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。
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。
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。
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。
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
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 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
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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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。
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处于明显的衰弱状态，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。
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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 ×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。
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。
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。
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。