第三章 气候系统的水分循环

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1、第三章气候系统的水分循环水是自然界分布最广的物质之一。由于水能在常温状态下具有气态、液态和固态相互转化的独特的物理性质，因而水几乎在地球系统的所有方面都起着支配作用，积极参与地球上自然环境的发展过程。水与热量的不同组合，决定了地球上的气候带和自然带的形成。可以说，水是控制气候系统的控制器。4.1基本概念4.1.1气候系统中的水地球上水总量有14亿km3。其中约96.5%存在于海洋，其次是陆地的冰川和永久积雪，约占总水量的1.74%，如果这些冰雪全部融化，则海面将会升高70米上下，三是地下水，约占总水量的1.68%，这是非常丰富的水源。不足3%的淡水，又有2/3

2、以固态的冰、雪分布于极地和高山。与人类生产、生活密切的淡水，如河水、淡水湖水和浅层地下淡水，其储量仅有104.6亿立方米，仅占地球淡水储量的0.34%，这一淡水资源又常以洪水形式直接流入大海，无法利用，可见可利用的淡水资源是十分珍贵的。世界总水量4.1.2水分循环水圈中的水在自然界中不断循环、转化，同时又带着热量和物质影响着气候系统的水分平衡和热量平衡，随大气环流而产生各种天气现象，又同时影响着大气环流。水分循环的内因是固态、液态、气态水随着温度的不同而转移变换，外因主要是太阳辐射和地心引力。1、大循环与小循环海陆之间的水分交换称为大循环，也称外循环(图4.1

3、)。海洋面上蒸发的水汽，再以降水形式直接落到海洋面上，或从陆地蒸发的水汽再以降水形式落到陆面上，这种循环为小循环（亦种内循环）。在水分循环过程中水分通过降水、蒸发、下渗、径流等方式进行水分交换，由于地面受太阳辐射强弱的不同及地理条件的差异，造成了水循环在各地区和不同年份都有很大的差别，也形成了多水的湿润地区和少水的干旱地区，每个地区在时程上也存在着洪涝和干旱的差别。3、影响水分循环的因素1)气象因素：如风向、风速、温度、湿度等：2)下垫面因素:即自然地理条件，如地形、地质、地貌、土壤、植被等；3)人类改造自然的活动：包括水利措施、农林措施和环境工程措施等。4.

4、2地表面的蒸发蒸发是水分从液态变气态的物理过程。地表水受热而蒸发，是水分循环的最基本的一环，可以认为是水分循环过程的起点，是地表水分平衡、热量平衡的重要组成部分。广义的蒸发应包括陆面、水面的蒸发和植物的蒸腾，以及冰雪面的冰雪汽化。植被地段的地面蒸发和植物蒸腾又统称为蒸散。表示蒸发面蒸发快慢的特征量通常是用蒸发速度(亦称为蒸发率或地面水汽输送通量)，是指某一地面在单位时间内从单位面积上蒸发出的水汽量。表示在某一时段内蒸发大小，通常用用时段蒸发量表示。可能蒸发也称为蒸发力、位势蒸发，彭曼指出，在水分充分供给时，用天气资料计算的长着大面积相似作物的地面蒸发量为可能蒸

5、发。可能蒸发（或蒸发力）在气象上或水文上常用E0表示。1、全球分布降水量（Ａ）（以毫米表示）、蒸发量（Ｂ）（以毫米表示）和水汽的经向输送（Ｃ）（以1013千克表示）的年平均纬度分布我国年蒸发量分布（单位：毫米）4.3大气中的水分4.3.1大气中的含水量若大气中平均总的含水量全部凝结成水，均匀分布在地球上，其水深仅约25厘米。大气中水汽含量的计算是指单位面积上大气柱中的水汽含量。大气中水汽含量可以利用大气湿度随高度变化的分布曲线积分而求得。即如变换成等压面上的比湿来计算，则为这里a(z)为绝对湿度随高度z变化的函数，q(P)为比湿随气压P变化的函数，P0为地面气

6、压，P∞、Z∞为大气柱顶的气压和高度，g为重为加速度。可见，只要知道了湿度随高度的分布函数，就可以计算出整层大气柱的水汽含量。水分循环深刻地影响着气候系统各子系统的演变，影响自然界中一系列的物理过程、化学过程和生物学过程，影响人类社会的发展和生产活动。自然环境的变化和人类活动又反过来影响水分循环。1）水分循环使地球上各水体组合成一个连续的、统一的水圈，并把气候系统五大圈层（大气圈、岩石圈、生物圈、冰雪圈和水圈）联立组成既互相联系、又互相制约的有机整体。2）水分循环使地球上的物质和能量得到输送。它把地表上获得的太阳辐射能重新分布，使地区之间得到调节；水量和热量的

7、不同组合，又使地表形成不同的自然带，组成丰富多彩的自然景观。如大气降水落到地面后，除了部分蒸发和下渗外，地表形成径流，径流的冲刷和侵蚀作用，创造了各种地貌形态，水流把冲刷出来的大量泥沙输送到低洼的地区，经长期堆积作用形成平原；部分低洼地由于地面水的蓄积形成湖泊、沼泽。所有这些形态的塑造，水循环都建立了卓越的功勋。3）水分循环使海洋与陆地之间的联系十分紧密。海洋向陆地输送水分，影响陆地上一系列的气象、气候变化过程，而陆地向海洋输送泥沙、有机质和营养盐，也影响海洋的物理、化学和生物变化。4）水分循环使地球上的水周而复始地补充、消耗和变化，供人们利用，是可再生的资源

8、。水分循环的强弱、循环路径等都会影响区