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
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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
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1.1 水循环基本过程
水循环：指地球上各种形态的水，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。
c.陆地水量平衡方程
(P外 P内) (E外 E内) R
如以 P陆 P外 P内 ； E陆 P外 E外代入上式，则有：
P陆 - E陆 R
各大洲水量收支
大洲
欧洲 亚洲 非洲 北美洲 南美洲 大洋洲 南极洲 全球陆地 内流区 外流区
面积 (×104km2)
1050 43475 3012 2420 1780
水汽分子的垂向扩散
垂
水
向 扩
汽
散
水平面
水
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大气垂向对流运动
使蒸发 面水汽 不断送 入空中
水平面
水
上空的 干空气 下沉到 蒸发面
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空气紊动扩散作用 影响蒸发面的蒸发速度
水平面
水平运动
涡
流
水
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3.1 蒸发的物理机制——土壤蒸发
71
3.1 蒸发的物理机制——土壤蒸发
克服水分子的内聚力和土壤颗粒对水分子的吸附力 本质：土壤干化过程
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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
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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
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2.1 概述
一、水量平衡概述 (1)水量平衡概念 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。
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1.水循环是大气系统能量的主要传输、储存和转化者
20
2.对地表太阳辐射能重新分 配，使不同纬度热量收支 不平衡矛盾得到缓解
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3.影响天气、气候
1.4 水循环的作用与效应
（三）与地貌形态及地壳运动： 塑造地表形态 影响地壳表层内应力的平衡
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1.4 水循环的作用与效应
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1.2 水循环的类型与层次结构
（一）水循环的基本类型 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
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水汽输送 云
云
蒸发
植物蒸腾
降水
降水
小循环 湖
地下径流
地表径流
蒸发
蒸发 降水
小循环 海洋
1.2 水循环的类型与层次结构
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水汽输送 云
云
蒸发
植物蒸腾
降水
降水
小循环 湖
地下径流
地表径流
蒸发
蒸发 降水
小循环 海洋
3 蒸发
蒸发的物理机制 影响蒸发的因素 蒸发量的计算
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3.1 蒸发的物理机制
总
水面蒸发
蒸
土壤蒸发
发
植物散发
陆面蒸发
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3.1 蒸发的物理机制——水面蒸发
水体与大气之间界面上的分子交换现象 水分子自水面逸出，液态变为气态； 水面上的水汽分子返回液面，气态变为液态。
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； q：工农业及生活净用水量； s1、s2：始末蓄水量。
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1.4 水循环的作用与效应
（一）与地球圈层构造 水圈的主导地位 耦合
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15km 1-3km
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担 当 了 大 气 循 环 的 主 角
地质大循环的主要动力因素 全面参与了生物大循环
1.4 水循环的作用与效应
（二）与全球气候： 1.大气系统能量的主要传输、储存和转化者（36%） 2.对地表太阳辐射能重新分配，使不同纬度热量收支 不平衡矛盾得到缓解 3.影响天气、气候
1320 10.04 1420 10.8
81
6100 -20 -10900
361
0.53
220
0.32
355
5200
500
1300
1270 45.8 1400 50.5
130 47000
0
0
2.3 全球水量平衡方程式
2.陆地水量平衡方程式
a.外流区水量平衡方程 任意时段的水量平衡方程为：
P外 - E外 - R地表 - R地下 △s外 多年平均状态下△s外→0 ，且 R R地表 R地下 ，则：
液
态
跃
变
出
为
水
气
量
态
气 返态 回变 水为 量液
态
water
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3.1 蒸发的物理机制——水面蒸发
有效蒸发量E
蒸跃
发出
潜水
热
量
返凝 回结
水潜 量热
有效蒸发量
water
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3.1 蒸发的物理机制——水面蒸发
蒸发潜热、凝结潜热 在相同温度下：凝结潜热=蒸发潜热 L=2491-2.177T（J/g）
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(2)研究意义 1、可以定量地揭示水循环过程与全球地理环境、自然生态系统之间 的相互联系、相互制约的关系；揭示水循环过程对人类社会的深刻影 响，以及为人类活动对水循环过程的消极影响和积极控制的结果。
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(2)研究意义 2、是研究水循环系统内在结构和运行机制，分析系统内各个环节之 间的相互关系，揭示自然界水文过程基本规律的主要方法；是人们认 识和掌握地球上各种水体的基本特征、空间分布、时间变化、以及今 后发展趋势的重要手段。
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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 + R - (E + R′+ R′+ q） = Δs
即通用水量平衡方程式
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2.3 全球水量平衡方程式
1、海洋水量平衡方程式：
任意时段的水量平衡方程为： P海 R - E海 △s海
世界各大洋水量收支
降水量
蒸发量
径流量
平衡余缺
(mm) (×1013m3) (mm) (×1013m3) (mm) (×1013m3) (mm) (×1013m3)
1460
26
1510 26.97
83 14800 30
5100
1010 9.27 1360 12.44 226 20800 -120 -10900
小（内部）循环：海洋与大气之间，或陆地与大气之间。 包括：海洋小循环+陆地小循环
内流区小循环 + 外流区小循环
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1.2 水循环的类型与层次结构
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1.2 水循环的类型与层次结构
（二）全球水循环系统的层次结构
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1.3 水体的更替周期
水体在参与水循环过程中全部水量被交替更新一次所需的时间。 通常可用下式作近似计算：更替周期=水体总贮水量(米3)/水体年平均参与
多年平均状态下△s海→0 ，则：P海 R - E海 0
在多年平均状态下，整个海洋的降水量加上径流量与海 面水蒸发量处于动态平衡状态。
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各大洋的降水量与入海径流量之和均等于蒸发量吗？
海洋
面积 (km2)
太平洋 大西洋 印度洋 北冰洋
17870 9170 7620 1470
世界大洋 36130
与地貌形态及地壳运动： 塑造地表形态 影响地壳表层内应力的平衡
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新丰江水库，又被称为万绿湖，位于广东省河源市东源县境内，因处处是绿，四季皆绿而得名。
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1.4 水循环的作用与效应
（四）与生态平衡：
1.没有水循环，就不存在生物圈 2.生态环境平衡或失调？生物体的旺盛或者贫乏？ 3.自然灾害
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1.
没 有 水 循 环 ， 就 不 存 在 生 物 圈
2.生态环境平衡或失调？生物体的旺盛或者贫乏？
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3.自然灾害
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1.4 水循环的作用与效应
（五）与水资源开发利用 水资源具有再生性和可以永续利用的特点
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1.4 水循环的作用与效应
（六）与水文现象以及水文学科的发展： 引导了水文学科的发展
P外 - E外 - R 0
其中：P外，E外，R地表，R地下，△s外分别为外流区任意时段内降水量，蒸发量，
入海的地表径流量及蓄水变量；P外、E外、R 分别为外流区多年平均降水量，蒸发量
及径流量
2.3 全球水量平衡方程式
2.陆地水量平衡方程式
b.内流区水量平衡方程
P内 E内
其中：P内 、E内 分别为内流区多年平均降水量与蒸发量
17700
418
10100
910
16200
511
4570
0
0
485
7200
529
河流而直接入海的地下水
径流量
(mm)
(×109m3)
283
2970