水循環

水循環

水循環是指地球上不同的地方上的水,通過吸收太陽的能量,改變狀態到地球上另外一個地方。例如地面的水分被太陽蒸發成為空氣中的水蒸氣。而水在地球的狀態包括固態、液態和氣態。而地球中的水多數存在於大氣層、地面、地底、湖泊、河流及海洋中。水會通過一些物理作用,例如:蒸發、降水、滲透、表面的流動和地底流動等,由一個地方移動到另一個地方。如水由河川流動至海洋。

由16,17世紀佩羅和馬略特發現。

基本介绍

  • 中文名:水循環
  • 外文名:Water Circulation/Water Cycle
  • 運動:地表水的遷移
  • 主要環節:降水,蒸發,徑流
  • 發現者佩羅和馬略特
  • 屬於:氣候環境
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水循環

地球表面各種形式的水體是不斷地相互轉化的,水以氣態,液態和固態的形式在陸地、海洋和大氣間不斷循環的過程就是水循環。地球表面的水通過形態轉化和在地表及其鄰近空間(對流層和地下淺層)遷移。
水循環的成因
形成水循環的外因是太陽輻射和重力作用,其為水循環提供了水的物理狀態變化和運動能量:形成水循環的內因是水在通常環境條件下氣態、液態、固態三種形態容易相互轉化的特性。
降水、蒸發和徑流是水循環過程的三個最重要環節,這三個環節構成的水循環決定著全球的水量平衡,也決定著一個地區的水資源總量。
水循環的分類
水循環還可以分為海陸間循環、陸上內循環和海上內循環三種形式

環節

水循環是多環節的自然過程,全球性的水循環涉及蒸發、大氣水分輸送、地表水和地下水循環以及多種形式的水量貯蓄降水、蒸發和徑流是水循環過程的三個最主要環節,這三者構成的水循環途徑決定著全球的水量平衡,也決定著一個地區的水資源總量。
水循環
蒸發是水循環中最重要的環節之一。由蒸發產生的水汽進入大氣並隨大氣活動而運動。大氣中的水汽主要來自海洋,一部分還來自大陸表面的蒸散發。大氣層中水汽的循環是蒸發-凝結—降水—蒸發的周而復始的過程。海洋上空的水汽可被輸送到陸地上空凝結降水,稱為外來水汽降水;大陸上空的水汽直接凝結降水,稱內部水汽降水。一地總降水量與外來水汽降水量的比值稱該地的水分循環係數。全球的大氣水分交換的周期為10天。在水循環中水汽輸送是最活躍的環節之一。
徑流是一個地區(流域)的降水量與蒸發量的差值。多年平均的大洋水量平衡方程為:蒸發量=降水量-徑流量;多年平均的陸地水量平衡方程是:降水量=徑流量+蒸發量。但是,無論是海洋還是陸地,降水量和蒸發量的地理分布都是不均勻的,這種差異最明顯的就是不同緯度的差異。
中國的大氣水分循環路徑有太平洋、印度洋、南海、鄂霍茨克海及內陸等 5個水分循環系統。它們是中國東南、西南、華南、東北及西北內陸的水汽來源。西北內陸地區還有盛行西風和氣旋東移而來的少量大西洋水汽。
陸地上(或一個流域內)發生的水循環是降水-地表和地下徑流-蒸發的複雜過程。陸地上的大氣降水、地表徑流及地下徑流之間的交換又稱三水轉化。流域徑流是陸地水循環中最重要的現象之一。
地下水的運動主要與分子力、熱力、重力及空隙性質有關,其運動是多維的。通過土壤和植被的蒸發、蒸騰向上運動成為大氣水分;通過入滲向下運動可補給地下水;通過水平方向運動又可成為河湖水的一部分。地下水儲量雖然很大,但卻是經過長年累月甚至上千年蓄集而成的,水量交換周期很長,循環極其緩慢。地下水和地表水的相互轉換是研究水量關係的主要內容之一,也是現代水資源計算的重要問題。
據估計,全球總的循環水量約為496′1012立方米/年,不到全球總儲水量的萬分之四。在這些循環水中,約有22.4%成為陸地降水,這其中的約三分之二又從陸地蒸發掉了。但總算蒸發量小於降水量,這才形成了地面徑流。

交換周期

綜述

水循環系統是多環節的龐大動態系統,自然界中的水是通過多種路線實現其循環和相變的。其範圍可由地表向上伸展至大氣對流層頂以上,地表向下可及的深度平均約1000米。全球性的水循環稱為大循環,由海洋、陸地和一系列大小區域的水循環所組成。水循環按其發生的空間又可以分為海洋水循環、陸地水循環(包括內陸水循環)。因此,水循環的尺度大至全球,小至局部地區。從時間上劃分,可以是長時期的平均,也可以是短時段的狀況。相應的,研究水循環時,研究的區域可大至全球、某一流域,也可小至某一地域內的土壤或地下含水層內的水循環,時間也可長可短。
水循環分為海陸間循環(大循環)以及陸地內循環海上內循環(小循環)。從海洋蒸發出來的水蒸氣,被氣流帶到陸地上空,凝結為雨、雪、雹等落到地面,一部分被蒸發返回大氣,其餘部分成為地面徑流或地下徑流等,最終回歸海洋。這種海洋和陸地之間水的往復運動過程,稱為水的大循環。僅在局部地區(陸地或海洋)進行的水循環稱為水的小循環。環境中水的循環是大、小循環交織在一起的,並在全球範圍內和在地球上各個地區內不停地進行著。

水交換周期

水循環使地球上各種形式的水以不同的周期或速度更新。水的這種循環復原特性,可以用水的交替周期表示。由於各種形式水的貯蓄形式不一致,各種水的交換周期也不一致。

水循環周期表

水體名稱:更新周期/年大氣水:0.025~0.03 年 河水(外流): 0.03~0.05年 湖泊淡水: 10~100年 地下水:100~1000年海洋水:約5000年 冰川: 約10 0005年。水循環的形成和影響因素。

主要作用

水是一切生命機體的組成物質,也是生命代謝活動所必需的物質,又是人類進行生產活動的重要資源。 地球上的水分布在海洋、湖泊、沼澤、河流、冰川、雪山,以及大氣、生物體、土壤和地層。水的總量約為1.4×109km3,其中96.5%在海洋中,約覆蓋地球總面積的70%。陸地上、大氣和生物體中的水只占很少的一部分。
水循環水循環
水循環的主要作用表現在三個方面:
① 水是所有營養物質的介質,營養物質的循環和水循環不可分割地聯繫在一起;
② 水對物質是很好的溶劑,在生態系統中起著能量傳遞和利用的作用;
③ 水是地質變化的動因之一,一個地方礦質元素的流失,而另一個地方礦質元素的沉積往往要通過水循環來完成。
地球上的水圈是一個永不停息的動態系統。在太陽輻射和地球引力的推動下,水在水圈內各組成部分之間不停的運動著,構成全球範圍的海陸間循環(大循環),並把各種水體連線起來,使得各種水體能夠長期存在。海洋和陸地之間的水交換是這個循環的主線,意義最重大。在太陽能的作用下,海洋表面的水蒸發到大氣中形成水汽,水汽隨大氣環流運動,一部分進入陸地上空,在一定條件下形成雨雪等降水;大氣降水到達地面後轉化為地下水、土壤水地表徑流地下徑流和地表徑流最終又回到海洋,由此形成淡水的動態循環。這部分水容易被人類社會所利用,具有經濟價值,正是我們所說的水資源。
水循環是聯繫地球各圈和各種水體的“紐帶”,是“調節器”,它調節了地球各圈層之間的能量,對冷暖氣候變化起到了重要的因素。水循環是“雕塑家”,它通過侵蝕,搬運和堆積,塑造了豐富多彩的地表形象。水循環是“傳輸帶”,它是地表物質遷移的強大動力,和主要載體。更重要的是,通過水循環,海洋不斷向陸地輸送淡水,補充和更新新陸地上的淡水資源,從而使水成為了可再生的資源。

影響

自然因素主要有氣象條件(大氣環流、風向、風速、溫度、濕度等)和地理條件(地形、地質、土壤、植被等)。人為因素對水循環也有直接或間接的影響。
大氣環流變化引起的降水時空分布、 強度和總量的變化, 雨帶的遷移以及氣溫、 空氣濕度、 風速的變化以及太陽輻射強迫的變化直接影響土壤水, 蒸發及徑流的生成。受氣候因素的制約, 我國濕潤氣候區、 半濕潤氣候區及乾旱半乾旱地區的陸地水循環有顯著差異。
人類活動不斷改變著自然環境,越來越強烈地影響水循環的過程。人類構築水庫,開鑿運河、渠道、河網,以及大量開發利用地下水等,改變了水的原來徑流路線,引起水的分布和水的運動狀況的變化。農業的發展,森林的破壞,引起蒸發、徑流、下滲等過程的變化。城市和工礦區的大氣污染和熱島效應也可改變本地區的水循環狀況。
人類活動對水循環的影響反映在兩方面。最重要的方面是由於人類生產和社會經濟發展使大氣的化學成分發生變化, 如 CO2、 CH 4、 CFCs 等溫室氣體濃度的顯著增加改變了地球大氣系統輻射平衡而引起氣溫升高, 全球性降水增加, 蒸發加大和水循環的加快以及區域水循環變化。這種變化的時間尺度可持續幾十年到幾百年。另一種人類活動主要作用於流域的下墊面, 如土地利用的變化、 農田灌溉、 農林墾殖、 森林砍伐、 城市化不透水層面積的擴大、 水資源開發利用和生態環境變化等引起的陸地水循環變化。這種人類活動的影響雖然是局部的, 但往往強度很大, 有時對水循環的影響可擴展至較大地區。
環境中許多物質的交換和運動依靠水循環來實現。陸地上每年有3.6×1013 m3的水流入海洋,這些水把約3.6×10^9噸的可溶解物質帶入海洋。
人類生產和消費活動排出的污染物通過不同的途徑進入水循環。礦物燃料燃燒產生並排入大氣的二氧化硫和氮氧化物,進入水循環能形成酸雨,從而把大氣污染轉變為地面水和土壤的污染。大氣中的顆粒物也可通過降水等過程返回地面。土壤和固體廢物受降水的沖洗、淋溶等作用,其中的有害物質通過徑流、滲透等途徑,參加水循環而遷移擴散。人類排放的工業廢水和生活污水,使地表水或地下水受到污染,最終使海洋受到污染。
水在循環過程中,沿途挾帶的各種有害物質,可由於水的稀釋擴散,降低濃度而無害化,這是水的自淨作用。但也可能由於水的流動交換而遷移,造成其他地區或更大範圍的污染。
地球上大量的熱能用於將冰融化為水(335J·g)使水溫升高(1℃需4.18J·g),並將水轉換為蒸汽(2243J·g)。因此,水有防止溫度發生劇烈波動的重要生態作用。

水量平衡

水量平衡是說,在一個足夠長的時期里,全球範圍的總蒸發量等於總降水量。與世界大陸相比,中國年降水量偏低,但年徑流係數均高,這是中國多山地形和季風氣候影響所致。中國內陸區域的降水和蒸發均比世界內陸區域的平均值低,其原因是中國內陸流域地處歐亞大陸的腹地,遠離海洋之故。中國水量平衡要素組成的重要界線,是1200毫米年等降水量。年降水量大於1200毫米的地區,徑流量大於蒸散發量;反之,蒸散發量大於徑流量,中國除東南部分地區外,絕大多數地區都是蒸散發量大於徑流量。越向西北差異越大。水量平衡要素的相互關係還表明在徑流量大於蒸發量的地區,徑流與降水的相關性很高,蒸散發對水量平衡的組成影響甚小。在徑流量小於蒸發量的地區,蒸散發量則依降水而變化。這些規律可作為年徑流建立模型的依據。另外,中國平原區的水量平衡均為徑流量小於蒸發量,說明水循環過程以垂直方向的水量交換為主。
水循環水循環

意義

當前已經把水循環看作為一個動態有序系統。按系統分析,水循環的每一環節都是系統的組成成分,也是一個亞系統。各個亞系統之間又是以一定的關係互相聯繫的,這種聯繫是通過一系列的輸入與輸出實現的。例如,大氣亞系統的輸出──降水,會成為陸地流域亞系統的輸入,陸地流域亞系統又通過其輸出──徑流,成為海洋亞系統的輸入等。以上的水循環亞系統還可以細分為若干更次一級的系統。
水循環水循環
水循環是地球上最重要的物質循環之一,它實現了地球系統水量、能量和地球生物化學物質的遷移和轉換、構成了全球性的連續有序的動態大系統。水循環聯繫著海陸兩大系統,塑造著地表形態,制約著地球生態環境的平衡和協調,不斷提供再生的淡水資源。因此,水循環對於地球表層結構的演變和人類可持續發展都意義重大。
1,水循環深刻地影響著地球表層結構的形成、演化和發展。
2,水循環的實質就是物質與能量的傳輸過程。
3,水循環是海陸間聯繫的紐帶。
4,水循環是地球系統中各種水體不斷更新的總和,這使得水成為可再生資源,根植於人類社會和歷史的變遷之中。
水循環的地理意義有五方面:
①水在水循環這個龐大的系統中不斷運動、轉化,使水資源不斷更新(所謂更新,在一定程度上決定了水是可再生資源)。
水循環水循環
②水循環維持全球水的動態平衡。
③水循環進行能量交換和物質轉移。陸地徑流向海洋源源不斷地輸送泥沙、有機物和鹽類;對地表太陽輻射吸收、轉化、傳輸,緩解不同緯度間熱量收支不平衡的矛盾,對於氣候的調節具有重要意義。
④造成侵蝕、搬運、堆積等外力作用,不斷塑造地表形態
⑤水循環可以對土壤的優質產生影響。水循環簡表
水循環類型
發生空間
循環過程及環節
特點
水循環的意義
海陸間大循環
海洋與陸地之間
蒸發,水汽輸送,降水,地表徑流,下滲,地下徑流
最重要的水循環類型,使陸地水得到補充
維持全球水的動態平衡和不斷更新的狀態
海上內循環
海洋與海洋上空之間
蒸發,降水
攜帶水量最大的水循環,是海陸間大循環的近十倍
使海陸之間實現物質遷移和能量交換
陸地循環
陸地與陸地上空之間
蒸發,植物蒸騰,降水
補充陸地水體的少量為數很少
影響全球的氣候和生態,塑造者地表形態

其他

社會水循環
人類社會對自然水循環的持續干預,破壞其原有的路線和發展進程,加之地表水資源、地下水資源的過度開發利用,導致水資源逐漸成為稀缺資源。同時,城市化、工業化的不斷擴張,排放污水、廢水與日俱增,滋生一系列違背自然水循環規律的水資源問題。社會水循環的提出,為水資源高效利用及與自然水循環和諧共處提供新的契機,科學解決當前面臨的水資源開發、利用、節約、保護等難題。
全球變暖背景下水循環在加強
全球變暖背景下水循環在加強。水循環的改變一方面能夠影響海洋的淡水通量,誘導出海洋鹽度,流場,以及溫度場的異常。海洋的異常能夠進一步反饋給大氣,從而激發全球氣候的調整。另一方面,水循環的改變還能夠影響大氣中的水汽含量和非絕熱加熱率。大氣中的水汽是最主要的溫室氣體之一,水汽反饋是全球變暖過程中最顯著的正反饋過程。水汽的相變過程導致潛熱通量發生異常,最終能夠影響氣候系統中的極向熱輸送。
寒區水循環
寒區因為凍土層的廣泛存在, 該地區水循環、 水平衡和水資源驅 動機制具有其自身特色, 水文特點 與無凍土 區相比有著顯著差別。永久凍土和季節性凍土對上層土壤含水量、 土壤蒸發能力和土壤入滲有著深刻影響, 從而影響 區域或流域的產匯流機制甚至水循環特性。此外, 由於氣 候變化的影響和 人類活動的日益加劇, 寒區水循環 與水資源對於這些變化和影響的回響因其自身的水文特性與其他地 區的回響有著相當大的區別。

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