交换过程中,海面上的年蒸发量大于年降水量,陆面上情况正好相反,降水大于蒸发;在横向交换过程中,海洋上空向陆地输送的水汽要多于陆地上空向海洋回送的水汽,两者之差称为海洋的有效水汽输送。正是这部分有效的水汽输送,在陆地上转化为地表及地下径流,最后回流入海,在海陆之间维持水量的相对平衡。
2小循环是指发生于海洋与大气之间,或陆地与大气之间的水分交换过程。小循环又称内部循环,前者又可称为海洋小循环,后者称陆地小循环。
海洋小循环主要包括海面的蒸发与降水两大环节,所以比较简单。陆地小循环的情况则要复杂得多,并且内部存在明显的差别。从水汽来源看,有陆面自身蒸发的水汽,也有自海洋输送来的水汽,并在地区分布上很不均匀,一般规律是距海愈远,水汽含量愈少,因而水循环强度具有自海洋向内陆深处逐步递减的趋势,如果地区内部植被条件好,贮水比较丰富,那么自身蒸发的水汽量比较多,有利于降水的形成,因而可以促进地区小循环。
陆地小循环可进一步区分为大陆外流区小循环和内流区小循环。其中外流区小循环除自身垂向的水分交换外,还有多余的水量,以地表径流及地下径流的方式输向海洋,高空中必然有等量的水分从海洋送至陆地,所以还存在与海洋之间的横向水分交换。而陆地上的内流区,其多年平均降水量等于蒸发量,自成一个独立的水循环系统,地面上并不直接和海洋相沟通,水分交换以垂向为主,仅借助于大气环流运动,在高空与外界之间,进行一定量的水汽输送与交换活动。
(二)全球水循环系统的层次结构
如前所述,全球水循环是由海洋的、陆地的以及海洋与陆地之间的各种不同尺度,不同等级的水循环所组合而成的动态大系统。由于这些分子水循环系统既紧密联系,相互影响,又相对独立。所以对这个全球性的动态大系统,可以根据海陆分布,各分子系统的尺度、规模不同,以及相互之间上下隶属关系,建立如图2-3所示的水循环分子等级系统。
陆地水循环系统结构比海洋水循环系统要复杂,而且在四级以下还可进一步区分,例如长江流域为四级水循环系统,汉江作为长江的一级支流,就属于五级水循环系统,而丹江是汉江的支流,是长江的二级支流,因而属于六级水循环系统。
三、水体的更替周期
水体的更替周期,是指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:
式中,T为更替周期(年或日、时);W为水体总贮水量(米3);ΔW为水体年平均参与水循环的活动量(米3/年)。
以世界大洋为例,总储水量为13.38×1017米3,每年海水总蒸发量为50.5×1013米3,以此计算,海水全部更新一次约需要2650年;如果以入海径流量4.7×1013米3为准,则更新一次需要28468年。又如世界河流的河床中瞬时贮水量为21.2×1011米3,而其全年输送入海的水量为4.7×1013米3,因此一年内河床中水分可更替22次,平均每16天就更新一次。大气水更替的速度还要快,平均循环周期只有8天,然而位于极地的冰川,更替速度极为缓慢,循环周期长达万年。
表2-1所列的更替周期,是在有规律的逐步轮换这一假设条件下得出的平均所需时间。实际情况要复杂得多,如深海盆的水需要依靠大洋深层环流才能缓慢地发生更替;其周期要超过2650年,而海洋表层的海水直接受到蒸发和降水的影响,其更替周期显然无需2000多年。尤其是边缘海受入海径流影响,周期更短。以我国渤海为例,总贮水量约19.0×1011米3,而黄河、辽河、海河多年平均入海水量达14.55×1010米3,仅此一项就使渤水13年内就可更新一次。又如世界湖泊平均循环周期需要17年,而我国长江中下游地区的湖泊,出入水量大,交换速度快,一年中就可更换若干次。
本文标题:水循环概述(2)
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