配套中学教材全解工具版—第三章 第一节 自然界的水循环（人教版必修1）.doc

第一节 自然界的水循环【知识拓展】1.水循环的基本过程　　（1）水循环基本过程　　水循环是指地球上各种形态的水，在太阳辐射、地心引力等作用下，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　　从全球整体角度来说，这个循环过程可以设想从海洋的蒸发开始，蒸发的水汽升入空中，并被气流输送至各地，大部分留在海洋上空，少部分深入内陆，在适当条件下，这些水汽凝结降水其中海面上的降水直接回归海洋，降落到陆地表面的雨、雪，除重新蒸发升入空中的水汽外，一部分成为地表径流补给江河湖泊，另一部分渗入岩土层中，转化为壤中流与地下径流地表径流、壤中流与地下径流，最后流入海洋，构成全球性统一的、连续有序的动态大系统　　全球海陆间水循环整个过程可分解为蒸发、水汽输送、凝结降水、水分下渗，以及地表、地下径流等基本环节这些环节相互联系、相互影响，又交错并存、相对独立，并在不同的环境条件下，呈现不同的组合，在全球各地形成一系列不同规模的地区水循环　　（2）水循环机理　　第一，水循环服从于质量守恒定律整个循环过程保持着连续性，既没有开始，也没有结尾从实质上说，水循环是物质与能量的传输、储存和转化过程，而且存在于每一个环节。

在蒸发环节中，伴随液态水转化为气态水的是热能的消耗，伴随着凝结降水的是潜热的释放，所以蒸发与降水就是地面向大气输送热量的过程由降水转化为地表径流与地下径流的过程，则是势能转化为动能的过程这些动能成为水流的动力，消耗于沿途的冲刷、搬运和堆积过程，直到注入海洋才消耗殆尽　　第二，太阳辐射与重力作用，是水循环的基本动力此动力不消失，水循环将永恒存在，水的物理性质，在常温常压条件下液态、气态、固态三相变化的特性是水循环的前提条件；外部环境包括地理纬度、海陆分布、地貌形态等，制约了水循环的路径、规模与强度　　第三，水循环广及整个水圈，并深入大气圈、岩石圈及生物圈其循环路径并非单一的，而是通过无数条路线实现循环和相变，所以水循环系统是由无数不同尺度、不同规模的局部水循环所组合而成的复杂巨系统　　第四，全球水循环是闭合系统，但局部水循环却是开放系统因为地球与宇宙空间之间虽存在水分交换，但每年交换的水量还不到地球上总贮水量的1/1 500 000 000，所以可将全球水循环系统近似地视为既无输入又无输出的一个封闭系统，但对地球内部各大圈层，对海洋、陆地或陆地上某一特定地区某个水体而言，既有水分输入，又有水分输出，因而是开放系统。

　　第五，地球上的水分在交替循环过程中，总是溶解并携带着某些物质一起运动，诸如溶于水中的各种化学元素、气体以及泥沙等固体杂质等不过这些物质不可能像水分那样，构成完整的循环系统，所以通常意义上的水文循环仅指水分循环，简称水循环2.水循环的类型与层次结构（1）水循环的基本类型通常按水循环的不同途径与规模，将全球的水循环分为大循环与小循环① 大循环是指发生于全球海洋与陆地之间的水分交换过程，由于广及全球，故名大循环，又称外循环　　大循环的主要特点是，在循环过程中，水分通过蒸发与降水两大基本环节，在空中与海洋、空中与陆地之间进行垂向交换，与此同时，又以水汽输送和径流的形式进行横向交换在垂向交换过程中，海面上的年蒸发量大于年降水量，陆面上情况正好相反，年降水量大于年蒸发量；在横向交换过程中，海洋上空向陆地输送的水汽要多于陆地上空向海洋回送的水汽，两者之差称为海洋的有效水汽输送，正是这部分有效的水汽输送，在陆地上转化为地表径流及地下径流，最后回流入海，在海陆之间维持水量的相对平衡　　②小循环是指发生于海洋与大气之间，或陆地与大气之间的水分交换过程小循环又称内部循环，前者又可称为海洋小循环，后者称陆地小循环。

　　海洋小循环主要包括海面的蒸发与降水两大环节，比较简单陆地小循环的情况则要复杂得多，并且内部存在明显的差别从水汽来源看，有陆面自身蒸发的水汽，也有自海洋输送来的水汽，并在地区分布上很不均匀，一般规律是距海愈远，水汽含量愈少，因而水循环强度具有自海洋向内陆深处递减的趋势，如果地区内部植被条件好，贮水比较丰富，那么自身蒸发的水汽量比较多，有利于降水的形成，因而可以促进地区小循环　　陆地小循环可进一步区分为大陆外流区小循环和内流区小循环其中外流区小循环除自身垂向的水分交换外，还有多余的水量，以地表径流及地下径流的方式输向海洋，高空中必然有等量的水分从海洋送至陆地，所以还存在与海洋之间的横向水分交换而陆地上的内流区，其多年平均降水量等于蒸发量，自成一个独立的水循环系统，地面上并不直接和海洋相沟通，水分交换以垂向为主，仅借助于大气环流运动，在高空与外界之间进行一定量的水汽输送与交换活动　　（2）全球水循环系统的层次结构　　如前所述，全球水循环是由海洋的、陆地的以及海洋与陆地之间的各种不同尺度、不同等级的水循环所组合而成的动态大系统这些水循环系统既紧密联系、相互影响，又相对独立　　陆地水循环系统结构比海洋水循环系统要复杂，而且还可进一步区分，例如长江流域为四级水循环系统，汉江作为长江的一级支流，就属于五级水循环系统，而丹江是汉江的支流，是长江的二级支流，因而属于六级水循环系统。

　　3.水循环的作用与效应　　水循环作为地球上最基本的物质大循环和最活跃的自然现象，它深刻地影响到全球地理环境，影响生态平衡，影响水资源的开发利用，对自然界的水文过程来说，水循环是千变万化的水文现象的根源　　（1）水循环与地球圈层构造　　地球表层系统由大气圈、岩石圈、生物圈以及水圈组合而成在这一有序的庞大层次结构中，水圈居于主导地位，正是水圈中的水，通过周而复始的循环运动，积极参与了圈层之间的交换活动，并且深入四大圈层内部，将它们耦合在一起　　水循环，它上达15千米的高空，成为大气圈的有机组成部分，担当了大气循环过程的主角；下深地表以下1～3千米深处，积极参与岩石圈中化学元素的迁移过程，成为地质大循环的主要动力因素；同时，水作为生命活动的源泉、生物有机体的组成部分，它全面参与了生物大循环，成为沟通无机界和有机界联系的纽带，并将四大圈层串联在一起，组合成相互影响、相互制约的统一整体从这一意义上说，水循环深刻地影响了地球表层结构的形成以及今后的演变与发展　　（2）水循环与全球气候　　水循环一方面受到全球气候变化，尤其是大气环流活动的影响；另一方面它又深入大气系统内部，极其深刻地制约了全球气候。

　　首先，水循环是大气系统能量的主要传输、储存和转化者虽然太阳辐射是地球表层的根本热源，但是大气得到的太阳直接辐射，仅占它吸收的总能量的30％，而来自地面的长波辐射占23％，地面与大气之间显热交换占11％，来自蒸发潜热输送的能量要占到36％，居第一位对此，有学者研究指出，大气循环的能量，主要是由水循环过程中汽化潜热的转化所提供的通过计算表明，如果大气圈中的水汽含量比现在减少一半，地球表面的平均气温将降低5 ℃，两极地区的冰盖将大大扩展，地球将进入冰期　　其次，水循环通过对地表太阳辐射能的重新再分配，使不同纬度热量收支不平衡矛盾得到缓解在南北纬35°之间的地区，吸收太阳辐射量大于地面辐射支出量；而在纬度高于35°的地区则支出大于收入据估算，如果没有热平流来调节高低纬度之间的这种热量分配不均的状态，那么赤道附近地区的温度要比现今增加10 ℃以上，两极地区则要降低20 ℃此外，昼夜的温差也远远超过现今的状况再次，水循环的强弱及其路径，还会直接影响到各地的天气过程，甚至可以决定某地区气候的基本特征在这方面，海洋环流系统的气候效应表现得最为强烈　　此外，像雨、雪、霜、霰等天气现象，本身就是水循环的产物，没有水循环，也就不存在这类天气现象。

3）水循环与地貌形态及地壳运动　　地壳构造运动奠定了全球海陆分布，以及陆地表面高山、深谷、盆地、平原等地表形态的基本轮廓水循环过程中的流水以其持续不断的冲刷、侵蚀、搬运与堆积作用，以及水的溶蚀作用，在地质构造的基础上重新塑造了全球的地貌形态，从两极与高山地区的冰川地貌、滨海地区的海岸地貌，到河流冲积、堆积地貌以及千姿百态的岩溶地貌，无不是水循环的杰作水循环不仅重新塑造了地表形态，而且还影响到地壳表层内应力的平衡，是触发地震，甚至引起地壳运动的重要原因4）水循环与生态平衡　　水是生命之源，又是生物有机体的基本组成物质，无论是动物还是植物，细胞原生质中大部分是水，如人体组织中70％是水没有水循环，就不会有生命活动，也就不存在生物圈　　同时，水循环的强度及其时空变化，还是制约一个地区生态环境平衡或失调的关键，是影响地区内生物有机体活动旺盛、繁茂或凋萎、贫乏的主要因子例如，同属于热带，水循环旺盛的地区，可以成为生物繁茂的热带雨林，水循环弱的地区可能成为干旱草原，甚至热带荒漠处于同一纬度带的大陆东西两岸，凡是受海洋影响大的海岸，水循环旺盛，往往风调雨顺，生态环境比较适合生物生长；反之，水循环弱的海岸，相对来说生态环境比较脆弱，自然灾害比较频繁。

　　此外，对于同一地区来说，水循环强度的时空变化，又是造成本区洪涝、干旱等自然灾害的主要原因，循环强度过大，可能引发洪水与涝渍灾害；循环强度过弱，可能产生水资源不足，形成旱灾　　我国华北、西北地区相对于东南沿海地区来说，生态环境显得比较严峻，主要原因：一是本地区水循环强度总体上比较弱，二是时空变化比较大　　（5）水循环与水资源开发利用　　水是人类赖以生存、发展的宝贵资源，是廉价、清洁的能源，是农业的命脉、工业的血液和运输的大动脉，它与其他自然资源相比，主要不同点是水资源具有再生性和可以永续利用的特点这一特点正是水循环所赋 予的　　如果自然界不存在水循环现象，那么水资源也就不能再生，无法永续利用但必须指出的是水资源的再生性和可以永续利用不能简单地理解为“取之不尽，用之不竭”因为水资源永续利用是以水资源开发利用后能获得补充、更新为条件的更新速度和补给量要受到水循环的强度、循环周期长短的制约，一旦水资源开发强度超过地区水循环更新速度或者遭受严重的污染，那么就会面临水资源不足，甚至枯竭的严重局面所以对于特定地区而言，可开发利用的水资源量是有限的，必须重视水资源的合理利用与保护只有在开发利用强度不超过地区水循环更新速度以及控制水污染的条件下，水资源才能不断获得更新，才能永续利用。

　　（6）水循环与水文现象以及水文科学的发展　　水循环是地球上一切水文现象的根源，没有水循环，地球上也就不会发生蒸发、降水、径流，不存在江河湖泊所以研究地球上的水循环，是认识和掌握自然界错综复杂的水文现象的一把钥匙，是把握自然界各种水体的性质、运动变化及其相互关系的有效方法和手段可以说水循环与水量平衡的研究引导了以往水文科学的发展，亦将指导水文学的未来，并正从宏观与微观双向尺度上，不断拓宽与加深水文科学从宏观上讲，着重于全球水循环与全球生物圈、全球气候系统以及岩石圈之间界面过程的研究，借助卫星遥感手段、全球大气圈层和陆地表面的系统观测资料，用以确定全球尺度的水文循环与能量通量，以及它们对环境变迁、人类活动的影响等　　从微观方面来说，除了继续发展各类流域水文模型外，正深入到单元尺度的细微观测与计算机模拟，开展不同自然地理区域的水循环微观过程的实证，以及土壤水分动态平衡、蒸发、蒸腾水文模型等的研究　　总之，宏观与微观水循环的研究相结合，将进一步推动今后水文学向纵深方向发展。