说说水循环之你该知道的知识
来源:《气象知识》   发布时间:2018-11-26
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 气候系统可以被描述成一个由大气圈、水圈、生物圈、冰雪圈和岩石圈组成的巨大系统。由于水有一种特殊的本领—在通常环境下可以实现液态、气态和固态之间的转化,而且这种变化仅仅是物理变化而不发生化学变化。这项技能让它成了全球气候系统中的“活跃分子”,大量的水分在这个系统中持续不断地运动着,这就是地球上水循环发生的内在原因;而造成地球上水循环能够发生的外在原因则是太阳辐射和地球引力为水循环提供的上升和下降的动力。内因和外因共同作用形成了我们地球上生生不息的水循环。

  水循环可以分为哪些类型

  水循环依据空间尺度的大小可以分为最大尺度的全球水循环、中等尺度的流域或区域水循环以及更小尺度的水-土壤-植被系统水循环。全球水循环是指自然界的水在太阳能和大气运动的共同驱动下,不断从江河湖海等水面、土壤、岩石等陆面和植物的茎、叶面等,通过蒸发或散发,以水汽的形式进入大气圈,当大气圈中的水汽凝结的水滴大到重力大于空气的浮力时,就在地球引力的作用下,以降水的形式降落到地球表面。到达地球表面的降水,一部分在分子力(又称分子间作用力,是指分子间的相互作用。当两分子相距较远时,主要表现为吸引力;当两分子非常接近时,则以排斥力为主)、毛管力(毛细管中产生的液面上升或下降的附加曲面效应)和重力的作用下,渗入地下,一部分则形成地面径流流入江河湖泊,再汇入海洋;还有一部分通过蒸发或是散发到大气圈,或者以地下水形式流入江河湖泊,再汇入海洋。这种始于水终于水,并且永无休止覆盖整个地球的循环运动过程称为全球水循环。全球水循环是个闭合系统。

  流域或区域水循环实际上就是流域降水径流形成过程。降落到流域上的雨水,首先满足截留、填洼和下渗要求,剩余部分称为地面径流,汇入河网,在流至流域出口断面(对某一流域而言,地表径流和地下径流流出流域边界的断面,包括地面和地下出口断面)截留的水分最终还是会蒸发和散发,或填洼下渗。下渗到土壤中的水分,在满足了土壤持水量(土壤所能稳定保持的最高土壤含水量)需要后将形成壤中水径流(在土壤表层或分层土层内的界面上形成侧向流动的水流)或地下水径流,从地面以下汇集到流域出口断面。被土壤保持的那部分水分最终也会被蒸发和散发掉。流域或区域水循环的空间尺度一般在1~10000平方千米,它是一个开放的循环系统。

  水-土壤-植被系统是一个由土壤、植被和水分构成的相互作用的体系,降水在进入到这个系统后将在太阳能、地球引力和土壤、植被根系产生的力场作用下发生截留、填洼、下渗、蒸发、散发与径流等现象,并且维持植被生命过程。它既是一个开放的循环系统,又是自然界空间尺度最小的水循环系统。

  无论是全球水循环,流域或区域水循环还是水-土-植水循环,它们最重要的分量都是降水、蒸散、径流量。比如对于全球来说,多年平均降水量与多年平均蒸散量相等;对于开放的流域来说,流域多年平均降水量与其多年平均径流量和蒸散量之和基本相当。

  地球上的水到底有多少

  要想知道地球上的水到底有多少,首先要了解地球上的水到底都存储在哪里。按照水存储的圈层不同,水可分为地面水、地下水、大气水和生物水等四个部分。地面水主要指存储于海洋、湖泊、河流、冰川、湿地等水体中的水;地下水是指土壤、岩石孔隙、洞穴、溶洞中的水;大气水主要是指悬浮于大气中的水汽,也包括液态和固态形式悬浮于大气中的水。生物水是指生物体内的水分。

  但即使知道了地球上的水存储的地方,想定量估计水的量还是很困难的,比如要想知道地面水有多少,首先要测量江河、湖泊、海洋的地形,这项工作的难度是相当大的,而地下水和冰盖中的水则更难精确估算。因此,到目前为止,对地球上各个圈层或各种水体中到底存在多少水,很难有个公认的数字,但大家对水在各种水体中的分配比例大体上是一致的。联合国教科文组织曾经公布过一组数据:地球上水的总量为13.86亿立方千米,其中96.54%是海水,淡水仅占总量的2.53%,淡水中有68.7%以冰雪形式储存于南极、北极和高山冰川中,30%存储于地下,而存储于地下的又有近一半深埋于地面以下800米的岩层中。地球上全部河流、湖泊和沼泽中储存的水量约为19万立方千米,只占到地球上全部水量的0.014%。但这部分水是与人类生存和发展关系最为密切的。大气水总量约为1.29万立方千米,占地球上总水量的0.001%,虽然所占比例小,但它循环、更新得最快,而且是地球上可更新淡水资源的主要来源。

  地球上的水多长时间能够全部循环一次呢

  地球上的13.86亿立方千米的水是不是每次都能参加水循环呢?答案是否定的。根据研究,每年全球只有57.7万立方千米的水参与水循环,如果按此速度,地球上全部水量都参与一次水循环,理论上平均大约需要2400年。不同的水参与水循环的时间长短也是不一样的,其中时间最长的是极地冰川和终年积雪,参与一次水循环的时间大概是1万年;时间最短的则是生物水,只需要几个小时。其他如大气水需要8天,河流水需要16天,土壤水需要1年,沼泽水需要5年,湖泊水需要17年,深部地下水需要1400年,高山冰川需要1600年,世界大洋需要2500年。

  总之,水循环与人类的生产、生活息息相关。缺水将发生旱灾或是水荒;水多则可能引起洪涝和水灾,水被污染则会导致环境变坏。更多地了解一些与水循环相关的科学知识,对防灾避险、保护环境以及合理利用水资源等都具有重要意义。

(责任编辑:李慧)

 

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