物質(zhì)循環(huán)：水

1、二、營(yíng)養(yǎng)物循環(huán)二、營(yíng)養(yǎng)物循環(huán) 生物所必需的化學(xué)元素和無機(jī)化合物的運(yùn)動(dòng)，通常稱之為營(yíng)養(yǎng)物循環(huán)(nutrient cycling)。 每一個(gè)循環(huán)都包括兩個(gè)分室(compartment)或庫(pool)，即貯存庫和循環(huán)庫。前者容積大而活動(dòng)緩慢。后者指在生物體和它們周圍環(huán)境之間進(jìn)行迅速交換的較小而活躍的部分。 從整個(gè)生物圈來看，這些物質(zhì)的循環(huán)歸屬于三個(gè)基本類型：p 水循環(huán)（water cycle）: p 氣體型循環(huán)（gaseous cycles）：主要貯存庫是大氣圈和海洋，如碳循環(huán)和氮循環(huán)；p 沉積型循環(huán)（sedimentary cycles）：主要貯存庫巖石圈，即土壤、沉積物和地殼的其他巖石。如磷循

2、環(huán)、硫循環(huán)。 生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的一般模式生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)的一般模式 M.J.Frisse, 1976年年植物庫植物庫燃燒燃燒呼吸呼吸收獲收獲吸收吸收種子種子幼苗幼苗動(dòng)物庫動(dòng)物庫飼料飼料等等土壤庫土壤庫遺留、種子遺留、種子生物固氮生物固氮吸收吸收流失流失淋溶淋溶揮發(fā)揮發(fā)呼吸呼吸飼料飼料墊土墊土殘?bào)w排殘?bào)w排泄物泄物產(chǎn)品產(chǎn)品呼吸呼吸氨化氨化肥料肥料灌溉灌溉 物質(zhì)循環(huán)的基本原理物質(zhì)循環(huán)的基本原理1 1、物質(zhì)不滅定律：一般的化學(xué)變化過程中，覺察、物質(zhì)不滅定律：一般的化學(xué)變化過程中，覺察不到物質(zhì)在量上的增加或減少不到物質(zhì)在量上的增加或減少2 2、質(zhì)能轉(zhuǎn)化與守恒定律：質(zhì)量和能量作為一個(gè)統(tǒng)、質(zhì)能轉(zhuǎn)化與守恒定律

3、：質(zhì)量和能量作為一個(gè)統(tǒng)一體，其總量在任何過程中都是保持不變的守恒一體，其總量在任何過程中都是保持不變的守恒量。量。物質(zhì)循環(huán)之間的區(qū)別與聯(lián)系物質(zhì)循環(huán)之間的區(qū)別與聯(lián)系 生態(tài)系統(tǒng)中所有的物質(zhì)循環(huán)都是在水循環(huán)的推動(dòng)下完成的，因此，沒有水的循環(huán)，也就沒有生態(tài)系統(tǒng)的功能，生命也將難以維持。 在氣體循環(huán)中，物質(zhì)的主要儲(chǔ)存庫是大氣和海洋，循環(huán)與大氣和海洋密切相聯(lián)，具有明顯的全球性，循環(huán)性能最為完善。凡屬于氣體型循環(huán)的物質(zhì)，其分子或某些化合物常以氣體的形式參與循環(huán)過程。屬于這一類的物質(zhì)有氧、二氧化碳、氮、氯、溴、氟等。氣體循環(huán)速度比較快，物質(zhì)來源充沛，不會(huì)枯竭。 主要蓄庫與巖石、土壤和水相聯(lián)系的是沉積型循環(huán)，如

4、磷、硫循環(huán)。沉積型循環(huán)速度比較慢，參與沉積型循環(huán)的物質(zhì)，其分子或化合物主要是通過巖石的風(fēng)化和沉積物的溶解轉(zhuǎn)變?yōu)榭杀簧锢玫臓I(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，而海底沉積物轉(zhuǎn)化為巖石圈成分則是一個(gè)相當(dāng)長(zhǎng)的、緩慢的、單向的物質(zhì)轉(zhuǎn)移過程，時(shí)間要以千年來計(jì)。這些沉積型循環(huán)物質(zhì)的主要儲(chǔ)庫在土壤、沉積物和巖石中，而無氣體狀態(tài)，因此這類物質(zhì)循環(huán)的全球性不如氣體型循環(huán)、循環(huán)性能也很不完善。屬于沉積型循環(huán)的物質(zhì)有：磷、鈣、鉀、鈉、鎂、錳、鐵、銅、硅等，其中磷是較典型的沉積型循環(huán)物質(zhì)，它從巖石中釋放出來，最終又沉積在海底，轉(zhuǎn)化為新的巖石。 氣體循環(huán)和沉積型循環(huán)雖然各有特點(diǎn)，但都能受能量的驅(qū)動(dòng)，并能依賴于水循環(huán)。 生態(tài)系統(tǒng)中的物質(zhì)循環(huán)，在

5、自然狀態(tài)下，一般處于穩(wěn)定的平衡狀態(tài)。也就是說，對(duì)于某一種物質(zhì)，在各主要庫中的輸入和輸出量基本相等。大多數(shù)氣體型循環(huán)物質(zhì)如碳、氧和氮的循環(huán)，由于有很大的大氣蓄庫，它們對(duì)于短暫的變化能夠進(jìn)行迅速的自我調(diào)節(jié)。例如，由于燃燒化石燃料，使當(dāng)?shù)氐亩趸紳舛仍黾?，則通過空氣的運(yùn)動(dòng)和綠色植物光合作用對(duì)二氧化碳吸收量的增加，使其濃度迅速降低到原來水平，重新達(dá)到平衡。 硫、磷等元素的沉積物循環(huán)則易受人為活動(dòng)的影響，這是因?yàn)榕c大氣相比，地殼中的硫、磷蓄庫比較穩(wěn)定和遲鈍，因此不易被調(diào)節(jié)。所以，如果在循環(huán)中這些物質(zhì)流入蓄庫中，則它們將成為生物在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)不能利用的物質(zhì)。 1、水循環(huán)water cycle; aquat

6、ic cycle water circulation;hydrological cycle 水循環(huán)的意義：水是所有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)；水對(duì)物質(zhì)是很好的溶劑；水是地質(zhì)變化的動(dòng)因之一。 水循環(huán)的途徑 人類活動(dòng)對(duì)水循環(huán)的影響：空氣污染和降水；改變地面，增加徑流；過度利用地下水；水的再分布?！笆澜缢帐澜缢铡?19921992年年6 6月參加聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)的一百月參加聯(lián)合國(guó)環(huán)境與發(fā)展大會(huì)的一百多個(gè)國(guó)家元首和政府首腦聯(lián)筆寫下了這樣的警句：多個(gè)國(guó)家元首和政府首腦聯(lián)筆寫下了這樣的警句：“水不僅為維護(hù)地球的一切生命所必須，而且對(duì)一水不僅為維護(hù)地球的一切生命所必須，而且對(duì)一切社會(huì)經(jīng)濟(jì)部門都有生死攸關(guān)的重要意

7、義。切社會(huì)經(jīng)濟(jì)部門都有生死攸關(guān)的重要意義?！?繼之，聯(lián)合國(guó)大會(huì)決定，自繼之，聯(lián)合國(guó)大會(huì)決定，自19931993年起，確定每年起，確定每年的年的3 3月月2222日為日為“世界水日世界水日”，各國(guó)根據(jù)各自的國(guó)各國(guó)根據(jù)各自的國(guó)情，在這一天就水資源保護(hù)與開發(fā)開展活動(dòng)，以提情，在這一天就水資源保護(hù)與開發(fā)開展活動(dòng)，以提高公眾意識(shí)。高公眾意識(shí)。國(guó)家節(jié)水標(biāo)志飄蕩的白云飄蕩的白云圖片欣賞：圖片欣賞：晶瑩的露晶瑩的露飄渺的霧飄渺的霧凝重的霜凝重的霜灑落的雨灑落的雨潔白的雪潔白的雪奔騰的江河湖海奔騰的江河湖海 皚皚的冰山、雪嶺皚皚的冰山、雪嶺 IGBP IGBP的的“水水循環(huán)的生物循環(huán)的生物圈方面圈方面”核核心計(jì)

8、劃心計(jì)劃（BAHCBAHC） WCRP WCRP的的“全全球能量與水球能量與水循環(huán)實(shí)驗(yàn)循環(huán)實(shí)驗(yàn)”計(jì)劃計(jì)劃（GEWEXGEWEX） 與水循環(huán)研究關(guān)系密切的兩個(gè)大型國(guó)際計(jì)劃與水循環(huán)研究關(guān)系密切的兩個(gè)大型國(guó)際計(jì)劃思考： 水水= =水資源？水資源？水資源水資源是指是指陸地上陸地上可以被人們可以被人們利用利用的各種的各種淡水資源淡水資源。奔騰的江河湖海、皚皚的奔騰的江河湖海、皚皚的冰山雪嶺、浩瀚的海洋、冰山雪嶺、浩瀚的海洋、飄蕩的白云飄蕩的白云地球上的地球上的水在不停地運(yùn)動(dòng)著、變化水在不停地運(yùn)動(dòng)著、變化著，形成一個(gè)巨大的循環(huán)著，形成一個(gè)巨大的循環(huán)系統(tǒng)系統(tǒng)水文循環(huán)過程如下圖所示水文循環(huán)過程如下圖所示 大

9、氣 降 水 水汽水平運(yùn)動(dòng) 蒸騰 內(nèi)陸 海陸間 海上 地面 蒸發(fā) 滴落 蒸騰 地表徑流 滴落 水面蒸發(fā) 根系吸收 根系吸收 地下徑流 海洋 根系吸收 江河湖海，土壤，植物中的水通過_變成水蒸汽，升入天空汽化云中的小水滴長(zhǎng)大到一定程度后，降落到地面，就是雨水蒸氣隨氣流運(yùn)動(dòng)到各處，水蒸氣在高空遇冷時(shí)，有的_成小水滴，有的_成小水晶，形成千資百態(tài)的云，云中的小水滴也會(huì)_成小水晶液化凝華凝固冰山上的積雪_，直接變成水蒸氣，升入天空升華積雪_后變成水，匯入江河熔化雨水匯入江河，流向大海水循環(huán)示意圖 海陸間水循環(huán)海陸間水循環(huán) 內(nèi)陸水循環(huán)內(nèi)陸水循環(huán) 海上內(nèi)循環(huán)海上內(nèi)循環(huán) 這種海陸間的水循環(huán)又稱大循環(huán)，是指海洋

10、水與陸地水這種海陸間的水循環(huán)又稱大循環(huán)，是指海洋水與陸地水之間通過一系列的過程所進(jìn)行的相互轉(zhuǎn)化。之間通過一系列的過程所進(jìn)行的相互轉(zhuǎn)化。 它是陸面補(bǔ)水的主要形式。它是陸面補(bǔ)水的主要形式。 是指陸面水分的一部分或者全部通過陸面、水面蒸發(fā)和植是指陸面水分的一部分或者全部通過陸面、水面蒸發(fā)和植物蒸騰形成水汽，在高空冷凝形成降水，仍落到陸地上，從物蒸騰形成水汽，在高空冷凝形成降水，仍落到陸地上，從而完成的水循環(huán)過程。而完成的水循環(huán)過程。 海上內(nèi)循環(huán)，就是海面上的水份蒸發(fā)成水汽，進(jìn)入大氣后海上內(nèi)循環(huán)，就是海面上的水份蒸發(fā)成水汽，進(jìn)入大氣后在海洋上空凝結(jié)，形成降水，又降到海面的過程在海洋上空凝結(jié)，形成降水，

11、又降到海面的過程。 水是地球上最豐富的無機(jī)化合物，也是生物組織中含量最多的一種化合物。 它是地球上一切物質(zhì)循環(huán)和生命活動(dòng)的介質(zhì)。 水是大自然的驅(qū)動(dòng)力，沒有水的循環(huán)，生物地球化學(xué)循環(huán)就不能存在，生態(tài)系統(tǒng)就無法啟動(dòng)，生命就不能維持。 水循環(huán)的生態(tài)學(xué)意義 從許多方面看，全球水循環(huán)是最基本的生物地化循環(huán)，它強(qiáng)烈地影響著其他所有各類物質(zhì)的生物地化循環(huán)。 水循環(huán)的主要作用表現(xiàn)在三個(gè)方面：p 水是所有營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的介質(zhì)。營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的循環(huán)和水循環(huán)不可分割地聯(lián)系在一起。p 地球上水的運(yùn)動(dòng)，還把陸地生態(tài)系統(tǒng)和水域生態(tài)系統(tǒng)連接起來，從而使局部生態(tài)系統(tǒng)與整個(gè)生物圈發(fā)生聯(lián)系。p 同時(shí)，大量的水防止了地球上溫度的劇變。p 水對(duì)

12、物質(zhì)是很好的溶劑。水在生態(tài)系統(tǒng)中起著能量傳遞和利用的作用。絕大多數(shù)物質(zhì)都溶于水，隨水遷移。p 水是地質(zhì)變化的動(dòng)因之一。其他物質(zhì)的循環(huán)常是結(jié)合水循環(huán)進(jìn)行的。一個(gè)地方礦質(zhì)元素的流失，而另一個(gè)地方礦質(zhì)元素的沉積，亦往往要通過水循環(huán)來完成。 地球上的水圈是一個(gè)永不停息的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)。在太陽輻射和地球引力的推動(dòng)下，水在水圈內(nèi)各組成部分之間不停的運(yùn)動(dòng)著，構(gòu)成全球范圍的海陸間循環(huán)（大循環(huán)），并把各種水體連接起來，使得各種水體能夠長(zhǎng)期存在。海洋和陸地之間的水交換是這個(gè)循環(huán)的主線，意義最重大。在太陽能的作用下，海洋表面的水蒸發(fā)到大氣中形成水汽，水汽隨大氣環(huán)流運(yùn)動(dòng)，一部分進(jìn)入陸地上空，在一定條件下形成雨雪等降水；大氣

13、降水到達(dá)地面后轉(zhuǎn)化為地下水、土壤水和地表徑流，地下徑流和地表徑流最終又回到海洋，由此形成淡水的動(dòng)態(tài)循環(huán)。這部分水容易被人類社會(huì)所利用，具有經(jīng)濟(jì)價(jià)值，正是我們所說的水資源。 水循環(huán)是聯(lián)系地球各圈和各種水體的“紐帶”，是“調(diào)節(jié)器”，它調(diào)節(jié)了的球各圈層之間的能量，對(duì)冷暖氣候變化起到了重要的因素。 水循環(huán)是“雕塑家”，它通過侵蝕，搬運(yùn)和堆積，塑造了豐富多彩的地表形象。 水循環(huán)是“傳輸帶”，它是地表物質(zhì)遷移的強(qiáng)大動(dòng)力，和主要載體。 更重要的是，通過水循環(huán)，海洋不斷向陸地輸送淡水，補(bǔ)充和更新新陸地上的淡水資源，從而使水成為了可再生的資源。 水循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力 生態(tài)系統(tǒng)中的水循環(huán)包括截取、滲透、蒸發(fā)、蒸騰和地表

14、徑流。水循環(huán)的驅(qū)動(dòng)力包括以下三個(gè)方面。p 太陽能驅(qū)動(dòng)了全球水循環(huán)。在上升環(huán)(up loop)和下降環(huán)(down loop)的共同作用下，水川流不息形成了水的全球循環(huán)。大氣水分凝結(jié)的云和以雨、雪為主要形式的大氣降水是全球水循環(huán)的主要輸入部分。p 植物在水循環(huán)中的作用是極其巨大的。水分的蒸發(fā)對(duì)于植物的生長(zhǎng)、發(fā)育也至關(guān)重要。生產(chǎn)1g初級(jí)生產(chǎn)量差不多要蒸騰500g的水。因此，陸地植被每年蒸騰大約551012m3的水，幾乎相當(dāng)于陸地蒸發(fā)蒸騰的總量。這就增加了空氣中的水分，促進(jìn)了水的循環(huán)。p 海洋和陸地在太陽光的照射下，不斷蒸發(fā)水分。低緯度地區(qū)蒸發(fā)多于高緯度地區(qū)。大氣濕度隨著空氣的流動(dòng)而變動(dòng)。氣流實(shí)際上成

15、為地球上空巨大的“河流”，其中有一部分是以雨的形式降落。 內(nèi)因（水的物理特性）內(nèi)因（水的物理特性） 外因（太陽輻射和地心引力）外因（太陽輻射和地心引力）水循環(huán) 水循環(huán)周期水循環(huán)周期 大氣中總含水量約大氣中總含水量約1.291.2910105 5億億m m3 3，而全球年，而全球年降水總量約降水總量約5.775.7710106 6億億m m3 3，由此可推算出大氣，由此可推算出大氣中的水汽平均每年轉(zhuǎn)化成降水中的水汽平均每年轉(zhuǎn)化成降水4444次，也就是大氣次，也就是大氣中的水汽，平均每中的水汽，平均每8 8天多循環(huán)更新一次。天多循環(huán)更新一次。 全球河流總儲(chǔ)水量約全球河流總儲(chǔ)水量約2.122.121

16、0104 4億億m m3 3，而河流，而河流年徑流量為年徑流量為4.74.710105 5億億m m3 3，全球的河水每年轉(zhuǎn)化，全球的河水每年轉(zhuǎn)化為徑流為徑流2222次，亦即河水平均每次，亦即河水平均每1616天多更新一次。天多更新一次。類型包括水體循環(huán)周期特點(diǎn)利用狀況 動(dòng) 態(tài) 水 河水16天 儲(chǔ)量小， 周期短，更新快開發(fā)利用便利，短期可恢復(fù)，是開發(fā)重點(diǎn)淡水湖泊水10年淺層地下水不一定（與水深有關(guān)） 土壤水1年 靜 態(tài) 水冰川1600年 儲(chǔ)量大， 周期長(zhǎng)，更新慢開發(fā)較困難，短期不易恢復(fù)，直接利用不多深層地下水1400年內(nèi)陸湖泊水20年 人類社會(huì)的水循環(huán)人類社會(huì)的水循環(huán) “人類社會(huì)的水循環(huán)人類社

17、會(huì)的水循環(huán)”是指人類在經(jīng)濟(jì)社是指人類在經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)中不斷地取水、用水和排水而產(chǎn)生的人為會(huì)活動(dòng)中不斷地取水、用水和排水而產(chǎn)生的人為水循環(huán)過程。它是依附于自然水循環(huán)的一個(gè)組成水循環(huán)過程。它是依附于自然水循環(huán)的一個(gè)組成部分，或者是一個(gè)環(huán)節(jié)、分支（如同降水、蒸發(fā)、部分，或者是一個(gè)環(huán)節(jié)、分支（如同降水、蒸發(fā)、下滲等環(huán)節(jié)），而不是一個(gè)獨(dú)立的水循環(huán)過程。下滲等環(huán)節(jié)），而不是一個(gè)獨(dú)立的水循環(huán)過程。 水的自然循環(huán)和社會(huì)循環(huán)是交織在一起的，水的自然循環(huán)和社會(huì)循環(huán)是交織在一起的，水的社會(huì)循環(huán)依賴于自然循環(huán)而存在，同時(shí)又嚴(yán)水的社會(huì)循環(huán)依賴于自然循環(huán)而存在，同時(shí)又嚴(yán)重干擾自然界的水循環(huán)。從重干擾自然界的水循環(huán)。從“天人

18、合一天人合一”和和“人人與自然協(xié)調(diào)發(fā)展與自然協(xié)調(diào)發(fā)展”的角度，應(yīng)當(dāng)將水循環(huán)研究納的角度，應(yīng)當(dāng)將水循環(huán)研究納入到入到“天然天然- -人工人工”這個(gè)更為完整的水循環(huán)體系這個(gè)更為完整的水循環(huán)體系中。中。 “天然天然人工人工”水循環(huán)示意圖水循環(huán)示意圖水循環(huán)原理 水量平衡原理水量平衡原理 Water balance（水量平衡）是指在任一時(shí)段（水量平衡）是指在任一時(shí)段內(nèi)研究區(qū)的輸入與輸出水量之差等于該區(qū)域內(nèi)研究區(qū)的輸入與輸出水量之差等于該區(qū)域內(nèi)的儲(chǔ)水量的變化值。內(nèi)的儲(chǔ)水量的變化值。 水量平衡研究的對(duì)象可以是全球、某區(qū)（流）水量平衡研究的對(duì)象可以是全球、某區(qū)（流）域、或某單元的水體（如河段、湖泊、沼澤、域、

19、或某單元的水體（如河段、湖泊、沼澤、海洋等）。海洋等）。 研究的時(shí)段可以是分鐘、小時(shí)、日、月、年，研究的時(shí)段可以是分鐘、小時(shí)、日、月、年，或更長(zhǎng)的尺度?；蚋L(zhǎng)的尺度。 水量平衡原理是物理學(xué)中水量平衡原理是物理學(xué)中“物質(zhì)不滅定律物質(zhì)不滅定律”的一種表現(xiàn)形式的一種表現(xiàn)形式。 全球儲(chǔ)水量全球儲(chǔ)水量 地球的總儲(chǔ)水量約地球的總儲(chǔ)水量約1.381010億億m3，其中海水，其中海水約約1.341010億億m3，占全球總水量的，占全球總水量的96.5%。余。余下的水量中地表水占下的水量中地表水占1.78%，地下水占，地下水占1.69%。 人類可利用的淡水量約為人類可利用的淡水量約為3.5108億億m3，主要，

20、主要通過海洋蒸發(fā)和水循環(huán)而產(chǎn)生，僅占全球總儲(chǔ)通過海洋蒸發(fā)和水循環(huán)而產(chǎn)生，僅占全球總儲(chǔ)水量水量2.53%。淡水中只有少部分分布在湖泊、。淡水中只有少部分分布在湖泊、河流、土壤和淺層地下水中，大部分則以冰川、河流、土壤和淺層地下水中，大部分則以冰川、永久積雪和多年凍土的形式存儲(chǔ)。其中冰川儲(chǔ)永久積雪和多年凍土的形式存儲(chǔ)。其中冰川儲(chǔ)水量約水量約2.4108億億m3，約占世界淡水總量的，約占世界淡水總量的69%，大部分都存儲(chǔ)在南極和格陵蘭地區(qū)。，大部分都存儲(chǔ)在南極和格陵蘭地區(qū)。海洋水海洋水96.530%大氣水大氣水0.001%陸地水陸地水3.469%（淡水（淡水2.53%）地球水的組成地球水的組成地下水

21、地下水48.779%冰川水冰川水50.163%永凍土底冰0.625%湖泊淡水0.368%土壤水0.034%沼澤水0.024%河水0.005%生物水0.002%地球淡水的組成地球淡水的組成 水量變化規(guī)律水量變化規(guī)律 水量平衡在水循環(huán)和水資源轉(zhuǎn)化過程中是水量平衡在水循環(huán)和水資源轉(zhuǎn)化過程中是一個(gè)至關(guān)重要的基本規(guī)律一個(gè)至關(guān)重要的基本規(guī)律 。就某個(gè)地區(qū)在某一。就某個(gè)地區(qū)在某一段時(shí)期內(nèi)的水量平衡來說，水量收入和支出差額段時(shí)期內(nèi)的水量平衡來說，水量收入和支出差額等于該地區(qū)的儲(chǔ)水量的變化量。等于該地區(qū)的儲(chǔ)水量的變化量。 一般流域水量平衡方程式可表達(dá)為一般流域水量平衡方程式可表達(dá)為 ： P - E - R =

22、S （2.1.12.1.1） 式中，式中，P為流域降水量，為流域降水量，E為流域蒸發(fā)量，為流域蒸發(fā)量，R為流域徑流量，為流域徑流量，S為流域儲(chǔ)水量的變化量。從為流域儲(chǔ)水量的變化量。從多年平均來說，流域儲(chǔ)水變量多年平均來說，流域儲(chǔ)水變量S的值趨于零。的值趨于零。 流域多年平均水量平衡方程式為：流域多年平均水量平衡方程式為： P0 = E0 + R0 （2.1.22.1.2） 式中式中P0、E0、R0分別代表多年平均降水量、蒸分別代表多年平均降水量、蒸發(fā)量、徑流量。發(fā)量、徑流量。 海洋的蒸發(fā)量大于降水量，多年平均水量平衡海洋的蒸發(fā)量大于降水量，多年平均水量平衡方程式可寫為：方程式可寫為： P0 =

23、 E0 - R0 （2.1.32.1.3） 全球多年平均水量平衡公式為：全球多年平均水量平衡公式為： P0 = E0全球水平衡全球水平衡( (數(shù)據(jù)來自數(shù)據(jù)來自John Mbugua et al, 1995) )1.191.1910106 6億億m m3 3陸地年降水量陸地年降水量0.72106億億m3陸地年蒸發(fā)量陸地年蒸發(fā)量4.584.5810106 6億億m m3 3海洋年降水量海洋年降水量5.055.0510106 6億億m m3 3海洋年蒸發(fā)量海洋年蒸發(fā)量 能量平衡原理能量平衡原理 能量守恒定律是水循環(huán)運(yùn)動(dòng)所遵循的另能量守恒定律是水循環(huán)運(yùn)動(dòng)所遵循的另一個(gè)基本規(guī)律，水分的三態(tài)轉(zhuǎn)換和運(yùn)移都一

24、個(gè)基本規(guī)律，水分的三態(tài)轉(zhuǎn)換和運(yùn)移都時(shí)刻伴隨著能量的轉(zhuǎn)換和輸送。時(shí)刻伴隨著能量的轉(zhuǎn)換和輸送。 大氣傳送的潛熱（水汽）作為一條聯(lián)系大氣傳送的潛熱（水汽）作為一條聯(lián)系全球能量平衡的紐帶，貫穿于整個(gè)水循環(huán)全球能量平衡的紐帶，貫穿于整個(gè)水循環(huán)過程中。過程中。 地球的輻射平衡地球的輻射平衡 太陽輻射是水循環(huán)的原動(dòng)力，也是整個(gè)地太陽輻射是水循環(huán)的原動(dòng)力，也是整個(gè)地球球大氣系統(tǒng)的外部能源。大氣系統(tǒng)的外部能源。 射入地球的太陽輻射量，其中的射入地球的太陽輻射量，其中的3030仍以仍以短波輻射形式被大氣和地表反射回太空，余下短波輻射形式被大氣和地表反射回太空，余下的的7070在地表與大氣之間經(jīng)過輻射能、感熱通在地

25、表與大氣之間經(jīng)過輻射能、感熱通量（接觸和對(duì)流輸熱）和潛熱通量（水分蒸發(fā)量（接觸和對(duì)流輸熱）和潛熱通量（水分蒸發(fā)吸熱）等復(fù)雜的再循環(huán)過程，最終以長(zhǎng)波輻射吸熱）等復(fù)雜的再循環(huán)過程，最終以長(zhǎng)波輻射形式被再度輻射回太空。形式被再度輻射回太空。 地球的輻射平衡地球的輻射平衡 熱量傳送熱量傳送 進(jìn)入到地球上的太陽能除了很少一部分供進(jìn)入到地球上的太陽能除了很少一部分供植物光合作用的需要外，約有植物光合作用的需要外，約有23%23%消耗于海洋表消耗于海洋表面和陸地表面的蒸發(fā)上。面和陸地表面的蒸發(fā)上。 在不同緯度以及海洋和陸地之間，存在著在不同緯度以及海洋和陸地之間，存在著太陽輻射的虧損和盈余。只有當(dāng)能量從盈余

26、的太陽輻射的虧損和盈余。只有當(dāng)能量從盈余的地區(qū)向虧空的地區(qū)輸送后，才能達(dá)到全球的能地區(qū)向虧空的地區(qū)輸送后，才能達(dá)到全球的能量平衡。而這種能量輸送，主要靠水循環(huán)過程量平衡。而這種能量輸送，主要靠水循環(huán)過程來完成。來完成。 能量輸送保持了全球的能量平衡，它使得能量輸送保持了全球的能量平衡，它使得輻射的虧空區(qū)不致于太冷，輻射的過剩區(qū)不致輻射的虧空區(qū)不致于太冷，輻射的過剩區(qū)不致于太熱，為生物提供了一種適宜的生存環(huán)境。于太熱，為生物提供了一種適宜的生存環(huán)境。 地表能量平衡一般方程地表能量平衡一般方程 根據(jù)能量守恒原理，地表能量的收支平根據(jù)能量守恒原理，地表能量的收支平衡關(guān)系如下：衡關(guān)系如下： doenA

27、PGHLEAR （2.2.12.2.1） 式中：式中： 為凈輻射，其值為到達(dá)地面的總輻射（包括短波輻射和長(zhǎng)為凈輻射，其值為到達(dá)地面的總輻射（包括短波輻射和長(zhǎng)波輻射）減去返回大氣的輻射；波輻射）減去返回大氣的輻射；LE為潛熱通量，其中為潛熱通量，其中L代表汽化潛熱代表汽化潛熱（2.45MJ/Kg2.45MJ/Kg），），E為被蒸發(fā)水量；為被蒸發(fā)水量；H為顯熱通量，代表與大氣的顯熱為顯熱通量，代表與大氣的顯熱交換；交換；G為地中熱傳導(dǎo)，代表通過地表物質(zhì)的熱量傳輸；為地中熱傳導(dǎo)，代表通過地表物質(zhì)的熱量傳輸； 為植物生化為植物生化過程的能量轉(zhuǎn)換，其中植物光合作用的能量吸收約占凈輻射的過程的能量轉(zhuǎn)換，其中植物光合作用的能量吸收約占凈輻射的2 2； 為人工熱輻射量（燃料等消耗對(duì)地表產(chǎn)生的能量釋放）；為人工熱輻射量（燃料等消耗對(duì)地表產(chǎn)生的能量釋放）； 為移流項(xiàng)為移流項(xiàng)（因空氣或水的水平流動(dòng)引起的能量?jī)魮p失）。（因空氣或水的水平流動(dòng)引起的能量?jī)魮p失）。nRo