书城科普读物地球上的水资源
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第8章 水量平衡(2)

水汽输送我国大陆水汽的总输送场,主要由三支水汽流组成,冬季盛行的西北水汽流、春季和夏季来自孟加拉湾与阿拉伯海的西南水汽流,以及由西太平洋和南海进入的偏南水汽流,三者通常在黄河与长江中下游地区汇合后,从西向东输出我国大陆。三股水汽流多年年平均总输入量为1909.4毫米,年总输出量为1625.3毫米,年净输入量为284.1毫米。我国大陆上空多年平均水汽含量为15.1毫米,略高于欧洲大陆而低于亚洲大陆的平均值。我国大陆上空所有水汽输送方向,都具有明显的季节性变化。

降水我国大陆多年年平均降水总量为61889亿立方米,降水深648.4毫米,略高于亚洲大陆(631毫米)而小于欧洲大陆(769毫米)。其基本特点是:

(1)地理分布的总趋势,是由东南向西北递减,但因地形的影响,亦有若干降水高值区和低值区参差分布。400毫米年降水等值线,自东北大兴安岭起向西南蜿蜒延伸到中尼边境,与10毫米大气年平均水汽含量等值线基本一致,也与中国大陆的内、外流区的分界线大体接近。400毫米年降水等值线以东是我国的半湿润和湿润区,以西则是半干旱和干旱区。

(2)降水量的年内分配很不均匀,绝大部分地区连续最大四个月的降水量,占全年总降水量的60%以上,其中北部和西部的海河流域租东北平原、内蒙古高原、塔里木和柴达木盆地,以及西藏的大部分地区,司占80%以上。

(3)年降水过程与东亚季风的进退关系密切。春、夏季节随着西南和东南季风的发展和盛行,雨带由南向北推移,西南和东部广大地区先后进入多雨季节;夏秋期间,随着季风的衰减和南撤,雨带由北向南撤退并减弱;当年10月~次年3月是降水最少的季节。西北部地区的降水与大西洋水汽流的关系密切,降水的季节变化不如东部地区强烈。

径流我国大陆多年平均年径流总量为27115亿立方米,平均年径流深为284毫米,径流系数为0.44。其基本特点是:

(1)年径流地理分布的总趋势同降水量,由东南向西北递减。100毫米年径流深等值线,大体与400毫米降水等值线相当,走向一致。由于下垫面的影响,年径流深的地理分布较年降水量更为复杂。

(2)河川径流的年内分配很不均匀,绝大多数河流具有明显的丰、枯水期,连续最大4个月的径流量占年总径流量的60%以上,其中长江以南、云贵高原以东和西南的大部分地区为60%~70%,松辽平原、华北平原和淮河流域的大部分地区达70%~80%,西部地区为60%左右。

(3)大部分地区的河流为雨水补给型,其径流的季节变化与降水的季节变化关系密切,也具有明显的季风特征。每年随着雨季的到来和雨带由南向北的推进,河流也自南向北先后进入汛期,南方的河流一般为5~8月,北方的河流为6~9月。以后则随着雨带的南撤和雨季的结束,河流亦由北向南依次进入枯水期。

(4)我国大陆外流区的面积,占国土总面积的65.2%,径流量占全国总径流量的96.1%。内流区基本不产流的面积约为160万千米,占内流区总面积的48%。每年由中国大陆净输出的径流量为24391亿立方米,其中有17243亿立方米直接注入海洋,有7148亿立方米经陆地边界流出。

蒸发我国大陆的年蒸发量为364.1毫米,其地区分布与降水和径流的地区分布密切相关,总的趋势也是由东南向西北递减。淮河以南和云贵高原以东的广大地区,年蒸发量为700~800毫米;海南岛东部和西藏的东南隅可达1000毫米以上,是我国大陆蒸发量最大的地区;华北平原为400~600毫米;东北平原只有400毫米左右;大兴安岭以西地区、内蒙古高原、鄂尔多斯高原、阿拉善高原和西北的广大地区,不足300毫米,是中国大陆蒸发量最小的地区,其中的塔里木盆地和柴达木盆地仅25毫米。因中国大陆的温湿条件存在着明显的季节变化,所以蒸发的年内分配亦有变化,一年中连续最大四个月的蒸发量,约占全年总蒸发量的50%~60%。变化幅度略小于降水和径流的变化幅度。

在多年平均情况下,我国大陆上空年水汽输入总量为18215.4立方千米,折合面水深1909.4毫米,其中约有31%形成降水(586.2毫米),69%为过境水汽,通过我国大陆上空输出国界。我国大陆年平均蒸发量为364.3毫米,其中约有17%重新形成降水返回地面(62.2毫米),83%随气流输出国界。我国大陆年平均降水量为648.4毫米,境外水汽形成的部分占90%,大陆内部蒸发水汽形成的占10%。我国大陆上空年水汽输出总量(1625.3毫米)中,过境水汽占81%,大陆蒸发的水汽占19%,其与大陆河川流出境外径流量284.1毫米之和为1909.4毫米,等于全年的水汽输入总量,实现了大陆多年平均水量平衡。

将面积较为接近的我国大陆与欧洲和大洋洲大陆进行比较,不难发现我国大陆的水汽年净输入量、年降水量、年蒸发量和水文外循环系数(KI)等水量平衡要素和水循环参数,与欧洲大陆相近;而水文内循环系数(KE)和水文内循环对降水的贡献,则与大洋洲大陆相近。经科学家初步分析研究认为,这种有趣现象的出现,是由于中国大陆地势呈西高东低向东倾斜的阶梯状,在强西风环流的控制下,东亚成为一个极有利于水汽自西向东输送和扩散的场所,由南、西两边界输入的大量水汽,极易从东边界径直输往界外,而缺乏参与水文内循环的机会。这种水汽输入多输出也多的收支状况,与大洋洲大陆十分相似,是我国大陆水分内循环不太活跃的重要原因。

我国区域尺度水量平衡与水循环

我国地域辽阔,地形复杂,自南往北跨越了从热带到寒带等九个气候带,由东南到西北,呈现出从湿润、半湿润到半干旱、干旱乃至极端干旱的变化趋势,各地水循环情势的地域性很强,差异明显。水文气候学家从研究中国区域尺度水循环和水量平衡出发,并考虑主要江河流域的地理分布,将全国大陆部分划分为华南区、长江区、西南区、华北区、东北区和西北区等6个区域,并对其水量平衡和水循环各个要素分别进行了计算。

华南区华南区主要包括珠江流域及浙、闽沿海诸河,面积177.8万平方千米,属湿润气候区。华南区濒临南海和东海,太平洋副热高压西侧的偏南气流,把丰沛的水汽输到该区上空,使其上空的水汽含量、水汽年净输入量、年降水量、年径流量和年蒸发量,都居六区之首。华南区上空水汽的年总输入量为13036.2毫米,其中有13.9%形成降水PI,86.1%径直输出境外;年总蒸发量为803.0毫米,其中有7.0%再次形成降水PE,93.0%由偏西气流携带从东南边界进入东海上空;年总降水量为1871.2毫米,约有97.0%是境外输入水汽形成,区内蒸发水汽形成的只占3.0%,年降水总量中约有57.0%通过珠江和东南沿海诸河,以地表径流形式注入海洋。华南区水文内循环过程不太强盛,KE居六区之末,而水文外循环系数KI却名列第二,说明其降水主要来源于外来水汽。华南区水文内循环过程不活跃和外循环非常活跃的主要原因,是由于其地处我国东部水汽的主要输出地带,区内的陆面蒸发水汽很快被强偏西风携带出境,再次参与当地水循环过程的机会不多所致;偏南气流带来的丰沛水汽,遇到境内西南—东北走向的戴云山、武夷山等多重山脉的阻拦,被迫抬升,成云致雨,水文外循环十分强盛。

长江区长江区主要包括长江流域,面积177.8万平方千米,属湿润气候区。春夏季节,来自孟加拉湾和南海的水汽流在长江流域中下游地区汇合,并与来自北方的冷空气交汇,形成充沛的降水。梅雨期间和台风登陆时,常出现大暴雨。秋冬季节,随着夏季环流向冬季环流的转变和冬季环流的建立,偏北气流南下并覆盖长江区的大部分地区,若与较强的偏南气流交汇,也会形成较多的雨雪。长江区上空水汽的年总输入量中,有28.2%形成降水PI,71.8%为过境水汽;年总蒸发量中的14.1%形成降水PE重返地面,85.9%通过北界和东界上空进入华北区和东海;年总降水量的93.5%是由境外输入的水汽形成,区内蒸发水汽形成的只有6.5%;年总降水量的54.2%,以河川径流形式通过长江入海。长江区内的KE居全国六区之冠,说明其水文内循环非常之活跃。这是由于长江区面积辽阔,区内的气旋波、西南涡和切变线等低值系统活跃,区内蒸发的水汽再次形成降水的机会较多、条件较好的缘故。

西南区西南区面积84.1万平方千米,主要包括横断山水系和西藏雅鲁藏布江,属湿润气候区。西南区地处青藏高原的东南缘,西部的横断山山系呈南北走向,有利于水汽流沿山谷上溯,直达雅鲁藏布江河谷。本区的东南部海拔只有200米左右,孟加拉湾的水汽流从本区的南、西边界进入,经昆明、贵阳、芷江偏向东北,由北边界进入长江区上空。西南区的重要特点是水文气候垂直分带性明显,降水和径流均呈随高度增高而增加的趋势,气温随海拔增高而降低,蒸发则呈随海拔增高而减少。水量平衡要素的垂直分带性,反映了区内水循环垂直方向的特点,就是高海拔区的降水径流经河流汇入海洋,低海拔区蒸发的水汽则顺河谷爬升至高海拔处再形成降水。西南区水汽年总输入量的20.4%形成降水PI,79.6%输出境外;年蒸发量中的10.1%形成降水PE,89.9%输往境外;年降水量中由境外输入水汽形成的占95.7%,区内蒸发水汽贡献的占4.3%;年降水量中的57.3%成为河川径流,经怒江、澜沧江和元江流出国境。区内的水文内、外循环系数KE和KI均位居前列,其上空水汽完全更新一次的时间只需4.7天,表明区内的水文内、外循环都非常活跃。

华北区华北区面积143.4万平方千米,主要包括黄河中下游、海滦河及淮河流域,属亚湿润—亚干旱气候区。华北区冬季在蒙古高压控制之下,盛行极地和变性极地大陆气团的西北气流,寒冷而干燥;春季气旋活动频繁,降水较冬季增加,但初夏较为干旱且多干热风天气;夏季在大陆低压和太平洋副热带高压的影响下,热带海洋气团携带较丰沛的水汽抵达本区,是一年中降水最多的季节,并多暴雨,河流进入汛期;秋季极地大陆性气团来临,很快就重建冬季的环流形势。华北区连续最大4个月的降水量,可占年降水量的80%以上,降水和径流的离差系数Cv值,分别高达0.3和0.8。水量平衡要素的年内和年际变化都很剧烈,是本区水文气候的重要特点。华北区上空的水汽主要由其南界输入,年均水汽总输入量为2550毫米,其中的19.6%形成降水PI,80.4%为过境水汽;全年蒸发量为433.5毫米,其中9.8%形成降水PE重返地面,90.2%随气流输往境外;全年降水量543.5毫米,其中的92.2%是由境外输入的水汽形成,区内蒸发形成的降水只占7.8%;全年降水量的20.2%形成径流,由海河、滦河等水系注入渤海,完成全年的水循环和水量平衡。华北区的内循环系数KE较大,水文内循环对降水的贡献仅次于东北区,比其他各区都大,表明内循环较为活跃。但外循环系数KI仅稍高于西北区,外循环不活跃。

东北区东北区面积124.6万平方千米,是我国平均纬度最高的地区,主要包括松花江和辽河流域,除大兴安岭以西的地区外,属于亚湿润气候区。东北区的西、北、东三面被大兴安岭、小兴安岭和长白山所环抱,中部平原向南敞开,是一个三面环山面向渤海的口袋地形。冬季本区在西北气流的控制之下,天气晴燥,降水较少。夏季东南季风携带较为丰沛的水汽进入口袋地形,降水较多,山脉的迎风坡的降水量可达1000~1200毫米。东北区上空的水汽主要由其西和南部的边界输入,西部边界输入的水汽占70%,南部边界占30%。全年水汽的输入总量为,2252.9毫米,其中有22.5%形成降水,77.5%为过境水汽输出境外;全年总蒸发量431.6毫米,其中11.3%在区内形成降水重返地面,88.7%随气流输出境外;在全年总降水量556.2毫米中,有91.2%是由境外输入的水汽形成,8.8%是区内蒸发的水汽形成;在降水量中有24.5%形成径流,主要通过松花江、黑龙江注入鄂霍次克海和经辽河汇入渤海。东北区的水文内循环系数KE仅小于长江区,占第二位,说明其水文内循环比较活跃,对降水的贡献较大。而水文外循环系数KI较小,仅略大于华北区和西北区,表明本区的水文外循环不活跃。

西北区西北区面积343.7万平方千米,位于欧亚大陆腹地,主要包括西北内陆诸河,属典型大陆性气候,除新疆北部的部分地区为半干旱区外,均属干旱和极干旱区。西北区的上空常年盛行西风急流,冬季在蒙古高压控制之下,气候干冷;夏季主要受热低压控制,偶有对流性降水;春秋为过渡季节,高、低压系统互有消长,天气多变。西北区地域辽阔,水汽来源方向有所不同。新疆北部主要是由西风环流携带大西洋和北冰洋的水汽进入;新疆南部地区主要由副热带急流的偏西和偏西南气流,携带阿拉伯海水汽经中亚北上越过帕米尔高原进入;东部地区主要由西南季风携带孟加拉湾水汽,沿横断山脉和青藏高原东部进入。西北区全年水汽输入总量为1061.9毫米,只有14.4%形成降水PI,其余85.6%为穿越本区的过境水;年总蒸发量为133.6毫米,仅有7.2%重新形成降水PE,另外92.8%随气流输出境外;年总降水量为164.6毫米,其中有92.8%是由境外输入的水汽所形成,7.2%是由当地的蒸发水汽所形成。总降水量中除0.1%左右经额尔齐斯河与伊犁河输出国境外,其余的99.9%消耗于蒸发。西北区的水文外、内循环系数KI和KE为全国最小,水汽的年输入量和输出量几近相等,净输入量极小,因此出境径流非常小,表明其水文的内、外循环都不活跃。