[政史地]水循环地球上的水 复习建议
广州市育才中学 曾 艳专题考点解读：
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[政史地]水循环
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58西北干旱区水循环与水资源问题
第26卷第2期2008年6月；文章编号:08)-02-；干旱气象；ARIDMETEOROLOGY；Vol.26No.2；June,2008；西北干旱区水循环与水资源问题；张强,赵映东,张存杰,李耀辉,孙国武,高前兆；(1.中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃省干旱气；甘肃兰州.兰州区域气候中心,甘肃；3.中国科学院寒区旱
第26卷　第2期2008年6月文章编号:08)-02-0001-08干　旱　气　象ARIDMETEOROLOGYVol.26　No.2June,2008西北干旱区水循环与水资源问题张强,赵映东,张存杰,李耀辉,孙国武,高前兆142113(1.中国气象局兰州干旱气象研究所,甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室,中国气象局干旱气候变化与减灾重点开放实验室,甘肃兰州　.兰州区域气候中心,甘肃省干旱气候变化与减灾重点实验室,甘肃兰州　730020;3.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所,甘肃　兰州　.甘肃省水文水资源勘测局,甘肃兰州730000)摘　要:从现实条件和可持续发展的角度初步归纳了全国水资源短缺的空间格局,评述了西北干旱区水资源的现状和趋势,简要分析了西北干旱区水循环和水资源利用的特点和规律,概括了西北干旱区水循环和水资源高效利用研究的进展和动态,初步探讨了西北干旱区水资源高效率利用的科学对策。最后,提出了西北干旱区水循环和水资源高效利用研究方面的某些重要科学问题。关键词:西北干旱区;水循环;水资源利用;研究进展;科学问题中图分类号:P461+.8　　　　　　　文献标识码:A引　言水分是宇宙生命基础,的因子,,并、、甚至化学过程,体之一。,它在任何一个环节的异常表现都有可能牵动气候系统的[1]其它环节甚至与全局密切联动。气候系统的水分运动或输送总是表现为不同尺度的循环过程,以此支配地球表面丰富多彩的自然活动和千姿百态的生命过程,进而影响着整个地球环境演化和生命进化的过程。水分循环过程的特征和变化规律与自然因素和人类活动均密切相关。随着自然要素的变化和人类行为的改变,地球上不同尺度水分循环的特征和规律均发生着比较明显的变异,这又会反过来在不同尺度上对地球环境和人类生活产生比较深刻的影响。水分既是生命体的重要组成部分,也是人类生命体赖以维持的重要条件之一,因此水资源对人类来说是首要的自然资源。不仅如此,人类对水资源条件的适应性也相当脆弱,人类事实上只能生存在相当局限的水分条件范围。只是在地球演化的历史长河中出现了比较短暂的水分和温度适宜时段,才,,并逐步形成人类文,水分多寡的环境条件都会给人类带来灾难性的影响。在人类社会发展史中,自然界水分条件与人类需求总是在不同空间和时间尺度上表现出明显的矛盾和冲突。它的兴衰大多与气候影响下的水资源条件变化密切相关。所以,人类社会的发展史实际上也是一部改造水分环境和水资源条件的历史,无论是古代的大禹治水,还是今天的南水北调,人类社会一直在为改善水资源条件而不懈奋斗。全球水资源分布基本上决定了地球文明和社会发展的时空格局。在全球来看,干旱的非洲大陆、中东和中亚地区始终处于贫穷而萧条的状态;而雨水丰沛的欧美大陆则经济发达,发展迅速。就我国而言,干旱缺水的西北地区经济落后,文化不发达;而水量丰富的东南沿海地区则经济繁荣,文化昌盛。如今,随着全球人口的迅速增加,水资源短缺已经不再只是区域性问题,而已经上升为全球性问题,它与能源问题一起已成为当今人类社会可持续发展的重大挑战,也日益成为牵涉国家外交和国际战略的重大问题[2-3]。我国西北与中亚相连的内陆干旱区位于欧亚大陆腹地,是全球最大的一块内陆干旱区,处于这块内陆干旱区的中国西北干旱区是我国最主要的水资源　　收稿日期:;改回日期:　　基金项目:国家自然科学基金项目()资助　　作者简介:张强(1965-),男,甘肃靖远人,研究员,博士生导师,主要从事大气边界层、陆面过程、干旱气候与环境等领域的研究.短缺地区。而且,该地区高原和大型山脉分布广泛,是我国主要外流河和内陆河发源地,水分循环过程十分特殊,也十分重要[4]为主,但由于其范围广阔,高原和高山众多,所以该地区不仅是长江和黄河等主要外流河的源区和主要产流区,而且还广泛分布着内陆河水系。所以,它既有独特的内陆水循环过程,又是全球水循环的重要组成部分系。与其它区域相比,西北地区水循环和水资源特征比较突出[9-10][6-8]。在人口增长和经济发展及气候变化的多重压力下,该地区已经出现十分严重的水资源和生态环境安全隐患,甚至已经对全国沿长江和黄河流域的水资源形势提出严峻挑战。同时,全球气候变化和人类活动也对该地区水循环规律产生着明显的影响。纵观全球,世界上还没有那个地区的水循环特征与我国西北干旱区比较类似,也没有那个地区的水资源开发能为西北干旱区提供比较成熟的经验。为此需要全面综合分析西北干旱区的水循环规律和水资源特征,探讨针对该地区水循环特点来应对水资源短缺的方法和措施,为我国西北地区社会和经济发展提供切实可行的科学对策。。长期以来,该地区水资源依靠自然界独特的水分循环过程基本保持着脆弱的平衡关,主要表现为:水资源形成区与消耗利用区相互分离(水资源形成在高原或高山地区,而消耗在平原、绿洲和荒漠地区),水资源的时空分布显著不均匀,地表水与地下水相互转换十分频繁,水资源受全球变暖影响比较敏感,水资源以冰川、积雪、地下水、。[11]1　中国水资源短缺特点我国总体上是一个水资源短缺的国家,资源分布和变化复杂多样[5]。另一部分通过3和地下水及通过蒸发蒸腾进入大气。在内陆河流域的山前平原,水资源进行频繁多次的地表水、土壤水、地下水之间相互转化,各种水资源分量之间的关系错综复杂。目前,人类活动正在一定程度上逐渐无意识地破坏着西北地区水循环的系统性和有机性,并在某种程度上已经打破了自然界水资源原有的脆弱平衡:如江河中上游大量拦水或引水,使下游出现断流;过量开采地下水,造成许多区域地下水漏斗。甘肃省武威市漏斗区面积扩大到10km以上,漏斗中心水位深达75m;甘肃省永昌县漏斗面积扩大到150km以上,中心水位埋深达57m。这些漏斗区22种典型水资源短缺类型:第1源短缺。,该种类型地区一般生态环境较差,生活条件落后,发展基础薄弱。我国西北干旱区和内蒙古一带就是干旱气候型水资源短缺的代表性地区。第2种类型是由于区域人口承载量过大引起的水资源供需失衡,称其为社会发展型水资源短缺。这种类型的水资源短缺地区一般生态环境不错,发展程度比较高,社会基础也比较好,但进一步发展受到了水资源短缺的明显制约。我国华北的京、津、唐地区就是社会发展型水资源短缺的代表性地区。第3种类型是由于气候变化引起自然降水波动,使得长期形成的依赖充沛水资源条件的生产和生活方式在降水减少时段受到了一定程度的限制,称其为社会依赖型水资源短缺。这种类型的水资源短缺地区大多社会基础良好,经济发达,发展程度高,由于阶段性缺水而影响了社会经济的稳定发展,并造成一定程度经济损失。我国东南沿海和中原大部分地区正是社会依赖型水资源短缺的代表性地区。水位埋深已经远远超出了农作物和自然植被根系所能分布的深度。这种上游大量拦水或引水及地下水的过量开采都是对水循环过程的人为改变。大量拦水或引水加大了蒸发消耗分量,减弱了下游的径流分量,改变了水资源分布的格局及参与全球水循环的程度。地下水的开采是机械强迫的水分输送方式,减弱甚至中断了通过植物根系和土壤抽吸的自然输送过程,改变了地下水的输送方式和循环速度,影响了地下水对生态过程的参与程度和地下水的动态平衡特征[12]2　西北地区水循环特点和水资源现状在我国西北地区,虽然总体上以干旱气候背景。就水资源现状而言,西北地区是我国水资源短缺最严重的地区之一,水资源在西北地区生态安全[13]和社会经济发展中具有至关重要的作用的统计表明3[14]。最近3从20世纪80年代开始,由于人口快速增长,全球范围的水资源紧缺问题及其引起的生态环境退化问题日益突显,许多国际研究机构开始从以研究大气环流为主的能量循环问题转向了以解决社会可持续发展和生态环境问题为主的水资源和水分循环问题[17],西北地区可利用的总水资源量约为331364亿m,人均水资源占有量约为1573m;每年总用水量811亿m,人均用水量940m。西北地区平均引水率高达60%以上,远远超过国际上引水率低于50%的参考警戒值。尤其是一些内陆河流域引水率极端偏高,如新疆乌鲁木齐河流域和甘肃河西石羊河流域引水率高达160%以上,引水量大大超过了水资源总量,严重破坏了水资源的自然平衡,导致湖泊萎缩和地下水位快速下降[15]。在这种形势下,水分循环在气候模拟中也越[18-24]来越被重视。近20多a来,水文循环的研究主要经历了2个阶段:第1阶段的研究与水资源的评价工作紧密相关。对全球及某些区域水资源储量、水资源的再生能力有了比较客观的认识。这一阶段可以称为水循环要素的定量分析阶段,主要是利用观测资料进行统计分析,通过定量计算水文循环过程的各要素值,分析全球及某些区域水文循环的时间、空间分布特征,要素变化规律。第2关,。其2;,对内陆区域和全球水循环对全球气候变化的响应有了初步认识。特别是进入20世纪90年代以来,国际上组织实施了一系列较大规模的水科学研究计划,如国际水文计划(IHP)、世界气候研究计划(WCRP)、国际[25]地圈生物圈计划(IGBP)及水文循环中的生物圈[26]研究计划(BAHC)等等。这些研究计划的目标。由于水资源紧缺,不仅限制了西北地区的社会经济发展,而且面临土地退化和自然灾害增加的严峻趋势。近50a来,西北地区沙漠化土地面积达674.93×1024天然森林面积减少49%～58%,草地面积减少16%～92%;干旱、沙尘暴等灾害发生频数增加,灾害程度加剧[16]。如果这种情况得不到有效遏制,将会导致内陆河下游绿洲全面消失、高原和荒漠湖泊干涸、高山冰川和积雪消亡等生态环境灾难。步增加,律的改变,,影响也更加深刻2030年以前经新增80亿m。西北地区许多流域水资源供需矛盾将会更加突出,水资源的合理调配和开发及高效利用无疑会成为该地区社会、经济发展中亟需解决的重大科学问题之一。3之一是要从全球、区域、流域和局地等不同尺度及大气、水文和生态等多学科交叉的角度,探讨全球变化下的水循环特征以及与之相联系的水资源变化规律。到20世纪末,气候变化和人类活动对水资源的影响已成为全球变化研究中的重大问题之一[27-30]3　水循环与水资源利用研究进展3.1　国际水循环和水资源研究动态早在20世纪50年代国际上就已经提出了全球宏观水文循环的初步物理图像,但由于缺少必要的观测资料,尚不能给出全球水文循环比较定量的结果。直到20世纪70年代,随着世界天气监测网的建立和新的观测手段的使用,资料情况才有了明显改进,水文和气象学家开始尝试对全球水文循环进行定量估算。但80年代前,国际上对气候系统的物理过程研究仍然主要以能量循环为核心,对水文的研究则主要集中在对水资源现状调查方面,而并没有十分关注水分循环和水分平衡的物理特征及水资源的演化规律。所以这期间并没有得出对全球水文循环比较清晰的认识,对区域或流域水分循环的了解就更加十分有限。。气候未来变化对淡水供应及其可靠性的影响、现有或拟修建的大型水利工程对水循环过程的调整和水资源格局的改变等问题都受到国际社会的极大关注。这使得全球变化与人类活动双重影响下的水文循环与水资源的脆弱性研究也成为热点问题。比较突出的科学问题包括:水文循环对生物圈的影响,气候变化和人类活动影响下的水资源演变规律,水与土地利用/覆被变化和社会经济发展之间的相互作用等。2001年7月在荷兰举办了2个与水科学有关的大型国际会议[31],一个是由IGBP、WCRP和IHDP等国际大计划联合举办的“全球变化科学大会”,另一个是第六届国际水文科学大会。这2次重要会议提出了“一个干旱地球新的水文学问题”,并且把环境变化与水文循环之间的关系及人类活动对水循环和水资源演变的影响问题摆到了十分突出的位置。2001年初,我国国家水利部、海洋局、气象局和环保总局等4个部委也在国家科技部的支持下联合开展了“中国水资源安全保障系统的关键技术研究”。在2002年7月召开的以“全球变化与中国水循环前沿科学问题”为主题的香山科学会议第187次学术讨论会上也把水循环列为目前几个关键大量卓有成效的研究工作。在对区域水资源变化规律和变化特点、水资源与生态系统演化关系的认识不断深入的基础上,已经相继开展了以水资源开发利用模式、水资源优化配置、水资源合理利用与生态环境保护为主题的研究工作,在流域或区域水资源优化配置、水资源决策管理、水资源承载能力评估等方面取得了一些很有价值的成果。20世纪90年代以来,生态需水研究也越来越受到重视,已经成为水资源和生态水文学研究的热点科学问题,特别是生态系统需水量成为全球关注的焦点之一。目前,生态需水研究主要涉及到了生态需水计算方法、生态需水量的时空异质性分布格局、农田系统生态需水量可塑性对区域内生态需水量的反作用、的问题。,45-47科学问题之一[32]。总之,从发展趋势看,全球变化背景下的水循环规律和水资源演化趋势研究是当今国际水科学研究的前沿问题,也是人类活动和社会经济发展为国际科学界提出的一个现实科学问题。3.2　西北地区水循环和水资源研究现状国内从20世纪60年代就已经开始了对全国水资源的初步调研工作。西北地区是我国主要干旱地区之一,水资源问题是社会发展的最大限制因素,比较早。,并且该领域的研究也取得了较大进展[33]:西北地区的水资,其水资源系统、更脆弱。由于人类的工程措施和非工程措施的不利影响,从而形成了人类活动驱动下水―生态―经济的时空紧密耦合的水资源脆弱性机制,导致西北地区水资源及生态环境问题更加突出。同时,气象学者们还开展一些针对西北地区区域特点的空中云水资源开发利用方面的研究工作[48]。最近20a,[34-36],已经初步形成了对西北地区水循环和水资源及其与全球变化关系的部分认识,使我们可以大致了解在全球变化背景下西北地区水资源演化和水循环过程的初步特征。尤其,在20世纪末和“十五”期间我国科学家围绕西北“水”问题开展了不少相关重要工作[37-44]。特别在分析影响空中云水资源的天气形势和环流背景的基础上,探索了开发利用空中云水资源的技术途径,提出了一些适合西北干旱半干旱区特点的开发利用空中云水资源的一些初步思路。同时,围绕祁连山和天山等内陆大型山脉空中云水和降水时空分布规律及其转化关系也开展初步研究,并对内陆河源头山区水资源的演化规律及空中水资源的开发潜力提出了一些新认识[49]。譬如,已经完成的“河西内陆河地区水土资源的合理利用研究”、“乌鲁木齐河流域水资源承载力及其合理利用”、“黑河流域水资源合理利用问题研究”和“塔里木河流域水资源与生态问题研究”等一些解决现实问题的应用性研究项目以及国家自然基金项目“西北干旱区内陆河流域水资源形成与变化”和973项目“黄河流域水资源转化规律与可再生性维持机理”等一些基础性研究项目。这些项目都从不同角度对西北地区水循环和水资源利用问题做过一些探索,也在一定程度上涉及到一些主要流域各水资源分量的转化规律,并初步建立了关于西北地区水循环的大致物理框架。另外,在西北地区水资源开发利用方面也做了。21世纪以来,中国科学家对西北干旱区“水科学”问题的关注程度进一步增强,中国工程院年期间的重大科学咨询项目“西北地区水资源配置、生态环境建设和可持续发展战略研究”对西北地区“水”问题开展了跨学科、跨部门的综合性战略研究。该项目研究表明[50]:为了保证西北地区社会经济可持续发展,必须确立人与自然和谐共存的发展方针,必须以水资源可持续利用来支持经济与社会的可持续发展。另外,刚刚完成的中国科学院院士重大咨询项目“西北干旱区生态环境建设与可持续发展咨询报告”中提出了西北干旱区―青藏高原―黄土高原耦合系统的概念,加深了对西北干旱半干旱区水资源整体性认识。3.3　问题和局限流域的大气降水、地表水、土壤水、地下水和植物水等转化关系研究,并依据水量平衡建立科学可靠的水资源转化模型和水循环模式,揭示流域或区域内各种水资源分量转化的规律和内在机理,定量评估水资源未来演化规律,从而对典型流域或区域水资源做出系统而定量的评价。4.3　水资源利用和脆弱性目前,关于西北地区水循环和水资源研究虽然已经取得了不少进展,但很明显还有许多问题和局限[50]。首先,西北地区水资源和水循环研究与气候变化大背景结合得还不够紧密。其次,并没有充分把西北干旱区水资源研究放到西风带和季风的环流耦合系统中来考虑,限制了对水资源动态变化机理的深入分析。第三,对西北地区水分宏观循环过程关注较多,而对水资源分量之间的转化关系及陆面和生态水分的微循环过程的研究则相对缺乏。第四,对西北地区水资源和水循环研究落后于气候系统其它圈层的研究,更落后于该区经济社会发展的需要,制约了对水资源问题的深刻认识。第五,有关水资源和水循环的研究成果总体上还比较分散,难以对一些具体问题形成比较完整认识。西北地区水资源利用的核心是水资源优化配置与高效利用,有关西北干旱区农业水资源高效利用问题,需要从工程、生物、农艺、管理等各个方面进行大量的实验和研究,建立基于宏观经济的水资源优化配置、水资源承载能力分析方法,探索适合干旱区水资源高效利用的技术和方法,提出西北地区水资。而且,,,,才能够提供科学。同时,西北地区的水资源对气候的变化和人类活动的响应更为敏感,其水资源系统对由于气候变化所产生的不利影响的调节和适应能力更差,水资源脆弱性更突出。西北地区能否解决区域水文循环特征变异、水资源脆弱性及社会经济发展对水资源需求的增加等问题,关键要弄清其水资源脆弱度的发展方向和变化特点。4.4　陆面水分过程4　主要科学问题4.1　目前,,而对其过程和循环机制的研究则显得不足。其次,对水分某一状态或某一阶段的变化研究的比较多,但把区域水分作为一个完整循环系统来研究的则比较少。并且,对水循环的静态特征的研究相对比较充分一些,而对全球气候变化背景下水循环特征的动态变化规律则较少涉及[46]干旱半干旱区陆面水分过程是水分的微循环过程。至今,我们对陆面水分过程及其气候效应的认识十分有限,对其许多相关问题仍然缺乏科学认识。因此,需要加强对地表水分输送机理方面的理论探讨,而且也特别应该加强专门针对水分过程的陆面过程野外试验[1]。对西北干旱区水分循环的总体规律和动态特征认识十分有限,我们仍不清楚驾驭水分循环规律的完整物理机制,也不了解全球气候变化对西北地区水循环到底意味着什么?所以,水循环物理机制及其对全球气候变化的响应研究无疑是今后西北地区水循环研究的重点目标。4.2　水资源各分量之间的转化关系。通过对陆面水分运动过程的观测试验和数值模拟,分析地表土壤水分的时空变化特征,揭示西北干旱半干旱区陆面水分输送和循环机理,探讨气候环境因素对陆面水分过程的影响。4.5　生态恢复过程与水循环的互动机制在西北地区,对于开展以流域为单元的各种水资源量的转化研究比较少,水资源评价主要以河川径流为主,降水资源仅作参考或背景量,对典型内陆河流域内从降水到冰川水、地表水、土壤水、地下水的转化机理和定量规律研究仍是西北地区水循环研究的一个薄弱环节。所以,对水资源各分量之间的转化关系的研究已经成为深入认识水资源演化趋势和水循环特征的突破点,重点是要开展典型区域或水资源缺乏是干旱半干旱区生态环境建设的主要限制因子,因此研究生态恢复过程与水文过程的互动机制是重要科学问题之一。对于这一问题的突破,需要通过对不同类型区土壤―植被―大气之间水分输送特征的分析,研究气候变化和水文过程对生态恢复过程影响,揭示生态恢复过程、水文过程自包含各类专业文献、专业论文、文学作品欣赏、各类资格考试、外语学习资料、58西北干旱区水循环与水资源问题等内容。　
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水循环是指地球上不同的地方上的水，通过吸收太阳的能量，改变状态到地球上另外一个地方。例如地面的水分被太阳蒸发成为空气中的水蒸气。而水在地球的状态包括固态、液态和气态。而地球中的水多数存在于大气层、地面、地底、、河流及海洋中。水会通过一些物理作用，例如：蒸发、降水、渗透、表面的流动和地底流动等，由一个地方移动到另一个地方。如水由河川流动至海洋。由16,17世纪和马略特发现。
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。 地球上的水分布在海洋、湖泊、、河流、冰川、雪山，以及大气、生物体、土壤和地层。水的总量约为1.4×109km?，其中96.5%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的一部分。[1]
水循环的主要作用表现在三个方面：
① 水是所有营养物质的介质，营养物质的循环和水循环不可分割地联系在一起；
② 水对物质是很好的溶剂，在中起着能量传递和利用的作用；
③ 水是地质变化的动因之一，一个地方矿质元素的流失，而另一个地方矿质元素的沉积往往要通过水循环来完成。
地球上的水圈是一个永不停息的。在和地球引力的推动下，水在内各组成部分之间不停的运动着，构成全球范围的（大循环），并把各种水体连接起来，使得各种水体能够长期存在。海洋和陆地之间的水交换是这个循环的主线，意义最重大。在太阳能的作用下，海洋表面的水蒸发到大气中形成，水汽随运动，一部分进入陆地上空，在一定条件下形成雨雪等降水；大气降水到达地面后转化为地下水、和，和地表径流最终又回到海洋，由此形成淡水的动态循环。这部分水容易被人类社会所利用，具有经济价值，正是我们所说的水资源。
水循环是联系地球各圈和各种水体的“纽带”，是“调节器”，它调节了地球各圈层之间的能量，对冷暖气候变化起到了重要的因素。水循环是“雕塑家”，它通过侵蚀，搬运和堆积，塑造了丰富多彩的形象。水循环是“传输带”，它是的强大动力，和主要载体。更重要的是，通过水循环，海洋不断向陆地输送淡水，补充和更新新陆地上的淡水资源，从而使水成为了可再生的资源。
水循环是多环节的自然过程，全球性的水循环涉及蒸发、输送、地表水和地下水循环以及多种形式的水量贮蓄降水、蒸发和径流是水循环过程的三个最主要环节，这三者构成的水循环途径决定着全球的水量平衡，也决定着一个地区的水资源总量。
蒸发是水循环中最重要的环节之一。由蒸发产生的水汽进入大气并随大气活动而运动。大气中的水汽主要来自海洋，一部分还来自大陆表面的蒸散发。中水汽的循环是蒸发－凝结—降水—蒸发的周而复始的过程。海洋上空的可被输送到陆地上空凝结降水，称为外来水汽降水；大陆上空的水汽直接凝结降水，称内部水汽降水。一地总降水量与外来水汽降水量的比值称该地的系数。全球的大气水分交换的周期为10天。在水循环中是最活跃的环节之一。
径流是一个地区（流域）的降水量与蒸发量的差值。多年平均的大洋方程为：蒸发量=降水量-径流量；多年平均的陆地水量平衡方程是：降水量=径流量+蒸发量。但是，无论是海洋还是陆地，降水量和蒸发量的都是不均匀的，这种差异最明显的就是不同纬度的差异。
中国的大气水分循环路径有太平洋、印度洋、、鄂霍茨克海及内陆等 5个水分循环系统。它们是中国东南、西南、华南、东北及西北内陆的水汽来源。西北内陆地区还有盛行西风和东移而来的少量大西洋水汽。
陆地上（或一个流域内）发生的水循环是降水－地表和地下径流－蒸发的复杂过程。陆地上的大气降水、及地下径流之间的交换又称转化。流域是陆地水循环中最重要的现象之一。
地下水的运动主要与分子力、热力、重力及空隙性质有关，其运动是多维的。通过土壤和植被的蒸发、蒸腾向上运动成为大气水分；通过入渗向下运动可补给地下水；通过水平方向运动又可成为河湖水的一部分。虽然很大，但却是经过长年累月甚至上千年蓄集而成的，水量交换周期很长，循环极其缓慢。地下水和地表水的相互转换是研究水量关系的主要内容之一，也是现代水资源计算的重要问题。
据估计，全球总的循环水量约为496′1012/年，不到全球总储水量的万分之四。在这些循环水中，约有22.4%成为陆地降水，这其中的约三分之二又从陆地蒸发掉了。但总算蒸发量小于降水量，这才形成了地面径流。
是多环节的庞大，自然界中的水是通过多种路线实现其循环和相变的。其范围可由地表向上伸展至大气以上，地表向下可及的深度平均约1000米。全球性的水循环称为大循环，由海洋、陆地和一系列大小区域的水循环所组成。水循环按其发生的空间又可以分为海洋水循环、陆地水循环（包括内陆水循环）。因此，水循环的尺度大至全球，小至局部地区。从时间上划分，可以是长时期的平均，也可以是短时段的状况。相应的，研究水循环时，研究的区域可大至全球、某一流域，也可小至某一地域内的土壤或地下含水层内的水循环，时间也可长可短。
水循环的分类
水循环分为海陆间循环（大循环）以及和（小循环）。从海洋蒸发出来的水蒸气，被气流带到陆地上空，凝结为雨、雪、雹等落到地面，一部分被蒸发返回大气，其余部分成为地面径流或地下径流等，最终回归海洋。这种海洋和陆地之间水的往复运动过程，称为水的大循环。仅在局部地区(陆地或海洋)进行的水循环称为水的小循环。环境中水的循环是大、小循环交织在一起的，并在全球范围内和在地球上各个地区内不停地进行着。
水交换周期
水循环使地球上各种形式的水以不同的周期或速度更新。水的这种循环复原特性，可以用水的交替周期表示。由于各种形式水的贮蓄形式不一致，各种水的交换周期也不一致。
水循环周期表
水体名称：更新周期/年：0.025～0.03 年 河水（外流）： 0.03～0.05年 湖泊淡水： 10～100年 地下水：100～1000年：约5000年 冰川： 约10 0005年。水循环的形成和影响因素。
形成水循环的内因是水在通常环境条件下气态、液态、固态易于转化的 特性，外因是太阳辐射和重力作用，为水循环提供了水的物理变化和运动的能量。地球上的水分布广泛，贮量巨大，是水循环的物质基础。由于地球上太阳辐射的强度不均匀，不同地区的水循环的情况也就不相同。如在赤道地区大，降水量一般比中纬地区多，尤其比高纬地区多。
自然因素主要有气象条件(大气环流、风向、风速、温度、湿度等)和地理条件(地形、地质、土壤、植被等)。人为因素对水循环也有直接或间接的影响。
人类活动不断改变着自然环境，越来越强烈地影响水循环的过程。人类构筑水库，开凿运河、渠道、河网，以及大量开发利用地下水等，改变了水的原来路线，引起水的分布和水的运动状况的变化。农业的发展，森林的破坏，引起蒸发、径流、下渗等过程的变化。城市和的大气污染和也可改变本地区的水循环状况。
环境中许多物质的交换和运动依靠水循环来实现。陆地上每年有3.6×1013 m3的水流入海洋，这些水把约3.6×10^9吨的可溶解物质带入海洋。
人类生产和消费活动排出的污染物通过不同的途径进入水循环。燃烧产生并排入大气的二氧化硫和氮氧化物，进入水循环能形成酸雨，从而把转变为地面水和土壤的污染。大气中的颗粒物也可通过降水等过程返回地面。土壤和固体废物受降水的冲洗、淋溶等作用，其中的有害物质通过径流、渗透等途径，参加水循环而。人类排放的工业废水和生活污水，使地表水或地下水受到污染，最终使海洋受到污染。
水在循环过程中，沿途挟带的各种有害物质，可由于水的稀释扩散，降低浓度而无害化，这是水的自净作用。但也可能由于水的流动交换而迁移，造成其他地区或更大范围的污染。
水量平衡是说，
在一个足够长的时期里，全球范围的总蒸发量等于总降水量。与世界大陆相比，中国年降水量偏低，但年均高，这是中国多山地形和季风气候影响所致。中国内陆区域的降水和蒸发均比世界内陆区域的平均值低，其原因是中国内陆流域地处欧亚大陆的腹地，远离海洋之故。中国水量平衡组成的重要界线，是1200毫米年等降水量。年降水量大于1200毫米的地区，径流量大于蒸散发量；反之，蒸散发量大于径流量，中国除东南部分地区外，绝大多数地区都是蒸散发量大于径流量。越向西北差异越大。水量平衡要素的相互关系还表明在径流量大于蒸发量的地区，径流与降水的相关性很高，蒸散发对水量平衡的组成影响甚小。在径流量小于蒸发量的地区，蒸散发量则依降水而变化。这些规律可作为年径流建立模型的依据。另外，中国平原区的水量平衡均为径流量小于蒸发量，说明水循环过程以垂直方向的水量交换为主。
当前已经把水循环看作为一个动态有序系统。
按系统分析，水循环的每一环节都是系统的组成成分，也是一个亚系统。各个亚系统之间又是以一定的关系互相联系的，这种联系是通过一系列的输入与输出实现的。例如，大气亚系统的输出──降水，会成为陆地流域亚系统的输入，陆地流域亚系统又通过其输出──径流，成为海洋亚系统的输入等。以上的水循环亚系统还可以细分为若干更次一级的系统。
水循环把水圈中的所有水体都联系在一起，它直接涉及到自然界中一系列物理的、化学的和生物的过程。水循环对于人类社会及生产活动有着重要的意义。水循环的存在，使人类赖以生存的水资源得到不断更新，成为一种再生资源，可以永久使用；使各个地区的气温、湿度等不断得到调整。此外，人类的活动也在一定的空间和一定尺度上影响着水循环。研究水循环与人类的相互作用和相互关系，对于合理开发水资源，管理水资源，并进而改造大自然具有深远的意义。
水循环的地理意义有五方面：
①水在水循环这个庞大的系统中不断运动、转化，
使水资源不断更新（所谓更新，在一定程度上决定了水是可再生资源）。
②水循环维持全球水的动态平衡。
③水循环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；对地表太阳辐射吸收、转化、传输，缓解不同纬度间不平衡的矛盾，对于气候的调节具有重要意义。
④造成侵蚀、搬运、堆积等外力作用，不断塑造。
⑤水循环可以对土壤的优质产生影响。水循环简表
水循环类型
循环过程及环节
水循环的意义
海陆间大循环
海洋与陆地之间
①蒸发②水汽输送③降水④地表径流⑤下渗⑥地下径流
最重要的水循环类型，使陆地水得到补充，水资源得以再生
①维持了全球水的动态平衡，使全球各种水体处于不断更新状态
海上内循环
海洋与海洋上空之间
①蒸发②降水
携带水量最大的水循环，是海陆间大循环的近十倍
②使地表个圈层之间，海陆之间实现物质迁移和能量交换
陆地与陆地上空之间
①蒸发②植物蒸腾③降水
补充陆地水体的少量为数很少
③影响全球的气候和生态④塑造者地表形态
．科学探索[引用日期]