搜索
第4章地球表层的水分循环第1节地球上水圈的结构第2节蒸发过程与凝结过程第3节降水过程与入渗过程第4节地表径流与地下径流第5节水分循环与水量平衡第1节地球上水圈的结构引子：水的行星引子：水的行星一、纯水的特性一、纯水的特性二、水量的分布二、水量的分布引子：水的行星引子：水的行星1. 1. 地球表层充满了水地球表层充满了水••海洋面积占海洋面积占71%71%；；••陆地表面分布着湖泊、河流和大陆、高山冰陆地表面分布着湖泊、河流和大陆、高山冰川，生物体内含有大量的水；川，生物体内含有大量的水；••地球内部含有地下水体；地球内部含有地下水体；••大气圈中含有水汽，形成云的覆盖；大气圈中含有水汽，形成云的覆盖；••人体质量的人体质量的6060％％是水。是水。2.2.地球表层的水是在不断运动着的地球表层的水是在不断运动着的调节能量平衡调节能量平衡控制天气和气候控制天气和气候决定水资源的分布决定水资源的分布支撑人类社会经济的发展支撑人类社会经济的发展塑造地表的形态塑造地表的形态影响土壤的形成影响土壤的形成影响生物群落的分布影响生物群落的分布一、纯水的特性一、纯水的特性1.1.水分子的结构水分子的结构••水是由氧原子和氢原子通过共价键结合在一水是由氧原子和氢原子通过共价键结合在一起的产物。起的产物。••水分子的水分子的极性极性：氢原子一端微显正电，氧原：氢原子一端微显正电，氧原子一端微显负电。子一端微显负电。••氢键氢键：极性使水分子之间相互吸引，键合：极性使水分子之间相互吸引，键合在一起。在一起。2.2.纯水的理化性质纯水的理化性质••很强的溶解能力：很强的溶解能力：5757种元素溶于水。种元素溶于水。••表面张力：液体表面任何两部分间具表面张力：液体表面任何两部分间具有的相互牵引力。有的相互牵引力。••毛细现象：水在细管中沿着管壁向上毛细现象：水在细管中沿着管壁向上攀升的现象攀升的现象。。3.3.纯水的相变纯水的相变••特点：水分子间相特点：水分子间相对吸引力的变化对吸引力的变化••本质：吸收热能和本质：吸收热能和放出热能的过程放出热能的过程••吸热吸热--无序化过程无序化过程::蒸发、融化和升华蒸发、融化和升华••放热放热--有序化过程有序化过程::凝结、冻结和凝华凝结、冻结和凝华••大气圈包含着巨大的潜热能量，水的潜热大气圈包含着巨大的潜热能量，水的潜热交换影响能量的传递和全球温度的分布，并交换影响能量的传递和全球温度的分布，并驱动着全球天气系统的变化。驱动着全球天气系统的变化。二、水量的分布二、水量的分布（一）海洋水（一）海洋水1. 1. 洋是远离大陆的海洋主体部分，面积约占洋是远离大陆的海洋主体部分，面积约占海洋总面积的海洋总面积的90.3%90.3%，分为太平洋、大西，分为太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。洋、印度洋和北冰洋。2.2.海是海洋的边缘部分，全世界共有海是海洋的边缘部分，全世界共有5454个个海，面积占海洋总面积的海，面积占海洋总面积的9.7%9.7%。按照海所。按照海所处的位置可将其分为陆间海、内海和边缘处的位置可将其分为陆间海、内海和边缘海。海。3.3.海湾是洋或海延伸进大陆且深度逐渐减小海湾是洋或海延伸进大陆且深度逐渐减小的水域。的水域。4.4.海峡是两端连接海洋的狭窄水道。海峡是两端连接海洋的狭窄水道。（二）陆地水1.地表水•固态水：冰川与永久积雪、永冻层中冰。•液态水：湖泊水（咸水湖和淡水湖）、土壤水、沼泽水、河流水、生物水。2.地下水•咸水和淡水（三）大气水（三）大气水地球上的水储量地球上的水储量水体水储量咸水淡水(×103km3)(%)(×103km3)(%)(×103km3)(%)海洋水1338000.096.54133800099.04冰川与永久积雪24064.11.7424064.168.70地下水23400.01.69128700.9510530.030.06永冻层中冰300.00.02300.00.86湖泊水176.40.01385.40.00691.00.26土壤水16.50.00116.50.047大气水12.90.000912.90.037沼泽水11.50.000811.50.033河流水2.120.00022.120.006生物水1.120.00011.120.003总计1385984.61001350955.410035029.2100结论：液态淡水是一种非常有限的自然资源结论：液态淡水是一种非常有限的自然资源河流水占地球上淡水总量的河流水占地球上淡水总量的0.0060.006％％!!湖泊淡水占地球上淡水总量的湖泊淡水占地球上淡水总量的0.260.26％％!!地下淡水占地球上淡水总量的地下淡水占地球上淡水总量的30.0630.06％％!!三者合计占地球上总水量的三者合计占地球上总水量的0.0079%!0.0079%!第2节蒸发过程与凝结过程一、蒸发及其影响因素一、蒸发及其影响因素二、全球蒸发量的分布二、全球蒸发量的分布三、凝结的条件三、凝结的条件四、主要凝结物四、主要凝结物一、蒸发及其影响因素一、蒸发及其影响因素定义：水从海洋和陆地表面进入大气的输定义：水从海洋和陆地表面进入大气的输送过程送过程。。（一）水面蒸发：（一）水面蒸发：蒸发面温度，风，空气湿度蒸发面温度，风，空气湿度和蒸发面性质和蒸发面性质；；（二）土壤表面蒸发：（二）土壤表面蒸发：土壤含水量，地下水埋土壤含水量，地下水埋藏深度，土壤孔隙的数量，以及气象因素；藏深度，土壤孔隙的数量，以及气象因素；（三）植物蒸腾：（三）植物蒸腾：种类，生长期，土壤供水状种类，生长期，土壤供水状况，以及气象因素。况，以及气象因素。二、全球蒸发量的分布二、全球蒸发量的分布1.1.海洋上海洋上••最大值位于副热带海洋，向高纬递减。最大值位于副热带海洋，向高纬递减。••湾流和黑潮暖洋流上空有蒸发的极大值。湾流和黑潮暖洋流上空有蒸发的极大值。••赤道海区蒸发相对较弱（无风，上升流）。赤道海区蒸发相对较弱（无风，上升流）。2.2.陆地上陆地上••最大值出现在赤道地区，向高纬递减。最大值出现在赤道地区，向高纬递减。••极小值出现在南、北极圈内，沙漠、戈壁和极小值出现在南、北极圈内，沙漠、戈壁和寒冷的大陆内部。寒冷的大陆内部。三、凝结的条件三、凝结的条件定义：水由气态转化为液态的过程定义：水由气态转化为液态的过程。。（一）凝结核：（一）凝结核：能促使水汽凝结的微粒，如尘能促使水汽凝结的微粒，如尘埃、烟灰、污染物、海面上空的盐粒、冰晶。埃、烟灰、污染物、海面上空的盐粒、冰晶。（二）空气达到过饱和状态（二）空气达到过饱和状态1.1.暖水面的蒸发：暖水面的蒸发：冷空气流经暖水面，当蒸发冷空气流经暖水面，当蒸发使暖水面的水汽压逐渐接近于水面上的饱和水使暖水面的水汽压逐渐接近于水面上的饱和水汽压时，其上的冷空气就会因达到过饱和状态汽压时，其上的冷空气就会因达到过饱和状态而发生凝结。而发生凝结。2.2.空气的冷却空气的冷却••绝热冷却：空气上升，温度降低，饱和水绝热冷却：空气上升，温度降低，饱和水汽压减小，当空气上升到一定高度时便达汽压减小，当空气上升到一定高度时便达到饱和，再上升就会达到过饱和而凝结。到饱和，再上升就会达到过饱和而凝结。••辐射冷却：在近地面层，夜间空气和地面辐射冷却：在近地面层，夜间空气和地面因散失热量而冷却，如空气中水汽比较充因散失热量而冷却，如空气中水汽比较充足，就会达到过饱和而发生凝结。足，就会达到过饱和而发生凝结。••平流冷却：较暖的空气流经冷地面，暖空平流冷却：较暖的空气流经冷地面，暖空气显著降温，达到露点温度以下时，就有气显著降温，达到露点温度以下时，就有可能发生凝结。可能发生凝结。3.3.空气的混合：空气的混合：温度差别大又很潮湿的空气等量地充分温度差别大又很潮湿的空气等量地充分混合，使空气达到过饱和，发生凝结。混合，使空气达到过饱和，发生凝结。四、主要凝结物四、主要凝结物（一）地面凝结物（一）地面凝结物————露和霜露和霜••露点温度在露点温度在00℃以上，凝结物为微小的水℃以上，凝结物为微小的水滴，称为露；滴，称为露；••露点温度在露点温度在00℃以下，水汽直接凝华为白色℃以下，水汽直接凝华为白色的冰晶，称为霜。的冰晶，称为霜。••霜冻是指日均温高于霜冻是指日均温高于00℃的温暖时期，土壤℃的温暖时期，土壤和植物表面的温度骤降至和植物表面的温度骤降至00℃以下，使植物℃以下，使植物遭受冻害或死亡的现象。遭受冻害或死亡的现象。草叶上的露珠草叶上的露珠针叶上的白霜针叶上的白霜（二）低空大气凝结物（二）低空大气凝结物————雾雾定义：当大量的细小水滴或冰晶悬浮在定义：当大量的细小水滴或冰晶悬浮在近地面的空气层中，使能见度小于近地面的空气层中，使能见度小于11kmkm时，时，称为雾。称为雾。1.1.辐射雾：辐射雾：由地面辐射冷却形成，常伴有辐由地面辐射冷却形成，常伴有辐射逆温，厚度小，具有日变化。射逆温，厚度小，具有日变化。2.2.平流雾：平流雾：由暖湿空气在流经冷的下垫面时逐由暖湿空气在流经冷的下垫面时逐渐冷却形成，伴有平流逆温，厚度可达渐冷却形成，伴有平流逆温，厚度可达200200mm。。3.3.蒸气雾：蒸气雾：冷空气流经暖水面时，暖水面蒸冷空气流经暖水面时，暖水面蒸发使其上空气达到过饱和而形成。发使其上空气达到过饱和而形成。（三）高空大气凝结物（三）高空大气凝结物————云云11..空气上升的形式空气上升的形式••空气在水平方向上遇山丘阻挡而爬升；空气在水平方向上遇山丘阻挡而爬升；••空气水平辐合和沿锋面抬升；空气水平辐合和沿锋面抬升；••近地面空气受热产生的对流上升。近地面空气受热产生的对流上升。22..大气稳定度大气稳定度定义：气块受到垂直方向扰动后，具有返定义：气块受到垂直方向扰动后，具有返回或远离原来平衡位置的趋势和程度。回或远离原来平衡位置的趋势和程度。••绝热垂直减温率绝热垂直减温率γγ：：气块绝热上升单位距气块绝热上升单位距离时的温度降低值。干绝热垂直减温率离时的温度降低值。干绝热垂直减温率γγdd湿绝热垂直减温率湿绝热垂直减温率γγmm。。••某一气层是否稳定取决于运动着的空气团某一气层是否稳定取决于运动着的空气团比周围空气是轻还是重。在气压相同的情况比周围空气是轻还是重。在气压相同的情况下，两团空气的相对轻重由气温决定。下，两团空气的相对轻重由气温决定。大气稳定性判据：大气稳定性判据：zz当当γγγγmm时，绝对稳定；时，绝对稳定；zz当当γγγγdd时，绝对不稳定；时，绝对不稳定；zz当当γγddγγγγmm时，条件不稳定；时，条件不稳定；zz当当γγ00时，称为逆温，形成对时，称为逆温，形成对流发展的障碍。流发展的障碍。大气稳定性图示大气稳定性图示33..云的种类云的种类（（11）四个高度等级：）四个高度等级：低云、中云、高云和低云、中云、高云和贯穿这些高度的直展云。贯穿这些高度的直展云。（（22）三种基本形状）三种基本形状••层状云：沿水平方向成层展布的云，是大层状云：沿水平方向成层展布的云，是大范围空气稳定上升所形成的；范围空气稳定上升所形成的；••积状云：沿垂直方向膨胀发展的云，是空积状云：沿垂直方向膨胀发展的云，是空气不稳定对流上升，使水汽凝结的结果；气不稳定对流上升，使水汽凝结的结果；••卷状云：由冰晶组成的、成束状的高云。卷状云：由冰晶组成的、成束状的高云。层云雨层云层积云低云高层云高积云中云卷云卷层云卷积云高云积云积雨云直展云云的类型（（33）十个基本云属）十个基本云属卷云卷云卷层云卷层云卷积云卷积云高层云高层云高积云高积云荚状高积云荚状高积云层云层云雨层云雨层云层积云层积云积云积云积雨云积雨云云属一览云属一览