水循环：地球水资源的持续流动

如果地球上的水不是流动的,那么静态贮量很快就会被耗竭。生态系统和人类生产、生活所利用的主要是水循环量,而不是静态贮量。

图2-1　全球水量在海洋、陆地和大气之间的分布

水循环又称水分循环或水文循环,指地球上的水在太阳和重力的驱动下无休止地在大气、地表和地下循环运动的过程。水循环为人类和生态系统提供了必不可少的水资源。理解水循环是理解所有水现象和正确利用水资源的关键。

海洋和陆地上的液态、固态水,在太阳辐射和风力的作用下蒸发成为气态水进入大气。大气中的水汽随着大气环流、海陆季风、局部对流等各种不同尺度的气流运动而运动,当上升热气流温度降低,水汽凝结成较大的水滴或雪花、冰粒时,就会下雨、下雪或下冰雹,即大气中的水以降水的形式回到了地面。降到水面的水会直接形成径流;降到陆地的水,一部分被植被截流,一部分从土壤下渗,一部分填充局部洼地,一部分形成地表径流流入河道;从土壤下渗的水有一部分被植被吸收而蒸腾或从植株之间土壤表面直接蒸发(植被蒸腾和棵间蒸发合称为陆面蒸散),有一部分从土壤中流出(壤中流)成为地表径流的一部分,还有一部分向下运动到地下含水层成为地下径流。地下径流有三个排泄通道:一是潜水蒸发,二是排泄到河流湖泊,三是在沿海地区直接排泄到海洋。地表径流的出路有:水面蒸发、下渗或侧渗补充地下水、汇入海洋。

地球上水的空间循环有三种主要方式:水汽循环;径流;洋流。

水汽循环指水分在大气中的运动。从垂直方向来说,在太阳辐射能的作用下,从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,水汽凝结为液态水降落至地球表面;从水平方向来说,从海洋升起的水汽,随着大气运动输移到陆地上空,成为陆地降水的来源。(www.xing528.com)

径流指降雨及冰雪融水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。径流有不同的类型,按水流来源可有降雨径流和融水径流;按流动方式可分地表径流和地下径流,地表径流又分坡面流和河槽流。降水是径流形成的首要环节。降在河槽水面上的雨水可以直接形成径流。流域中的降雨如遇植被,要被截留一部分。降在流域地面上的雨水渗入土壤,当降雨强度超过土壤渗入强度时产生地表积水,并填蓄于大小坑洼,蓄于坑洼中的水渗入土壤或被蒸发。坑洼填满后即形成从高处向低处流动的坡面流。坡面流里许多大小不等、时分时合的细流(沟流)向坡脚流动,在降雨强度很大和坡面平整的条件下,可成片状流动。从坡面流开始至流入河槽的过程称为漫流过程。河槽汇集沿岸坡地的水流,使之纵向流动至控制断面的过程为河槽集流过程。自降雨开始至形成坡面流和河槽集流的过程中,渗入土壤中的水使土壤含水量增加并产生自由重力水,在遇到渗透率相对较小的土壤层或不透水的母岩时,便在此界面上蓄积并沿界面坡向流动,形成地下径流(表层流和深层地下流),最后汇入河槽或湖、海之中。

从海洋输往陆地的水汽和从陆地注入海洋的径流,构成了完整的海陆水分循环。这种海陆水循环也被称为大循环,如图2-2。而局部区域的降水、蒸发、再降水、再蒸发,被称为小循环。显然,是海陆大循环造成了“海不满,河不枯”万古不变的奇观。也可以从此了解大陆的淡水主要靠海洋的蒸发来供给,所以有海洋是淡水的生产者的说法。

图2-2　水循环图示

引自:http://ga.water.usgs.gov/edu/watercyclegraphicchinesehi.html

洋流是大洋中常年沿着固定方向流动的大规模水流,常常被形容为海洋中的河流。洋流的形成有许多原因,主要原因是由于长期定向风的推动。世界各大洋的主要洋流分布与风带有着密切的关系,洋流流动的方向和风向一致,在北半球向右偏,南半球向左偏。在热带、副热带地区,北半球的洋流基本上是围绕副热带高气压作顺时针方向流动,在南半球作逆时针方向流动。在热带由于信风把表层海水向西吹,形成了赤道洋流。东西方向流动的洋流遇到大陆,便向南北分流,向高纬度流去的洋流为暖流,向低纬度流去的洋流为寒流。

洋流是地球上热量转运的一个重要动力,因而成为影响包括降水在内的气候的很重要的力量。北欧和北美洲西北部的气候温和,与之形成鲜明对照的北美洲东北部和亚洲东北部的气候寒冷,都是洋流的造化。