同學(xué)們好！雖然我們所賴于生存的星球被稱作“地球”，但從太空中看，這實(shí)際上是一個(gè)充滿了水的藍(lán)色行星，覆蓋了地球表面三分之二的龐大水體，是這顆星球上所有生物必不可缺的生命之源。

一直以來，我們把水看作是一種資源，而實(shí)際上，水不僅是一種資源，更是一種循環(huán)，并且所有生命都參與到了這個(gè)循環(huán)之中。數(shù)十億年前開始，水循環(huán)讓這顆星球慢慢冷卻了下來，生命才得以誕生并慢慢演化，動(dòng)植物則進(jìn)化出了各種千奇百怪的水利用方式?？梢哉f，水循環(huán)一直以來都是這顆行星上生命的掌舵者。我們這一節(jié)的內(nèi)容就是地球表層的水分布和水文循環(huán)。

正如我們前面所說，水圈(Hydrosphere)是地球外圈中最活躍的一個(gè)圈層，是一個(gè)連續(xù)的不規(guī)則圈層。它與大氣圈、生物圈和地球內(nèi)圈的相互作用，直接關(guān)系到人類活動(dòng)所在的表層系統(tǒng)的演化。水圈是塑造地球表面最重要的角色。在我們太陽系中，離太陽最近的一顆行星稱為水星，就是圖片上的這顆行星，可惜雖然其名字中有水，但根據(jù)我們的觀測和天文常識推斷，水星上是不可能有水的。而地球則應(yīng)該是一個(gè)名副其實(shí)的水星，正如我們前面所說，地球表面3/4的面積被海洋、冰層、湖泊、沼澤及江河覆蓋。

我們再簡單回顧一下前面的內(nèi)容。原始地球初期水是很少，最早是從大氣中分化出來的。當(dāng)時(shí)大氣中的大量水汽，由于溫度降低，以塵埃為凝結(jié)核，形成水滴降落地面。更多的水來自地球內(nèi)部巖石中的結(jié)晶水，它們由于溫度升高形成水汽，隨火ft活動(dòng)等逸出地殼進(jìn)入大氣中，經(jīng)凝結(jié)降落地面。主流的認(rèn)識就是這樣：水圈是整個(gè)地質(zhì)時(shí)期由小，到大長期積累的結(jié)果。當(dāng)然，現(xiàn)在有許多的證據(jù)證明地球上的水可能是天外來客。

地球的總水量有13.8億立方千米。大陸表層巖石和土壤的空隙中充填了大量地下水，包括各種礦物中的化合水、結(jié)合水以及被深層巖石所封存的液態(tài)水。大氣對流層中漂浮著大量的水氣和雨、冰晶。水圈的質(zhì)量是地球總質(zhì)量的近1/4000。如果將水鋪在平坦的地球表面，可形成一個(gè)水深2744m的海洋，而如果集中起來，就像圖中所顯示那樣，是一個(gè)直徑1384千米的大水球。

地球海洋是水圈的主體，從這張圖我們可以看出，有97.4％的水存在于海洋和咸水湖中。也就是說，地球上的水絕大部分為咸水，淡水只占全球總水量的2.6％；而其中，淡水中兩極的冰帽和冰川占1.98％，地下水占0.59％。冰川水地處僻遠(yuǎn)，目前還難以利用，地下水需鑿井才能提取。只有余下的0.014％為江河、湖、土壤和大氣圈中的水。這就是我們平時(shí)能見到的水，只占全球總水量的0.014％，也就是萬分之二不到，是不是有些反常識，或者難于理解？這從另一個(gè)方面也說明了，雖然地球上的水很多，但真正能被利用的水卻非常有限。

地球上，海洋、陸地水和大氣的水隨時(shí)隨地都通過相變和運(yùn)動(dòng)進(jìn)行著大規(guī)模的交換，這種交換過程稱為地球水循環(huán)。水循環(huán)是多環(huán)節(jié)的自然過程，全球性的水循環(huán)涉及蒸發(fā)、大氣水分輸送、地表水和地下水循環(huán)以及多種形式的水量貯蓄。一般，為了研究的方便，我們將地球上的水循環(huán)，分為大循環(huán)和小循環(huán)。從海洋蒸發(fā)出來的水蒸氣，被氣流帶到陸地上空，凝結(jié)為雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸發(fā)返回大氣，其余部分成為地面徑流或地下徑流等，最終回歸海洋。這種海洋和陸地之間水的往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程，稱為水的大循環(huán)。與此相反，僅在陸地或海洋的局部地區(qū)，進(jìn)行的水循環(huán)稱為水的小循環(huán)。當(dāng)然，我們要明確，環(huán)境中水的循環(huán)是大、小循環(huán)交織在一起的，并在全球范圍內(nèi)和在地球上各個(gè)地區(qū)內(nèi)不停地進(jìn)行著。

既然地球上的水要進(jìn)行循環(huán)，而每一個(gè)水體類型在一段時(shí)間內(nèi)其儲量又是相對保持不變的，那么就存在循環(huán)更替周期的問題。對于海洋和湖泊這樣的水體，假設(shè)其水體容量保持不變，那么其更替周期就是水體容量除以水循環(huán)量，主要是蒸發(fā)和降雨，所得到的時(shí)間。水的更替周期是反映水循環(huán)強(qiáng)度的重要指標(biāo)，亦是反映水資源可利用率的基本參數(shù)。從水資源持續(xù)利用的角度來看，水體儲水量并非全部都能被利用，只有其中積極參與水循環(huán)的那部分水量，由于利用后能得到恢復(fù)，才能算作可持續(xù)利用的水資源量。而這部分水量的多少，主要決定于水體的循環(huán)更新速度和周期的長短，循環(huán)速度愈快，周期愈短，可開發(fā)利用的水量就愈大。

我們匯總成一張表，就是這樣的。這最后一列，是地球上水的平均停留時(shí)間，我們合成在一張表中了。大家可以停下來認(rèn)真比較一下。

通過水分的循環(huán)，地球上的各種水體得以相互溝通、轉(zhuǎn)換，水也得到更新，從而使地球上的水處在動(dòng)態(tài)平衡之中，稱為水量平衡。我們來看看這張圖，圖上數(shù)值的單位是立方千米。大家可以根據(jù)這張圖計(jì)算一下，陸地上的降水量比蒸發(fā)量多4萬立方千米，其中有一部分滲入地下補(bǔ)給地下水，一部分暫存于湖泊中，一部分被植物吸收，多余部分最后以河川徑流形式回歸海洋，從而完成海陸之間的水量平衡。全球海洋的總蒸發(fā)量為43萬立方千米，總降水量為39萬立方千米。蒸發(fā)量比降水量多支出的4萬立方千米水以水蒸汽形式輸送到大陸上空。全球每年水分的總蒸發(fā)量和總降水量均為50萬立方千米。

從前面這張圖的學(xué)習(xí)，我們可以認(rèn)識到，降水、蒸發(fā)和徑流是水循環(huán)過程的三個(gè)最主要環(huán)節(jié)，這三者構(gòu)成的水循環(huán)途徑?jīng)Q定著全球的水量平衡，也決定著一個(gè)地區(qū)的水資源總量。

如果計(jì)量降水量呢？對于雨水來說，那就是雨量筒，可以測量在某一段時(shí)間內(nèi)的降水總量。雨量器主要由集雨裝置、計(jì)量裝置、計(jì)時(shí)裝置、其它輔助裝置等組成?，F(xiàn)在一般采用翻斗式計(jì)量器。從這個(gè)裝置我們可以看出，翻斗盛到一定的水量后會翻轉(zhuǎn)，產(chǎn)生一個(gè)脈沖電流，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)只要記錄下載脈沖的次數(shù)，就能轉(zhuǎn)化為降雨量。雨水相對來說是比較容易測量的，而降雪就相對難一些。右圖是一個(gè)超聲雪深測試儀，也就是采用超聲波遙測技術(shù)的將降雪過程進(jìn)行監(jiān)測。

蒸發(fā)是水循環(huán)中最重要的環(huán)節(jié)之一，是維持陸面水分平衡的重要組成部分。大氣層中水汽的循環(huán)是蒸發(fā)－凝結(jié)-降水-蒸發(fā)的周而復(fù)始的過程。地表蒸發(fā)散，或者稱地表蒸散，英文簡寫為ET，它其實(shí)包括了兩個(gè)部分，一個(gè)是地表土壤中的水分蒸發(fā)，簡稱為E，還有一個(gè)是植物體內(nèi)水分的蒸騰作用，簡稱為T。開水滾了可以看到的白煙，因?yàn)樗魵怙柡土耍诳諝庵欣淠鰜?，所以看的見。而水在氣態(tài)的形式是看不見得。植物蒸散作用是看不到的。一般的野外監(jiān)測是采用圖上所示的一些儀器。如果大家自己想看到蒸散作用，特別是植物的蒸騰，可以用塑料袋把植物包起來，放到太陽底下，植物蒸散作用的水氣會被擋住凝結(jié)成水霧和水珠，那就是植物蒸散作用所散失的水份。蒸散（發(fā)）作用的測定過程有許多中，有些原理也比較復(fù)雜。如果對這個(gè)概念想深入理解的同學(xué)，可以看看我推薦的一篇文獻(xiàn)閱讀。特別對于生態(tài)學(xué)專業(yè)的學(xué)生來說，建議好好讀一讀，因?yàn)橐院竽銈兛赡軙?jīng)常用到。

徑流是一個(gè)地區(qū)（流域）的降水量與蒸發(fā)量的差值，一般用水量平衡方程來表示。在大洋和陸地的水量平衡方程是不同的，多年平均的大洋水量平衡方程為：蒸發(fā)量=降水量+徑流量；多年平均的陸地水量平衡方程是：降水量=徑流量+蒸發(fā)量。但是，無論是海洋還是陸地，降水量和蒸發(fā)量的地理分布都是不均勻的，這種差異最明顯的就是不同緯度的差異。測定徑流的方法也非常多，根據(jù)徑流的大小不一樣，流速不同，測量方法也各異。有自動(dòng)的，也有人工的。有的還需要建一些基本的設(shè)施，就如圖上這樣。

通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，我們明確了：

（1）水循環(huán)把水圈中的所有水體都聯(lián)系在一起，它直接涉及到自然界中一系列物理、化學(xué)和生物過程。水循環(huán)對于人類社會及生產(chǎn)活動(dòng)有著重要的意義。水循環(huán)的存在，使人類賴以生存的水資源得到不斷更新，成為一種再生資源；使各個(gè)地區(qū)的氣溫、濕度等不斷得到調(diào)整。

（2）從陸地上看，凡是水循環(huán)越活躍的地方，生命的活動(dòng)就越活躍。

（3）此外，人類的活動(dòng)也在一定的空間和一定尺度上影響著水循環(huán)，研究水循環(huán)與人類的相互作用和相互關(guān)系，對于合理開發(fā)水資源，管理水資源，并進(jìn)而改造大自然具有深遠(yuǎn)的意義。地球上雖然總水量充沛，但很多地方卻總是缺水，并因缺水帶來各種環(huán)境問題，極大地制約了當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展。

（4）但是，缺水并非整個(gè)地球的問題，而是局部水量分配失衡的問題，而且多半是人為所至。關(guān)于這些問題，我們在以后的相關(guān)課程中還會反復(fù)提到。

好，這一部分的內(nèi)容到此結(jié)束。