降水

　　對于很多人而言，談起水循環的過程，降水無疑是最容易察覺的一環。水從天而降，落在大地上、海洋中，直觀而又容易理解。事實上，降水也確實是水循環過程中最重要的環節之一，是大氣層中的水分回到地球的主要方式。但這一過程絕不簡單。

　　在空中飄浮的云，含有水蒸氣和云滴。當然，很多時候這些水蒸氣和云滴太小，不能以降水的形式降落，但是卻可以形成看得見的云。隨著水不斷地蒸發到天空中，并且不斷地冷凝，云中的水含量越來越多。云中大多數冷凝水不會隨降水落下，因為上升氣流會支撐住云。要使降水發生，微小的水滴必須冷凝結合成又大又重的水滴，才能以降水的形式從云層中降落。每一個這樣落下的小雨滴中都含有數百萬個云滴。

　　在大氣的高層，降水落下之前，它們都是以固態形式存在，例如冰晶。但到了大氣的低層，也就是降水真正變成與人類接觸的“天氣”的時候，根據具體條件不同，降水的具體形態——一般稱之為相態——就有很多種各不相同的形式。

　　降水相態的變化為天氣預報增加了很多難題，就拿最常見的雨和雪來說，是純雨、純雪，還是雨夾雪、雨轉雪、雪轉雨，都需要預報員根據復雜的天氣條件進行判斷。簡單地說，如果低層溫度高，冰晶下落過程中融化成水就形成降雨，部分融化則為雨夾雪，溫度較低不融化就形成降雪。此外，冰雹、凍雨、霰等“二線”降水相態也不時造訪。

　　世界各地、各個國家甚至每個城市的降水量存在著巨大差別。曾被稱為“雨極”的印度乞拉朋齊，1974年降水量達24555毫米，而智利的阿塔卡馬沙漠年平均降雨量小于0.1毫米。降水量的巨大差異，是塑造全球各地迥然相異氣候的重要原因之一。在乞拉朋齊和許多熱帶地區，季節依據降水量的多寡分為干濕兩季，而在阿塔卡馬沙漠，由于常年無降雨，某些地區的土壤中完全不存在生命跡象。美國國家航空航天局曾在該地區模擬火星環境以測試火星探測器。

　　在更多地區，降水量沒有那么極端，但也決定了當地水資源是否豐沛，適合何種物種生存。從糧食作物的選擇，到人們的穿著飲食習慣，都受到降水量直接或間接的影響。我國北方面食更流行，而南方則普遍無米不歡，很大程度上是由于包含降水量在內的氣候因素影響，歷史上長期以來北方適合種植小麥，南方適合種植水稻。盡管今天的農業技術，如設施農業，已經可以某種程度上改變氣候條件，但氣候仍是在農業方面起決定性因素的“基本盤”。

　　降水深刻地影響著人們生活的各個方面。自然，我們也無法回避降水帶來災害這一話題。正常的降水必不可少，但極端降水卻會引發洪水、造成內澇，誘發山洪或滑坡、泥石流等地質災害。我們必須警惕的是，在氣候變化的背景下，極端降水出現的頻率正在增加。如果希望人們免于越來越頻繁的災害性天氣襲擊，應對氣候變化的行動勢在必行。(劉釗)

　　地表徑流

　　唐代詩人李白曾說：“君不見，黃河之水天上來，奔流到海不復回。”從本質上說，黃河、長江乃至所有江河湖海中的水，以及地面上、土壤里的水都是從天上降下來的。從水循環的角度來看，地球上的“水”一直處在動態變化之中，其中，黃河等河流就屬于水循環中的“地表徑流”。

　　大氣降水落到地面后，一部分蒸發變成水蒸氣返回大氣，一部分下滲到土壤成為地下水，其余的水沿著斜坡形成漫流，通過沖溝、溪澗，注入河流，匯入海洋。這種水流被稱為地表徑流(又名地面徑流)。它是降落到地面的雨水，被地面物體截留，被土壤吸收和滲入地下后所剩下的部分。

　　河流的水源補給來源主要是大氣降水，此外還有冰雪融水、地下水和湖泊水等，究其根源都是來自大氣降水，也就是來自于“天上”。李白說“奔流到海不復回”是錯誤的，通過水循環，地球上的水體在不斷循環運動，奔流到海的河水通過水汽蒸發、水汽輸送、大氣降水，有可能再回到地表徑流之中。

　　地表徑流一般流入江河、大海，而湖泊和大面積的沼澤地、大洼地則起著儲存徑流的作用。河流和湖泊可調節周圍的局部小氣候，如可影響周邊地區的降水，使大氣中水汽增加，濕度增大，云量、降水量增多。同時，影響周圍地區的光照和氣溫，在白天，大氣中水汽和云量的增加，使大氣對太陽輻射的削弱作用增強，到達地面的太陽輻射減少，氣溫偏低;在夜晚，因大氣的濕度大、云量多，大氣逆輻射增強，氣溫偏高，從而導致氣溫日較差變小。

　　地表徑流如同地球的血管，輸送著維持地球生態系統所需的水和營養物質，滋養包括人類在內的眾多生命。但地表徑流也會引發洪水、內澇、山體滑坡等災害，影響人類的生產生活。人類通過引水灌溉、修建水庫、跨流域調水、填河改路、圍湖造田等，極大改變了地表徑流的自然分布狀態。(張明祿)

　　洋流

　　2018年3月，澳大利亞的一戶居民在西澳大利亞州一處沙灘散步時，發現一個具有130多年歷史的漂流瓶。經鑒定，這是德國海軍觀察隊在19世紀下半葉為研究世界洋流投入大海的。這個小瓶子怎么會從德國漂到澳大利亞呢?它經歷了什么?

　　原來，這是“洋流”在做義務搬運工。大海中有一股水流，類似陸地上的江河，它有規律地順著地球上恒定的風帶按照一定的方向流動，人們稱之為洋流。洋流又叫海流，是指大洋表層海水常年大規模沿一定方向進行的較為穩定的流動。它是地球表面熱環境的主要調節者，可以分為暖流和寒流。若洋流的水溫比到達海區的水溫高，則稱為暖流。若洋流的水溫比到達海區的水溫低，則稱為寒流。

　　一般來說，暖流對沿岸氣候有增溫增濕的作用，寒流對沿岸氣候有降溫減濕的作用。暖流的增溫增濕作用最顯著的是墨西哥灣暖流，源于赤道附近的這股洋流，其流量相當于世界陸地徑流總量的20多倍，而且會帶動海面以下100多米深處的海水一起流動。它所攜帶的熱量也是驚人的，橫渡大西洋以后被叫做北大西洋暖流。

　　寒流在與周圍環境進行熱量交換時，得熱增濕，同時使洋面和它上空的大氣失熱減濕。例如，北美洲的拉布拉多海岸，由于受拉布拉多寒流的影響，一年要封凍9個月之久。秘魯西海岸、澳大利亞西部和撒哈拉沙漠的西部，由于有寒流經過，那里的氣候更加干旱，以至于沙漠廣布。

　　此外，當某一洋流減弱或者增強時，其經過的地區的氣候也會隨之改變。還是以北大西洋暖流為例，科學家研究發現，由于冰川融化、降雨量增加以及風向變化等原因，大量淡水流入北冰洋造成北大西洋暖流減弱，這種變化，將導致歐洲平均氣溫下降。

　　洋流除了分暖流和寒流，還可以按成因分，主要有風海流、密度流和補償流。

　　風海流主要是在風力作用下形成的。盛行風吹拂海面，推動海水隨風漂流，并且使上層海水帶動下層海水流動，形成規模很大的洋流，叫做風海流。世界大洋表層的海洋系統，按其成因來說，大多屬于風海流。不同海域海水溫度和鹽度的不同會使海水密度產生差異，從而引起海水水位的差異，在海水密度不同的兩個海域之間便產生了海面的傾斜，造成海水的流動，這樣形成的洋流稱為密度流。而補償流主要是因為海水擠壓或分散引起。當某一海區的海水減少時，相鄰海區的海水便來補充，這樣形成的洋流稱為補償流。(李慧)

　　冰雪融水

　　冰雪，純白、圣潔、美麗。而自冰雪融化而來的淡水，對包括人類在內的生物而言，是極為寶貴的資源。

　　作為水循環的重要一環，冰雪將淡水以固體形式“暫存”下來，再隨著融化過程對河流進行補給。我國很多河流，都依賴冰雪融水作為重要水源。東北地區冬季漫長而嚴寒，降雪較多，積雪到次年融化形成明顯的春汛，徑流量要占年徑流量的10%到20%。在阿爾泰山區，積雪融水約占河川徑流量的40%到50%。西北地區許多發源于冰川的河流，冰雪融水對河川徑流起著多年調節作用。在干旱少雨的年份，冰川強烈消融，補給河流，如同一個“固體水庫”，以冰川融水補給為主的河流水量因而在干旱年份相當穩定。

　　近年來，全球氣候變暖已經成為不爭的事實，受此影響，冰凍圈發生變化使得水循環過程發生顯著的變化，最直接的效應就是改變地表水資源狀況，包括水資源的數量、質量和時空分布。

　　以冰川退縮為例，短期來看，退縮的冰川化成一股股清流滋養山川大地，冰川水直奔河流使得水量陡然增加，形成連年豐水的“狂歡”現象。

　　不過，這種突如其來的大量流水也會使得河流洪峰流量陡增，如果冰川消融劇烈還可能造成河流洪峰提前，加大以冰川融水補給為主的河流或河段的不穩定性。以三江源地區為例，其主要水文站觀測的融雪徑流時間相對于20世紀50年代，分別提前了4天至10天，塔里木河流域的和田河、葉爾羌河、阿克蘇河都呈現徑流增加的趨勢。這些河流水量增加原因多為冰川消融，因此，這種增加并不可持續。隨著冰川的持續退縮，冰川融水將銳減，以冰川融水補給為主的河流，特別是中小支流將面臨逐漸干涸的威脅，進而影響下游的徑流和水資源。

　　由于這些水源來源于冰川，那么，冰川的數量和消退的速度直接影響河流徑流。研究表明，近60年來，在氣候變暖背景下，冰川總體以退縮為主，以冰川融水為主要補給的湖泊出現了短暫的擴展，如果冰川消融殆盡，那么，河流湖泊的補給也就失去源頭。

　　冰川變化對以冰雪融水為主要補給的高原湖泊變化有著重要的影響。在氣候變暖的背景下，冰川退縮所產生的冰雪融水的確增加了對湖泊的補給，但同時氣溫升高也導致了蒸發量增加。全球多區域冰川持續退縮，近20年來，格陵蘭冰蓋和南極冰蓋的冰儲量一直在減少;1971年以來，全球山地冰川普遍退縮，平均每年減少的冰量接近2300億噸;20世紀50年代以來，中國西部冰川總體呈萎縮態勢，年均面積縮小243.7平方千米，特別是進入20世紀80年代以來，中國西部大多數冰川處于快速退縮趨勢。

　　冰川融化在短期內補給了河流、地下水，但是，失去了持續補給能力后，帶來的是水資源匱乏和無從補給等更為嚴重的問題。(簡菊芳)

　　蒸散

　　水從天上來，又回到天上去，它們在“回去”的時候，乘著溫暖的上升氣流，通過蒸散回到空中。

　　蒸散是水循環中的一個重要環節，是蒸發和蒸騰的總稱。它是指植被及地面整體向大氣輸送的水汽總通量，主要包括植被蒸騰、土壤水分蒸發及截留降水或露水的蒸發。

　　對于蒸發，人們都很熟悉，那么什么是蒸騰呢?

　　蒸騰是植物散失水汽的過程。植物吸收了大量的水，但僅有少量用于生長和新陳代謝，有97%至99.5%的水通過蒸騰回到了大氣中。植物猶如土壤和大氣之間的一根管道，從土壤中吸收水分，并蒸騰進入大氣中。光照、溫度、濕度、風速等氣象要素，都能影響蒸騰作用的速率。

　　作為能量平衡及水循環的重要組成部分，蒸散不僅影響植物的生長發育與產量，還影響大氣環流，可以起到調節氣候的作用。

　　在水循環中，受太陽驅動，海洋里的水升溫，一部分水變成水蒸氣，蒸發到空氣中。淡水湖和江河中同樣也存在著蒸發現象。在陸地上，從植物和土地上蒸騰的水分同樣也變成水蒸氣，蒸發到空氣中。空氣中少量的水來自于升華，也就是由冰和雪直接變成水蒸氣，完全省略了融化過程。上升的氣流將水蒸氣帶到大氣層中，在大氣層中由于溫度較低，水蒸氣又凝結后變成云。

　　對于全球來說，多年平均降水量與多年平均蒸散量相等;對于開放的流域來說，流域多年平均降水量與其多年平均徑流量和蒸散量之和基本相當。

　　蒸散量的大小主要取決于三個方面要素：大氣干燥度、輻射條件、溫度和風力的大氣蒸發能力;土壤含水量、導水能力和土壤供水狀況;植被覆蓋率、植物導水能力、葉面氣孔數量和開度。

　　氣象干旱就與蒸散量和降水量的平衡有關。它通常主要以降水短缺作為指標，指某一時段內，由于蒸發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現象。氣象干旱是一種氣象環境異常，可分為無旱、輕旱、中旱、重旱、特旱5個等級。其中，中旱會導致植物葉片在白天出現萎蔫現象;重旱時土壤出現較厚的干土層，導致植物萎蔫、葉片干枯、果實脫落，對農作物造成較嚴重影響;特旱則會導致植物干枯、死亡，對農作物造成嚴重影響。

　　潛在蒸散是指地表的最大水分損失量，而實際蒸散是在氣候、土壤和植被綜合作用下的實際水汽通量。在很多情況下，實際蒸散往往小于潛在蒸散，它表示實際從地表回到大氣的水汽通量。

　　陸面蒸散過程往往受土壤水含量和植被狀態的制約，這導致大陸水汽通量小于海洋。海洋以蒸發形式向大氣輸送水汽，而陸地區域則以實際蒸散形式。海洋的輸送總量是大陸的6倍，其主要原因在于海洋面積大，其表面可以提供近乎無限的水分，并且熱帶地區擁有豐沛的有效能量用于蒸散。(王玫玨)