地表水循环

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地表的各种水体,包括海洋、河川、湖泊、沼泽、冰雪,以及土壤、岩石、植被乃至动物和人类,它们内部的水都在不断地更新之中,这种更新就是水分的循环,图5.1为全球水循环示意图。在太阳辐射的作用下,水分从地面各种水体表面开始蒸发,也从植物体中蒸腾。蒸发或蒸腾的水汽(大部分来自海洋的蒸发)升人空中,在大气环流的控制下,进行着海洋与陆地、低纬度与髙纬度之间的交换。水汽遇冷凝结成云而降水(包括雪等固态水)。落到海洋表面的降水直接回归海洋。落到陆地表面的降水可以有多种途径??一部分水(地表水体、湿润的植被和土壤等)重新蒸发返回空中;另一部分水在土壤、岩石中不断下渗,直至达到饱和,形成壤中流和地下水径流;进人土壤中的水又有部分被植物吸收,通过蒸腾作用重新回到空中;落到地面的水,经过植物的截留、土壤中的下渗、吸收、地面蓄积之后,剩余的水才形成地表径流;在这些过程中,还包括动物和人类对水的搜取和排泄。地下和地表径流受地势髙低的影响,在重力的作用下不断汇集,最终归入海洋;重新返回空中的水汽又重复着输送、降水、蒸发、下渗、径流的全过程。平均来说,全球每年降水量约为488X1012m3,其中78%降落到海洋上,其余10722%降落到陆地上。总蒸发量的14%来自陆地,86%来自海洋。总降水量中的8%成为由陆地流入海洋的径流(朱瑞兆等,2005)。水循环按照不同途径和规模,分为大循环和小循环,其差别在于水汽输送是否跨越了海陆的界线。大循环又称为外循环或海陆循环,它是发生在海洋与陆地之间的水分交换过程。海洋(或陆地)表面蒸发的水汽,随着气流运动被输送到陆地(或海洋)上空成云致雨,降落到陆地(或海洋)表面。陆地表面的部分降水流回海洋,维持着海陆间水量的相对平衡。小循环又称为内部循环,是发生在海洋与大气(或陆地与大气)之间的水分交换过程。海洋表面蒸发的水汽,在海洋上空成云致雨,直接降落到海洋表面,即为海洋小循环。陆地表面蒸发的水汽全部返回陆面,即陆地小循环。水循环是地球上最重要的物质循环之一,它实现了地球系统水分、能盘和地球生物化学物质的迁移与转换,构成了全球性的连续有序的动态大系统。正是因为有了水分循环,地球上各种水体才得以不断更新,使水成为可再生资源。各种类型水资源的停留、转换和更新时间各不相同。水资源的更新周期代表了其内部水分全部排放、充满的时间。每年水体和外界交换水fl与水体平均储水量的比值称为水循环系数,指示了水体1年内的更新次数。更新周期也称为滞留周期,是365天与水循环系数的比值。表5.1是地球各类水资源的更新周期。不同水资源的更新周期反映了该种水资源的更新速度,也反映了该种水资源被取用后能否快速得到补充,是否能成为可再生水资源的关键因素。表5.1地球水资源的更新周期地球系统的各类水体在不断更新之中(引自《地球水环境学》239页),这种更新是连续有序的动态过程,并具有相对的稳定性。地球上的总水量接近于一个常数,即全球水量是平衡的。从质量守恒定律的角度研究全球水分循环过程,这就是水量平衡,它和水循环是对同一过程的不同描述。水圈描述的是地球系统的水体总和,水资源则描述了水体的静态特征,水循环描述的是水体更新的动态过程,水量平衡则利用水文观测的事实解释这一动态过程的界面特征,因此,水量的平衡不仅是水文研究的核心问题,更是决定一108个地区能有多少可利用的水资源的关键因子。全球水分循环过程中各要素变化影响到区域水资源的总量,而水分循环过程受到大气环流的控制,水循环必须通过大气环流来实现,从而达到全球水量的平衡。水循环的三个环节(蒸发、降水及水分输送)与大气环流关系密切,水源充足的条件下,蒸发的快慢、大小受环流方向和速度的影响,海洋上年平均蒸发量最大值出现在风向、风速都很稳定的信风带(15°?20°N和10°?20°S)。辖合上升气流(赤道低压带)和冷暖气团交绥(中纬度西风带)的地区形成多雨带,盛行下沉气流的地区(副热带高压带)形成少雨带。大气环流将水汽从盈余地区(中低纬度地区)输送到亏损地区(赤道和中高纬度地区),实现了全球尺度的水汽输送,使水循环和全球水fl平衡成为可能。不同地区大气环流的强弱、方向存在差异,同一个地方的大气环流在一年中也会存在季节性的差异,这就使得全球降水量存在明显的地区差异,同一个地方的降水fl也会存在明显的季节性差异。降水是地面各种水体水量的最重要的补给方式,如果一个地区降水少,且降水量小于蒸发量,地表处于水分亏缺状态,河川径流量也小,形成干旱气候区;在降水较多,平均状况下不缺水的地区,在某些时期也会由于降水稀少,形成气候干旱期。不管是干旱气候区还是干旱气候期,都会对地球水圈的各个组成部分,对水资源造成极大的影响。气候干旱使蒸散增加,也同样导致水资源减少。所以,区域降水减少、蒸散增加和地面与地下径流输入减少,都会导致水资源fl减少,从而引发干旱。\r

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