中的 多个因子，有时给人类带来的利多，有时会意 想不到地带来的弊比利多。
水循环与水量平衡
据1970年国际水文学会的数据，地球上的水量总体积约 15×108km3，它们分聚为江河湖、海及冰川等多类水体(表 18-2)。如果把各类水体铺在地球表面的平均深度，规定为 它们的当量深度，那么，估算的海洋水体的当量深度为 2700-2800m，冰和雪为50m，地下水为15m，陆地上的河 湖水为0.4-1.0m，大气水的当量深度为0.03m。水域是指 水体的地理位置，自由水面的形状与面积。所谓水圈，由 地球表面各类水体各地水域共同组成，抽象为覆盖地球表 面的水层，实际上是不连续的、上下高程相差很大的自在 水体水域的总称。水圈对地球环境有重要的贡献，水体或 水域对地球环境的影响则各有各的有效范围，它们造成了 地球环境的分异，而且建立了以水体或水域为中心的、向 外逐渐减弱其影响强度的、次级地球环境的变化系列。
14%(CLIMAP，1976)。由于冰雪贮水参与全球水分循环的速度
十分缓慢，且由于气温低而水分循环通量也特别低，所以在冰期鼎 盛时期全球水分循环Hale Waihona Puke Baidu于明显的衰弱状态，并对全球生物化学循环 产生极为深刻的影响。
全球水分循环使水圈成为一个 开放性动态系统，对人类生存和 社会生产十分重要的淡水资源成 为全球水分循环开放动态系统中 的一个“站”，它除了作为暂时 停留的静储量之外，还包含水分 循环过程中的动储量。全球河流 总贮水量1250km3，而全年河流 总径流量达38000km3，其交替率 为0.032年。由此可见，水分循环 的强弱不仅与实际有效循环水量 有关，而且与循环速度有关。如 何增加实际有效水量，控制水分 循环的过程，对水资源研究就是 一个很重要的课题。有人估计， 全球广泛的修筑水库，实际上就 是增加实际有效水量，它还无意 地削弱了本世纪以来全球平均海 平面的上升。
水分循环的产生有其内因和外因。内因是水的“三态”变 化，也就是在常温的条件下，水的气态、液态、固态可以 相互转化。这使水分循环过程的转移、交换成为可能。其 外因是太阳辐射和地心引力。太阳辐射的热力作用为水的 “三态”转化提供了条件；太阳辐射分布的不均匀性和海 陆的热力性质的差异，造成空气的流动，为水汽的移动创 造了条件。地心引力（重力）则促使水从高处向低处流动。 从而实现了水分循环。 水分循环通过3个阶段5个环节，使天空与地面、地表 与地下、海洋与陆地之间的水相互交换，使水圈内的水 形成一个统一的整体。 整个水分循环过程包括了蒸发、降水、径流3个阶段 和水分蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗、径流5个 环节。
水 循 环
地球上的淡水大量地以冰的形式贮存 在南极与格陵兰地区。南极冰盖总体积 约23.45×106km3，折合水量约 21.50×106km3。格陵兰冰盖总体积约 2.6×106km3，折合水量约 2.38×106km3(Flint, R.F., 1971)。全球 冰川冰的总体积约25×106km3，如果全 部溶化，大约相当于海洋水层增厚65m。 冰川贮水的特点是贮存时间长，参与全 球水循环的速度十分缓慢。估计大陆冰 盖冰的平均停留时间为103―105年。大 约距今18000年来，全球大陆冰川的总 消融量约50.72×106km3，相当于海洋 冰盖与冰川•新西兰法兰士约塞夫冰川 水层增厚132m。高山冰川冰更新一次 约需数十年到数百年，有的达1600年以 上。
三、水循环的作用、效应与意义
（一）水文循环与地球圈层构造 （二）水循环与全球气候
1.水循环是大气系统能量的主要传输、储存和转化者。 2.水循环通过对地表太阳辐射能的重新再分配，使不同纬 度热量收支不平衡矛盾得到缓解。 3.水循环的强弱及其路径，还会直接影响到各地的天气过 程，甚至可以决定地区的气候基本特征。
地球上的水量
水体（贮水库） 江河 淡水湖 盐湖与内陆海 冰盖与冰川 地下水 海洋 （大气水） （土壤水与渗流水） 水量（km3） 1,250 125,000 104,000 29,200,000 8,350,000 1,370,000,000 13,000 67,000 占总水量的% 0.0001 0.009 0.008 2.41 0.61 97.3 0.001 0.005
水 循 环
全球海洋总贮水量约1.4×109km3，约占全球总水量的 97%。全球海洋表面积约3.61×108km2，约占地球表面积 的70.8%。海洋水主要通过蒸发散失，每年蒸发散失总水 量约434000km3，其中约398000km3的水量又通过降水直 接返回海洋，实际散失约36000km3，被风携入陆地上空。 这部分水量又通过江河径流返回海洋。海洋水体全部更替 一次大约需要3.7×104a。
水循环
每年约有505000km3的水量 通过蒸发进入大气，其中来 自陆地的蒸发和蒸腾水量约 71000km3，占进入大气总水 量的14%左右。与此同时， 每年又有同等水量通过降水 返回陆地和海洋。大气的贮 水总量仅有15500km3，其中 海洋上空占71%左右。这部 分贮水大约只需8天—9天就 可以全部更新一次。
全球水分循环示意图
水 循 环
通过降水和蒸发，海洋和陆地表面水分不断地进行交 换，10天内进行这种交换的水分总量大约等于大气对 流层中水分的总贮量；全球淡水总贮量如通过江河净排 放，大约10年之内可完成，而通过蒸发发散作用，就 只需5年。图18―1是美国国际地圈—生物圈计划委员 会于1986年出刊的《地圈—生物圈的全球性变化》一 书中的附图，表示全球水分循环中的主要贮库及其相互 之间水分交换的通量。
1．大循环
从海洋表面蒸发的水汽，被气流带到大陆上空，在适 当的条件下，以降水的形式降落到地面后，其中一部分蒸 发到空中，另一部分经过地表和地下径流又流到海洋，这 种海陆之间的水分交换过程，称为大循环，也称海陆间循 环。它是由许多小循环组成的复杂的水分循环过程。
2．小循环
小循环是指水仅在局部地区（海洋或陆地）内完成 的循环过程。小循环可分为海洋小循环和陆地小循环。 海洋小循环就是从海洋表面蒸发的水汽，在空中 凝结，以降水形式降落海洋上的循环过程。
陆地小循环，就是从陆地上蒸发的水汽，在空中 凝结，以降水形式降落陆地上的循环过程。
二、水循环的基本类型
1. 大 循 环（全球海陆之间大循环）
2. 小 循 环（海洋小循环 和 陆地小循环）
（外流区小循环和内流区小循环）
水分循环的地理意义
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。
水循环
地下水总量的估计值相差很大.它位于地表以下和 海底以下，大多存在于地表以下1m左右的岩土孔隙 裂缝之中。地下水的停留时间一般为10-102年，自 然更新一次需300年左右，但部分较深层地下水可停 留106年。
土壤层水的更替周期约1年，生物水更替周期以几 小时计。
水循环
全球水分循环系统是开放系统，它有地球内部原生水 的补给，以及岩石圈板块运动所带来的地球表层水量的 得失。地球内部原生水通过火山喷发和温泉途径补给地 球表层。如果按稳定累积速度计算，在过350Ma内，地 球内部原生水补给总量可达231×109km3，已是地球表 层总水量的150多倍，但这些水的大部分又通过板块运 动回归到地球内部，参与地球内部与地球表层之间的水 分循环，只有大约0.6%保留在地表，即相当于地球表面 的总水量。若按地球内部原生水稳定补给，它将使世界 海面平均每千年上升1cm，但是海洋沉积所含的孔隙水 又随海底地壳俯冲消亡而损失，平均每年减少2.6×1014g， 它相当于世界海面平均每千年下降0.7―1.4cm(J.R. Southam, and W.W. Hay, 1981)。
水 循 环
水循环与美国水系简图
水圈的结构
• 水圈的水平结构特征
• 连续性: 地球表面任何一个地方都有水的分布， 水在地球表层的分布是连续的。 • 不均匀性：水在地表的分布是不均匀的。不均匀 性一是表现在水圈的厚度各处不一，二是表现在水 圈中各处分布的水量不同。
水圈的垂直结构特征
近地面集中分布:水主要集中分布在地面附近，随着离 地面距离的增大水越来越少。 垂直分层: 水圈在垂直方向上具有一定的分层现象。 相态分异 : 水的相态在垂直方向上的有规律的变化现 象。
水圈的组成
海洋水：海洋是水
圈的主体，是地球 上水的最大源地。 全球海洋总面积为 3.61×108 km2， 约占地球表面的 71%；海水总体积 约为1.37×109 km3，约占地球总 水量的96%-97%。
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地 球 上 的 水
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水 循 环
全球水分循环中的通量存在着年内季节性的与多年 年际间的变化。在冬季，大陆地表水分的净输入来自 于海洋；而在夏季，热对流是降水的主导机制，蒸发 使土壤水分耗竭并成为大气水分的主要来源之一。对 这种变化的了解，既有助于我们解释水分循环中异常 现象产生的部位和程度，也可使我们更清楚地认识地 表变化的环境影响。
水循环
全球水分循环中各主要贮水库的总水量以及各主要贮水库之间水 分交换通量，在地质历史时期曾发生过重大变化。如白垩纪中晚期 地球表面没有冰盖，没有冰雪的贮水。再如第四纪冰期鼎盛时期，
以距今18000年末次冰期鼎盛时期为例，当时的全球平均气温要比
现代低6-7℃，全球陆上冰体总量要比现代多约50.72×106km3， 世界海洋水位要比现代低约130m，海面蒸发量要比现代少约
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陆 地 水
陆地水：河流；湖泊；沼泽；地下水；冰川。
水 循 环
水循环是贮水库水体之 间水分的往返交换，周而 复始的互补。水循环的实 施途径是水的三种物态的 更替与流动。水循环的基 本动力是太阳辐射能与地 球引力，以及在水循环过 程中的能量转移。全球水 分循环是地球各圈层之间 的水分交换，是最基本的 物质流、能量流及生物地 球化学循环，并对天气和 气候及地貌发育起着重要 的作用。