它是陆面补水的主要形式。
• 内陆水循环
是指陆面水分的一部分或者全部通过陆面、水面蒸发和植 物蒸腾形成水汽，在高空冷凝形成降水，仍落到陆地上，从 而完成的水循环过程。
• 海上内循环
海上内循环，就是海面上的水份蒸发成水汽，进入大气后 在海洋上空凝结，形成降水，又降到海面的过程。
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❖2.1.1.4 水循环周期
❖2.3.2.2 中尺度水循环研究
研究范围为200～2000km2，主要利用遥感技术研究植 被～水的可利用性～蒸散发～气候之间的关系，观测气象 和气候的变化，比较研究区域气候差异。利用大气环流模 式研究水循环对下垫面变化的响应，修正大气环流模式， 预测区域环境变化、区域开发对水循环的影响。
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e
（因空气或水的水平流动引起的能量净损失）。
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❖2.2.2.4 土壤—植被—大气界面的水热传输
土壤—植被—大气间的水热传输（Soil-VegetationAtmosphere Transfer, SVAT）问题是陆面过程研究的重点 之一。
SVAT目前发展到含有多个植被层的物理-化学-生物 联合模式，并对水平方向的不均匀性进行了考虑。按其对 植被冠层的处理可分为单层模型、双层模型和多层模型。
能量输送保持了全球的能量平衡，它使得辐射的亏空 区不致于太冷，辐射的过剩区不致于太热，为生物提供了 一种适宜的生存环境。
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❖2.2.2.3 地表能量平衡一般方程
根据能量守恒原理，地表能量的收支平衡关系如下：
R n A e L E H G P o A d （2.2.1）
式中：R n 为净辐射，其值为到达地面的总辐射（包括短波辐射和长
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地球的辐射平衡
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❖2.2.2.2 热量传送
进入到地球上的太阳能除了很少一部分供植物光合作 用的需要外，约有23%消耗于海洋表面和陆地表面的蒸发 上。
在不同纬度以及海洋和陆地之间，存在着太阳辐射的 亏损和盈余。只有当能量从盈余的地区向亏空的地区输送 后，才能达到全球的能量平衡。而这种能量输送，主要靠 水循环过程来完成。
大气传送的潜热（水汽）作为一条联系全球能量平衡 的纽带，贯穿于整个水循环过程中。
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❖2.2.2.1 地球的辐射平衡
太阳辐射是水循环的原动力，也是整个地球—大气系 统的外部能源。
射入地球的太阳辐射量，其中的30％仍以短波辐射形 式被大气和地表反射回太空，余下的70％在地表与大气之 间经过辐射能、感热通量（接触和对流输热）和潜热通量 （水分蒸发吸热）等复杂的再循环过程，最终以长波辐射 形式被再度辐射回太空。
全球水平衡(数据来自John Mbugua et al, 1995)
1.19×106亿m3 陆地年降水量
4.58×106亿m3 海洋年降水量
0.72×106亿m3 陆地年蒸发量
5.05×106亿m3 海洋年蒸发量
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❖2.2.2 能量平衡原理
能量守恒定律是水循环运动所遵循的另一个基本规律， 水分的三态转换和运移都时刻伴随着能量的转换和输送。
波辐射）减去返回大气的辐射；LE为潜热通量，其中L代表汽化潜热
（2.45MJ/Kg），E为被蒸发水量；H为显热通量，代表与大气的显热
交换；G为地中热传导，代表通过地表物质的热量传输；Po 为植物生化
过程的能量转换，其中植物光合作用的能量吸收约占净辐射的2％；A
为人工热辐射量（燃料等消耗对地表产生的能量释放）；A d 为移流项
近些年来，涉及水循环的一系列全球性研究计划相继 提出，如世界气候计划、环球大气计划、国际地球物理年、 国际水文计划、国际生态计划、国际岩石圈计划、人与生物 圈计划、全球环境变化的人文科学研究计划（HDP）、国际 地圈与生物圈计划、国际减灾十年等。各种计划的交叉与联 系，更加丰富了“人与水”关系的研究内容，促进人们对人 地关系、人水关系的理解。
大气中总含水量约1.29×105亿m3，而全球年降水总量 约5.77×106亿m3，由此可推算出大气中的水汽平均每年 转化成降水44次，也就是大气中的水汽，平均每8天多循 环更新一次。
全球河流总储水量约2.12×104亿m3，而河流年径流量 为4.7×105亿m3，全球的河水每年转化为径流22次，亦 即河水平均每16天多更新一次。
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气进入不同植物、积雪场、土壤和水体后的迁移机理；研 究不同植物、积雪场、土壤和水体的蒸发、蒸腾机理。在 全球范围内了解各种土壤、植被和积雪冰川对水的传输机 理。从植被的小范围水循环研究发展到大气环流模式网格 单元时空尺度上的土壤—植被—大气系统中能量和水的通 用模式（SVAT）研究。
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流域多年平均水量平衡方程式为：
P0 = E0 + R0
（2.1.2）
式量中。P0、E0、R0分别代表多年平均降水量、蒸发量、径流
海洋的蒸发量大于降水量，多年平均水量平衡方程式可写 为：
P0 = E0 - R0
（2.1.3）
全球多年平均水量平衡公式为： P0 = E0
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在海洋与陆地之间，陆地与陆地上空之间，海洋与 海洋上空之间时刻都在进行着水循环过程。
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水文循环过程如下图所示
大
气
降
水
水汽水平运动
地面 蒸发 根系吸收
蒸腾 内陆
海陆间
海上
滴落
地表径流
根系吸收 地下径流
蒸腾 滴落 根系吸收
水面蒸发 海洋
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• 海陆间水循环
这种海陆间的水循环又称大循环，是指海洋水与陆地水 之间通过一系列的过程所进行的相互转化。
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与水循环研究关系密切的两个大型国际计划
IGBP的“水 循环的生物 圈方面”核 心计划 （BAHC）
WCRP的“全 球能量与水 循环实验” 计划 （GEWEX）
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2.3.2 水循环国际研究进展
2.3.2.1 中小尺度水循环研究 研究范围一般小于200km2，主要研究水、热通量从大
➢ 蒸发研究进展：近年来关于作物蒸腾和土壤与潜水蒸发的研究取得了 较大进展，提出了一些植物蒸腾计算新公式（谢贤群等，1997）和土 壤蒸发计算新公式（罗毅等，1997）。
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❖ 水循环过程研究进展
➢ 土壤—植被—大气界面水分输移过程（SVAT）的研究进展： 水循环界面过程是一个近年来研究的前沿和热点。代表性 研究成果有：“土壤—植被—大气系统水分运移界面过程 研究”（刘昌明等，1997），“土—根界面行为对单根吸 水的影响研究”（黄明斌等，1997），“土壤水势—植物 叶面水势—蒸腾速率关系研究”（邵明安等，1996）等。
第2章 水循环过程与原理
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第2章 水循环过程与原理
主要内容
2.1
水循环过程
2.2
水循环原理
2.3
水循环研究进展
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2.1 水循环过程
2.1.1 自然界的水循环
水循环是指地球上的水在太阳辐射和地心引力等作 用下，以蒸发﹑降水和径流等方式进行周而复始的运 动过程。
自然界的水循环是连接大气圈、水圈、岩石圈和生 物圈的纽带，是影响自然环境演变的最活跃因素，是 地球上淡水资源的获取途径。
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❖2.2.1.2 水量变化规律
水量平衡在水循环和水资源转化过程中是一个至关重 要的基本规律 。就某个地区在某一段时期内的水量平衡来 说，水量收入和支出差额等于该地区的储水量的变化量。
一般流域水量平衡方程式可表达为 ：
P - E - R = △S
（2.1.1）
式中，P为流域降水量，E为流域蒸发量，R为流域径 流量，△S为流域储水量的变化量。从多年平均来说，流域 储水变量△S的值趋于零。
➢ 水循环大气过程的研究进展：在中国大陆尺度和流域与区 域尺度水循环大气过程研究方面，做了系统研究，对区域 水分内循环过程的研究也取得了重要成果，揭示出在我国 自然条件下，当地蒸发的水分通过再循环形成的降水约占 当地总降水量的10%等事实（刘国纬等，1996，1997）。
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➢ 径流研究进展：在流域产流的理论和计算方法研究中，由于水向土壤 中入渗的研究取得了新成果（唐海行等，1995），推动了超渗产流机 制和模型的研究。在汇流方面的研究进展主要表现在两个方面：①将 水力学方法和水文学方法相结合的河道汇流研究取得显著进展（谭维 炎等，1996）；②数值地貌学的理论和方法被应用于流域汇流研究， 并取得一定成果。
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“天然—人工”水循环示意图
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内因（水的物理特性） 外因（太阳辐射和地心引力）
水 循 环
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2.2 水循环原理
❖2.2.1 水量平衡原理
Water balance（水量平衡）是指在任一时段内研究区 的输入与输出水量之差等于该区域内的储水量的变化值。水 量平衡研究的对象可以是全球、某区（流）域、或某单元的 水体（如河段、湖泊、沼泽、海洋等）。研究的时段可以是 分钟、小时、日、月、年，或更长的尺度。水量平衡原理是 物理学中“物质不灭定律”的一种表现形式。
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❖2.2.1.1 全球储水量
地球的总储水量约1.38×1010亿m3，其中海水约 1.34×1010亿m3，占全球总水量的96.5%。余下的水量中 地表水占1.78%，地下水占1.69%。
人类可利用的淡水量约为3.5×108亿m3，主要通过 海洋蒸发和水循环而产生，仅占全球总储水量2.53%。 淡水中只有少部分分布在湖泊、河流、土壤和浅层地下 水中，大部分则以冰川、永久积雪和多年冻土的形式存 储。其中冰川储水量约2.4×108亿m3，约占世界淡水总 量的69%，大部分都存储在南极和格陵兰地区。