6
1.2 水循环的类型与层次结构
大（外）循环：发生于全球海洋与陆地之间
的水分交换过程
有效水汽输送 海洋上空向陆地输送的水汽 — 陆地上空向海洋回送的水汽
7
1.2 水循环的类型与层次结构
小（内部）循环：海洋与大气之间，或陆地
与大气之间。海洋小循环+陆地小循环
内流区小循环 + 外流区小循环
第二章 地球上的水循环
1 概述 2 水量平衡 3 蒸发 4 水汽扩散与输送 5 降水 6 下渗 7 径流
1
1 概述
1.1 水循环基本过程 1.2 水循环的类型与层次结构 1.3 水体的更替周期 1.4 水循环的作用与效应
2
1.1 水循环基本过程

水循环：各种形态的水体，在太阳辐射、地心引 力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、 下渗以及径流等环节，不断发生相态转换和周而 复始运动的过程。
强度
108
it=s/tn
It，相应历时t的降水平
均强度（mm/h）
s, 暴雨参数（雨力），
相当于t=1小时的雨强 n，暴雨衰减指数
109
5.1 降水要素——降水特征表示方法
降水特征综合曲线
– 历时曲线 平均深度 – 面积曲线 雨深 – 面积 – 历时曲线
强度
1103.1 蒸发源自物理机制——土壤蒸发凋萎系数：植 田间持水量：重力
物无法从土壤
中吸收水而开 始凋萎枯死时
水排除后留下的可
供植物利用的含水 量
的土壤含水量
53
3.1 蒸发的物理机制——植物散发
根土渗透势：在根和土共存的系统中，由
于根系中溶液浓度和四周土壤中水的浓度 存在梯度差而产生的。
54
55
88
4.2 水汽输送——水汽通量散度
单位时间汇入单位体积或从该体积辐散出
的水汽量
水汽源：散度为正的地区，水汽自该地区
向四周辐散，降水较少。
水汽汇
89
4.2 水汽输送——影响因素
大气环流（流场、风速场）
地理纬度（温度、蒸发、水汽含量）
海陆分布 海拔高度与地形屏障作用
90

96
5.1 降水要素
降水强度（雨强）：单位时间内的降水量
97
5.1 降水要素
降水面积：降水所笼罩的面积，km2
98
5.1 降水要素——降水特征表示方法
降水过程线
降水量在时 间上的变化 过程
99
100
101
5.1 降水要素——降水特征表示方法
降水过程线
102
5.1 降水要素——降水特征表示方法
太阳辐射
平流时的热量交换
68
散发量
太阳辐射
T<1.5℃ ：极少 1.5℃<T<40 ℃：递增
T>40℃：大增
大地
69
平流时的热量交换
暖气团
冷气团
70
3.2 影响蒸发的因素——土壤特性和土壤含水量
对土壤蒸发的影响
临界含水量
71
3.2 影响蒸发的因素——土壤特性和土壤含水量
对植物散发的影响 有效水=田间持水量 - 凋萎含水量

水汽分子的垂向扩散
水汽含量垂向梯度、水汽压梯度

大气垂向对流运动 大气中的水平运动和湍流扩散
64
水汽分子的垂向扩散 垂 向 扩 散
水 汽
水平面
水
65
大气垂向对流运动
使蒸发 面水汽 不断送 入空中 水平面
水
66
大气中的水平运动和湍流扩散 影响蒸发面的蒸发速度
水平运动 水平面
涡 流
水
67
3.2 影响蒸发的因素——动力学与热力学因素
与地球圈层构造
水圈主导地位
耦合
14
15km
1-3km
15
1.4 水循环的作用与效应
与全球气候：
大气系统能量的主要传输、储存和转化者（36%） 对地表太阳辐射能重新分配 影响天气、气候

16
17
1.4 水循环的作用与效应
与全球气候：
大气系统能量的主要传输、储存和转化者 对地表太阳辐射能重新分配 影响天气、气候（雨、雪、霜）
流出气柱 的水汽量
85
4.2 水汽输送
(W1+Ei)-(W2+Pi)=ΔW 对于长时段，ΔW→0，于是研究时段内气柱 的降水量可用下式表示：
Pi=W1- W2+Ei
86
4.2 水汽输送——水汽输送通量
单位时间内流经某一单位面积的水汽量。
水平、垂直
87
4.2 水汽输送——水汽输送通量
水平水汽输送方向与风向相同 纬向输送，向东为正；经向输送，向北为正 垂直，向上为正
作业2
1 已知P=800, R=300, E=500, 求ΔS（写出可 能的合理的解法）
2 具体说明一种影响蒸发的因素 3 说明水汽输送通量和水汽通量散度的联系和 区别
91
第二章 地球上的水循环
1 概述 2 水量平衡 3 蒸发 4 水汽扩散与输送 5 降水 6 下渗 7 径流
92
5 降水
自然界中发生的雨、雪、露、霜、霰、雹等
克服水分子的内聚力和土壤颗粒
对水分子的吸附力
土壤干化过程
51
3.1 蒸发的物理机制——土壤蒸发
根据土壤供水条件的差别以及蒸发率的变化：
定常蒸发率阶段 ：受气象条件的影响 蒸发率下降阶段 ：决定于土壤含水量 蒸发率微弱阶段 ：上下层水汽压梯度、水汽所通过 的路径长短和弯曲程度有关

52
I为水量收入项；Q为水量支出项；Δs为研究时 段内区域（或水体）变化量。
33
2.2 通用水量平衡方程式
P+E1+R表+R地下 + s1=E2+R′表+R′地下 + q + s2


P，降水量；
E1、E2，水汽凝结量和蒸发量； R表和R′表，地表流入与流出的水量；
R地下、R′地下，地下流入与流出的水量；
3
1.1 水循环基本过程
基本环节：
•水汽蒸发
•水汽输送 •凝结降水 •水分入渗 •地表、地下径流
4
1.1 水循环基本过程
5
1.1 水循环基本过程——水循环机理

服从质量守恒定律 基本动力是太阳辐射与重力作用


广及整个水圈，深入大气圈、岩石圈和生物圈
全球是闭合系统，局部是开放系统 溶解并携带某些物质一起运动
40
2.3 全球水量平衡方程式——陆地
41
2.3 全球水量平衡方程式
42
2.3 全球水量平衡方程式
全球总水量不变，不等于各种水体之间相对数量 恒定不变
43
请列出一个城郊区、一块水田的水量平衡方程。
44
第二章 地球上的水循环
1 概述 2 水量平衡 3 蒸发 4 水汽扩散与输送 5 降水 6 下渗 7 径流
直接测定法
器测法、坑测法、棵枝称重法
分析计算法
水量平衡法、热量平衡法、散发模型
77
第二章 地球上的水循环
1 概述 2 水量平衡 3 蒸发 4 水汽扩散与输送 5 降水 6 下渗 7 径流
78
4 水汽扩散与输送
4.1 水汽扩散 4.2 水汽输送
79
4.1 水汽扩散
由于物质、粒子群
等的随机运动而扩 展于给定空间的一 种不可逆现象。
56
3.1 蒸发的物理机制——植物散发
散发拉力：由于植物散发作用而拉引根部水向上
传导的吸力。
57
3.1 蒸发的物理机制——植物散发
58
59
3.2 影响蒸发的因素
供水条件 动力学与热力学因素
土壤特性和土壤含水量
60
3.2 影响蒸发的因素——供水条件
充分供水：水面蒸发及含水量>田间持水量 不充分供水：土壤含水量<田间持水量
30
2 水量平衡
2.1 概述
2.2 通用水量平衡方程式
2.3 全球水量平衡方程式
31
2.1 概述

水量平衡：任意选择的区域（或水体），在任意 时段内，其收入的水量与支出的水量之间差额必 等于该时段区域（或水体）内蓄水的变化量，即 水在循环过程中，从总体上说收支平衡。
32
2.2 通用水量平衡方程式
72
3.3 蒸发量的计算
水面蒸发量的确定 土壤蒸发量的确定 植物散发量的确定
器测法
经验公式
理论公式
73
3.3 蒸发量的计算——水面
器测法
经验公式法（饱和水汽压、风速）
热量平衡法
74
75
3.3 蒸发量的计算——土壤
器测法 经验公式法
76
3.3 蒸发量的计算——植物
61
3.2 影响蒸发的因素——供水条件
蒸发能力（潜在蒸发量、最大可能蒸发
量）：特定气象环境中，具有充分供水条 件的可能达到的最大蒸发量。
62
3.2 影响蒸发的因素——供水条件

对于某个特定的蒸发面而言，蒸发能力不是常数， 会随着太阳辐射、温度、水汽压差、风速等变化。
63
3.2 影响蒸发的因素——动力学与热力学因素
q，工农业及生活净用水量； s1、s2，始末蓄水量。
34
2.2 通用水量平衡方程式
令E = E2 - E1为时段内净蒸发量；Δs=s2-s1为时段内蓄水变 量，上式可改写为： （P + R表 + R地下）-（E+R′表+R′地下 + q）=Δs 即通用水量平衡方程式