关于水热平衡介绍

[拼音]：shuire pingheng

[外文]：water-heat balance

研究地表水分与热量的相互联系，以及这种相互联系在自然地理过程和地理综合体形成演变中的作用。它是自然地理学的一个研究方向，其基本任务是揭示地理综合体内的物理过程，因此也可称这一方向为水热平衡过程或景观地球物理。

水热平衡研究的基本思想是，在地表水分平衡和热量平衡各分量研究成果的基础上，建立水分和热量各组成要素之间的依赖关系，找出水热相互关系对地理环境形成演变和发展的影响，把自然地理学的研究引向深入。

水热平衡的基本研究内容可分为：水分和热量各要素之间的关系；利用水热关系资料揭示地理综合体内的物理过程。

关于水分和热量各要素之间关系的研究，可以举出水热平衡联系方程加以说明。水热平衡联系方程由地表水量平衡方程式和热量平衡方程式导出。地表水量平衡方程式为：降水(r)=蒸发（E）+径流(R)+水分储量变化(△S)；热量平衡方程式为：净辐射(Q)=湍流热通量(P)+蒸发耗热量(LE)+土壤热交换量 (A)。在这两个方程式中都有蒸发项，因此它们是有联系的。

当土壤很干燥时，全部降水最终消耗在蒸发上，径流系数R/r（径流与降水之比值）接近于零，蒸发系数E/r（蒸发与降水之比值）接近于1。土壤的平均干旱程度随着净辐射的增加和降水量的减少而增强，则有：当Q/Lr（辐射干燥指数，式中L为蒸发潜热）→∞时，R/r→0或E/r→1。随着Q/Lr比值的减小，E/r将要减小，即有一定量的径流要产生。而当降水量足够大和净辐射足够小时，土壤上层将达到稳定的过湿状况，此时主要的热量消耗将是蒸发，即Q/Lr→0时，LE→Q。这些就是水分、热量各要素相互之间关系的一般情况。

最早出现的水热平衡联系方程，是施瑞伯方程：和奥里捷柯普方程： ，式中e为自然对数的底;th为双曲线正切函数;E为该条件下的最大可能蒸发量（决定于该地充分湿润条件下的净辐射Q，E=Q/L）。将E=Q/L代入奥里捷柯普和施瑞伯方程，并对它们进行几何平均，则有，和三个函数式，这三个函数式确定了年平均蒸发量、降水量、净辐射之间的水热平衡依赖关系。如果从水量平衡方程出发，考虑多年平均状况时水分储量变化为零，还可得到

和

两个表示径流、径流系数和降水量、净辐射的水热平衡依赖关系。

苏联学者М.И.布德科和 А.А.格里戈里耶夫通过全球陆地地理带和地带周期律的分析，研究了地理综合体内的物理过程。他们引入辐射干燥指数，定义为年辐射和以热量单位表示的降水量之比，发现辐射干燥指数等值线和地带界线的方向相当吻合，证明这个指数对有水分参加的各种自然过程的综合体的发展有着决定性意义，特别是对土壤的湿润性质和状况有着明显影响，而湿润情况对地理环境中所发生的生物过程和许多非生物过程的性质和强度又有直接的关系。他们同时引入净辐射到区域研究，发现净辐射在地理带区分中具有重要意义，证明净辐射是大多数自然过程能量的基本来源。他们把净辐射和辐射干燥指数结合起来，在垂直方向上由低至高对净辐射分级排列，而在水平方向上把辐射干燥指数由小至大加以排列，得到了全球陆地的地理带和地带的周期系统。

水热平衡过程的研究对促进地理学的发展具有重要意义。事实上，地理环境各蛤成分之间的热量交换和水分交换，是地理环境各成分之间物质能量交换的基础。这种过程使地理环境变为一个统一的、不可分割的、同时具有地域差异的整体。中国地理学家黄秉维指出，“热量平衡、水分平衡及其在地理环境中的作用的理论就是自然地理学最重要的基本理论”。

地理学水热平衡方向的发展和深入，有赖于实际资料的积累，而直至目前，地表面热量平衡和水分平衡的数据仍相当贫乏。随着现代技术（包括野外测试技术）、遥感技术和计算机技术的发展，通过地理学和邻近学科（如水文学、气候学、土壤学等）的努力，地理学的水热平衡研究将会进入一个空前活跃的阶段。