簡介
定義1水循環是指水由地球不同的地方透過吸收太陽帶來的能量轉變存在的模式到地球另一些地方,例如:地面的水份被太陽蒸發成為空氣中的水蒸汽。定義2在太陽能和地球表面熱能的作用下,地球上的水不斷被蒸發成為水蒸氣,進入大氣。水蒸氣遇冷又凝聚成水,在重力的作用下,以降水的形式落到地面,這個周而復始的過程,稱為水循環。定義3水循環是指大自然的水通過蒸發,植物蒸騰,水汽輸送,降水,地表徑流,下滲,地下徑流等環節,在水圈,大氣圈,岩石圈,生物圈中進行連續運動的過程。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1.4×1013m3,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一部分。水循環的主要作用表現在三個方面:
水循環
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、土壤水和地表徑流,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。
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。水循環
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。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、華南、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鏇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。
類型
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。
分類
水循環分為海陸間循環(大循環)以及陸上內循環和海上內循環(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。
影響
形成水循環的原因:
形成水循環的內因是水在通常環境條件下氣態、液態、固態易於轉化的特性,外因是太陽輻射和重力作用,為水循環提供了水的物理狀態變化和運動的能量。地球上的水分布廣泛,貯量巨大,是水循環的物質基礎。由於地球上太陽輻射的強度不均勻,不同地區的水循環的情況也就不相同。如在赤道地區太陽輻射強度大,降水量一般比中緯地區多,尤其比高緯地區多。
影響水循環的因素:
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。
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。
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3.6×1013m3的水流入海洋,這些水把約3.6×109t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。