极速飞艇pk10

专题首页 > 气候与水气象科普

水循环中的气候密码

来源:极速飞艇_极速飞艇pk10|官方平台 2020-03-20

 

降水

极速飞艇pk10  对于很多人而言,谈起水循环的过程,降水无疑是最容易察觉的一环。水从天而降,落在大地上、海洋中,直观而又容易理解。事实上,降水也确实是水循环过程中最重要的环节之一,是大气层中的水分回到地球的主要方式。但这一过程绝不简单。

  在空中飘浮的云,含有水蒸气和云滴。当然,很多时候这些水蒸气和云滴太小,不能以降水的形式降落,但是却可以形成看得见的云。随着水不断地蒸发到天空中,并且不断地冷凝,云中的水含量越来越多。云中大多数冷凝水不会随降水落下,因为上升气流会支撑住云。要使降水发生,微小的水滴必须冷凝结合成又大又重的水滴,才能以降水的形式从云层中降落。每一个这样落下的小雨滴中都含有数百万个云滴。

  在大气的高层,降水落下之前,它们都是以固态形式存在,例如冰晶。但到了大气的低层,也就是降水真正变成与人类接触的“天气”的时候,根据具体条件不同,降水的具体形态——一般称之为相态——就有很多种各不相同的形式。

  降水相态的变化为天气预报增加了很多难题,就拿最常见的雨和雪来说,是纯雨、纯雪,还是雨夹雪、雨转雪、雪转雨,都需要预报员根据复杂的天气条件进行判断。简单地说,如果低层温度高,冰晶下落过程中融化成水就形成降雨,部分融化则为雨夹雪,温度较低不融化就形成降雪。此外,冰雹、冻雨、霰等“二线”降水相态也不时造访。

  世界各地、各个国家甚至每个城市的降水量存在着巨大差别。曾被称为“雨极”的印度乞拉朋齐,1974年降水量达24555毫米,而智利的阿塔卡马沙漠年平均降雨量小于0.1毫米。降水量的巨大差异,是塑造全球各地迥然相异气候的重要原因之一。在乞拉朋齐和许多热带地区,季节依据降水量的多寡分为干湿两季,而在阿塔卡马沙漠,由于常年无降雨,某些地区的土壤中完全不存在生命迹象。美国国家航空航天局曾在该地区模拟火星环境以测试火星探测器。

极速飞艇pk10  在更多地区,降水量没有那么极端,但也决定了当地水资源是否丰沛,适合何种物种生存。从粮食作物的选择,到人们的穿着饮食习惯,都受到降水量直接或间接的影响。我国北方面食更流行,而南方则普遍无米不欢,很大程度上是由于包含降水量在内的气候因素影响,历史上长期以来北方适合种植小麦,南方适合种植水稻。尽管今天的农业技术,如设施农业,已经可以某种程度上改变气候条件,但气候仍是在农业方面起决定性因素的“基本盘”。

  降水深刻地影响着人们生活的各个方面。自然,极速飞艇pk10也无法回避降水带来灾害这一话题。正常的降水必不可少,但极端降水却会引发洪水、造成内涝,诱发山洪或滑坡、泥石流等地质灾害。极速飞艇pk10必须警惕的是,在气候变化的背景下,极端降水出现的频率正在增加。如果希望人们免于越来越频繁的灾害性天气袭击,应对气候变化的行动势在必行。(刘钊)

  地表径流

极速飞艇pk10  唐代诗人李白曾说: “君不见,黄河之水天上来,奔流到海不复回。”从本质上说,黄河、长江乃至所有江河湖海中的水,以及地面上、土壤里的水都是从天上降下来的。从水循环的角度来看,地球上的“水”一直处在动态变化之中,其中,黄河等河流就属于水循环中的“地表径流”。

  大气降水落到地面后,一部分蒸发变成水蒸气返回大气,一部分下渗到土壤成为地下水,其余的水沿着斜坡形成漫流,通过冲沟、溪涧,注入河流,汇入海洋。这种水流被称为地表径流(又名地面径流)。它是降落到地面的雨水,被地面物体截留,被土壤吸收和渗入地下后所剩下的部分。

  河流的水源补给来源主要是大气降水,此外还有冰雪融水、地下水和湖泊水等,究其根源都是来自大气降水,也就是来自于“天上”。李白说“奔流到海不复回”是错误的,通过水循环,地球上的水体在不断循环运动,奔流到海的河水通过水汽蒸发、水汽输送、大气降水,有可能再回到地表径流之中。

  地表径流一般流入江河、大海,而湖泊和大面积的沼泽地、大洼地则起着储存径流的作用。河流和湖泊可调节周围的局部小气候,如可影响周边地区的降水,使大气中水汽增加,湿度增大,云量、降水量增多。同时,影响周围地区的光照和气温,在白天,大气中水汽和云量的增加,使大气对太阳辐射的削弱作用增强,到达地面的太阳辐射减少,气温偏低;在夜晚,因大气的湿度大、云量多,大气逆辐射增强,气温偏高,从而导致气温日较差变小。

极速飞艇pk10  地表径流如同地球的血管,输送着维持地球生态系统所需的水和营养物质,滋养包括人类在内的众多生命。但地表径流也会引发洪水、内涝、山体滑坡等灾害,影响人类的生产生活。人类通过引水灌溉、修建水库、跨流域调水、填河改路、围湖造田等,极大改变了地表径流的自然分布状态。(张明禄)

  洋流

  2018年3月,澳大利亚的一户居民在西澳大利亚州一处沙滩散步时,发现一个具有130多年历史的漂流瓶。经鉴定,这是德国海军观察队在19世纪下半叶为研究世界洋流投入大海的。这个小瓶子怎么会从德国漂到澳大利亚呢?它经历了什么?

  原来,这是“洋流”在做义务搬运工。大海中有一股水流,类似陆地上的江河,它有规律地顺着地球上恒定的风带按照一定的方向流动,人们称之为洋流。洋流又叫海流,是指大洋表层海水常年大规模沿一定方向进行的较为稳定的流动。它是地球表面热环境的主要调节者,可以分为暖流和寒流。若洋流的水温比到达海区的水温高,则称为暖流。若洋流的水温比到达海区的水温低,则称为寒流。

极速飞艇pk10  一般来说,暖流对沿岸气候有增温增湿的作用,寒流对沿岸气候有降温减湿的作用。暖流的增温增湿作用最显著的是墨西哥湾暖流,源于赤道附近的这股洋流,其流量相当于世界陆地径流总量的20多倍,而且会带动海面以下100多米深处的海水一起流动。它所携带的热量也是惊人的,横渡大西洋以后被叫做北大西洋暖流。

极速飞艇pk10  寒流在与周围环境进行热量交换时,得热增湿,同时使洋面和它上空的大气失热减湿。例如,北美洲的拉布拉多海岸,由于受拉布拉多寒流的影响,一年要封冻9个月之久。秘鲁西海岸、澳大利亚西部和撒哈拉沙漠的西部,由于有寒流经过,那里的气候更加干旱,以至于沙漠广布。

  此外,当某一洋流减弱或者增强时,其经过的地区的气候也会随之改变。还是以北大西洋暖流为例,科学家研究发现,由于冰川融化、降雨量增加以及风向变化等原因,大量淡水流入北冰洋造成北大西洋暖流减弱,这种变化,将导致欧洲平均气温下降。

极速飞艇pk10  洋流除了分暖流和寒流,还可以按成因分,主要有风海流、密度流和补偿流。

极速飞艇pk10  风海流主要是在风力作用下形成的。盛行风吹拂海面,推动海水随风漂流,并且使上层海水带动下层海水流动,形成规模很大的洋流,叫做风海流。世界大洋表层的海洋系统,按其成因来说,大多属于风海流。不同海域海水温度和盐度的不同会使海水密度产生差异,从而引起海水水位的差异,在海水密度不同的两个海域之间便产生了海面的倾斜,造成海水的流动,这样形成的洋流称为密度流。而补偿流主要是因为海水挤压或分散引起。当某一海区的海水减少时,相邻海区的海水便来补充,这样形成的洋流称为补偿流。(李慧)

  冰雪融水

极速飞艇pk10  冰雪,纯白、圣洁、美丽。而自冰雪融化而来的淡水,对包括人类在内的生物而言,是极为宝贵的资源。

  作为水循环的重要一环,冰雪将淡水以固体形式“暂存”下来,再随着融化过程对河流进行补给。我国很多河流,都依赖冰雪融水作为重要水源。东北地区冬季漫长而严寒,降雪较多,积雪到次年融化形成明显的春汛,径流量要占年径流量的10%到20%。在阿尔泰山区,积雪融水约占河川径流量的40%到50%。西北地区许多发源于冰川的河流,冰雪融水对河川径流起着多年调节作用。在干旱少雨的年份,冰川强烈消融,补给河流,如同一个“固体水库”,以冰川融水补给为主的河流水量因而在干旱年份相当稳定。

  近年来,全球气候变暖已经成为不争的事实,受此影响,冰冻圈发生变化使得水循环过程发生显著的变化,最直接的效应就是改变地表水资源状况,包括水资源的数量、质量和时空分布。

  以冰川退缩为例,短期来看,退缩的冰川化成一股股清流滋养山川大地,冰川水直奔河流使得水量陡然增加,形成连年丰水的“狂欢”现象。

  不过,这种突如其来的大量流水也会使得河流洪峰流量陡增,如果冰川消融剧烈还可能造成河流洪峰提前,加大以冰川融水补给为主的河流或河段的不稳定性。以三江源地区为例,其主要水文站观测的融雪径流时间相对于20世纪50年代,分别提前了4天至10天,塔里木河流域的和田河、叶尔羌河、阿克苏河都呈现径流增加的趋势。这些河流水量增加原因多为冰川消融,因此,这种增加并不可持续。随着冰川的持续退缩,冰川融水将锐减,以冰川融水补给为主的河流,特别是中小支流将面临逐渐干涸的威胁,进而影响下游的径流和水资源。

  由于这些水源来源于冰川,那么,冰川的数量和消退的速度直接影响河流径流。研究表明,近60年来,在气候变暖背景下,冰川总体以退缩为主,以冰川融水为主要补给的湖泊出现了短暂的扩展,如果冰川消融殆尽,那么,河流湖泊的补给也就失去源头。

极速飞艇pk10  冰川变化对以冰雪融水为主要补给的高原湖泊变化有着重要的影响。在气候变暖的背景下,冰川退缩所产生的冰雪融水的确增加了对湖泊的补给,但同时气温升高也导致了蒸发量增加。全球多区域冰川持续退缩,近20年来,格陵兰冰盖和南极冰盖的冰储量一直在减少;1971年以来,全球山地冰川普遍退缩,平均每年减少的冰量接近2300亿吨;20世纪50年代以来,中国西部冰川总体呈萎缩态势,年均面积缩小243.7平方千米,特别是进入20世纪80年代以来,中国西部大多数冰川处于快速退缩趋势。

  冰川融化在短期内补给了河流、地下水,但是,失去了持续补给能力后,带来的是水资源匮乏和无从补给等更为严重的问题。(简菊芳)

  蒸散

  水从天上来,又回到天上去,它们在“回去”的时候,乘着温暖的上升气流,通过蒸散回到空中。

极速飞艇pk10  蒸散是水循环中的一个重要环节,是蒸发和蒸腾的总称。它是指植被及地面整体向大气输送的水汽总通量,主要包括植被蒸腾、土壤水分蒸发及截留降水或露水的蒸发。

极速飞艇pk10  对于蒸发,人们都很熟悉,那么什么是蒸腾呢?

极速飞艇pk10  蒸腾是植物散失水汽的过程。植物吸收了大量的水,但仅有少量用于生长和新陈代谢,有97%至99.5%的水通过蒸腾回到了大气中。植物犹如土壤和大气之间的一根管道,从土壤中吸收水分,并蒸腾进入大气中。光照、温度、湿度、风速等气象要素,都能影响蒸腾作用的速率。

  作为能量平衡及水循环的重要组成部分,蒸散不仅影响植物的生长发育与产量,还影响大气环流,可以起到调节气候的作用。

极速飞艇pk10  在水循环中,受太阳驱动,海洋里的水升温,一部分水变成水蒸气,蒸发到空气中。淡水湖和江河中同样也存在着蒸发现象。在陆地上,从植物和土地上蒸腾的水分同样也变成水蒸气,蒸发到空气中。空气中少量的水来自于升华,也就是由冰和雪直接变成水蒸气,完全省略了融化过程。上升的气流将水蒸气带到大气层中,在大气层中由于温度较低,水蒸气又凝结后变成云。

  对于全球来说,多年平均降水量与多年平均蒸散量相等;对于开放的流域来说,流域多年平均降水量与其多年平均径流量和蒸散量之和基本相当。

  蒸散量的大小主要取决于三个方面要素: 大气干燥度、辐射条件、温度和风力的大气蒸发能力;土壤含水量、导水能力和土壤供水状况;植被覆盖率、植物导水能力、叶面气孔数量和开度。

  气象干旱就与蒸散量和降水量的平衡有关。它通常主要以降水短缺作为指标,指某一时段内,由于蒸发量和降水量的收支不平衡,水分支出大于水分收入而造成的水分短缺现象。气象干旱是一种气象环境异常,可分为无旱、轻旱、中旱、重旱、特旱5个等级。其中,中旱会导致植物叶片在白天出现萎蔫现象;重旱时土壤出现较厚的干土层,导致植物萎蔫、叶片干枯、果实脱落,对农作物造成较严重影响;特旱则会导致植物干枯、死亡,对农作物造成严重影响。

极速飞艇pk10  潜在蒸散是指地表的最大水分损失量,而实际蒸散是在气候、土壤和植被综合作用下的实际水汽通量。在很多情况下,实际蒸散往往小于潜在蒸散,它表示实际从地表回到大气的水汽通量。

  陆面蒸散过程往往受土壤水含量和植被状态的制约,这导致大陆水汽通量小于海洋。海洋以蒸发形式向大气输送水汽,而陆地区域则以实际蒸散形式。海洋的输送总量是大陆的6倍,其主要原因在于海洋面积大,其表面可以提供近乎无限的水分,并且热带地区拥有丰沛的有效能量用于蒸散。(王玫珏)

(来源:极速飞艇_极速飞艇pk10|官方平台

 

极速飞艇_极速飞艇pk10|官方平台