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水循环

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水循环是指地球上不同的地方上的水,通过吸收太阳的能量,改变状态到地球上另外一个地方。例如地面的水分被太阳蒸发成为空气中的水蒸气。而水在地球的状态包括固态、液态和气态。而地球中的水多数存在于大气层、地面、地底、湖泊、河流及海洋中。水会通过一些物理作用,例如:蒸发、降水、渗透、表面的流动和地底流动等,由一个地方移动到另一个地方。如水由河川流动至海洋。

编辑摘要
中文名: 水循环 英文名: The water cycle
拼音 : shui xun huan

目录

Water Cycle

水循环 - 概述

又称水分循环水文循环,是自然环境中主要的物质运动和能量交换的基本过程之一,指地球上的水连续不断地变换地理位置和物理形态(相变)的运动过程,具体指自然界的水在水圈、大气圈、岩石圈、生物圈四大圈层中通过各个环节连续运动的过程。解决了地球上的水资源数量有限,但是用之不竭的问题。

水循环示意图水循环示意图

水循环可以描述为如下的图式:在太阳辐射能和地球表面热能的作用下,从地球上海陆表面蒸发的水分,上升到大气中;随着大气的运动和在一定的热力条件下,水汽遇冷凝结为液态水,在重力的作用下,以降水的形式落至地球表面;一部分降水可被植被拦截或被植物散发,降落到地面的水可以形成地表径流;渗入地下的水一部分从表层壤中流和地下径流形式进入河道,成为河川径流的一部分;贮于地下的水,一部分上升至地表供蒸发,一部分向深层渗透,在一定的条件下溢出成为不同形式的泉水;地表水和返回地面的地下水,最终都流入海洋或蒸发到大气中。(见图)

水循环 - 组成

可分为两大部分,即大气部分——水汽输送阶段和降水阶段;地面部分——径流阶段与蒸发阶段。每一部分中又都包含三个方面,即水分输送、暂时储存和状态的变化。关于状态变化,在大气部分是通过凝结,把气态转变成液态,地面部分是通过蒸发,把液态转变成气态。

水循环 - 基本环节

· 降水,包括陆上降水和海上降水;

· 蒸发,包括海上蒸发、陆面蒸发、植物蒸腾;

· 输送,包括水汽输送和径流输送。

水循环 - 形成和影响因素

形成水循环的内因是水在通常环境条件下气态、液态、固态易于转化的特性,因水随着温度的不同,以三种形态出现,因而使水分在循环过程中的转移、交换才成为可能。地球上的水分布广泛,贮量巨大,是水循环的物质基础。

外因是太阳辐射和地心引力的重力作用,因太阳辐射是地表热能的主要源泉,它促使冰雪融化、水分蒸发、空气流动等;地心引力则使大气降水、地表水下渗、径流等得以进行。外因为水循环提供了水的物理状态变化和运动的能量。由于地球上太阳辐射的强度不均匀,不同地区的水循环的情况也就不相同。如在赤道地区太阳辐射强度大,降水量一般比中纬地区多,尤其比高纬地区多。

影响水循环的因素很多。自然因素主要有气象条件(大气环流、风向、风速、温度、湿度等)和地理条件(地形、地质、土壤、植被等)。人为因素对水循环也有直接或间接的影响。

水循环 - 地理意义

水循环发生的领域有海洋与陆地之间,陆地与陆地之间,海洋与海洋上空之间。

1. 水循环维持地球上各水体之间的动态平衡,联系各个圈层,促进物质运动和能量交换;

2. 水循环使淡水资源不断更新(但要明确水资源并非取之不尽,用之不竭的);

3. 水循环对气候、生态、地貌等方面都产生深刻影响。

水循环 - 相互联系的水体

表1 自然界水的分布

地球上的水在地理环境中包括海洋中的水、大陆上的水、大气中的水及地下水等,以汽态、液态和固态三种形式存在并相互转化,形成各种水体,构成一个连续但不规则的圈层──水圈

从运动更新的角度看,陆地上的各种水体之间具有水源相互补给的关系。如河流水体[1] 的补给可能涉及大气降水、冰川融水、湖泊水和地下水等。假设河流水位与湖泊水位有差异,分析它们的补给关系?从水往低处流的道理,理解当河流水位高于湖泊水位时,水的运动方向是:河流→湖泊;而湖泊水位高于河流水位时,水的运动方向是:湖泊→河流。这就是河流与湖泊之间的相互补给关系。另外,需要说明的是,湖泊对河流水具有一定的调节作用。洪水期,沿河湖泊及水库会起削减洪峰的作用。

大气降水是大多数陆地水体的直接来源,所以,我国东部绝大多数河流的径流与降水量季节变化关系密切,有明显的季节和年际变化;靠雨水补给的河流,其汛期出现的时间与降水出现的季节一致。但是一定要注意:汛期都在雨季,而非夏季,因为不同的气候类型,降水的季节并非都在夏季(如地中海式气候,雨季在冬季)。在内陆地区,河流主要靠冰川融水补给,所以,河流径流变化与气温变化有直接的相关性,河流的汛期出现在夏季。但是应该注意:南北半球的季节是相反的。我国大部分地区属于季风气候,因此,在冬季,我国大多数河流进入枯水期,河水主要靠地下水补给。

水循环 - 过程和主要环节

水循环

水循环是多环节的自然过程,全球性的水循环涉及蒸发、大气水分输送、地表水和地下水循环以及多种形式的水量贮蓄。以海陆间循环为主,主要环节:海洋水-蒸发-水汽输送-降水-地表水-地表、地下径流汇入大海。

蒸发是水循环中最重要的环节之一。由蒸发产生的水汽进入大气并随大气活动而运动。大气中的水汽主要来自海洋,一部分还来自大陆表面的蒸散发。大气层中水汽的循环是蒸发-凝结-降水-蒸发的周而复始的过程。

海洋上空的水汽可被输送到陆地上空凝结降水,称为外来水汽降水;大陆上空的水汽直接凝结降水,称内部水汽降水。一地总降水量与外来水汽降水量的比值称该地的水分循环系数。全球的大气水分交换的周期为10天。在水循环中水汽输送是最活跃的环节之一。中国的大气水分循环路径有太平洋、印度洋、南海、鄂霍茨克海及内陆等5个水分循环系统。它们是中国东南、西南、华南、东北及西北内陆的水汽来源。西北内陆地区还有盛行西风和气旋东移而来的少量大西洋水汽。

陆地上(或一个流域内)发生的水循环是降水-地表和地下径流-蒸发的复杂过程。陆地上的大气降水、地表径流及地下径流之间的交换又称三水转化。流域径流是陆地水循环中最重要的现象之一。

地下水的运动主要与分子力、热力、重力及空隙性质有关,其运动是多维的。通过土壤和植被的蒸发、蒸腾向上运动成为大气水分;通过入渗向下运动可补给地下水;通过水平方向运动又可成为河湖水的一部分。地下水储量虽然很大,但却是经过长年累月甚至上千年蓄集而成的,水量交换周期很长,循环极其缓慢。地下水和地表水的相互转换是研究水量关系的主要内容之一,也是现代水资源计算的重要问题。

水循环 - 类型

水循环系统是多环节的庞大动态系统,自然界中的水是通过多种路线实现其循环和相变的。其范围可由地表向上伸展至大气对流层顶以上,地表向下可及的深度平均约1000米。全球性的水循环称为大循环[2] ,由海洋、陆地和一系列大小区域的水循环所组成。环境中水的循环是大、小循环[3] 交织在一起的,并在全球范围内和在地球上各个地区内不停地进行着。因此,水循环的尺度大至全球,小至局部地区。

水循环按其发生的空间又可以分为海洋水循环、陆地水循环(包括内陆水循环)、海陆间的水循环。海陆间水循环,主要指海面蒸发→水汽输送→陆上降水→径流入海这样的过程(但也不能排除有陆面蒸发→水

水循环
汽输送→海上降水这种情况的存在),使陆地水得到源源不断的补充,水资源得以再生,与人类的关系最密切。陆地水循环既包括内流区域蒸发造成陆上降水的循环,也包括外流区域造成陆上降水的循环,还包括内(外)流域蒸发造成外(内)流域陆上降水的循环,对水资源的更新数量虽然较少,但对于内陆干旱地区却有着重大的意义。海洋水循环虽不能补充陆地水,虽然运行路径较短,但从参与水循环的水汽量来说,该循环在所有的水循环中是最多的,在全球水循环整体中占有主体地位。

从时间上划分,可以是长时期的平均,也可以是短时段的状况,见本词条“更替周期”。

相应的,研究水循环时,研究的区域可大至全球、某一流域,也可小至某一地域内的土壤或地下含水层内的水循环,时间也可长可短。

水循环 - 水循环使地球上各种形式的水以不同的周期或速度更新。水的这种循环复原特性,可以用水的交替周期表示。由于各种形式水的贮蓄形式不一致,各种水的交换周期也不一致(见表)。更替周期

水循环 - 水的循环量

好像海洋蒸发到上空的水汽,有一半造成海上降水,另一半输送到陆地上空,形成陆上降水。事实上海面蒸发的绝大部分造成了海上降水,只有一小部分,即不到10%,输送到陆地上空,形成陆上降水。 

水循环 - 人类活动的影响或干预

人类活动不断改变着自然环境,越来越强烈地影响水循环的过程。人类构筑水库,开凿运河、渠道、河网,以及大量开发利用地下水等,改变了水的原来径流路线,引起水的分布和水的运动状况的变化。农业的发展,森林的破坏,引起蒸发、径流、下渗等过程的变化。城市和工矿区的和热岛效应也可改变本地区的水循环状况。

表2 水的循环量

环境中许多物质的交换和运动依靠水循环来实现。比如陆地上每年有36×10^13 m^3的水流入海洋,这些水把约3.6×10吨的可溶解物质带入海洋。人类生产和消费活动排出的污染物通过不同的途径进入水循环。矿物燃料燃烧产生并排入大气的二氧化硫和氮氧化物,进入水循环能形成,从而把大气污染转变为地面水和土壤的污染。大气中的颗粒物也可通过降水等过程返回地面。土壤和固体废物受降水的冲洗、淋溶等作用,其中的有害物质通过径流、渗透等途径,参加水循环而迁移扩散。水在循环过程中,沿途挟带的各种有害物质,可由于水的稀释扩散,降低浓度而无害化,这是水的自净作用。但也可能由于水的流动交换而迁移,造成其他地区或更大范围的污染。人类排放的工业废水和生活污水,使地表水或地下水受到污染,最终使海洋受到污染。

水循环 - 研究意义

当前已经把水循环看作为一个动态有序系统。按系统分析,水循环的每一环节都是系统的组成成分,也是一个亚系统。各个亚系统之间又是以一定的关系互相联系的,这种联系是通过一系列的输入与输出实现的。例如,大气亚系统的输出──降水,会成为陆地流域亚系统的输入,陆地流域亚系统又通过其输出──径流,成为海洋亚系统的输入等。以上的水循环亚系统还可以细分为若干更次一级的系统。

水循环把水圈中的所有水体都联系在一起,它直接涉及到自然界中一系列物理的、化学的和生物的过程。在垂直方向上,通过降水、蒸发、下渗、植物蒸腾等环节,把大气圈、水圈、生物圈、岩石圈联系起来;在水平方向上,通过水汽输送和径流输送,把陆地和海洋联系起来。这样,就构成了一个庞大的水循环系统。

水循环对于人类社会及生产活动有着重要的意义。水循环的存在,使人类赖以生存的水资源得到不断更新,成为一种再生资源,可以永久使用;使各个地区的气温、湿度等不断得到调整。此外,人类的活动也在一定的空间和一定尺度上影响着水循环。研究水循环与人类的相互作用和相互关系,对于合理开发水资源,管理水资源,并进而改造大自然具有深远的意义。

举例

(1)20世纪70年代到20世纪末,黄河下游出现了严重的断流现象,其原因主要是黄河沿河地区,特别是上游地区过度引水灌溉造成的。它对下游依靠黄河供水的地区所产生的影响是多方面的,其中最主要的是断流给沿岸地区人们生产和生活用水造成极大困难,此外也对黄河下游的自然生态环境带来极大影响。目前我国政府对黄河断流问题采取的主要措施包括:统一协调上、中、下游水资源开发与使用数量,对黄河水资源进行跨地区的合理调配;运用大型水利工程(如小浪底水库)对河流水资源的季节变化进行合理调节;在农业生产中大力推行节水灌溉技术和节水措施,提高水资源的利用率等等。目前这些措施已经取得了明显的效果。

(2)济南近几十年来的泉水断流现象,也主要与人为因素有关,其中最主要的是对地下水的过量开采和使用,导致地下水位的下降。确保泉水长流的措施,一方面可以从改善当地的生态环境入手,如通过增加植被的覆盖率,保持水土等措施,增加地下水的渗入量。另一方面应采取果断而有效的措施,如关闭自备水井,实行地下水开采许可证制度等,合理利用地下水资源,防止对地下水的过度开采。

附图

 

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参考资料:
[1] ^ 引用日期:2010-03-25
[2] ^ 引用日期:2010-03-25
[3] ^ 引用日期:2010-03-25
扩展阅读:
1人民教育出版社:《自然界的水循环》教学设计
2张家港市旭东学校:自然界的水循环

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