地理學概論-05水圈與水量平衡

1、水圈,第六章      水圈與水平衡,第一節(jié) 水圈的組成第二節(jié) 水圈的結構第三節(jié) 水圈的演化第四節(jié) 水的運動第五節(jié) 水量平衡第六節(jié) 水圈與人類,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3.61×108 km2，約占地球表面的71%；海水總體積約為1.37×109 km3，約占地球總水量的96%-97%。,,陸地水

2、：河流；湖泊；沼澤；地下水；冰川。,陸地水,地球上的水,第六章,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、植物有機體內的生物水。這些水體，通過水循環(huán)組成了一個統(tǒng)一的相互聯系的包圍地球的水圈。在這其中，海水構成水圈的絕大部分，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3x1016 m3；而

3、陸地上的河、湖、土壤水、地下水等約為4x1012 m3，水體分布很廣，但其所占比重卻很小。,第六章,大洋平均溫度典型垂直分布（Pickard et al, 1990）,第六章,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42.8‰，而波羅的海北部的波的尼亞灣，鹽度最低時只有3‰左右。世界海洋表層海水的鹽度分布規(guī)律為

4、：從南北半球的副熱帶海區(qū)，分別向兩側的高緯和低緯遞減，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、結冰和融冰、洋流等因素的影響。,第六章,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?；蛑芷谛缘匮亓魉旧碓斐傻耐莸亓鲃?，就形成了河流。河流沿途接納支流，形成復雜的干支流網絡系統(tǒng)，就是水系。每一條河流或每一個水系都從一定的陸地面積上獲得補給水，這一集水區(qū)就是河

5、流或水系的流域。兩相鄰流域間地面高程最高點的連線，就是兩個水系的分水線。,第六章,中國大陸徑流分帶與變差系數（據《中國自然地理圖集》）,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來表示年徑流的變化程度。影響年徑流的離差系數的主要因素有年徑流量、徑流補給來源和流域面積大小。我國河流年徑流的離差系數由東南豐水帶的0.2～0.3到西北缺水帶的0.8～1.0。,第六章,自流水

6、盆地,據埋藏條件不同,地下水分為上層滯水、潛水和承壓地下水三類。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關系。承壓地下水是指埋藏在上下兩個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，其天然露頭或經人工鑿井噴出地表形成自流井。,第六章,水圈的結構,水圈的水平結構特征 連續(xù)性: 地球表面任何一個地方都有水的

7、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。不均勻性一是表現在水圈的厚度各處不一，二是表現在水圈中各處分布的水量不同。,,水圈的垂直結構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越少。垂直分層: 水圈在垂直方向上具有一定的分層現象。相態(tài)分異: 水的相態(tài)在垂直方向上的有規(guī)律的變化現象。,第六章,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

8、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。,第六章,水圈的演化,水從無到有：自生說；外生說,,水從少到多、從酸性到堿性：水通過巖漿活動和火山噴

9、發(fā)由地球內部逸出。從而使地球水圈的水越來越多。原始酸性的大洋水與當時偏于基性的火成巖發(fā)生作用，會產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，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,水 的 運 動,概念：地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射、重力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送、凝結降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，下斷地發(fā)生相態(tài)轉換和周而復始運動的過程，稱為水循環(huán)。地球上各類水體，通過水循環(huán)形成了一個連續(xù)

10、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)。,機理：水循環(huán)服從于質量守恒規(guī)律；水循環(huán)的基本動力是太陽輻射和重力作用；水循環(huán)廣及整個水圈，并深入大氣圈、巖石圈及生物圈，同時通過無數條路線實現循環(huán)和相變；從全球看，水循環(huán)是個閉合系統(tǒng)，但從局部地區(qū)看水循環(huán)卻是開放系統(tǒng)。,水循環(huán)對地球上的生物和其它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,水循環(huán),地球上各種形態(tài)的水，在太陽輻射、重力等作用下，通過蒸發(fā)、水汽輸送

11、、凝結降水、下滲以及徑流等環(huán)節(jié)，不斷地發(fā)生相態(tài)轉換和周而復始運動的過程，稱為水循環(huán)。地球上各類水體，通過水循環(huán)形成了一個連續(xù)而統(tǒng)一的整體。,第六章,二、河水的運動,層流：全部水流呈平行流來運動，即水質點運動的軌跡線（流線）平行，在水流中運動方向一致，流速均勻；紊流：水流中每個水質點運動速度與方向均隨時在變化，而且其變化是圍繞一個平均值上下跳動環(huán)流：河水內部還具有局部水流環(huán)繞著一定的旋轉軸做往復運動。,,,,三、 冰川的運動,重力

12、流：在斜坡上因冰川自重而產生的沿坡向的分力大于冰川槽對冰川的阻力時，所引起的運動。,擠壓流：由于冰川堆積的厚薄不同使內部所受的壓力分布不均，引起的冰川運動。,第六章,河水在重力的作用下沿河槽不斷向下游流動，重力是決定河水縱向運動的基本動力。河水在運動過程中，同時還受到地轉偏向力、慣性離心力和機械摩擦力等作用，在這些力的影響下，河水除了沿河槽做縱向運動以外，還會產生各種形式的環(huán)流運動。按水流內在結構的差異，可將水流的運動狀態(tài)分為層流和

13、紊流兩種類型。層流的水流狀態(tài)是全部水流呈平行流來運動，即水質點運動的軌跡線（流線）平行，在水流中運動方向一致，流速均勻；而紊流的流態(tài)是水流中每個水質點運動速度與方向均隨時在變化，而且其變化是圍繞一個平均值上下跳動的。,環(huán)流,紊流,層流,河水的運動,第六章,四、海水的運動,波浪：每個水質點作周期性運動，所有水質點相繼振動，引起水面呈周期性的起伏。 潮汐：由于月球和太陽的引力引起的地球海水面的周期性升降運動。 潮流：海水受月球和太陽

14、引力而發(fā)生周期性的流動。 洋流：指海洋中具有相對穩(wěn)定的流速和流向的海水，從一個海區(qū)水平地或垂直地向另一個海區(qū)大規(guī)模的非周期性運動。分為風海流；密度流；補償流。厄爾尼諾現象：在赤道太平洋東部的厄瓜多爾和秘魯沿岸，每過幾年，東向信風減弱，導致沿岸上升流也隨之減弱或消失，暖水倒流，水溫上升，大氣對流逐漸變得活躍，海洋里由于上升流的減弱，表層海水的營養(yǎng)物質含量減少，并且由于溫度的升高，魚類大量死亡，使秘魯漁場大幅度減產。,,第六章,波浪

15、要素圖,水質點在其平衡位置附近做近似封閉的圓周運動，便產生了波浪，并引起了波形的傳播。因此，波浪的傳播僅是波形的傳播，而不是水質點的向前移動。組成波浪的基本要素有：波峰、波谷、波高、波長、周期、波速等。,第六章,潮汐要素圖,潮汐是由于月球和太陽的引力引起的地球海水面的周期性升降運動。在潮汐漲落的每一周期內，當水位漲到最高位置時，叫高潮或滿潮；當水位下降到最低位置時，叫低潮或干潮。從低潮到高潮過程中，水位逐漸上升，叫漲潮；從高潮到低潮

16、過程中，水位逐漸下降，叫落潮。當潮汐達到高潮或低潮的時候，海面在一段時間內既不上升也不下降，分別叫平潮和停潮。平潮的中間時刻叫高潮時；停潮的中間時刻，叫低潮時，相鄰的高潮與低潮的水位差叫潮差。,第六章,世界洋流分布圖,洋流是指海洋中具有相對穩(wěn)定的流速和流向的海水，從一個海區(qū)水平地或垂直地向另一個海區(qū)大規(guī)模的非周期性運動。洋流按成因分為：風海流、密度流、補償流,如秘魯寒流屬于上升補償流。此外，洋流按本身與周圍海水溫度的差異分為暖流和寒

17、流。暖流指洋流水溫比流經海區(qū)水溫高的洋流；寒流則相反。洋流按其流經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,世界洋流分布特點與中國近海表層海流,1.黑潮；2.臺灣暖流；3.對馬暖流；4.黃海暖流；5.黃海沿岸流；6.東海沿岸流；7.南海東北季風漂流；8.南海西南季風漂流（左：2月，右：8月）（趙濟《中國地理》,洋流分布有以下特點：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

18、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漂流。⑷ 在南極大陸形成繞極環(huán)流。⑸ 北印度洋形成季風環(huán)流。冬季北印度洋盛行東北季風，形成反時針方向的東北季風漂流；夏季，北印度洋盛行西南季風，形成順時針方向的西南季風漂流。影響中國的洋流有黑潮及季風漂流等。,第六章,世界大洋環(huán)流的聯系示意圖（Broecker,1995),在大洋深層環(huán)流系的垂直結構中，可分出暖、冷兩種環(huán)流系統(tǒng)和五個基本水層（表層、次層、中層、深層和底層

19、）。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動過程中，進行著全球性的水量交換與循環(huán)，這構成世界大洋中統(tǒng)一的環(huán)流體系。,第六章,五、海面升降與三相轉化,波浪、潮汐等海水的運動形式，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間內發(fā)生劇烈變化，但這種變化畢竟是短暫的，過后又會很快恢復

20、原狀。從長期看，海面升降則與水的三相轉換有著密切的關系。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，地球上氣候較冷的時候，冰川的規(guī)模就大，大量的水體從海洋轉移到冰川上儲存起來，導致海面降低。氣候轉暖時，冰川退縮，大量的冰川融水，又通過河流注入大海，導致海平面上升。因此，海面升降成了反映氣候變化的指示劑。,,海面的升降會導致海岸濕地與低地的淹沒、海岸帶遭侵蝕、洪泛與風暴潮災害、鹽水

21、入侵等，給人類的生產和生活帶來影響，特別是對沿海經濟發(fā)達、人口稠密的地區(qū)威脅更大。海面的下降，又會使沿海的一些港口、航道廢棄，使陸地上的降水減少，大陸度增高。因此，科學家正在加強這方面的研究。,第六章,海面升降與三相轉化,從長期看，海面升降則與水的三相轉換有著密切的關系。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。據計算，目前全球冰川的年平均消融量約3，000 km2。這一數字近乎全球河流水量的三倍。冰蓋消融量的增減，將直接

22、影響海平面的升降。一般說，地球上氣候較冷的時候，冰川的規(guī)模就大，大量的水體從海洋轉移到冰川上儲存起來，導致海面降低。氣候轉暖時，冰川退縮，大量的冰川融水，又通過河流注入大海，導致海平面上升。因此，海面升降成了反映氣候變化的指示劑。,第六章,水 量 平 衡,,水量平衡：地球上任何一個區(qū)域在任何一時段內，水的收入與支出的差額等于該地區(qū)的儲水變化量。水量平衡方程：通用水平衡方程: I-Q=ΔS,,,,,,,全球水平衡方程：

23、 P全球=E全球,全球水量平衡：盡管對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，但有一點是共同的，就是全球的水量是平衡的。,,第六章,全球水平衡（數據來自John Mbugua et al,1995）,第六章,水 圈 與 人 類,,水——人體的重要組成生命來源于水：原始海洋中溶解的氧、二氧化碳等物質，是細胞進行新陳代謝時最好的“營養(yǎng)品”；厚厚的水體又像一個“保護罩”使嬌弱的原始生命不致被太陽紫外線殺傷。

24、生命運動離不開水：水是生物體的基本成分。在肌體內起著輸送物質的作用；維持著肌體養(yǎng)分平衡，起著吸收養(yǎng)分，排出廢物的作用；起著調節(jié)溫度的作用；具有支持營養(yǎng)的作用．,一方面，水是人類必不可少的，并給人類帶來許多好處。但另一方面，水也給人們帶來了許多災害。如果水過多也會造成災害。水災給人類帶來的危害是巨大的，洪水災害是造成經濟損失最大的自然災害之一。由于地球表層目前可供人類直接利用的水的有限性、時間與空間分布的不均勻性，使得世界一些地區(qū)或城市或

25、多或少地出現了缺水問題。,第六章,生命運動離不開水,水是生物體的基本成分。例如，哺乳動物體內水約占65%。魚類占75%，藻類占95%，水母則高達95%～98%。水在人體中起著重要作用：在肌體內起著輸送物質的作用；維持著肌體養(yǎng)分平衡，起著吸收養(yǎng)分，排出廢物的作用；起著調節(jié)溫度的作用；具有支持營養(yǎng)的作用等。正常情況下，人體水分處于吸收與排出相等的平衡狀態(tài)，但當這種平衡狀態(tài)被打破時，就會影響人體正常生活。,當一個人吸收的水量比維持平衡的水

26、分少1%～2%，就會感到口渴；當減少5%時就會皮膚皺折，神態(tài)不清；當減少14～15%，就會死亡。故一般人幾天不吃東西尚可，若幾天不喝水，其結果就可想而知。,第六章,中國雨澇分布（1951-1990）,我國氣候受季風影響，降水有明顯的季節(jié)變化，旱澇頻率都較大。我國雨澇的分布大體上是由東南向西北減少，并且與地勢高低和離海遠近有密切關系。沿海和平原地區(qū)多雨澇，內陸與高原地區(qū)少雨澇。,水災給人類帶來的危害是巨大的，洪水災害是造成經濟損失最主