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我國大陸尺度水量平衡與水迴圈
我國大陸地處東亞大陸,由於其受所處地理緯度、海陸分佈、地勢和大氣環流的影響,在水量平衡和水迴圈上具有鮮明的特徵。
水汽輸送我國大陸水汽的總輸送場,主要由三支水汽流組成,冬季盛行的西北水汽流、春季和夏季來自孟加拉灣與阿拉伯海的西南水汽流,以及由西太平洋和南海進入的偏南水汽流,三者通常在黃河與長江中下游地區匯合後,從西向東輸出我國大陸。三股水汽流多年年平均總輸入量為1909.4毫米,年總輸出量為1625.
3毫米,年淨輸入量為284.1毫米。我國大陸上空多年平均水汽含量為15.
1毫米,略高於歐洲大陸而低於亞洲大陸的平均值。我國大陸上空所有水汽輸送方向,都具有明顯的季節性變化。
降水我國大陸多年年平均降水總量為61889億立方米,降水深648.4毫米,略高於亞洲大陸(631毫米)而小於歐洲大陸(769毫米)。其基本特點是:
(1)地理分佈的總趨勢,是由東南向西北遞減,但因地形的影響,亦有若干降水高值區和低值區參差分佈。400毫米年降水等值線,自東北大興安嶺起向西南蜿蜒延伸到中尼邊境,與10毫米大氣年平均水汽含量等值線基本一致,也與中國大陸的內、外流區的分界線大體接近。400毫米年降水等值線以東是我國的半溼潤和溼潤區,以西則是半乾旱和乾旱區。
(2)降水量的年內分配很不均勻,絕大部分地區連續最大四個月的降水量,佔全年總降水量的60%以上,其中北部和西部的海河流域租東北平原、內蒙古高原、塔里木和柴達木盆地,以及**的大部分地區,司佔80%以上。
(3)年降水過程與東亞季風的進退關係密切。春、夏季節隨著西南和東南季風的發展和盛行,雨帶由南向北推移,西南和東部廣大地區先後進入多雨季節;夏秋期間,隨著季風的衰減和南撤,雨帶由北向南撤退並減弱;當年10月~次年3月是降水最少的季節。西北部地區的降水與大西洋水汽流的關係密切,降水的季節變化不如東部地區強烈。
徑流我國大陸多年平均年徑流總量為27115億立方米,平均年徑流深為284毫米,徑流係數為0.44。其基本特點是:
(1)年徑流地理分佈的總趨勢同降水量,由東南向西北遞減。100毫米年徑流深等值線,大體與400毫米降水等值線相當,走向一致。由於下墊面的影響,年徑流深的地理分佈較年降水量更為複雜。
(2)河川徑流的年內分配很不均勻,絕大多數河流具有明顯的豐、枯水期,連續最大4個月的徑流量佔年總徑流量的60%以上,其中長江以南、雲貴高原以東和西南的大部分地區為60%~70%,松遼平原、華北平原和淮河流域的大部分地區達70%~80%,西部地區為60%左右。
(3)大部分地區的河流為雨水補給型,其徑流的季節變化與降水的季節變化關係密切,也具有明顯的季風特徵。每年隨著雨季的到來和雨帶由南向北的推進,河流也自南向北先後進入汛期,南方的河流一般為5~8月,北方的河流為6~9月。以後則隨著雨帶的南撤和雨季的結束,河流亦由北向南依次進入枯水期。
(4)我國大陸外流區的面積,佔國土總面積的65.2%,徑流量佔全國總徑流量的96.1%。
內流區基本不產流的面積約為160萬千米,佔內流區總面積的48%。每年由中國大陸淨輸出的徑流量為24391億立方米,其中有17243億立方米直接注入海洋,有7148億立方米經陸地邊界流出。
蒸發我國大陸的年蒸發量為364.1毫米,其地區分佈與降水和徑流的地區分佈密切相關,總的趨勢也是由東南向西北遞減。淮河以南和雲貴高原以東的廣大地區,年蒸發量為700~800毫米;海南島東部和**的東南隅可達1000毫米以上,是我國大陸蒸發量最大的地區;華北平原為400~600毫米;東北平原只有400毫米左右;大興安嶺以西地區、內蒙古高原、鄂爾多斯高原、阿拉善高原和西北的廣大地區,不足300毫米,是中國大陸蒸發量最小的地區,其中的塔里木盆地和柴達木盆地僅25毫米。
因中國大陸的溫溼條件存在著明顯的季節變化,所以蒸發的年內分配亦有變化,一年中連續最大四個月的蒸發量,約佔全年總蒸發量的50%~60%。變化幅度略小於降水和徑流的變化幅度。
在多年平均情況下,我國大陸上空年水汽輸入總量為18215.4立方千米,摺合面水深1909.4毫米,其中約有31%形成降水(586.
2毫米),69%為過境水汽,通過我國大陸上空輸出國界。我國大陸年平均蒸發量為364.3毫米,其中約有17%重新形成降水返回地面(62.
2毫米),83%隨氣流輸出國界。我國大陸年平均降水量為648.4毫米,境外水汽形成的部分佔90%,大陸內部蒸發水汽形成的佔10%。
我國大陸上空年水汽輸出總量(1625.3毫米)中,過境水汽佔81%,大陸蒸發的水汽佔19%,其與大陸河川流出境外徑流量284.1毫米之和為1909.
4毫米,等於全年的水汽輸入總量,實現了大陸多年平均水量平衡。
將面積較為接近的我國大陸與歐洲和大洋洲大陸進行比較,不難發現我國大陸的水汽年淨輸入量、年降水量、年蒸發量和水文外迴圈係數(ki)等水量平衡要素和水迴圈引數,與歐洲大陸相近;而水文內迴圈係數(ke)和水文內迴圈對降水的貢獻,則與大洋洲大陸相近。經科學家初步分析研究認為,這種有趣現象的出現,是由於中國大陸地勢呈西高東低向東傾斜的階梯狀,在強西風環流的控制下,東亞成為一個極有利於水汽自西向東輸送和擴散的場所,由南、西兩邊界輸入的大量水汽,極易從東邊界徑直輸往界外,而缺乏參與水文內迴圈的機會。這種水汽輸入多輸出也多的收支狀況,與大洋洲大陸十分相似,是我國大陸水分內迴圈不太活躍的重要原因。
我國區域尺度水量平衡與水迴圈
我國地域遼闊,地形複雜,自南往北跨越了從熱帶到寒帶等九個氣候帶,由東南到西北,呈現出從溼潤、半溼潤到半乾旱、乾旱乃至極端乾旱的變化趨勢,各地水迴圈情勢的地域性很強,差異明顯。水文氣候學家從研究中國區域尺度水迴圈和水量平衡出發,並考慮主要江河流域的地理分佈,將全國大陸部分劃分為華南區、長江區、西南區、華北區、東北區和西北區等6個區域,並對其水量平衡和水迴圈各個要素分別進行了計算。
華南區華南區主要包括珠江流域及浙、閩沿海諸河,面積177.8萬平方千米,屬溼潤氣候區。華南區瀕臨南海和東海,太平洋副熱高壓西側的偏南氣流,把豐沛的水汽輸到該區上空,使其上空的水汽含量、水汽年淨輸入量、年降水量、年徑流量和年蒸發量,都居六區之首。
華南區上空水汽的年總輸入量為13036.2毫米,其中有13.9%形成降水pi,86.
1%徑直輸出境外;年總蒸發量為803.0毫米,其中有7.0%再次形成降水pe,93.
0%由偏西氣流攜帶從東南邊界進入東海上空;年總降水量為1871.2毫米,約有97.0%是境外輸入水汽形成,區內蒸發水汽形成的只佔3.
0%,年降水總量中約有57.0%通過珠江和東南沿海諸河,以地表徑流形式注入海洋。華南區水文內迴圈過程不太強盛,ke居六區之末,而水文外迴圈係數ki卻名列第二,說明其降水主要**於外來水汽。
華南區水文內迴圈過程不活躍和外迴圈非常活躍的主要原因,是由於其地處我國東部水汽的主要輸出地帶,區內的陸面蒸發水汽很快被強偏西風攜帶出境,再次參與當地水迴圈過程的機會不多所致;偏南氣流帶來的豐沛水汽,遇到境內西南—東北走向的戴雲山、武夷山等多重山脈的阻攔,被迫抬升,成雲致雨,水文外迴圈十分強盛。
長江區長江區主要包括長江流域,面積177.8萬平方千米,屬溼潤氣候區。春夏季節,來自孟加拉灣和南海的水汽流在長江流域中下游地區匯合,並與來自北方的冷空氣交匯,形成充沛的降水。
梅雨期間和颱風登陸時,常出現大暴雨。秋冬季節,隨著夏季環流向冬季環流的轉變和冬季環流的建立,偏北氣流南下並覆蓋長江區的大部分地區,若與較強的偏南氣流交匯,也會形成較多的雨雪。長江區上空水汽的年總輸入量中,有28.
2%形成降水pi,71.8%為過境水汽;年總蒸發量中的14.1%形成降水pe重返地面,85.
9%通過北界和東界上空進入華北區和東海;年總降水量的93.5%是由境外輸入的水汽形成,區內蒸發水汽形成的只有6.5%;年總降水量的54.
2%,以河川徑流形式通過長江入海。長江區內的ke居全國六區之冠,說明其水文內迴圈非常之活躍。這是由於長江區面積遼闊,區內的氣旋波、西南渦和切變線等低值系統活躍,區內蒸發的水汽再次形成降水的機會較多、條件較好的緣故。
西南區西南區面積84.1萬平方千米,主要包括橫斷山水系和**雅魯藏布江,屬溼潤氣候區。西南區地處青藏高原的東南緣,西部的橫斷山山系呈南北走向,有利於水汽流沿山谷上溯,直達雅魯藏布江河谷。
本區的東南部海拔只有200米左右,孟加拉灣的水汽流從本區的南、西邊界進入,經昆明、貴陽、芷江偏向東北,由北邊界進入長江區上空。西南區的重要特點是水文氣候垂直分帶性明顯,降水和徑流均呈隨高度增高而增加的趨勢,氣溫隨海拔增高而降低,蒸發則呈隨海拔增高而減少。水量平衡要素的垂直分帶性,反映了區內水迴圈垂直方向的特點,就是高海拔區的降水徑流經河流匯入海洋,低海拔區蒸發的水汽則順河谷爬升至高海拔處再形成降水。
西南區水汽年總輸入量的20.4%形成降水pi,79.6%輸出境外;年蒸發量中的10.
1%形成降水pe,89.9%輸往境外;年降水量中由境外輸入水汽形成的佔95.7%,區內蒸發水汽貢獻的佔4.
3%;年降水量中的57.3%成為河川徑流,經怒江、瀾滄江和元江流出國境。區內的水文內、外迴圈係數ke和ki均位居前列,其上空水汽完全更新一次的時間只需4.
7天,表明區內的水文內、外迴圈都非常活躍。
華北區華北區面積143.4萬平方千米,主要包括黃河中下游、海灤河及淮河流域,屬亞溼潤—亞乾旱氣候區。華北區冬季在蒙古高壓控制之下,盛行極地和變性極地大陸氣團的西北氣流,寒冷而乾燥;春季氣旋活動頻繁,降水較冬季增加,但初夏較為乾旱且多幹熱風天氣;夏季在大陸低壓和太平洋副熱帶高壓的影響下,熱帶海洋氣團攜帶較豐沛的水汽抵達本區,是一年中降水最多的季節,並多暴雨,河流進入汛期;秋季極地大陸性氣團來臨,很快就重建冬季的環流形勢。
華北區連續最大4個月的降水量,可佔年降水量的80%以上,降水和徑流的離差係數cv值,分別高達0.3和0.8。
水量平衡要素的年內和年際變化都很劇烈,是本區水文氣候的重要特點。華北區上空的水汽主要由其南界輸入,年均水汽總輸入量為2550毫米,其中的19.6%形成降水pi,80.
4%為過境水汽;全年蒸發量為433.5毫米,其中9.8%形成降水pe重返地面,90.
2%隨氣流輸往境外;全年降水量543.5毫米,其中的92.2%是由境外輸入的水汽形成,區內蒸發形成的降水只佔7.
8%;全年降水量的20.2%形成徑流,由海河、灤河等水系注入渤海,完成全年的水迴圈和水量平衡。華北區的內迴圈係數ke較大,水文內迴圈對降水的貢獻僅次於東北區,比其他各區都大,表明內迴圈較為活躍。
但外迴圈係數ki僅稍高於西北區,外迴圈不活躍。
東北區東北區面積124.6萬平方千米,是我國平均緯度最高的地區,主要包括松花江和遼河流域,除大興安嶺以西的地區外,屬於亞溼潤氣候區。東北區的西、北、東三面被大興安嶺、小興安嶺和長白山所環抱,中部平原向南敞開,是一個三面環山面向渤海的口袋地形。
冬季本區在西北氣流的控制之下,天氣晴燥,降水較少。夏季東南季風攜帶較為豐沛的水汽進入口袋地形,降水較多,山脈的迎風坡的降水量可達1000~1200毫米。東北區上空的水汽主要由其西和南部的邊界輸入,西部邊界輸入的水汽佔70%,南部邊界佔30%。
全年水汽的輸入總量為,2252.9毫米,其中有22.5%形成降水,77.
5%為過境水汽輸出境外;全年總蒸發量431.6毫米,其中11.3%在區內形成降水重返地面,88.
7%隨氣流輸出境外;在全年總降水量556.2毫米中,有91.2%是由境外輸入的水汽形成,8.
8%是區內蒸發的水汽形成;在降水量中有24.5%形成徑流,主要通過松花江、黑龍江注入鄂霍次克海和經遼河匯入渤海。東北區的水文內迴圈係數ke僅小於長江區,佔第二位,說明其水文內迴圈比較活躍,對降水的貢獻較大。
而水文外迴圈係數ki較小,僅略大於華北區和西北區,表明本區的水文外迴圈不活躍。
西北區西北區面積343.7萬平方千米,位於歐亞大陸腹地,主要包括西北內陸諸河,屬典型大陸性氣候,除新疆北部的部分地區為半乾旱區外,均屬乾旱和極乾旱區。西北區的上空常年盛行西風急流,冬季在蒙古高壓控制之下,氣候乾冷;夏季主要受熱低壓控制,偶有對流性降水;春秋為過渡季節,高、低壓系統互有消長,天氣多變。
西北區地域遼闊,水汽**方向有所不同。新疆北部主要是由西風環流攜帶大西洋和北冰洋的水汽進入;新疆南部地區主要由副熱帶急流的偏西和偏西南氣流,攜帶阿拉伯海水汽經中亞北上越過帕米爾高原進入;東部地區主要由西南季風攜帶孟加拉灣水汽,沿橫斷山脈和青藏高原東部進入。西北區全年水汽輸入總量為1061.
9毫米,只有14.4%形成降水pi,其餘85.6%為穿越本區的過境水;年總蒸發量為133.
6毫米,僅有7.2%重新形成降水pe,另外92.8%隨氣流輸出境外;年總降水量為164.
6毫米,其中有92.8%是由境外輸入的水汽所形成,7.2%是由當地的蒸發水汽所形成。
總降水量中除0.1%左右經額爾齊斯河與伊犁河輸出國境外,其餘的99.9%消耗於蒸發。
西北區的水文外、內迴圈係數ki和ke為全國最小,水汽的年輸入量和輸出量幾近相等,淨輸入量極小,因此出境徑流非常小,表明其水文的內、外迴圈都不活躍。
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