气候系统的水循环.pptx
l海洋水：海洋是水圈的主体，是地球上水的最大源地。约占地球总水量的96%97%。l陆地水：河流；湖泊；沼泽；地下水；冰川。第1页/共59页2、气候系统水的更新速度水体类别水体类别更新时间更新时间（年）（年）水体类别水体类别更新时间更新时间极地冰川极地冰川10000土壤水土壤水1年年海洋海洋2500河流水河流水16日日高山冰川高山冰川1600大气水大气水8日日深部地下水深部地下水1400生物水生物水几个小时几个小时湖泊水湖泊水17全球全球2400年年沼泽水沼泽水5地球上各种水体重水的更新时间第2页/共59页25.2106km3全全球球水水圈圈系系统统大气圈中的水雨、雾、露雪、雹、霰、水水蒸汽生物圈中的水体液（细胞外液）细胞液（细胞内液）生物聚合水化物（键合水）地表圈中的水陆地水海洋水泉水、沼泽水池水、塘水、湖水、冰盖和雪盖江水、河水、冰川河口区水浅海水大洋水海洋沉积物孔隙水岩石圈中的水地下水岩浆水聚合水土壤水1350106km3占全球总水量的97%0.0006106km30.013106km38.4106km34.34.3 气候系统的水分循环 第3页/共59页海洋海洋1350101350101515m m3 3陆地陆地33.61033.6101515m m3 3大气大气0.013100.013101515m m3 3冰川冰川25地下水（活跃）地下水（活跃）8.4湖河湖河0.2生物圈生物圈0.0006E=3611012m3/YearR0=371012m3/YearP=3611012m3/YearE=621012m3/YearP=991012m3/Year1117140385425水循环水循环第4页/共59页1.定义：水分循环：水在气候系统各圈层间的永无 休止的循环运动；外循环（大循环）：水分由海洋输送到陆 地，又回到海洋的循环；内循环（小循环）：由海洋（陆地）通过 蒸发的水汽，再以降水的形式直接落 到海洋（陆地）的循环。水循环水循环第5页/共59页土壤水分(w)陆地水循环陆地水循环海洋水循环海洋水循环全球水循环全球水循环裸地裸地蒸发蒸发雪雪385111第6页/共59页第7页/共59页2.水分循环的成因：水循环水循环内因：内因：水的三种状态及其 相互转化外因：外因：热力（太阳辐射）和动力 （地球引力）条件第8页/共59页3.水分循环尺度 全球水循环区域水循环水-土-植系统水循环第9页/共59页地表径流下渗降水植物截流土壤水分储蓄渗透毛管水浅层地下水储蓄越流补给深层地下水储蓄植物蒸腾土壤蒸发地下水蒸发陆 面 蒸 发降水地表径流壤中径流不透水面降水蒸发河 川 储 蓄河川径流海洋蒸发降水水面蒸发水汽输送地下径流 气候系统内不同尺度水分循环 第10页/共59页4.水分循环的意义：将气候系统各圈层紧密联系在一起，形成有机整体；输送地球上的能量和物质；使海洋和陆地联系更紧密；可再生资源。第11页/共59页都江堰都江堰第12页/共59页长江三峡大坝“之最世界防洪效益最为显著水利工程；世界最大的电站；世界工程量最大的水利工程；世界施工难度最大的水利工程；施工期流量最大的水利工程；世界泄洪能力最大的泄洪闸；世界级数最多、总水头最高的内河船闸；世界规模最大难度最高的升船机；世界水库移民最多、工作最为艰巨的移民建设工程。第13页/共59页金沙江溪洛渡水电站大坝2003年开始筹建，2005年底主体开工2015年竣工投产总工期约13年。第14页/共59页5.影响水分循环的因素:1.气象因素：风、温度、湿度等；2.下垫面因素：地形、地质、地貌、土壤、植被；3.人类活动：水利工程、农林措施等。水循环水循环第15页/共59页4.4 地表面蒸发地表面蒸发一、蒸发和蒸散的概念：水分从物体表面既蒸发面向大气逸散的现象称为蒸发。植被地段的地面蒸发和植物蒸腾统称为蒸散。蒸发凝结水第16页/共59页二、蒸发率的概念 单位时间从蒸发面单位面积上逸散到大气中的水分子数与从大气中返回到蒸发面的水分子数的差值（当为正值时）称为蒸发率（或地面水汽输送通量)，用于表示蒸发面蒸发快慢的特征量，mmh-1.三、蒸发潜热L=24912.177t0 (Jg-1)t0为蒸发面温度第17页/共59页蒸发皿蒸发皿第18页/共59页影响蒸发率的三个因素：影响蒸发率的三个因素：供水供水供能供能动力条件动力条件:水汽含量梯度，对流，扩散水汽含量梯度，对流，扩散第19页/共59页涡动相关法涡动相关法分别是垂直速度、温度、比湿和水平分别是垂直速度、温度、比湿和水平运动的脉动值，湍流脉动仪观测采样运动的脉动值，湍流脉动仪观测采样频率一般为频率一般为10Hz 蒸发的计算（1）第20页/共59页总体空气动力学方法总体空气动力学方法 热量总体输送系数热量总体输送系数 T0,T 地面及地面及z高度的温度高度的温度U 是是z高度风速高度风速 感（显）热输送通量感（显）热输送通量水汽总体输送系数水汽总体输送系数地面及地面及z高度比湿高度比湿 潜热输送通量潜热输送通量蒸发的计算（2）第21页/共59页蒸发的计算（4）1.梯度（扩散）方法第22页/共59页蒸发计算（5-1）热量平衡方法：其中R为辐射平衡量，L为蒸发潜热系数，为土壤热交换量第23页/共59页蒸发计算（5-2）Penman（1948）的潜在蒸发计算公式：主要用于开阔水面第24页/共59页PenmanMonteith 方法：方法：蒸发计算（蒸发计算（5-2）第25页/共59页蒸发计算（5-2）世界粮农组织发展的PenmanMonteith 方法（19901998）：第26页/共59页中国年地表蒸发量的空间分布（mm）第27页/共59页地表蒸发的分布全球:由副热带向高纬递减;最大值在副热带海洋,可达2000mm以上/a;最小值出现在副热带大陆.中国:从东南（800mm以上/a）向西北（不足50mm/a）减小;夏季最大,冬季最小.第28页/共59页蒸发研究的问题实际蒸发观测资料的缺乏大量的蒸发皿蒸发研究无法给出陆地表面的实际蒸发；蒸发皿蒸发、潜在蒸发和实际蒸发的关系（非常复杂）尚不清楚加强观测、卫星遥感资料的使用第29页/共59页4.5 大气中的水分 一、大气中水含量1、定义：从地面到大气顶单位面积大气柱中的水分含量.2、计算第30页/共59页7月1月P(hPa)30-40N，110-120E区域1971-2000年平均大气水份的垂直变化分布q（g/kg）第31页/共59页全球1971-2000年平均大气水分含量的空间分布（可降水量表示，单位：mm）1月7月第32页/共59页北半球南半球全球1月7月193425202227大气中的平均水汽含量(mm)中国大气年水汽含量的分布（mm）第33页/共59页二、大气中的水汽输送1.计算从地面到大气顶水汽（E）单位纬向距离在南北方向上的水平输送:第34页/共59页中国东亚季风区1958-1998年夏季平均水汽输送 通量矢量分布(100g/cm*s)2.中国夏季水汽输送特征第35页/共59页4.6 降水第六节一、定义云中的液态或固态水在重力作用下，克服空气阻力，从空中降落到地面的现象，称为降水.二、形成条件1.水汽，降水形成的物质基础；2.水汽凝结的动力条件.第36页/共59页三、降水量分布 世界年降水量的分布（1961-1990年平均，mm）第37页/共59页全球年降水量分布全球年降水量分布第38页/共59页中国年降水量的空间分布（1961-1990年，mm）第39页/共59页4.7 径流第七节一、径流的形成径流形成过程：由降水到水流汇集至径流形成过程：由降水到水流汇集至出口断面的整个物理过程出口断面的整个物理过程1.降水过程；2.流域的蓄渗过程：植物截留、下渗、洼地蓄水等过程；3.坡面漫流过程；4.河网汇流阶段.第40页/共59页二、径流特征量1.径流总量：一定时间内通过河川横断面的水量，称为径流总量。W=Q*T2.径流系数：任意时段内流域平均的径流深度与流域平均降水量之比。=f/r3.径流变率（模比系数）：任何时段的平均径流量与同期多年平均径流量之比。Ki=QI/Q0第41页/共59页三、径流的时间变化1.季节（年）变化，一年内径流（河槽水位）的变化：汛期、平水期、枯水期；2.径流的年际及年代际变化，同一时期不同年份或年代之间的径流之差异。第42页/共59页四、中国的径流分布中国年径流量的空间分布（mm）第43页/共59页第八节4.8 气候系统的水分平衡一、水量平衡概念:水分循环的数量表示，即任一区域在某一时段内,水分收入与支出的差等于该区域在该时段内的水量变化,长期意义下,任一区域水量保持收支平衡.二、地面水量平衡方程陆地海洋通用形式第44页/共59页多年平均陆地：海洋：全球：第45页/共59页三、地表水分收支状况区域面积106km2降水量104km3蒸发量104km3径流量104km3海洋大陆全球36114951041.29.951.144.96.251.13.73.7地球上水份平衡 大洋降水量蒸发量大陆边缘地区的径流与临近大洋交换的水量大西洋印度洋太平洋北冰洋78010101210240104013801140120200706023060300130350地球各大洋的水分平衡(mm/a)第46页/共59页第七节全球年水量平衡因素水量/km3海洋降水量382000海洋蒸发量419000陆地降水量106000陆地蒸发量69000进入海洋的径流量37000来自陆地蒸发的陆地降水量12000来自海洋蒸发的陆地降水量94000来自陆地蒸发的海洋降水量57000来自海洋蒸发的海洋降水量325000第47页/共59页土壤水分(w)陆地水循环陆地水循环海洋水循环海洋水循环全球水循环全球水循环裸地裸地蒸发蒸发雪雪385111第48页/共59页中国的水量平衡外流区水分循环数值大于内流区外流区的径流系数大于内流区不同外流区的水分循环数值以及径流系数也不同第49页/共59页第50页/共59页四、大气的水分平衡1.定义：某一地区在给定的一段时间内，大气柱中总收入的水汽量与总支出的水汽量之差，等于该地区这一时段内大气柱中水汽含量的变化量。2.方程大气柱水气量的变化大气柱水汽流入量大气柱水汽流出量蒸发进入大气柱水汽量降水减少大气柱水汽量第51页/共59页根据 r-E 平衡和大气通量推算出的水汽平均向北通量（10 14kga-1）纬度706050403020100北半球r-E平衡82310518914242143165大气通量145513725419487105103南半球r-E平衡55218629117352227165大气通量14217522916343225141第52页/共59页五、地-气系统的水分平衡陆地大气地-气系统水分平衡方程第53页/共59页3.分布NNJanJuly纬圈平均大气水汽收支的分布(单位:10 5ta-1)，细实线和虚线 分别为总涡动和经圈环流水汽的水平辐合，粗实线为水汽的源（大于零）汇（小于零）分布第54页/共59页intertropical convergence zone;ITCZ热带（赤道）辐合带在25N到10S之间第55页/共59页第56页/共59页第57页/共59页本章小结气候系统的水分循环蒸发降水水汽输送径流气候系统的水分平衡第58页/共59页感谢您的观看。第59页/共59页
