地理学概论 05水圈与水量平衡解读

1、第六章 水圈与水平衡 ?第一节 水圈的组成 ?第二节 水圈的结构 ?第三节 水圈的演化 ?第四节 水的运动 ?第五节 水量平衡 ?第六节 水圈与人类 水圈的组成 海洋水：海洋是水圈的主体，是地球上水的最大源地。全球海洋总面积为3.61108 km2，约占地球表面的71%；海水总体积约为1.37109 km3，约占地球总水量的96%-97%。 陆地水：河流；湖泊；沼泽；地下水；冰川。 ? ? ? ? ?o ? ? ?123456 ? ? ? ? ? ?- ? ? o t? ? ? o to ? ? ? ? ? ? ? ? ?陆地水 地球上的水 第 六 章 水圈的组成 地球上的水以气态、液态和固态

2、三种形式存在于空中、地表与地下，成为海洋水、河流水、湖泊水、沼泽水、土壤水、地下水、冰川水、大气水以及存在于动、植物有机体内的生物水。这些水体，通过水循环组成了一个统一的相互联系的包围地球的水圈。在这其中，海水构成水圈的绝大部分，海水量约占地球总水量的96%97%；其次为分布在极地及陆地上的冰川固态水，约为3x1016 m3；而陆地上的河、湖、土壤水、地下水等约为4x1012 m3，水体分布很广，但其所占比重却很小。 地球上水的组成液态水97.859%地表水99.389%海水97.23%海水97.23%固态水2.14%地下水0.61%咸水0.008%湖水0.017%气态水0.001%大气水0.

3、001%淡水2.762%河水0.0001%冰川水2.14%地下水0.61%土壤水0.005%第 六 章 大洋平均温度典型垂直分布 （Pickard et al, 1990 ） 第 六 章 世界大洋表面蒸发与降水之差（E-P）和盐度（S）的径向分布（据Wust,1954） 全球各海区表层海水盐度不等，平均为35左右，其中盐度最高的红海北部高达42.8，而波罗的海北部的波的尼亚湾，盐度最低时只有3左右。世界海洋表层海水的盐度分布规律为：从南北半球的副热带海区，分别向两侧的高纬和低纬递减，呈马鞍形分布。海洋表层海水盐度的分布和变化主要受蒸发量和降水量的制约，其次受陆地径流、结冰和融冰、洋流等因素的影

4、响。 第 六 章 河流、水系、分水岭 大气降水或地下涌出地表的水，汇集在地表低洼处，在重力作用下经常或周期性地沿流水本身造成的洼地流动，就形成了河流。河流沿途接纳支流，形成复杂的干支流网络系统，就是水系。每一条河流或每一个水系都从一定的陆地面积上获得补给水，这一集水区就是河流或水系的流域。两相邻流域间地面高程最高点的连线，就是两个水系的分水线。 第第 六六 章章 中国大陆径流分带与变差系数（据中国自然地理图集） 径流的年际变化：指径流多年的变化。径流量的年际变化往往是由于降水量的年际变化引起的。通常以径流的离差系数来表示年径流的变化程度。影响年径流的离差系数的主要因素有年径流量、径流补给来源和

5、流域面积大小。我国河流年径流的离差系数由东南丰水带的0.20.3到西北缺水带的0.81.0。 第 六 章 自流水盆地 据埋藏条件不同,地下水分为上层滞水、潜水和承压地下水三类。上层滞水是指存在于包气带中局部隔水层之上的重力水。潜水是指埋藏在地表以下第一稳定隔水层之上具有自由水面的重力水。潜水和河水间一般具有互补关系。承压地下水是指埋藏在上下两个隔水层之间的地下水。承压水水位高于上部隔水层，在地形条件适宜时，其天然露头或经人工凿井喷出地表形成自流井。 第 六 章 水圈的结构 ? 水圈的水平结构特征 ? 连续性: 地球表面任何一个地方都有水的分布，水在地球表层的分布是连续的。 ? 不均匀性：水在地

6、表的分布是不均匀的。不均匀性一是表现在水圈的厚度各处不一，二是表现在水圈中各处分布的水量不同。 水圈的垂直结构特征 近地面集中分布 :水主要集中分布在地面附近，随着离地面距离的增大水越来越少。 垂直分层: 水圈在垂直方向上具有一定的分层现象。 相态分异: 水的相态在垂直方向上的有规律的变化现象。 第 六 章 不同深度海洋水层覆盖地球表面的百分比 在垂直方向上，水圈具有近地面集中分布特征、垂直分层的特征和相态分异特征。 近地面集中分布特征: :水主要集中分布在地面附近，随着离地面距离的增大水越来越少。比如，海洋、河流、湖泊、沼泽、冰川都集中分布在地球表面。大气圈中的水也主要集中分布在近地面的对流

7、层。岩石圈中的水也是主要集中在它的上部。海洋水占水圈总量的97.22%，海洋水分布面积具有随深度增加而减少的趋势。 第 六 章 水圈的演化 水从无到有：自生说；外生说 水从少到多、从酸性到碱性：水通过岩浆活动和火山喷发由地球内部逸出。从而使地球水圈的水越来越多。原始酸性的大洋水与当时偏于基性的火成岩发生作用，会产生中性或偏碱性的溶液，原始的酸性大洋便逐步改变其性质，主要的碳酸根和重碳酸根离子成分逐步被氯原子所取代。 从汽到水、冰 第 六 章 水 的 运 动 概念：地球上各种形态的水，在太阳辐射、重力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，下断地发生相态转换和周而复始运动的过

8、程，称为水循环。地球上各类水体，通过水循环形成了一个连续而统一的整体。水循环按不同途径与规模，分为大循环和小循环。 机理：水循环服从于质量守恒规律；水循环的基本动力是太阳辐射和重力作用；水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩石圈及生物圈，同时通过无数条路线实现循环和相变；从全球看，水循环是个闭合系统，但从局部地区看水循环却是开放系统。 水循环对地球上的生物和其它圈层的相互作用等方面具有重要的意义。 ?一、水循环 第 六 章 水循环 地球上各种形态的水，在太阳辐射、重力等作用下，通过蒸发、水汽输送、凝结降水、下渗以及径流等环节，不断地发生相态转换和周而复始运动的过程，称为水循环。地球上各类水体，通

9、过水循环形成了一个连续而统一的整体。 第 六 章 二、河水的运动 层流：全部水流呈平行流来运动，即水质点运动的轨迹线（流线）平行，在水流中运动方向一致，流速均匀； 紊流：水流中每个水质点运动速度与方向均随时在变化，而且其变化是围绕一个平均值上下跳动 环流：河水内部还具有局部水流环绕着一定的旋转轴做往复运动。 三、 冰川的运动 重力流： 在斜坡上因冰川自重而产生的沿坡向的分力大于冰川槽对冰川的阻力时，所引起的运动。 挤压流：由于冰川堆积的厚薄不同使内部所受的压力分布不均，引起的冰川运动。 第第 六六 章章 河水在重力的作用下沿河槽不断向下游流动，重力是决定河水纵向运动的基本动力。河水在运动过程中

10、，同时还受到地转偏向力、惯性离心力和机械摩擦力等作用，在这些力的影响下，河水除了沿河槽做纵向运动以外，还会产生各种形式的环流运动。按水流内在结构的差异，可将水流的运动状态分为层流和紊流两种类型。层流的水流状态是全部水流呈平行流来运动，即水质点运动的轨迹线（流线）平行，在水流中运动方向一致，流速均匀；而紊流的流态是水流中每个水质点运动速度与方向均随时在变化，而且其变化是围绕一个平均值上下跳动的。 环流 紊流 层流 河水的运动河水的运动 第 六 章 四、海水的运动 ? 波浪：每个水质点作周期性运动，所有水质点相继振动，引起水面呈周期性的起伏。 ? 潮汐：由于月球和太阳的引力引起的地球海水面的周期性

11、升降运动。 ? 潮流：海水受月球和太阳引力而发生周期性的流动。 ? 洋流：指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水，从一个海区水平地或垂直地向另一个海区大规模的非周期性运动。分为风海流；密度流；补偿流。 ? 厄尔尼诺现象：在赤道太平洋东部的厄瓜多尔和秘鲁沿岸，每过几年，东向信风减弱，导致沿岸上升流也随之减弱或消失，暖水倒流，水温上升，大气对流逐渐变得活跃，海洋里由于上升流的减弱，表层海水的营养物质含量减少，并且由于温度的升高，鱼类大量死亡，使秘鲁渔场大幅度减产。 第第 六六 章章 波浪要素图 水质点在其平衡位置附近做近似封闭的圆周运动，便产生了波浪，并引起了波形的传播。因此，波浪的传播仅是波形的

12、传播，而不是水质点的向前移动。组成波浪的基本要素有：波峰、波谷、波高、波长、周期、波速等。 第 六 章 潮汐要素图 潮汐是由于月球和太阳的引力引起的地球海水面的周期性升降运动。在潮汐涨落的每一周期内，当水位涨到最高位置时，叫高潮或满潮；当水位下降到最低位置时，叫低潮或干潮。从低潮到高潮过程中，水位逐渐上升，叫涨潮；从高潮到低潮过程中，水位逐渐下降，叫落潮。当潮汐达到高潮或低潮的时候，海面在一段时间内既不上升也不下降，分别叫平潮和停潮。平潮的中间时刻叫高潮时；停潮的中间时刻，叫低潮时，相邻的高潮与低潮的水位差叫潮差。 第 六 章 世界洋流分布图 洋流是指海洋中具有相对稳定的流速和流向的海水，从一

13、个海区水平地或垂直地向另一个海区大规模的非周期性运动。洋流按成因分为：风海流、密度流、补偿流,如秘鲁寒流属于上升补偿流。此外，洋流按本身与周围海水温度的差异分为暖流和寒流。暖流指洋流水温比流经海区水温高的洋流；寒流则相反。洋流按其流经的地理位置又可分为赤道流、大洋流、极地流、沿岸流等。 第 六 章 世界洋流分布特点与中国近海表层海流 1.黑潮；2.台湾暖流； 3.对马暖流；4.黄海暖流；5.黄海沿岸流； 6.东海沿岸流； 7.南海东北季风漂流；8.南海西南季风漂流 （左：2月，右： 8月）（赵济中国地理 洋流分布有以下特点： 以南北回归线的副热带高压为中心形成的反气旋型大洋环流。 以北半球中高

14、纬海上低压区为中心形成的气旋型大洋环流。 南半球中高纬度为西风漂流。 在南极大陆形成绕极环流。 北印度洋形成季风环流。冬季北印度洋盛行东北季风，形成反时针方向的东北季风漂流；夏季，北印度洋盛行西南季风，形成顺时针方向的西南季风漂流。影响中国的洋流有黑潮及季风漂流等。 第 六 章 世界大洋环流的联系示意图世界大洋环流的联系示意图（Broecker,1995) 在大洋深层环流系的垂直结构中，可分出暖、冷两种环流系统和五个基本水层（表层、次层、中层、深层和底层）。世界大洋环流体系由表层（包括次表层水）环流、中层环流、深层和底层环流所组成。表层环流主要是风成环流。中层环流、深层环流和底层环流均为盐度环

15、流。表层水、次层水、中层水、深层水和底层水在其运动过程中，进行着全球性的水量交换与循环，这构成世界大洋中统一的环流体系。 第 六 章 五、海面升降与三相转化 波浪、潮汐等海水的运动形式，固然能使海面发生周期性的变化，甚至像海啸能使海面在短时间内发生剧烈变化，但这种变化毕竟是短暂的，过后又会很快恢复原状。从长期看，海面升降则与水的三相转换有着密切的关系。在地球水圈的水循环中，冰川积累与消融起着重要的作用。冰盖消融量的增减，将直接影响海平面的升降。一般说，地球上气候较冷的时候，冰川的规模就大，大量的水体从海洋转移到冰川上储存起来，导致海面降低。气候转暖时，冰川退缩，大量的冰川融水，又通过河流注入大

16、海，导致海平面上升。因此，海面升降成了反映气候变化的指示剂。 海面的升降会导致海岸湿地与低地的淹没、海岸带遭侵蚀、洪泛与风暴潮灾害、盐水入侵等，给人类的生产和生活带来影响，特别是对沿海经济发达、人口稠密的地区威胁更大。海面的下降，又会使沿海的一些港口、航道废弃，使陆地上的降水减少，大陆度增高。因此，科学家正在加强这方面的研究。 第 六 章 海面升降与三相转化 从长期看，海面升降则与水的三相转换有着密切的关系。在地球水圈的水循环中，冰川积累与消融起着重要的作用。据计算，目前全球冰川的年平均消融量约3，000 km2。这一数字近乎全球河流水量的三倍。冰盖消融量的增减，将直接影响海平面的升降。一般说

17、，地球上气候较冷的时候，冰川的规模就大，大量的水体从海洋转移到冰川上储存起来，导致海面降低。气候转暖时，冰川退缩，大量的冰川融水，又通过河流注入大海，导致海平面上升。因此，海面升降成了反映气候变化的指示剂。 第 六 章 水 量 平 衡 水量平衡：地球上任何一个区域在任何一时段内，水的收入与支出的差额等于该地区的储水变化量。 水量平衡方程：通用水平衡方程: I-Q=S 全球水平衡方程： P全球=E全球 全球水量平衡：尽管对于全球海洋陆地的蒸发量、降水量与径流量的估算值还不完全相同，但有一点是共同的，就是全球的水量是平衡的。 第 六 章 全球水平衡（数据来自John Mbugua et al,19

18、95） 第第 六六 章章 水 圈 与 人 类 水人体的重要组成 生命来源于水：原始海洋中溶解的氧、二氧化碳等物质，是细胞进行新陈代谢时最好的“营养品”；厚厚的水体又像一个“保护罩”使娇弱的原始生命不致被太阳紫外线杀伤。 生命运动离不开水：水是生物体的基本成分。在肌体内起着输送物质的作用；维持着肌体养分平衡，起着吸收养分，排出废物的作用；起着调节温度的作用；具有支持营养的作用 一方面，水是人类必不可少的，并给人类带来许多好处。但另一方面，水也给人们带来了许多灾害。如果水过多也会造成灾害。水灾给人类带来的危害是巨大的，洪水灾害是造成经济损失最大的自然灾害之一。由于地球表层目前可供人类直接利用的水的有限性、时间与空间分布的不均匀性，使得世界一些地区或城市或多或少地出现了缺水问题。 第 六 章 生命运动离不开水 水是生物体的基本成分。例如，哺乳动物体内水约占65%。鱼类占75%，藻类占95%，水母则高达95%98%。水在人体中起着重要作用：在肌体内起着输送物质的作用；维持着肌体养分平衡，起着吸收养分，排出废物的作用；起着调节温度的作用；具有支持营养的作用等。正常情况下，人体水分处于吸收与排出相等的平衡状态，但当这种平衡状态被打破时，就会影响人体正常生活。 当一个人吸收的水量比维