第4章 水循环和降水

水循环

在太阳能和地球表面热能的作用下，地球上的水不断被蒸发成为水蒸气，进入大气。水蒸气遇冷又凝聚成水，在重力的作用下，以降水的形式落到地面，这个周而复始的过程，称为水循环。

众所周知，水是一切生命机体的组成物质，也是生命代谢活动所必需的物质，又是人类进行生产活动的重要资源。所以水循环有着重要的意义，它维护着全球水的动态平衡；进行能量交换和物质转移，陆地径流向海洋源源不断地输送泥沙、有机物和盐类；对地表太阳辐射吸收、转化、传输，缓解不同纬度间热量收支不平衡的矛盾；造成侵蚀、搬运、堆积等外力作用，不断塑造地表形态。地球上的水分布在海洋、湖泊、沼泽、河流、冰川、雪山，以及大气、生物体、土壤和地层。水的总量约为13.86亿立方千米，其中97%在海洋中，约覆盖地球总面积的70%。陆地上、大气和生物体中的水只占很少一部分。

水系

水系是江、河、湖、海、水库、渠道、池塘、水井等及其附属地物和水文资料的总称。水系一般有以下几种类型——树枝状水系：干支流呈树枝状，是水系发育中最普遍的一种类型，一般发育在抗侵蚀力较一致的沉积岩或变质岩地区。扇形水系：干支流组合而成的流域轮廓形如扇状。这种水系汇流时间集中，易造成暴雨成灾。羽状水系：干流两侧支流分布较均匀，近似羽毛状排列的水系。汇流时间长，暴雨过后洪水过程缓慢。如西南纵谷地区，干流粗壮，支流短小且对称分布于两侧，是羽状水系的典型代表。平行状水系：支流近似平行排列汇入干流的水系。当暴雨中心由上游向下游移动时，极易发生洪水。格子状水系：由干支流沿着两组垂直相交的构造线发育而成的。如闽江水系。此外还有梳状水系，即支流集中于一侧，另一侧支流少。放射状水系及向心状水系，前者往往分布在火山口四周，后者往往分布在盆地中。通常大河由两种或两种以上水系组成。

流域

流域是指由分水线所包围的河流集水区。分地面集水区和地下集水区两类。如果地面集水区和地下集水区相重合，称为闭合流域；如果不重合，则称为非闭合流域。平时所称的流域，一般都指地面集水区。

一般说来，每条河流都有自己的流域，一个大流域可以按照水系等级分成数个小流域，小流域又可以分成更小的流域等。另外，也可以截取河道的一段，单独划分为一个流域。流域之间的分水地带称为分水岭，分水岭上最高点的连线为分水线，即集水区的边界线。处于分水岭最高处的大气降水，以分水线为界分别流向相邻的河系或水系。

地下水

广泛地说，埋藏于地表以下的各种状态的水，统称为地下水。大气降水是地下水的主要来源。

根据地下埋藏条件的不同，地下水可分为上层滞水、潜水和自流水三大类。上层滞水是由于局部的隔水作用，使下渗的大气降水停留在浅层的岩石裂缝或沉积层中所形成的蓄水体。潜水是埋藏于地表以下第一个稳定隔水层上的地下水，通常所见到的地下水多半是潜水。当潜水流出地面时就形成泉。自流水是埋藏较深的、流动于两个隔水层之间的地下水。这种地下水往往具有较大的水压力，特别是当上下两个隔水层呈倾斜状时，隔层中的水体要承受更大的水压力。当井或钻孔穿过上层顶板时，强大的压力就会使水体喷涌而出，形成自流水。

水圈

众所周知，水是一切有机物的生长要素，也是生命的母亲，如果地球上没有水，也就没有生命。水圈是地球表层水体的总称。水体是指由天然或人工形成的水的聚积体，例如海洋、河流（运河）、湖泊（水库）、沼泽、冰川、积雪、地下水和大气圈中的水等。这些水体形成一个断断续续围绕地球表层的水壳即水圈。水圈同大气圈、岩石圈和生物圈共同组成地球外壳最基本的自然圈层。水圈中水的总体积约为13.86亿方千米，海洋占总水体的97%，冰占2.1%，陆地水占0.6%。若将水圈中的水均匀平铺在地球体表面，水深约2718米。水圈处于连续的运动状态。大气圈水的更新约为8天，河水约为16天，土壤水约为一年，深部地下水为1400年，大洋为2500年，极地冰川为近1万年。海洋是水圈中最大的水体。大陆冰盖、冰川和永久积雪是水圈中最大的淡水水体。若全球大陆冰雪全部消融，现在的洋面将升高约70米，并引起全球水循环的变化。

降水

降水指的是从云雾降落到地面的液态水或固态水。它是水循环的重要组成部分，常见的形式有雨、雪、雹等。降水的形成主要决定于上升气流的强弱和水汽供应量是否充足。例如：湿的空气与冷空气交汇，促使暖湿空气被冷空气强迫抬升，或由暖湿空气沿锋面斜坡爬升，会产生降水；夏日的地方性热力对流，使暖湿空气随强对流上升形成小型积雨云和雷阵雨；地形的起伏，使其迎风坡产生强迫抬升，也会产生降水，但这是一个次要因素。一般情况下，它和前两种过程结合影响降水量的地理分布。

降水按性质又可分为连续性、阵性和间歇性降水。连续性降水持续时间较长，降水强度变化不大；阵性降水开始和停止都比较突然，降水强度变化较大；间歇性降水的降水强度较弱，并伴有长时间的断续现象。

雨

众所周知，雨是一种常见的自然现象。雨有很多种类，除了我们平时常见的雨外，还有酸雨、有颜色的雨。另外还有许多有趣的雨，例如：蛙雨、铁雨、金雨，甚至钱雨，它们都是龙卷风的杰作。那么雨是怎样形成的呢？

地球表面的水受到太阳光的照射后，达到一定的温度后就会变成水蒸气被蒸发到空气中去。水蒸气在高空遇到冷空气便凝聚成小水滴。这些小水滴都很小，直径只有0.01～0.02毫米，最大也只有0.2毫米。它们又小又轻，被空气中的上升气流托在空中。这些小水滴要变成雨滴降到地面，它的体积大约要增大100多万倍。这些云滴互相碰撞，体积便会增大，另外凝结和凝华也会使小云滴体积增大。在雨滴形成的初期，云滴主要依靠不断吸收云体四周的水汽来使自己凝结和凝华。如果云体内的水汽能源源不断地得到供应和补充，使云滴表面经常处于过饱和状态，那么，这种凝结过程将会继续下去，使云滴不断增大，成为雨滴。但有时云内的水汽含量不够多，同一块云里水汽往往供不应求，这样就不可能使每个云滴都增大为较大的雨滴，有些较小的云滴被归并到较大的云滴中去。如果云内出现水滴和冰晶共存的情况，那么，这种凝结和凝华增大过程将大大加快。大云滴的体积和重量会不断增加，当大云滴越长越大，最后大到空气再也托不住它时，便从云中直落到地面，成为我们常见的雨水。

降水量

所谓降水量指的是从天空降落到地面上的液态和固态（融化后）的降水，没有经过蒸发、渗透和流失而在水平面上积聚的深度。把一月内的降水量相加，为月降水量，一年内的降水量相加，为年降水量。一般气象上用降水量来区分降水的强度。它的单位是毫米。可分为：小雨、中雨、大雨、暴雨、大暴雨、特大暴雨，小雪、中雪、大雪和暴雪等。

世界雨极

世界雨极，顾名思义就是世界上雨下得最多的地方。那么它指的是哪里呢？1816年，位于世界屋脊喜马拉雅山南麓的印度阿萨密邦的乞拉朋齐，一年里下了20447毫米的雨量，夺得了世界“极”雨的称号。以后来自世界各大洲的年雨量记录，都对这个数字可望而不可即。时隔99年以后，就是1960年8月到1961年7月乞拉朋齐一次降水量26461.2毫米，这是一个十分惊人的数字，它比台湾省火烧寮于1912年创造的我国“雨极”的纪录8408毫米多了18053.2毫米，比北京42年的总降水量还多。乞拉朋齐以这个“优异的成绩”打破了它自己的纪录，获得了世界“雨极”的荣誉！

雪

地球上的水是在不断循环运动的，降水是水循环的一部分。这种降水一般分为两种：一种是液态降水，就是雨；另一种是固态降水，就是我们冬天所见到的美丽的雪花或冰雹。

在天空中运动的水汽想要结晶，形成降雪必须具备两个条件：一是水汽饱和。空气在某一个温度下所能包含的最大水汽量，叫做饱和水汽量。空气达到饱和时的温度，叫做露点。饱和的空气冷却到露点以下的温度时，空气里就有多余的水汽变成水滴或冰晶。因为冰面饱和水汽含量比水面要低，所以冰晶生长所要求的水汽饱和程度比水滴要低。也就是说，水滴必须在相对湿度（相对湿度是指空气中的实际水汽压与同温度下空气的饱和水汽压的比值）不小于100%时才能增长；而冰晶呢，往往相对湿度不足100%时也能增长。例如，空气温度为－20℃时，相对湿度只有80%，冰晶就能增长了。气温越低，冰晶增长所需要的湿度越小。因此，在高空低温环境里，冰晶比水滴更容易产生；另一个是空气里必须有凝结核。所以我们有时会见到天空中有云，却不见降雪。凝结核是一些悬浮在空中的很微小的固体微粒，最理想的凝结核是那些吸收水分最强的物质微粒。比如说海盐、硫酸、氮和其他一些化学物质的微粒。

雪线

雪线是一种气候标志线，也称为固态降水的零平衡线。雪线升降是古气候变化的重要标志之一，第四纪时期几次大的气候波动，出现冰期和间冰期，都引起雪线的大幅度升降。雪线高度不仅有空间差异，在时间上也有一定变化。空气变冷、变湿，导致雪线降低；反之，引起雪线上升。这种变化有季节性的，也有多年性的。其分布高度主要决定于气温、降水量和地形条件。高度从低纬向高纬地区降低，反映了气温的影响。在高纬度和高山地区永久积雪区的下部界线，称为雪线。在雪线以上，气温较低，全年冰雪的补给量大于消融量，形成了常年积雪区；在雪线以下，气温较高，全年冰雪的补给量小于消融量，不能积累多年冰雪，只能是季节性积雪区；在雪线附近，年降雪量等于年消融量，达到动态平衡。故又称零平衡线。在中国西部，从青藏高原、昆仑山往北到天山、阿尔泰山，雪线高度由6000米依次下降到5500米、3900～4100米和2600～2900米。再往北到北极地区，雪线降至海平面。在气温相同的条件下，雪线高度取决于年降雪量的多少。

蒸发量

通常情况下，蒸发量是指在一定时段内，水分经蒸发而散布到空中的量。在地球上，由于各地地形和气候的不同，蒸发量的大小也就不同。通常用蒸发掉的水层厚度的毫米数表示，水面或土壤的水分蒸发量可以分别用不同的蒸发器测定。一般温度越高、湿度越小、风速越大、气压越低、则蒸发量就越大；反之蒸发量就越小。测量蒸发的仪器常用的有小型蒸发器、大型蒸发桶和蒸发皿等几种。我国蒸发量最大的地区是青海省的察尔汗盐湖，年平均蒸发量为3518毫米。各个大洲的蒸发量从大到小依次为亚洲、非洲、南美洲、北美洲、大洋洲、欧洲。

蒸发不仅与降水相互依存，它们还与地面的河流有关。实际蒸发量与降水量应该是相等的。但在极度干旱的地区降水量很小。那里的地面上没有河流，甚至连干枯的小沟也没有。我国的沙漠地区就是这样的。河流的源头或上游地区的降水量要比实际的蒸发量大。这些多余的水分便形成了河流，并慢慢地流进了海洋或湖泊。