水圈與水平衡

水圈與水平衡第一頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三水圈的組成海洋水：海洋是水圈的主體，是地球上水的最大源地。全球海洋總面積為3.61×108km2，約占地球表面的71%；海水總體積約為1.37×109km3，約占地球總水量的96%～97%。陸地水：河流；湖泊；沼澤；地下水；冰川。陸地水地球上的水第六章第二頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三水圈的組成地球上的水以氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三種形式存在于空中、地表與地下，成為海洋水、河流水、湖泊水、沼澤水、土壤水、地下水、冰川水、大氣水以及存在于動(dòng)、植物有機(jī)體內(nèi)的生物水。這些水體，通過(guò)水循環(huán)組成了一個(gè)統(tǒng)一的相互聯(lián)系的包圍地球的水圈。在這其中，海水構(gòu)成水圈的絕大部分，海水量約占地球總水量的96%～97%；其次為分布在極地及陸地上的冰川固態(tài)水，約為3x1016m3；而陸地上的河、湖、土壤水、地下水等約為4x1012m3，水體分布很廣，但其所占比重卻很小。第六章第三頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三大洋平均溫度典型垂直分布

（Pickardetal,1990）第六章第四頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三世界大洋表面蒸發(fā)與降水之差（E-P）和鹽度（S）的徑向分布

（據(jù)Wust,1954）全球各海區(qū)表層海水鹽度不等，平均為35‰左右，其中鹽度最高的紅海北部高達(dá)42.8‰，而波羅的海北部的波的尼亞灣，鹽度最低時(shí)只有3‰左右。世界海洋表層海水的鹽度分布規(guī)律為：從南北半球的副熱帶海區(qū)，分別向兩側(cè)的高緯和低緯遞減，呈馬鞍形分布。海洋表層海水鹽度的分布和變化主要受蒸發(fā)量和降水量的制約，其次受陸地徑流、結(jié)冰和融冰、洋流等因素的影響。第六章(E,P)/cm·a-1(E-P)/cm·a-1第五頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三河流、水系、分水嶺大氣降水或地下涌出地表的水，匯集在地表低洼處，在重力作用下經(jīng)?；蛑芷谛缘匮亓魉旧碓斐傻耐莸亓鲃?dòng)，就形成了河流。河流沿途接納支流，形成復(fù)雜的干支流網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，就是水系。每一條河流或每一個(gè)水系都從一定的陸地面積上獲得補(bǔ)給水，這一集水區(qū)就是河流或水系的流域。兩相鄰流域間地面高程最高點(diǎn)的連線，就是兩個(gè)水系的分水線。第六章第六頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三中國(guó)大陸徑流分帶與變差系數(shù)

（據(jù)《中國(guó)自然地理圖集》）

徑流的年際變化：指徑流多年的變化。徑流量的年際變化往往是由于降水量的年際變化引起的。通常以徑流的離差系數(shù)來(lái)表示年徑流的變化程度。影響年徑流的離差系數(shù)的主要因素有年徑流量、徑流補(bǔ)給來(lái)源和流域面積大小。我國(guó)河流年徑流的離差系數(shù)由東南豐水帶的0.2～0.3到西北缺水帶的0.8～1.0。第六章缺水帶（0.8~1.0）少水帶（0.6~0.8）過(guò)渡帶（0.4~0.6）多水帶（0.2~0.4）豐水帶（0.2~0.3）.............................第七頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三自流水盆地?fù)?jù)埋藏條件不同,地下水分為上層滯水、潛水和承壓地下水三類(lèi)。上層滯水是指存在于包氣帶中局部隔水層之上的重力水。潛水是指埋藏在地表以下第一穩(wěn)定隔水層之上具有自由水面的重力水。潛水和河水間一般具有互補(bǔ)關(guān)系。承壓地下水是指埋藏在上下兩個(gè)隔水層之間的地下水。承壓水水位高于上部隔水層，在地形條件適宜時(shí)，其天然露頭或經(jīng)人工鑿井噴出地表形成自流井。第六章第八頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三水圈的結(jié)構(gòu)水圈的水平結(jié)構(gòu)特征

連續(xù)性:地球表面任何一個(gè)地方都有水的分布，水在地球表層的分布是連續(xù)的。不均勻性：水在地表的分布是不均勻的。不均勻性一是表現(xiàn)在水圈的厚度各處不一，二是表現(xiàn)在水圈中各處分布的水量不同。

水圈的垂直結(jié)構(gòu)特征近地面集中分布:水主要集中分布在地面附近，隨著離地面距離的增大水越來(lái)越少。垂直分層:水圈在垂直方向上具有一定的分層現(xiàn)象。相態(tài)分異:水的相態(tài)在垂直方向上的有規(guī)律的變化現(xiàn)象。第六章第九頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三不同深度海洋水層覆蓋地球表面的百分比

在垂直方向上，水圈具有近地面集中分布特征、垂直分層的特征和相態(tài)分異特征。近地面集中分布特征:水主要集中分布在地面附近，隨著離地面距離的增大水越來(lái)越少。比如，海洋、河流、湖泊、沼澤、冰川都集中分布在地球表面。大氣圈中的水也主要集中分布在近地面的對(duì)流層。巖石圈中的水也是主要集中在它的上部。海洋水占水圈總量的97.22%，海洋水分布面積具有隨深度增加而減少的趨勢(shì)。第六章10200100020003000400050006000海洋深度/km80.0070.0060.0050.0040.0030.0020.0010.000.00百分比/%第十頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三水圈的演化水從無(wú)到有：自生說(shuō)；外生說(shuō)

水從少到多、從酸性到堿性：水通過(guò)巖漿活動(dòng)和火山噴發(fā)由地球內(nèi)部逸出。從而使地球水圈的水越來(lái)越多。原始酸性的大洋水與當(dāng)時(shí)偏于基性的火成巖發(fā)生作用，會(huì)產(chǎn)生中性或偏堿性的溶液，原始的酸性大洋便逐步改變其性質(zhì)，主要的碳酸根和重碳酸根離子成分逐步被氯原子所取代。從汽到水、冰:第六章第十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三

水的運(yùn)動(dòng)概念：地球上各種形態(tài)的水，在太陽(yáng)輻射、重力等作用下，通過(guò)蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，下斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復(fù)始運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，稱(chēng)為水循環(huán)。地球上各類(lèi)水體，通過(guò)水循環(huán)形成了一個(gè)連續(xù)而統(tǒng)一的整體。水循環(huán)按不同途徑與規(guī)模，分為大循環(huán)和小循環(huán)。

機(jī)理：水循環(huán)服從于質(zhì)量守恒規(guī)律；水循環(huán)的基本動(dòng)力是太陽(yáng)輻射和重力作用；水循環(huán)廣及整個(gè)水圈，并深入大氣圈、巖石圈及生物圈，同時(shí)通過(guò)無(wú)數(shù)條路線實(shí)現(xiàn)循環(huán)和相變；從全球看，水循環(huán)是個(gè)閉合系統(tǒng)，但從局部地區(qū)看水循環(huán)卻是開(kāi)放系統(tǒng)。水循環(huán)對(duì)地球上的生物和其他圈層的相互作用等方面具有重要的意義。

一、水循環(huán)

第六章第十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三水循環(huán)

地球上各種形態(tài)的水，在太陽(yáng)輻射、重力等作用下，通過(guò)蒸發(fā)、水汽輸送、凝結(jié)降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉(zhuǎn)換和周而復(fù)始運(yùn)動(dòng)的過(guò)程，稱(chēng)為水循環(huán)。地球上各類(lèi)水體，通過(guò)水循環(huán)形成了一個(gè)連續(xù)而統(tǒng)一的整體。第六章第十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三二、河水的運(yùn)動(dòng)層流：水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的軌跡線（流線）平行，在水流中運(yùn)動(dòng)方向一致，流速均勻。紊流：水流中每個(gè)水質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)速度與方向均隨時(shí)在變化，而且其變化是圍繞一個(gè)平均值上下跳動(dòng)。環(huán)流：河水內(nèi)部還具有局部水流環(huán)繞著一定的旋轉(zhuǎn)軸做往復(fù)運(yùn)動(dòng)。

三、冰川的運(yùn)動(dòng)

重力流：在斜坡上因冰川自重而產(chǎn)生的沿坡向的分力大于冰川槽對(duì)冰川的阻力時(shí)，所引起的運(yùn)動(dòng)。擠壓流：由于冰川堆積的厚薄不同使內(nèi)部所受的壓力分布不均，引起的冰川運(yùn)動(dòng)。

第六章第十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三河水在重力的作用下沿河槽不斷向下游流動(dòng)，重力是決定河水縱向運(yùn)動(dòng)的基本動(dòng)力。河水在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，同時(shí)還受到地轉(zhuǎn)偏向力、慣性離心力和機(jī)械摩擦力等作用，在這些力的影響下，河水除了沿河槽做縱向運(yùn)動(dòng)以外，還會(huì)產(chǎn)生各種形式的環(huán)流運(yùn)動(dòng)。按水流內(nèi)在結(jié)構(gòu)的差異，可將水流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分為層流和紊流兩種類(lèi)型。環(huán)流紊流層流河水的運(yùn)動(dòng)第六章第十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三四、海水的運(yùn)動(dòng)波浪：每個(gè)水質(zhì)點(diǎn)作周期性運(yùn)動(dòng)，所有水質(zhì)點(diǎn)相繼振動(dòng)，引起水面呈周期性的起伏。

潮汐：由于月球和太陽(yáng)的引力引起的地球海水面的周期性升降運(yùn)動(dòng)。

潮流：海水受月球和太陽(yáng)引力而發(fā)生周期性的流動(dòng)。

洋流：指海洋中具有相對(duì)穩(wěn)定的流速和流向的海水，從一個(gè)海區(qū)水平地或垂直地向另一個(gè)海區(qū)大規(guī)模的非周期性運(yùn)動(dòng)。分為風(fēng)海流；密度流；補(bǔ)償流。厄爾尼諾現(xiàn)象：在赤道太平洋東部的厄瓜多爾和秘魯沿岸，每過(guò)幾年，東向信風(fēng)減弱，導(dǎo)致沿岸上升流也隨之減弱或消失，暖水倒流，水溫上升，大氣對(duì)流逐漸變得活躍，海洋里由于上升流的減弱，表層海水的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)含量減少，并且由于溫度的升高，魚(yú)類(lèi)大量死亡，使秘魯漁場(chǎng)大幅度減產(chǎn)。

第六章第十六頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三波浪要素圖水質(zhì)點(diǎn)在其平衡位置附近做近似封閉的圓周運(yùn)動(dòng)，便產(chǎn)生了波浪，并引起了波形的傳播。因此，波浪的傳播僅是波形的傳播，而不是水質(zhì)點(diǎn)的向前移動(dòng)。組成波浪的基本要素有：波峰、波谷、波高、波長(zhǎng)、周期、波速等。第六章H第十七頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三潮汐要素圖潮汐是由于月球和太陽(yáng)的引力引起的地球海水面的周期性升降運(yùn)動(dòng)。在潮汐漲落的每一周期內(nèi)，當(dāng)水位漲到最高位置時(shí)，叫高潮或滿(mǎn)潮；當(dāng)水位下降到最低位置時(shí)，叫低潮或干潮。從低潮到高潮過(guò)程中，水位逐漸上升，叫漲潮；從高潮到低潮過(guò)程中，水位逐漸下降，叫落潮。當(dāng)潮汐達(dá)到高潮或低潮的時(shí)候，海面在一段時(shí)間內(nèi)既不上升也不下降，分別叫平潮和停潮。平潮的中間時(shí)刻叫高潮時(shí)；停潮的中間時(shí)刻，叫低潮時(shí)，相鄰的高潮與低潮的水位差叫潮差。第六章第十八頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三世界洋流分布圖

洋流是指海洋中具有相對(duì)穩(wěn)定的流速和流向的海水，從一個(gè)海區(qū)水平地或垂直地向另一個(gè)海區(qū)大規(guī)模的非周期性運(yùn)動(dòng)。洋流按成因分為：風(fēng)海流、密度流、補(bǔ)償流,如秘魯寒流屬于上升補(bǔ)償流。此外，洋流按本身與周?chē)Ｋ疁囟鹊牟町惙譃榕骱秃?。暖流指洋流水溫比流?jīng)海區(qū)水溫高的洋流；寒流則相反。洋流按其流經(jīng)的地理位置又可分為赤道流、大洋流、極地流、沿岸流等。第六章第十九頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三世界洋流分布特點(diǎn)與中國(guó)近海表層海流1.黑潮；2.臺(tái)灣暖流；3.對(duì)馬暖流；4.黃海暖流；5.黃海沿岸流；6.東海沿岸流；7.南海東北季風(fēng)漂流；8.南海西南季風(fēng)漂流（左：2月，右：8月）（趙濟(jì)《中國(guó)地理》）洋流分布有以下特點(diǎn)：⑴

以南北回歸線的副熱帶高壓為中心形成的反氣旋型大洋環(huán)流。⑵以北半球中高緯海上低壓區(qū)為中心形成的氣旋型大洋環(huán)流。⑶

南半球中高緯度為西風(fēng)漂流。⑷

在南極大陸形成繞極環(huán)流。⑸在北印度洋形成季風(fēng)環(huán)流。冬季北印度洋盛行東北季風(fēng)，形成反時(shí)針?lè)较虻臇|北季風(fēng)漂流；夏季，北印度洋盛行西南季風(fēng)，形成順時(shí)針?lè)较虻奈髂霞撅L(fēng)漂流。影響中國(guó)的洋流有黑潮及季風(fēng)漂流等。第六章第二十頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三世界大洋環(huán)流聯(lián)系的示意圖

（據(jù)Broecker,1995)在大洋深層環(huán)流系的垂直結(jié)構(gòu)中，可分出暖、冷兩種環(huán)流系統(tǒng)和五個(gè)基本水層（表層、次層、中層、深層和底層）。世界大洋環(huán)流體系由表層（包括次表層水）環(huán)流、中層環(huán)流、深層和底層環(huán)流所組成。表層環(huán)流主要是風(fēng)成環(huán)流。中層環(huán)流、深層環(huán)流和底層環(huán)流均為鹽度環(huán)流。表層水、次層水、中層水、深層水和底層水在其運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，進(jìn)行著全球性的水量交換與循環(huán)，這構(gòu)成世界大洋中統(tǒng)一的環(huán)流體系。第六章第二十一頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三五、海面升降與水的三相轉(zhuǎn)化波浪、潮汐等海水的運(yùn)動(dòng)形式，固然能使海面發(fā)生周期性的變化，甚至像海嘯能使海面在短時(shí)間內(nèi)發(fā)生劇烈變化，但這種變化畢竟是短暫的，過(guò)后又會(huì)很快恢復(fù)原狀。從長(zhǎng)期看，海面升降則與水的三相轉(zhuǎn)換有著密切的關(guān)系。在地球水圈的水循環(huán)中，冰川積累與消融起著重要的作用。冰蓋消融量的增減，將直接影響海平面的升降。一般說(shuō)，地球上氣候較冷的時(shí)候，冰川的規(guī)模就大，大量的水體從海洋轉(zhuǎn)移到冰川上儲(chǔ)存起來(lái)，導(dǎo)致海面降低。氣候轉(zhuǎn)暖時(shí)，冰川退縮，大量的冰川融水，又通過(guò)河流注入大海，導(dǎo)致海平面上升。因此，海面升降成了反映氣候變化的指示劑。

海面的升降會(huì)導(dǎo)致海岸濕地與低地的淹沒(méi)、海岸帶遭侵蝕、洪泛與風(fēng)暴潮災(zāi)害、鹽水入侵等，給人類(lèi)的生產(chǎn)和生活帶來(lái)影響，特別是對(duì)沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、人口稠密的地區(qū)威脅更大。海面的下降，又會(huì)使沿海的一些港口、航道廢棄，使陸地上的降水減少，大陸度增高。因此，科學(xué)家正在加強(qiáng)這方面的研究。

第六章第二十二頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三海面升降與三相轉(zhuǎn)化從長(zhǎng)期看，海面升降則與水的三相轉(zhuǎn)換有著密切的關(guān)系。在地球水圈的水循環(huán)中，冰川積累與消融起著重要的作用。據(jù)計(jì)算，目前全球冰川的年平均消融量約3000km2。這一數(shù)字近乎全球河流水量的三倍。冰蓋消融量的增減，將直接影響海平面的升降。一般說(shuō)，地球上氣候較冷的時(shí)候，冰川的規(guī)模就大，大量的水體從海洋轉(zhuǎn)移到冰川上儲(chǔ)存起來(lái)，導(dǎo)致海面降低。氣候轉(zhuǎn)暖時(shí)，冰川退縮，大量的冰川融水，又通過(guò)河流注入大海，導(dǎo)致海平面上升。因此，海面升降成了反映氣候變化的指示劑。

第六章第二十三頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三水量平衡

水量平衡：地球上任何一個(gè)區(qū)域在任何一時(shí)段內(nèi)，水的收入與支出的差額等于該地區(qū)的儲(chǔ)水變化量。水量平衡方程：通用水量平衡方程:I-Q=ΔS全球水量平衡方程：

P全球=E全球

全球水量平衡：盡管對(duì)于全球海洋陸地的蒸發(fā)量、降水量與徑流量的估算值還不完全相同，但有一點(diǎn)是共同的，就是全球的水量是平衡的。第六章第二十四頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三全球水平衡

（數(shù)據(jù)來(lái)自JohnMbugua,1995）第六章第二十五頁(yè)，共二十八頁(yè)，編輯于2023年，星期三水圈與人類(lèi)

水——人體的重要組成：生命來(lái)源于水：原始海洋中溶解的氧、二氧化碳等物質(zhì)，是細(xì)胞進(jìn)行新陳代謝時(shí)最好的“營(yíng)養(yǎng)品”；厚厚的水體又像一個(gè)“保護(hù)罩”使嬌弱的原始生命不致被太陽(yáng)紫外線殺傷。生命運(yùn)動(dòng)離不開(kāi)水：水是生物體的基本成分。在肌體內(nèi)起著輸送物質(zhì)的作用；維持著肌體養(yǎng)分平衡，起著吸收養(yǎng)分，排出廢物的作用；起著調(diào)節(jié)溫度的作用；具有支持營(yíng)養(yǎng)的作用．一方面，水是人類(lèi)必不可少的，并給人類(lèi)帶來(lái)許多好處；但另一方面，水也給人們帶來(lái)了許多災(zāi)害。如果水過(guò)多也會(huì)造成災(zāi)害。水災(zāi)給人類(lèi)帶來(lái)的危害是巨大的，洪水災(zāi)害是造成經(jīng)濟(jì)損失最