第二章地球上的水循环.ppt

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第二章地球上的水分循环和水量平衡一、水分循一、水分循环地表水、地下水和生物有机体内的水，不断蒸地表水、地下水和生物有机体内的水，不断蒸发和蒸和蒸腾，化，化为水汽，上升至空中，冷却凝水汽，上升至空中，冷却凝结成水滴或冰晶，成水滴或冰晶，在一定的条件下，以降水的形式落到地球表面。

降落于在一定的条件下，以降水的形式落到地球表面。

降落于地表的水又重新地表的水又重新产生蒸生蒸发、凝、凝结、降水和径流等、降水和径流等变化。

化。

水的水的这种不断地蒸种不断地蒸发、输送、凝送、凝结、降落的往复运、降落的往复运动过程称程称为水分循水分循环。

（一）水分循水分循环及其成因及其成因第第二二章章水循水循环与水量平衡与水量平衡要点：

要点：

地球上的水与水圈是开放系统，在气、水、地、生物系统中循环流通。

水量平衡，是动态平衡。

人类可以改变水量平衡方程式中的多个因子，有时给人类带来的利多，有时会意想不到地带来的弊比利多。

水循水循环与水量平衡与水量平衡据1970年国际水文学会的数据，地球上的水量总体积约15108km3，它们分聚为江河湖、海及冰川等多类水体（表18-2）。

如果把各类水体铺在地球表面的平均深度，规定为它们的当量深度，那么，估算的海洋水体的当量深度为2700-2800m，冰和雪为50m，地下水为15m，陆地上的河湖水为0.4-1.0m，大气水的当量深度为0.03m。

水域是指水体的地理位置，自由水面的形状与面积。

所谓水圈，由地球表面各类水体各地水域共同组成，抽象为覆盖地球表面的水层，实际上是不连续的、上下高程相差很大的自在水体水域的总称。

水圈对地球环境有重要的贡献，水体或水域对地球环境的影响则各有各的有效范围，它们造成了地球环境的分异，而且建立了以水体或水域为中心的、向外逐渐减弱其影响强度的、次级地球环境的变化系列。

地球上的水量地球上的水量水圈的组成水圈的组成海洋水：

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3.61108km2，约占地球表面的71%；海水总体积约为1.37109km3，约占地球总水量的96%-97%。

陆地水：

陆地水：

河流；湖泊；沼泽；地下水；冰川河流；湖泊；沼泽；地下水；冰川。

陆地水地球上的水水水循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的作用。

全球水分循环示意图水水循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181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。

水水循循环全球海洋总贮水量约1.4109km3，约占全球总水量的97%。

全球海洋表面积约3.61108km2，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3.7104a。

水水循循环每年约有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。

水水循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23.45106km3，折合水量约21.50106km3。

格陵兰冰盖总体积约2.6106km3，折合水量约2.38106km3（Flint,R.F.,1971）。

全球冰川冰的总体积约25106km3，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103105年。

大约距今18000年来，全球大陆冰川的总消融量约50.72106km3，相当于海洋水层增厚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。

冰盖与冰川冰盖与冰川冰盖与冰川冰盖与冰川新西兰法兰士约塞夫冰川新西兰法兰士约塞夫冰川新西兰法兰士约塞夫冰川新西兰法兰士约塞夫冰川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。

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。

土壤层水的更替周期约1年，生物水更替周期以几小时计。

水循环全球水分循环系统是开放系统，它有地球内部原生水的补给，以及岩石圈板块运动所带来的地球表层水量的得失。

地球内部原生水通过火山喷发和温泉途径补给地球表层。

如果按稳定累积速度计算，在过350Ma内，地球内部原生水补给总量可达231109km3，已是地球表层总水量的150多倍，但这些水的大部分又通过板块运动回归到地球内部，参与地球内部与地球表层之间的水分循环，只有大约0.6%保留在地表，即相当于地球表面的总水量。

若按地球内部原生水稳定补给，它将使世界海面平均每千年上升1cm，但是海洋沉积所含的孔隙水又随海底地壳俯冲消亡而损失，平均每年减少2.61014g，它相当于世界海面平均每千年下降0.71.4cm（J.R.Southam,andW.W.Hay,1981）。

水水循循环全球水分循全球水分循全球水分循全球水分循环环中各主要中各主要中各主要中各主要贮贮水水水水库库的的的的总总水量以及各主要水量以及各主要水量以及各主要水量以及各主要贮贮水水水水库库之之之之间间水水水水分交分交分交分交换换通量，在地通量，在地通量，在地通量，在地质历质历史史史史时时期曾期曾期曾期曾发发生生生生过过重大重大重大重大变变化。

如白垩化。

如白垩化。

如白垩化。

如白垩纪纪中晚期中晚期中晚期中晚期地球表面没有冰盖，没有冰雪的地球表面没有冰盖，没有冰雪的地球表面没有冰盖，没有冰雪的地球表面没有冰盖，没有冰雪的贮贮水。

再如第四水。

再如第四水。

再如第四水。

再如第四纪纪冰期鼎盛冰期鼎盛冰期鼎盛冰期鼎盛时时期，期，期，期，以距今以距今以距今以距今1800018000年末次冰期鼎盛年末次冰期鼎盛年末次冰期鼎盛年末次冰期鼎盛时时期期期期为为例，当例，当例，当例，当时时的全球平均气温要比的全球平均气温要比的全球平均气温要比的全球平均气温要比现现代低代低代低代低6-76-7，全球，全球，全球，全球陆陆上冰体上冰体上冰体上冰体总总量要比量要比量要比量要比现现代多代多代多代多约约50.721050.721066kmkm33，世界海洋水位要比世界海洋水位要比世界海洋水位要比世界海洋水位要比现现代低代低代低代低约约130m130m，海面蒸海面蒸海面蒸海面蒸发发量要比量要比量要比量要比现现代少代少代少代少约约14%（CLIMAP14%（CLIMAP，1976）1976）。

由于冰雪由于冰雪由于冰雪由于冰雪贮贮水参与全球水分循水参与全球水分循水参与全球水分循水参与全球水分循环环的速度的速度的速度的速度十分十分十分十分缓缓慢，且由于气温低而水分循慢，且由于气温低而水分循慢，且由于气温低而水分循慢，且由于气温低而水分循环环通量也特通量也特通量也特通量也特别别低，所以在冰期鼎低，所以在冰期鼎低，所以在冰期鼎低，所以在冰期鼎盛盛盛盛时时期全球水分循期全球水分循期全球水分循期全球水分循环处环处于明于明于明于明显显的衰弱状的衰弱状的衰弱状的衰弱状态态，并，并，并，并对对全球生物化学循全球生物化学循全球生物化学循全球生物化学循环环产产生极生极生极生极为为深刻的影响。

深刻的影响。

深刻的影响。

深刻的影响。

水水循循环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。

水循水循水循水循环环与美国水系与美国水系与美国水系与美国水系简图简图水圈的结构水圈的结构水圈的水平结构特征水圈的水平结构特征水圈的水平结构特征水圈的水平结构特征连续性连续性连续性连续性:

地球表面任何一个地方都有水的分布，地球表面任何一个地方都有水的分布，地球表面任何一个地方都有水的分布，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。

水在地球表层的分布是连续的。

水在地球表层的分布是连续的。

水在地球表层的分布是连续的。

不均匀性：

不均匀性：

不均匀性：

不均匀性：

水在地表的分布是不均匀的。

不均匀水在地表的分布是不均匀的。

不均匀水在地表的分布是不均匀的。

不均匀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性一是表现在水圈的厚度各处不一，二是表现在水圈性一是表现在水圈的厚度各处不一，二是表现在水圈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。

中各处分布的水量不同。

中各处分布的水量不同。

中各处分布的水量不同。

水圈的垂直结构特征水圈的垂直结构特征水圈的垂直结构特征水圈的垂直结构特征近近地地面面集集中中分分布布:

水水主主要要集集中中分分布布在在地地面面附附近近，随随着着离离地面距离的增大水越来越少。

地面距离的增大水越来越少。

垂直分层垂直分层:

水圈在垂直方向上具有一定的分层现象。

水圈在垂直方向上具有一定的分层现象。

相相态态分分异异:

水水的的相相态态在在垂垂直直方方向向上上的的有有规规律律的的变变化化现现象。

象。

水水循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。

整整个个水水分分循循环过程程包包括括了了蒸蒸发、降降水水、径径流流33个个阶段段和和水水分分蒸蒸发、水水汽汽输送送、凝凝结降降水水、水水分分下下渗渗、径径流流55个个环节。

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。

水的运动概概念念：

地地球球上上各各种种形形态态的的水水，在在太太阳阳辐辐射射、重重力力等等作作用用下下，通通过过蒸蒸发发、水水汽汽