第二章 水环境气象学

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1、第二章水环境气象学　天文气象与水环境之间的关系极为密切。早在十五世纪达·芬奇在开凿米兰运河的工作中就注意到了自然界中的水循环。1884年俄国的沃叶意柯夫在“世界气候与俄国气候”一书中就提出了“河川是气候的产物”这一科学论断。他指出，河道是水流冲出来的，水流是降水的结果，所以研究水环境科学，首先必须研究作为水文要素，且是气象要素之一的降水现象。降水与蒸发是水象与气象间相互联系的媒介。1911年俄国水文学家奥里杰柯普在研究了西欧地区50多处河川流域的年平均雨量与年平均蒸发量的资料之后指出，不使用径流的直接观测资料，只要根据降水量及其它气象要素资料，就可以计算出各种

2、不同流域的蒸发量和径流量。法国人潘劳（1608~1680年）通过测量河水流域面积和年径流量，计算出了区域年降雨雪的总量。水文气象学在十九世纪末和二十世纪初期逐渐形成一门独立的学科。我国《周礼》卷六冬官考工中也记载有：“水有时以凝，有时以泽，此天时也”，指出水的旱与涝是随同气候的变化而转变的。《礼记月令》里也记载有“季春之月，令司空日：时而将降，下水将腾，循行国邑，周视原野，修利堤防，道达沟读……”。古代的气象学家们从气候的经验中推定出了降雨的季节，由此预计出河流水位上涨的时间，制定出防洪的措施，在农业灌溉和防御洪水方面起到了重要的作用。71第一节地球上的水循环

3、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，全球海陆空间水循环过程可分解为水汽蒸发、水汽输送、凝结降水、水分入渗，以及地表、地下径流等5个基本环节。这5个环节相互联系、相互影响，又交错并存、相对独立，并在不同的环境条件下，呈现不同的组合，在不同规模的地区，不断地发生相态转换和周而复始运动的水循环过程。从全球整体角度来说，这个循环过程可以设想从海洋的蒸发开始；蒸发的水汽升入空中，并被气流输送至各地，大部分留在海洋上空，少部分深入内陆。在适当条件下，这些水汽凝结降水。其中海面上的降水直接回归海洋，降落到陆地表面的雨雪，除重新蒸发升入空中的水汽外，一

4、部分成为地面径流补给江河、湖泊，另一部分渗入岩土层中，转化为土壤中流与地下径流。地面径流，土壤中流与地下径流，最后亦流入海洋，构成全球性统一的，连续有序的动态大系统。水的循环是一个十分复杂的过程。水分循环系统是一个水文气象系统，它的蒸发、水汽输送、凝结、云雾和降水过程是气象学所研究的范围。而降水到达地面以后，入渗、产流、汇流、形成河川径流，则是河流水文学的研究对象。此外，还有湖泊和水库水文学，沼泽水文学，冰川水文学和海洋水文学（海洋学）等。水文学与气象学分别研究了水分循环系统的两个不同的组成部分，它们之间是互相依附，密不可分，可以说是地球科学中的一对孪生姐妹。

5、一.水循环体系1.水的大循环和小循环71地球上的水分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪山，以及大气、生物体、土壤和地层中，因此广义上说，水分循环应包括地球上所有的水，无论是大气、海洋、地壳，还是生物圈中的水都应纳入这个综合的自然系统中。水圈内所有的水都参与水的循环。海洋有自己的洋流等水圈内部的水循环；大气圈里有随着大气环流进行的大气内部水循环；大气圈与陆地之间，大气圈与洋面之间，也有着蒸发的水汽又形成降水，降落的水分又形成蒸发的直接循环；岩石圈上也存在着水的转换与循环；生物体内也有着生物水的循环……。水循环分为大循环和小循环。从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带

6、到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋。这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。环境中水的循环是大、小循环交织在一起的，并在全球范围内不停地进行着。人体中，从饮水到排出体外只要几小时。而大气中的水，从蒸发进入大气，到形成降水离开大气，完成一次循环平均说来需要八天左右的时间。如果要将海洋中的水全都蒸发进入大气，完成一次水分循环过程的话，则要耗上二、三千年的时间。土壤表面上热量和水汽的收支关系是很复杂的。土壤水分特别重要，因为它能

7、贮藏好几个月。温度和环流对土壤湿度非常敏感。土壤初始状态时的湿度对环流和降水的影响可长达几周和几个月。71地球上的水循环通过三条主要途径完成，即降水、蒸发和水蒸汽输送。以雨或雪的形式降落的水量（每年约385000立方千米）中的大部分降落到海洋，然后又蒸发到大气中。还有一部分以径流或地下水的形式从陆地流向海洋。另一条途径是大气中的气流带着水蒸气从海洋到陆地。图中数字的单位是千立方千米/年。图2.1.1地球上的水循环当土壤表面覆盖上冰雪时，由于冰雪盖的反照，可以反射掉太阳大部分的辐射，从而影响地表热量平衡。模式试验表明，当撒哈拉沙漠和美洲高原的反照率增加到0.45

8、时，那些地区的降水减少1一5毫米/日。