海洋热量收入的主要来源

海洋热量的收入,主要是来自太阳辐射;海洋热量的支出,主要是消耗于海水的蒸发。

习惯上称海洋表层的热量平衡。实际上，就某一海区和某一时段而言，海洋表层的热量收支一般是不平衡的。海洋表层的热量收支是海洋热学和海洋气候学的重要内容,可用于气候理论、海洋环流、海-气相互作用和水分平衡的研究。

地球表面热量收支的研究，从19世纪就已经开始。20世纪前半叶，已确定了地球上个别地区的地表热量收支各组成项的值，1942年，WC雅各布斯首次系统地计算了太平洋和大西洋表层的季平均的感热和潜热的分布；1945～1978年，МИ布德科先后3次计算了全球大洋海面热量收支的各组成项，从而奠定了海面热量收支研究的基础。

海洋表层收入的热量，主要包括来自太阳和天空的短波辐射、大气通过湍流向海面输送的热量(感热)、海面水汽凝结时的热量（潜热）、海水内部由下层向海面输送的涡动热量和水平方向的暖平流带来的热量。

海洋表层支出的热量，主要包括海面的长波有效回辐射、海面以湍流方式向大气输送的热量（感热）、海水蒸发时消耗的热量（潜热）、由表层向下层输送的涡动热量和冷平流带走的热量。其他的热量收支，如星体辐射、放射性、结冰、融冰、海底热量传导等，不是因为作用微小，就是因为具有明显的局地性，在整个大洋表层的热量收支的计算中，不予以考虑。

将在某一段时间某一地段内地下水水量（盐量、能量、热能）的收支状况称为地下水均衡。地下水系统通过地下水要素的变化来传递它与外部环境之间物质和能量交换量的信息，是系统内一种量之间的均衡反映。地下水系统与外界进行物质和能量的交换过程遵循质量守恒和能量守恒定律。地下水均衡就是用质量守恒定律，研究某一地区某一时段内，地下水水量（盐量、热量）的收支平衡的数量关系。进行均衡计算所选定的地区称为均衡区。通常是选择一个完整的地下水系统或具有明确边界的子系统作为均衡区。进行均衡计算的时段称为均衡期，可以是一个月、一年，甚至是数年。地下水系统储存量变化反映收支平衡状况，收入大于支出，储存量增加，称为正均衡；反之，储存量减小，则称作负均衡。

地下水均衡的目的，是通过均衡计算评价地下水系统补给量（收入项）与排泄量（支出项）之间的平衡状况，定量评价或估算地下水资源量，为合理开发地下水资源提供依据。

地下水系统始终与外界进行水量和水质的交换，收支状况是一个动态过程，水均衡状态取决于补给量（大气降水、地表水渗漏）的变化。因此，选择均衡期时要考虑到降水的年内或年际变化，通常以年作为均衡期，进行不同保证率年降水量或地表水年径流量条件下的均衡计算，来评价补给量的保证程度，便于制定利用地下水的长期策略。

进行水均衡计算必须充分分析均衡的收入项和支出项，列出均衡方程式，通过水文地质勘察、水文地质试验和收集气象、水文系列资料，确定水均衡方程中各项。水均衡计算精度取决于各均衡项的精度。水均衡计算是水资源评价的基础，是一个必不可少的环节。

水均衡方程介绍如下。

一个地区天然状态下总的水均衡由收入项和支出项组成，收入项（A）一般包括大气降水（P）、地表水流入量（R1）、地下水流入量（G1）、水汽凝结量（Z1）；支出项（B）包括地表水流出量（R2）、地下水流出量（G2），蒸发蒸腾量（Z2）。均衡期水的储存量变化为Δω。水均衡方程为：

生态水文地质学

水的储存量变化Δω中包括：地表水变化量（V），包气带水量变化（θ），潜水变化量（μΔh）和承压水变化量（μeΔhe）；其中，μ为潜水含水层的给水度，Δh为均衡期潜水位变化值（上升为正，下降为负），μe为承压含水层的d性给水度，Δhe为均衡期承压水位变化值。水均衡方程可写为：

生态水文地质学

潜水水均衡方程，收入项包括：降水入渗补给量（Ps），地表水入渗补给量（RS），凝结水补给量（ZC），上游断面潜水流入水量（GR），下伏承压水越流补给量（Qy）（如潜水向承压水越流排泄，则列入支出项）；支出项有：潜水的蒸发、蒸腾量（ZU，包括裸地和叶面蒸发），潜水以泉和泄流形式的排泄量（QD），下游断面潜水流出量（GR）。均衡期内潜水储存量变化μΔh。水均衡方程为：

生态水文地质学

人类活动也会影响地下水的收支平衡，收入项包括：渠道渗漏（RU，属于地表水渗漏补给），灌溉回渗（QG），人工回灌（QH）；支出项包括：开采地下水（QK）。可根据均衡区具体情况，在水均衡方程中加进相应的收支项，来定量评价人类活动对地下水动态和水均衡状态的影响。

例如，天津市地下水开采量主要来自孔隙承压含水系统，目前已形成面积为1×104 km2 的水位降落漏斗，水均衡的收入项为来自降落漏斗周边的侧向径流量（GZ）、来自高水头含水层的越流补给量（Qy1）和粘性土的压密释水量（QN），而支出项仅是承压水的开采量（QK）。均衡方程可写为：

生态水文地质学

天津承压含水系统水均衡计算结果见表6-1（王家兵等，2004）。从表中可知，开采水量中粘性土释水量和越流量占的份额较大，分别为413%和382%，侧向径流量仅占149%。粘性土的压密释水量是以不可恢复的地面沉降为代价所换取的部分开采水量，这部分水量在水均衡计算中必须加以考虑（王大纯等，1982；曹文炳，1983）。

表6-1 天津1991～2000年深层地下水开采水量均衡计算结果（单位：104 m3/a）

对规模较大的含水系统进行水均衡计算时，应注意避免上、下游之间，地表水和地下水之间水量的重复计算。例如，西北干旱地区的内陆盆地水均衡项为：收入项，为来自周围山区的地表径流量（R1），盆地内的大气降水（P），盆地周边地下水侧向流入量（G1）、水汽凝结量（ZC）；支出项，为蒸发蒸腾量（Z1）。均衡期水的储存量变化为Δω。全盆地水均衡方程为：

生态水文地质学

虽然全盆地的水均衡状态较为简单，但就盆地内某一大型常年性河流形成的山前倾斜平原和冲湖积平原而言，地表水与地下水的转换及上下、游之间关系就稍显复杂。河流出山口后，在洪积扇中上部，下渗补给地下水，经历一段时间地下渗流后，于洪积扇前缘泄出，转换为地表水，汇入河流中或湖泊中。若将河水渗漏补给地下水的水量作为地下水资源量之一，来计算总水量（地表水和地下水），则有可能出现重复计算。内陆干旱盆地降水稀少，大部分水资源来自周围山区的地表径流，从图6-6中可看出，山前倾斜平原水量转换积极，收入项有河床渗漏量（RS）、引水渠渗漏量（RU）、盆地边缘侧向径流量（G1）、降水入渗量（P）和凝结水量（ZC），支出项有蒸发蒸腾量（Z1）、开采量（QK）、泉水泄出量（QD）和断面侧向流出量（G2）；而位于下游的冲湖积平原承压含水系统获得的补给量却很少，仅有来自上游断面的侧向流入量（G2），通过向上越流排泄，最终消耗于蒸发；若位于上游地区的山前倾斜平原，过度地开采地下水和引河水灌溉，增加种植面积，将会增大蒸发蒸腾量，使泉水泄出量减少，导致河水向下游的输水量减少，结果影响到下游地区的生态安全和经济发展。只要理清含水系统上下游之间各个均衡项及其与地表水之间的转换关系，就能有效地避免重复计算。

图6-6 内陆盆地山前倾斜平原水资源转换框架图

答：（1）水蒸汽需要遇冷放热才能液化为雾状小水珠，因此遇到加热后的玻璃片不能发生液化现象．

（2）澡堂通过管道将水蒸气引入浴池，利用水蒸气液化放热对水加热．生活中蒸镘头、包子时利用水蒸气液化放热．

（3）小明同学在上述研究中采用的程序是提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作．

一、为什么要买洗碗机？

众所周知，洗碗机应该是买了最让人后悔的家电了，后悔的原因也只有一个——买晚了 。虽然前几年大家还会对洗碗机的效率、耗水耗电量存在一些疑问，但现在洗碗机几乎是年轻一代装修时必选的产品了。以我个人为例，我家由于是精装房，之前一直也没有装，后来终于下定决心在去年趁着618入手了一台，经过一年多的使用，切身的感受到了 科技 为我们带来的幸福感：每次吃完饭再也不用考虑谁去刷碗，不仅解放了双手、缓解了家庭矛盾、增进了夫妻感情，最关键的是节约下了大量的时间让我们能够陪伴孩子或者做一点自己想做的事，相比之下那一点投入真的是微不足道了。

不过随着产品的迭代与发展，几乎每年都会有新的功能和设计推出，选择产品的要点也在不断的变化，那么现在选择洗碗机究竟需要考虑哪些方面呢？刚好前段我家亲戚的房子正在装修咨询了我，我也做了一些功课，这里将相关的知识点分享给大家，希望能对大家的选购有所帮助，废话不多说，我们正式开篇 。

洗碗机最初是发源于国外的，所以很多朋友在购买时也经常优先考虑国外的品牌。不过这方面我觉得一定要结合实际的情况考虑，主要的原因是中外的饮食习惯不同，所使用的餐具也有较大的区别，另外中餐一般都爱用“宽油”，以国外洗碗机的标准未必能完全洗干净。考虑到这些问题，我们国家也在今年的4月1日正式执行了《洗碗机国家能效标准》，这项标准不仅规定了国内洗碗机的耗水耗电量、洗净性能、烘干性能等标准指标，还为行业监督管理，淘汰高耗能、低性能产品，引导市场向高效能产品迈进提供了技术依据，可以说是为中国国情而量身定制的，这也代表了国货已经有了足够的市场竞争力。

当然在国货中也有很多品牌可供选择，不过这里我给亲戚推荐的品牌是海尔，原因也简单，一方面是我家的冰箱、爸妈家的冰柜等都是海尔的，在几年甚至十几年的使用中没有出现任何问题，比较可靠，想必洗碗机的质量也有保障；另一方面就是我留意到此次发布的标准是由海尔牵头制定的，作为制定者之一，自然也不用担心产品性能不达标了。

洗碗机的容量是一个老生常谈的问题，在这方面可以说是几乎所有人都有一个共识，那就是洗碗机越大越好。道理也很简单，洗碗机越大，可容纳的餐具就越多而且越丰富，我家的精装房由于台面高度较低、厨房空间较小，无奈只能安装八套的产品，用起来就难免有点捉襟见肘，日常做饭盘子碗可以放到洗碗机里，但锅还得单独洗，如果使用更大的容量的洗碗机就完全不用担心这个问题了。所以新装修的话，我个人建议选择13套的产品，并根据产品的尺寸预留好可以安装的橱柜空间。

同时这里还需要考虑的是产品内部的空间，市面上很多同类产品都宣称自己是13套，但实际使用起来是天差地别的。因为即便是套数相同，由于洗碗机的设计不同，内部的空间也有区别；另外碗篮的设计也会影响到厨具的摆放，所以最好选择可以灵活调整碗篮位置的产品。

目前市面上绝大多数洗碗机的工作原理，简单的说都是通过高压、高温的热水从不同角度冲刷餐具从而起到清洁效果的，不过具体到产品还是有一些区别，这里主要说两点：

一方面就是洗涤的温度， 通常洗碗机的水温一般在70 左右，这个温度下对常规的圆形碗盘可以起到不错的除菌和清洁作用，但对于异形餐具缝隙和边角位置的重油污就有点力不从心了，所以现在相对高端一些的产品也会提升洗涤水温，在高温煮洗的同时配合蒸汽进行清洁，水汽同时进行清洁，从而有效的瓦解缝隙处的顽固污渍。

另一方面是我们买了大容量的洗碗机清洗时确实方便了不少，但实际在三口之家中除了聚餐其实很少会有一次清洗这么多餐具的需求，这就存在一定的浪费情况。所以现在个别设计较为出众的大容量洗碗机中会有支持“分区洗”的产品，可以根据用户餐具的量来自由选择，既省时间，又节能环保省去了一部分的水电费用，建议大家在选购时要考虑有这项功能的产品。

洗碗机的烘干方式有很多，低端产品中多采用的是余热烘干、风机风干、热交换风干、热风烘干，高端产品中则有晶蕾烘干、智能开门速干等，前三种烘干效果较为一般就不说了，晶蕾烘干由于材料和工艺较为复杂，价格也一直居高不下，通常都在万元以上，而 智能开门速干由于烘干效率高、不易返潮、低能耗等特点已经是目前的主流选择，最关键的是价格现在也降得十分亲民，所以我个人最推荐的就是这种烘干方式了。

经过以上方面的考量，也本着买新不买旧的道理，最终我推荐给他一台海尔新款晶彩系列的13套洗碗机，接下来我也会做一个详细的评测，让大家对这款产品能有清楚的了解。

先看一下产品的外观，这台洗碗机通体黑色简单大气，可以适合不同的装修风格。机身表面有一点珠光的质感，看上去十分高级。机身的尺寸为：598mm（宽）600mm（深）795mm（高）。

可能有经验的朋友会发现这款和同类产品有些不同，在机身的顶部和外侧也都有外壳，当厨房之前未做预留但又有足够的空间时，可以把洗碗机直接放在旁边作为独立式使用。如果想嵌入安装的话，顶盖还可以单独取下，取下之后的高度为765mm~775mm可调，这也十分适合中式厨房的环境，因为现在主流的橱柜高度一般都是80cm，只需要替换掉家中的消毒碗柜就可以了，即便是改造也非常方便。

机身上方为一块黑色的数显屏幕，看上去很有质感，通电后按下左侧的开关键即可开机。

这里值得一提的是，很多进口品牌的洗碗机的菜单要么是只有、要么只有英文，时间长了连我都分不清具体程序，更别提对这类新产品不敏感的中老年人了，而海尔这台洗碗机的菜单都采用了“图文并茂”的方式，既有又有中文标识，触摸图标即可切换程序， *** 作起来十分方便。

这款产品的预置程序分为上下两排，上方为十道基础程序，下方为六道增强程序，其中左侧有童锁、预约以及自清洁，右侧为加强、微蒸汽和分区洗。

其中基础程序是能和增强程序叠加使用的，比如当我选择标准模式时，可以叠加加强洗、微蒸汽或者选择分区洗，这就相当于在每种程序上又增加了更多可控的参数，可以根据餐具的脏污情况来自行搭配，非常灵活。

洗碗机的内部设计决定了最终能摆放多大尺寸以及多少餐具，所以也尤其重要，这里我通过实际测量及演示来说明一下这款产品在内部设计的巧妙之处。

首先是内胆的尺寸，我实测了一下这台洗碗机的宽度为：537mm，深度为530mm，而高度居然达到了644mm，整体的容积比高达9397%。

并且上碗篮可通过切换不同的导轨来调节高度，只需要将侧面的卡扣打开，将不同的滑轮放入轨道中即可，上碗篮底部的喷臂也会随之而调整。

我测试了一下，调节后上下碗篮的间隙分别为249mm和299mm，可根据自家的使用需求进行切换。

这样的高度加上碗篮调节的功能几乎可以容纳得下我们常用的所有锅具，以我家最大的锅炒锅为例，这个炒锅的锅口达到了370mm，深度也有150mm。

依然可以轻松的放到洗碗机的下层，并且可以看到上方仍有很大的空间，我家现在的八套洗碗机还得把锅放出来单独洗。

像家中常见的这种30cm的炒锅，更是可以立着放进去。

同时这台洗碗机还有很多针对中式餐具的设计，比如说上碗篮大部分区域都设计为倾斜式搁架，而且碗篮的间隔也是波浪状，便于摆放较深的饭碗、汤碗等，：

可滑动搁架，能将筷子、勺子等分开间隙，也可以摆放小刀、筷子架之类的小件物品。

下层碗篮中还有一个独立的筷笼，在顶部有多个分隔孔，很多常规洗碗机没有这样的设计，立着放筷子时筷子会挨在一起经常洗不干净，使用这种筷笼就完全不用担心了。

这里我也通过实际摆放模拟了我们日常的使用场景， 在洗碗机中放置了饭碗、汤碗共10个，海碗2个，各类盘子共13个，30cm炒锅+锅盖一套，汤锅1个，菜板1块，这样的餐具数量满足可以至少5人用餐时的情况了。

摆在地上再看一下，是不是能切身的感受到大容量洗碗机带来的便利了呢？

1、水汽双动力功能测试

和普通的洗碗机相比，海尔这台的独特之处就是支持更高的清洗温度，也就是主洗菜单中的重油洗， 在该功能下“水”和“汽”会联合工作协作，第一次主洗时舱内的三层喷臂会以高温高压水流不断进行冲刷，同时产生高达80 的水蒸汽，并持续10分钟对餐具缝隙的重油污进行软化及清洁，接着通过两次70 高温水流将冲洗掉的污渍及清洁剂漂洗干净，最后还会再进行一次10分钟的80 蒸汽的最终漂洗，水汽双动力，清洁效果更佳，也是很多同类产品所不具备的。

为了验证该功能，我也进行了实际的测试，测试使用的仪器主要是热电偶式温度计，这种温度计采用了线状的探头，可以在关闭舱门的情况下深入到洗碗机内部测试其温度。

我用扎带将探头固定在下碗篮的筷笼上，尽量保证探头位于洗碗机中心处。

同时使用计量插座和水量计测试耗电量和耗水量。

日常吃完火锅的餐具可能是油污最重的了，为了测试这项功能，我还特意将牛油火锅晾凉，让油都结成块后直接放到洗碗机里，这样清洁起来会更困难，测试也更有参考价值。

此外还有火锅碗、烧烤碗和烧烤架，也都是油污较重的餐具，一起放进去进行清洗。

程序方面我选择了“重油洗”模式，该模式下默认使用水汽双动力蒸汽变温技术，所以无需额外选择，如果餐具太脏的话还可以配合“加强”的增强程序，在该模式下的洗涤时间为154分钟。

我将每隔90秒记录一下内部的温度,具体数值如下：

将数据生成折线图，就可以看出整个洗涤过程了 ：前20分钟为预洗时间，洗涤温度为40 左右，主要的目的是先通过温水浸泡污渍使其软化分解，并且在这个温度下，洗涤耗材充分溶解，酶的活度更高，洗涤能力也最强；之后进入主洗，水温不断上升，在40分钟左右时达到峰值789 ，并维持约8分钟左右，此时内部产生大量蒸汽，和水流同时清洁餐具；接着会经过两次高温漂洗，漂洗的最高温度为708 ，两次漂洗可以将餐具上残留的洗涤剂都冲洗干净，避免残留；为了保证清洁效果，接下来还会进入最终漂洗，程序和第一次类似，但是升温更快，峰值的持续时间也更长，这样也可以让餐具有足够高的温度，能加速餐具的干燥速度；整个清洗完成后，餐具开始沥水，同时内部温度自然下降，直至到达约58 时舱门开启，大量水汽随之排出，餐具也可以迅速干燥。

经过实际测试，总体来看温度的曲线和峰值温度都是和宣传中相符的，尤其是两次主洗都能达到约80 的高温，无论是清洁能力还是除菌效果都会更好，这一点十分重要。并且这种是能耗最高的模式，根据实际测试最终消耗的电量为1541度，水量约为106升，这也侧面说明了洗碗机非常省水（大家可以试想一下两桶5L的水有多少，能否完全洗净之前展示过的餐具量），耗电量也并不高，和手洗相比其实并不会多花多少水电费用。

那清洁效果如何呢？看一下清洁前后的对比吧：

平时最头疼、最难清洁的重油餐具也轻松被洗得干干净净：

满是油渍烤网，平时需要用刷子刷才行，用洗碗机也轻松搞定了。

火锅碗和烧烤碗就更不在话下了。

此外微蒸汽功能也是和水汽双动力类似，不过是增强程序可以在选择主程序时自行考虑是否需要，这里我也进行了测试，在“炊具”模式下添加了微蒸汽功能。

同样采集了大量的数据：

整体的折线和重油洗类似，只是只有一次漂洗，并且漂洗的温度相对较低，最高为608 ，不过主洗和最终漂洗也能达近80 左右的高温。

在该模式下，最终消耗的电量为1341度，水量约为833升，相比之下要更省水省电一些。

如我之前所说，我们现在大多数家庭都是3~4口人，一天下来也可能用不了这么多的餐具，但同时又觉得大容量的洗碗机使用上会更方便，两个需求就很矛盾，这种情况想要两者都能兼顾就一定要选择有分区洗功能的洗碗机了。

分区洗也是增强程序中的一个，几乎在所有的普通程序中都可以使用，并且比较实用的一点是可以根据餐具多少来选择上下层清洗。当选择到上层洗时，顶部喷淋+上层喷淋启动，主要用于清洗杯子和碗碟等，即便是洗一个人的餐具也不浪费；而选择到下层洗时，顶部喷淋又会和下层喷淋配合，两到三口人用的锅具、碗碟一次搞定，餐具用过之后不需要再攒着，干净卫生也不用担心滋生细菌。

这里我也进行了测试，选择了日常中最多使用的“标准”模式，并将清洗位置选择到上层。

在标准+单层洗的模式下，洗碗机共运行59分钟，会进行一次主洗+两次漂洗，所以也无需担心残留的问题。这里我对单层洗下的能耗进行了测试，最终测定的用电量为0605度，用水量为699L，粗略计算一下，不算耗材费用的话，洗一次大概只需要035元，是不是十分省钱呢？

另外分区洗还有一个好处，那就是由于三个喷臂只有两个在工作，而进水量又是恒定的，所以自然水压也更大，据官方的数据显示水压可以提升145%，洗涤时间也能缩短5~10分钟，不仅节能，清洗的效果也更好。

清洁能力究竟如何，当然要测测才知道，这里我分别制作了四种日常生活中的污渍，分别是风干蚝油、酸奶瓶、火锅碗和蒸蛋碗：

为了增加难度，我还将四个容器都放到烤箱里烤干。

在测试重油洗模式时将蚝油碗和蒸蛋碗放入，在测试单层洗时则使用了火锅碗和酸奶瓶，看一下清洗前后的对比吧：

可以看到无论哪种污渍都被清洁的干干净净，其他的餐具倒是情理之中，最让我意外的是蒸蛋碗， 有使用经验的朋友一定知道，蒸蛋碗通常是洗碗机最难清洗干净的，一般都得再单独处理一下，而在80 的水流冲刷+蒸汽瓦解下也完全没有问题，可见“水汽双动力”的清洁能力究竟有多强大了 。

之前已经提到过，目前智能开门速干是最经济、最高效、最不易返潮的烘干方式，这项功能主要由传感器和顶部的机械结构共同完成。在之前的实测中，当洗碗机内的温度达到58 时舱门会自动打开，和官方数据中的55 相差无几，考虑到测温位置的不同，偏差还是比较合理的。

这个温度的选择还是很关键的，太高的话开门时蒸汽可能会对正好在附近的人造成烫伤，太低又会影响到后续餐具的干燥效果，而在55 左右下可以兼顾这两个方面，虽然开门时会有大量的蒸汽涌出，但实测蒸汽的温度并不高，既安全又快速，即便是有宝宝的家庭使用也无需担心了。

经过半小时，无论是洗碗机的内部还是餐具上残余的少量水珠都完全干燥了，仅留下了一点水印，效率非常高。

经过多方面的实测，我认为海尔晶彩系列的这台13套洗碗机可以称得上的是一台“水桶机”，各方面表现都比较优秀，没有什么短板。可靠的国产一线品牌、符合最新国家洗碗机标准的整体设计、“水汽双动力”的强大清洁性能、兼顾了能耗和空间的分区洗功能、烘干效率最高的智能开门速干以及独嵌两用的外观尺寸和十三套的超大容量等都是这款产品的出众之处，不足五千元的售价更是让其极具性价比，不足之处主要在于面板的强度较低，使用时需要多注意避免产生划痕，不过总体来说仍是目前非常值得购买的一款产品。

希望本次评测能让大家对这台洗碗机有真实的了解，我是普通奶爸，我们下次再见。

复制了一点先看看，我还有很多给我QQ号，发给你 大气的组成、垂直分布和热力状况课时安排：2课时教学目标：1．了解大气的组成和垂直分层，理解大气各层对人类活动的影响。 2．了解大气的受热过程，区分大气对太阳辐射的削弱作用、对地面保温作用的形成机制。 3．明确大气的气温日变化、年变化及水平分布规律的形成原因与特点。本讲重点：1．大气的垂直分层及对人类活动的影响2．大气的受热过程3．气温的日变化和年变化、气温分布的一般规律本讲难点：1．大气垂直分层对人类活动的影响2．大气对太阳辐射的削弱作用、对地面保温作用的形成机制3．大气的气温日变化、年变化及水平分布规律的形成原因与特点考点点拨：第一课时一、大气的组成和垂直分层1．地球外部的四大圈层：大气圈、水圈、岩石圈、生物圈。大气圈的作用：提供生命活动所需要的大气，而且还是生物生存的保护层等，对人类有重大作用。2．大气的主要成分及各种成分的环境意义低层大气组成体积(％)作用干 洁空 气N278地球生物体内蛋白质的重要组成部分O221人类和一切生物维持生命活动所必需的物质CO20．033绿色植物进行光合作用的基本原料，并对地面起保温作用03很少能吸收太阳紫外线，对地球上的生物起着保护作用水汽 很少产生云、雨、雾、雪等天气现象；影响地面和大气的温度固体杂质 很少作为凝结核，是成云致雨的必要条件总的说来，自然界干洁空气中各部分的含量处于动态平衡中，但是不合理的人类活动，能够改变大气各种成分的含量（特别是微量气体，如 、臭氧的含量的变化）。当前，特别引起人类关注的是全球二氧化碳含量上升和臭氧含量减少的现象，已经对人类的生存环境产生了重大的负面影响。[经典例题1] 地球大气中，下列变化是上升趋势的有 ( ) A．水气和固体杂质的含量随高度增加的变化 B．对流层的高度由高纬向低纬的变化 C．对流层的气温随高度增加的变化 D．大气中二氧化碳含量的变化解析水汽和固体杂质，它们几乎全部集中在大气最低层——对流层中，它们随高度增加越来越少；由于人类活动如燃烧煤、石油等矿物燃料排出大量二氧化碳，使二氧化碳含量不断增加，故D选项符合题干要求。对流层低纬度地面受热多，对流旺盛，故对流层的高度高，而高纬度地面的热量少，对流运动弱，故对流层的高度低。答案D 2．大气的垂直分层各部分大气层的基本特点：大气层虽然有数千千米（一般认为有2000～3000千米），但其质量的3/4以上却分布在离地面十几千米的低层。依据各大气层温度（如图5-1）、密度和运动状况，我们可以将大气层分成对流层、平流层和高层大气。（1）大气层的基本特点见下表：垂直分层高度分布主要特点原 因对流层低纬17～18km①气温随高度增加而递减，每上升100米降低0．6℃②对流动动显著③天气现象复杂多变热量绝大部分来自地面，上冷下热，差异大，对流强水汽杂质多、对流运动显著中纬10~12 km高纬8～9km平流层对流层顶到50～55km①起初气温变化小，30千米以上气温迅速上升②大气以水平运动为主③大气平稳，天气晴朗，有利高空飞行臭氧吸收紫外线上热下冷水汽杂质少、水平运动高层大气对流层顶到2000～3000千米存在若干电离层，能反射无线电波，对无线电通信有重要作用太阳紫外线和宇宙射线作用 大气温度随高度变化曲线： （2）对流层高度的时空分布特点： 对流层的高度取决于地面温度的高低，近地面温度高，对流层高度大；反之，就小。因为温度高，对流旺盛，波及高度大，对流层顶高。 (1)纬度分布 对流层高度随纬度升高而降低。 (2)季节分布 同一地区，夏季对流层高于冬季。[经典例题2] 图5-2表示大气垂直分层，读图回答①一③题。①图中正确表示大气层气温垂直变化的曲线是 （ ）A．① B．② C．③ D．④②对短波通信具有重要意义的电离层位于 （ ）A．Ⅰ层顶部 B．Ⅱ层底部 C．Ⅱ层中部 D．Ⅲ层③2003年10月，我国发射的“神舟”五号飞船运行轨道所在大气层 （ ）A．气温在—50℃～20℃之间 B．气温随高度增加平稳下降C．低气温约为—80℃ D．最高气温约为40℃解析该组题考查了对大气温度垂直变化规律与大气分层的认识，并紧密结合热点，考查了各大气层的大气环境特点及其对人类活动的影响，同时还考查了学生的读图分析能力。由下往上，对流层、平流层、高层大气气温垂直变化表现出不同的变化规律。对流层的热量主要来自地面，因此气温随高度的增加而递减；平流层大气中的臭氧大量吸收紫外线而导致其升温；高层大气变化稍微复杂一点，随高度上升，温度先是下降，然后再上升。值得注意的是在图中曲线相似的情况下，要从其温度值加以判别。电离层位于80～500千米的高空，主要原因是高层大气在太阳紫外线和宇宙射线的作用下，处于高度电离状态，它能够反射无线电波。2003年10月，我国发射的“神舟”五号飞船运行轨道是在高层大气中，正确解答第(1)题是回答本题的关键。答案①B ②D ③C（4）逆温现象的成因及其危害一般情况下，对流层温度上冷下热。但在一定条件下，对流层的某一个高度范围内会出现气温随高度增加而上升的现象(即下冷上热现象)，这种气温逆转的现象我们称之为“逆温”。①造成“逆温”现象的原因有很多种： 一是地面辐射冷却(辐射逆温)。图5-3表明了这种辐射逆温的生消过程。 图a为正常气温垂直分布情形；在晴朗无云的夜间，地面辐射冷却很快，贴近地面的气层也随之降温。离地面愈近，降温愈快，离地面愈远，降温愈慢，因而形成了白地面开始的逆温(图b)；随着地面辐射冷却的加剧，逆温逐渐向上扩展，黎明时达最强(图c)；日出后，太阳辐射逐渐增强，地面很快增温，逆温便逐渐自下而上地消失(图d、e)。辐射逆温厚度从数十米到数百米，在大陆上常年都可出现，以冬季最强。冬季夜长，逆温层较厚，消失较慢。 二是冷空气下沉(地形逆温)。在山谷与盆地区域，由于冷却的空气会沿斜坡流人低谷和盆地，因而常使山谷和盆地的辐射逆温得到加强，往往持续数天而不会消失。三是空气平流(平流逆温)。当暖空气水平移动到冷的地面或水面上，会发生接触冷却的作用。 ②危害：由于逆温层的存在，造成对流层大气局部上热下冷，大气层结稳定，阻碍了空气垂直运动的发展，使大量烟尘、水汽凝结物等聚集在它的下面，易产生大雾天气，使能见度变坏，尤其是城市及工业区上空，由于凝结核多，易产生浓雾天气，有的甚至造成严重大气污染事件，如光化学烟雾等。[经典例题3] 图5-4中图甲表示近地面空气若上升到3000m高度时，理论温度为T。3000米高空的实际温度为Ts，当Ts≥T时近地面空气上升将受阻，即出现了逆温现象，读某城市春季气温日变化图(图5-4中图乙)，回答： (1)若稳定在8℃，该城市气温至少要上升到 ℃以上时，逆温现象才会结束，这时的时间约为 时。 (2)一般逆温结束后2小时，近地面对流才能起到“净化”空气的作用。所以，在图示的情况下，仅考虑空气洁净的因素，上午体育锻炼的时间宜选在 时以后。解析对流层的特点之一是大气对流运动显著，产生对流的主要原因是对流层底层大气温度高，高层大气温度低。一般说来，对流层气温直减率(0．6℃／100米)愈大，即低层气温与高层气温差值愈大，大气对流运动愈显著；反之，对流运动愈弱。若气温直减率为负值，即气温随高度增加逐渐升高时即为逆温现象，逆温发生时，对流层下层温度低，上层温度高，空气上轻下重，不能产生空气的对流运动，逆温现象是空气对流运动的巨大障碍。当其发生时，低层被污染的大气不能与上层大气产生对流，近地面空气就得不到“净化”，此时不宜进行体育锻炼。 日出以后，随着近地面气温的逐渐升高，空气的上升运动随之加强，逆温现象也会逐渐消失，对流运动得以继续。答案(1)10 8 (2)10 第二课时二、大气的受热过程 1．大气对太阳辐射的吸收 太阳辐射在穿过大气层时，高层大气中的氧原子、平流层中的臭氧主要吸收太阳辐射中波长较短的紫外线。对流层大气中的水汽和二氧化碳等，主要吸收太阳辐射中波长较长的红外线。因此大气对太阳辐射的吸收作用是有选择性的。又由于太阳辐射中能量最强部分集中在波长较短的可见光部分，因此大气直接吸收的太阳辐射是很少的。2．大气对地面的保温作用 地球大气对太阳短波辐射几乎是透明体，大部分太阳辐射能够透过大气射到地面上，使地面增温；大气对地面长波辐射却是隔热层，把地面辐射放出的热量绝大部分截留在大气中，并通过大气逆辐射又将热量还给地面。人们把大气的这种作用，称为大气的保温作用。据计算，如果没有大气，地球表面平均温度为—18℃，实际为15℃。大气的保温作用，使地面温度提高了33℃多。3．太阳辐射透过地球大气到达地球表面，在地面和大气之间进行一系列能量转换。 如上图，其过程包括：①到达地球的太阳辐射，一部分能量被大气吸收、反射和散射而削弱，只有一半左右的太阳辐射能量到达地面。②地面吸收太阳辐射而增温，同时向外放出地面辐射。③大气吸收了地面辐射的绝大部分，同时向外释放出大气辐射，大气辐射除极小部分射向宇宙空间，绝大部分又以大气逆辐射的形式射向地面而对地面具有保温作用。[经典例题4] 天气晴朗且大气污染较轻时 （ ）A．气温日变化幅度较大 B．夜晚气温较阴天稍高C．白天大气反射作用加强 D．白天天空呈现蔚蓝色解析本题可用因果推理的方法加以解答，由于天气晴朗且大气污染较轻，因此白天大气的反射作用减弱，白天气温较高；晚上由于空中云量较少，大气逆辐射减弱，保温作用弱，气温较低，因此气温的日变化较大。由于白天天气晴朗，蓝紫色光容易被散射，从而呈现蔚蓝色。答案AD[经典例题5] 下面是大气对地面的保温作用示意图，据此回答：4图5-8(1)图中太阳辐射、地面辐射、大气辐射、大气逆辐射的数码代号按顺序依次是A．①②③④ B．③④②① C．④③②① D．②③④①(2)青藏高原比长江中下游平原气温日较差较大的原因是①离太阳近 ②青藏高原比长江中下游平原太阳高度角小③云层厚且夜晚长 ④地势高、空气稀薄⑤白天太阳辐射强 ⑥夜晚大气逆辐射弱解析本题第（1）题关键抓住热力作用的发生顺序应为太阳辐射 地面吸收 地面辐射 大气吸收 大气辐射 大气逆辐射。第（2）题青藏高原与长江中下游平原纬度大体相同，但地势不同，青藏高原海拔高，空气稀薄，大气层上，水汽、杂质较少，白天大气对太阳辐射的削弱作用弱，夜晚大气对地面的保温作用弱，故日较差大；而长江中下游平原：地势低平，水域面积大，大气质上，水汽、杂质集中在对流层底部，白天大气对太阳辐射的削弱作用强，夜晚大气对地面的保温作用强，故日较差较小，通过审题应该是青藏高原具有的只有④⑤⑥符合，故选B。答案（1）C （2）B二、大气热力作用原理应用：运用大气热力作用原理，可以分析解决许多实际问题：1．阴天的白天气温比较低的原因？这主要是由于大气对太阳辐射的削弱作用引起的，厚厚的云层阻挡了到达地面的太阳辐射，所以气温低。2．晴朗的天空为什么是蔚蓝色的？这是由于大气的散射作用引起的，蓝色光最容易被小的空气分子散射。3．日出前的黎明和日落后的黄昏天空为什么是明亮的？这是由于散射作用造成的，散射作用将太阳辐射的一部分能量射向四面八方，所以在黎明和黄昏虽然看不见太阳，但天空仍很明亮。4．霜冻为什么出现在晴朗的早晨（晴朗的夜晚气温低）？这是由于晴朗的夜晚大气的保温作弱，地面热量迅速散失，气温随之降低。5．沙漠地区（晴天）为什么气温日较差大？沙漠地区晴天多，白天大气对太阳辐射的削弱作用小，气温高；夜晚大气对地面的保温作用弱，气温低。6．青藏高原为什么是我国太阳辐射最强的地区？青藏高原的海拔高度，空气稀薄，大气对太阳辐射的削弱作用弱，所以太阳辐射强。三、全球的热量平衡①多年平均来看，地球（地面和大气）热量收支平衡。②全球热量平衡与人类生存发展的关系：第一、全球每年平均气温比较稳定，有利于人类的生存与活动。第二、人类通过改变大气的组成或改变地面的热力状况，可以影响大气的热力作用过程，从而改变局部地区甚至是全球的气候。例如：人类向大气中大量排放 等温室气体，使得大气热量的收支失去平衡，导致热量平衡失调，全球变暖；人类改变地面状况（植被覆盖状况、水域面积等）可以影响地面获得热量的多少和改变地面辐射，而使局部小气候发生改变。[经典例题6]关于地球的热量收支状况，表述正确的是 ( )A．地球不断吸收太阳辐射，结果终将变得越来越热B．高纬地区接收的太阳辐射少于其支出的长波辐射，高纬地区将变得越来越冷C．高纬地区热量的收入少于支出，但因温室效应的作用，高纬度地区并不会越来越冷D．由于大气环流和洋流的作用，低、高纬度地区间不断进行热量交换，地球热量收支总体处于平衡状态答案D[经典例题7] 读某地近地面多年平均热量收入状况图分析回答：（1）阴影①反映近地面空气热量 ，所以此段时间气温呈 趋势。（2）曲线A表明了 年内的变化，这种变化与 的年变化基本一致。（3）曲线B表明了 年内的变化，这种变化与 的年变化基本一致。（4）该地位于 半球。最高气温可能出现在 。解析竖坐标表示热量变化。横坐标表示月份，A曲线6月份达最高值，这可能是地面辐射带来的大气热量收入。而B曲线最高值的出现时间相对后推，应该是代表大气热量支出的大气逆辐射，而图中D可能因为收入大于支出而热量盈余，气温才有可能上升。答案（1）盈余，上升；（2）热量收入，太阳辐射；（3）热量支出，地面辐射；（4）北，7月低或8月初。下图为“地球大气的垂直分层图（部分）”，判断1～3题。1．①②③④四条曲线中，正确表示图示大气层气温垂直分布情况的是 （ ）第1—3题图A．① B．② C．③ D．④2．影响该大气层气温垂直变化的主要因素是 （ ） A．地面辐射 B．CO2气体C．臭氧气体 D．人类活动3．有关大气层的正确叙述有 （ ）A．有电离层，对无线电通讯有重要作用B．天气晴朗，对流旺盛，有利于高空飞行C．上部冷下部热，空气以平流运动为主 D．顶部与底部的气温相差约50℃左右 读如城秋季某夜前后垂直温度梯度（0C/100米）时空变化图，完成4～5题。第4～5题图4．该日发生大气逆温现象的时段是 （ ）A．当日17点前和第二天8点后B．17时～23时C．16时30分～7时D．23时～5时5．当该地大气发生逆温现象时 （ ）A．空气对流更加显著 B．抑制污染物向上扩散第6题图C．有利于大气成云致雨 D．减少了大气中臭氧的含量6．图中，昼夜温差最小的是 ( ) 第7题图 7．读下图，指出对流层大气的热量，绝大部分来自四种辐射中的 （ ) “春天孩儿面，一日三朝变”。请参阅今年3月1日至17日上海地区气温曲线图，回答8－12题。 第8～12题图8．图中最低气温出现的日期是17天中的 （ ） A．7日 B．10日 C．12日 D．17日 9．下列4天中，气温日较差最大的一天是 （ ） A．3日 B．6日 C．11日 D．16日10．从3月17日起，再过10天，下列城市中白天最长的是 （ ） A．上海 B．北京 C．广州 D．哈尔滨 11．下列4天中，北京某地（40°N）测出正午太阳高度角最接近50°的一天是（ ） A．3月4日 B．3月8日 C．3月13日 D．3月17日12．造成初春气温骤变的原因，除冷暖气流的影响外，云对气温高低也有一定的影响。以下关于云对气温影响的正确叙述是 （ ） ①白天多云，云对太阳辐射的反射作用，造成地面气温不太高 ②白天多云，云对太阳辐射的吸收作用，造成地面气温升得更高 ③夜晚多云，云对地面起保温作用，使地面气温比无云时高 ④夜晚多云，云将地面热量传到太空中，使地面气温比无云时更低 A．①④ B．②③ C．①③ D．②④13．读“气温垂直变化图”，完成下列要求：(1)图中a、b、c、d四条 曲线中，正确反映地球大气温度随高度变化的是 判断依据是 。根据A层大气气温随高度的变化特点，可知该层大气的直接热源是 。(2)风、云、雨、雪等天气现象集中于 层(填字母)，原因是 。(3)人类目前利用平流层最主要的方式是 ，原因是 。 (4)B层和D层大气温度随高度增加而升高，分析其增温原因的异同。相同点： 不同点： 。14．读图分析回答：()大气增温主要来自 辐射。 (2)一年中，地球上太阳辐射强度在4以上的纬度大约是 之间，原因是 。(3)请在图上用密竖线画出地面热量盈余部分，用粗横线画出地面热量亏损部分。(4)就全球而言，气温不会出现热量盈余地区越来越热、热量亏损地区越来越冷的现象，主要是因为 和 能起 的作用。 参考答案1．A 2．C 3．D 4．A 5．B 6．D 7．B 8．A 9．D 10．D 11．D 12．C13．(1)b 近地面平均温度约为20℃，对流层顶气温约为一50℃至一60℃ 地面(地面的长波辐射) (2)A 该层集中了大气层中几乎全部的水汽和固体杂质 (3)高空飞行 该层大气中水汽、杂质含量极少，云、雨现象近乎绝迹，大气平稳，天气晴朗，能见度极高 (4)都是因吸收紫外线而增温 前者是臭氧吸收紫外线，后者是氧原子吸收紫外线14．(1)地面(2)30°S～30°N 太阳高度大 (3)略 (4)大气运动 洋流 调节

由于冻土介质的特殊性和土壤水分在其中运动的重要性，冻土中水分运动的研究受到世界上许多国家的重视。已经召开的七届国际多年冻土会议分别涉及到这方面的内容，美国公路研究部门及其他国家的类似组织已多次组织了有关专题会议，联合国教科文组织专门开办过寒区水土问题讲习班等等。据不完全统计，除我国外，目前开展这类研究的主要有前苏联、美国、加拿大和瑞典等十多个国家。近20年来，各相关学科的研究工作者从不同角度和研究目的出发，对冻融过程中土壤水、热迁移问题进行了多方位研究，取得了许多重要成果。

1冻土学研究概况

冻土学的研究包括冻土物理学、冻土化学、冻土力学、工程冻土学、冻土环境学等学科。土壤冻融过程中水、热迁移问题属于冻土物理学的研究范畴。冻土物理学为冻土学的基础研究内容，其研究范围包括：冻土的基本物理性质、结构、构造，土壤冻融过程中的水分迁移、成冰作用及冻胀，盐分迁移及盐胀。

冻土学较为系统的研究始于19世纪末期。1890年俄国成立了冻土研究委员会，开始对冻土进行了比较广泛的研究。进入20世纪后在苏联时代，冻土学研究发展较快（崔托维奇，1985；费里德曼，1982），研究内容涉及到冻土物理学、冻土力学、土壤水热改良、工程稳定性等。在美国、加拿大等国，从20世纪开始，自然资源的开发利用直接推动了冻土学的不断发展。

1963年举行的第一届国际冻土大会（International Conference on Permafrost，简称ICOP），标志着冻土学的研究进入了新阶段。此后从1973年起每隔5年举行一次ICOP，以交流各国在冻土学领域的研究成果。在1983年举行的第四届ICOP上，由中、俄、美、加四国倡议成立了国际冻土协会（International Permafrost Association，简称IPA）。

我国的冻土学研究起步较晚，但发展较快，目前已跻于国际先进行列。我国主要的研究单位有：中国科学院兰州冰川冻土研究所，水利、公路、铁路、建筑等行业的设计、科研院所及相关的高等院校等。

中国于1982年成立了中国地理学会冰川冻土分会，并举办了全国冰川冻土学大会，交流国内外相关领域的研究成果，对推动冻土学的发展起了很大的促进作用。

2地气界面间的水热交换研究

从能量平衡过程看，低层大气中所发生的各种物理现象，基本上都是在下垫面（如土壤、植被、水面等）影响下形成的。不同的下垫面具有不同的物理特性，在邻近下垫面的近地气层和土壤上层出现复杂的物质、能量交换过程，并对小气候的特点和形成规律产生重要影响。

下垫面由于吸收来自太阳的直接辐射和天空散射辐射（短波辐射）而升温，同时也因长波辐射而降温。短波辐射与长波有效辐射之差即为下垫面所获得的净辐射。白天，太阳短波辐射一般大于长波有效辐射，下垫面所获得的净辐射将通过向上的显热通量和向下的土壤热通量分别使近地层的空气、上层土壤增温；夜间下垫面净辐射为负，需要依赖近地层空气和土壤层来补充热量。因此近地层大气和土壤上层的温度状况受着下垫面的强烈影响。

下垫面是低层大气中水汽的主要源泉。当下垫面发生蒸散而将水汽输送到大气时，也要消耗大量的蒸发潜热。蒸发潜热也是下垫面热量平衡中的重要组成部分。当下垫面发生凝结现象时，会有相应的潜热释放。这种依赖于下垫面的水分循环过程对小气候的形成亦起着重要的作用。

近地气层中的温度和湿度的垂直分布与热量、水分的收支状况有关，因此下垫面向上和向下的热量输送、水分输送也是决定近地气层、土壤上层气候特点的基本因素。地气界面间的水热交换作为冻融土壤水热迁移的上边界条件，对于采用数学物理方法研究土壤水热迁移规律是必不可少的。

目前用于确定地气界面间水热交换通量的方法主要为微气象学方法，包括空气动力学法、能量平衡法、能量平衡-空气动力学法和涡度相关法等。这些方法在生产实际中均有一定的应用价值，但各有其优缺点。其中，能量平衡-空气动力学相结合的综合法考虑了下垫面和近地表大气的特性，具有很好的物理背景和依据，是了解地表水热交换动态变化过程及其影响因素的基本方法，在土壤水热耦合迁移过程的研究中，已得到了广泛的应用。

在不考虑土壤水平方向热交换量的情况下，根据能量守恒定律得出的下垫面的能量（热量）平衡方程为：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中，Rn为净辐射；G为土壤表面热通量；LE为土壤蒸发潜热通量；H为显热通量。

地表潜热通量LE、显热通量H与水热状况和近地表小气候有关，一般用阻抗模式来计算。Penman在1948年最早采用该方法研究潜在腾发，提出了著名的Penman公式。在潜在腾发的计算模式中，只考虑了大气边界层空气动力学阻抗ra。Monteith在1963年提出了表面蒸发阻抗rs的概念，为计算非饱和土壤水分蒸发开辟了新途径。

空气动力学阻抗ra取决于近地层空气的风速分布。当风速廓线近似于对数分布时，可近似认为这一层内的热量、水汽传输阻抗与动量传输阻抗ra相等，其值可根据大气紊流边界层理论计算。

受地气间温差所引起的浮力效应的影响，风速的对数廓线不再成立。此时，热量、水汽传输阻抗与动量传输阻抗不再相等，需要对其计算模式进行修正。Camillo和Gurney（1986）用大气稳定性修正因子表示这种影响，这两个修正因子与Monin-Obukhov长度有关；Acs等（1991）在土壤含水率和地表温度的耦合预报模型中采用该方法对大气稳定性进行了修正。

表面蒸发阻抗rs的确定比较困难，目前既无理论预测，又缺乏试验资料。林家鼎和孙菽芬（1983）认为，对于同一种土壤，蒸发阻抗变化主要与地表土壤含水率θ有关，而且与θ的某负次幂函数成比例，并根据实测数据给出了rs的经验表达式。Camillo和Gurney（1986）认为可将rs视为一个拟合参数，通过实测数据与模拟结果的比较来拟合rs，使计算和试验结果相吻合。据此，他们也提出了相应的rs与θ的经验关系。

在土壤水热迁移研究中，地表能量平衡方程（或与其他方程相结合）一般作为上边界条件来处理。在一定的时间、地点、气象条件下，地表能量平衡方程中的各分量均为地表含水率、温度和温度梯度的函数。一般情况下，表土水分在短时间内可认为保持不变，因此能量平衡方程仅是地表温度及其梯度的函数，对此可有不同的处理方法。其中一种是将该方程视为地表温度的非线性隐式方程，通过方程求解得到地表温度；另外一种是通过潜热、显热计算地表热通量，将其作为热方程的第二类边界条件。

3冻融土壤水分运动问题的实验研究

1）室内实验研究

土壤水分运动规律的研究最早始于法国的Darcy，1856年他根据饱和沙土的渗透试验，得出了渗流通量与水力梯度成正比的著名的达西定律。1931年Richards将这一规律应用于非饱和土壤水，认为非饱和土壤水分通量ql可表示为：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中，Ψ和Ψm分别为土壤的总土水势和基质势；K（Ψm）为土壤非饱和导水率。

在冻土的研究过程中，水分通量一般采用上述表达式，但冻土基质势目前还不易测定。假设土壤基质势与冻土未冻水含量之间存在一一对应关系，那么冻土中的水分通量亦可用未冻水含量θu的梯度来表示：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中，D（θu）为土壤水分扩散率。

20世纪80年代，美国陆地寒区研究与工程实验室（US Army Cold Regions Research and Engineering Laboratory，简称CRREL）进行了一系列室内试验，以探索冻土中水分迁移的机理。Nakano等（1982，1983，1984a，1984b，1984c）、Nakano和Tice（1987）对等温条件下的水分迁移进行了室内实验研究，认为水分迁移通量取决于土壤总含水率（包括未冻水和冰）的梯度。

Konrad和Morgenstern（1981）进行了不同温度梯度下冻土中的水分迁移试验，根据试验结果得出了水分迁移通量与温度梯度ΔT成正比的结论，即：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

其中参数SP称为分凝势（Segreation Potential），它与具体的试验条件和土壤冻结速度、土壤含水率等因素有关。这一参数的复杂性使得其应用受到很大限制。

自20世纪70年代以来，中国科学院兰州冰川冻土研究所对土壤冻结特性、冻结条件下的水分迁移、成冰作用及冻胀、盐分迁移及盐胀等问题进行了大量的室内实验研究（Xu等，1985；徐学祖和邓友生，1991；徐学祖等，1995；Chen和Wang，1985，1991）。根据其研究结果，冻土中的水分迁移与冻结缘中的土水势梯度有关，而该梯度主要取决于土体的性质、边界条件、冻结速度和冻胀速度等因素。

根据上述试验研究结果，非饱和冻融土壤水分迁移的推动力主要包括土壤含水率梯度（土水势梯度）和温度梯度（Nakano，1991），二者既可以相互独立，也可以相互依赖。

到目前为止，对于冻土中水流问题的研究，多采用与土壤非饱和水流类似的方法，即引入土水势的概念（Hillel，1980；雷志栋等，1988），用能量观点进行。这样可以对土壤的冻结区、非冻结区进行统一分析，便于用数学、物理方法对冻土中水热耦合迁移问题进行统一研究。

2）室外试验研究

室外试验研究主要包括与农业水资源高效利用及土壤盐渍化改良有关的田间入渗试验、水热盐迁移试验和与工程建筑物冻胀防治等问题有关的现场试验。

冻融土壤的入渗特性的试验研究开始于20世纪60年代。Stoeckjer和 Wetzlllan（1960）认为冻融土壤的入渗特性与土壤冻结类型有关。把冻土分为水泥状冻结、多孔状冻结和粒状冻结三种类型。水泥状冻土多为细粒结构，土壤含水率较高，由许多复杂的薄冰透镜体组成，常为密实块状，类似于水泥地。粒状冻土颗粒粗，土壤含水率较低，冰晶在土粒周围聚集但彼此分离。多孔状冻土的特点介于以上二者之间。Sthecker和Weitzman（1960）曾用单环入渗仪测了三种类型冻土的入渗率，同质地土壤水泥状冻土入渗率极小，粒状冻土比未冻前入渗率更高。Boombny和Wang（1969）室内测定了不同初始含水率的土样在快速冻结条件下的渗透性，发现当土壤的饱和含水率和初始含水率之差小于013 m3／m3时，冻土属于水泥状冻结，其渗透性可忽略。

大多数学者认为影响冻土入渗特性的主要因素是冻结时的含水率。Kane和Stein（1983）用双环入渗仪在美国Alaska季节性冻土中做了不同含水率条件下的入渗试验，结果表明季节性冻土中的入渗曲线类似于非冻土，土壤初始含水率愈高，入渗率愈小。Lee和Molnau（1982）经分析入渗试验结果发现，土壤的稳定入渗率与冻结期土壤含水率具有很强的负相关关系。

土壤质地对入渗特性也有很大影响。瑞典农作土壤的质地主要为重粘土，其入渗率变化在0004～50 mm/min之间（Kapotov，1972；Engelmark，1987）。低入渗率主要是由于土壤质地粘重和高含冰量导致的低渗透性造成的，而高含冰量除了受冻结期高土壤含水率的影响外，还受冻融期融雪水入渗、重新冻结的影响；高入渗率则是粘土冻结后形成宏观垂直裂隙的结果（Thunholm和Lundin，1989）。

Zuzel和Pikul（1987）用模拟降雨装置测定了茬地、冬小麦田和犁地在深秋冻结之前、冬季冻结期和春季消融期的入渗率。同质地土壤犁地入渗率最大，冬小麦田入渗率最小。比较冻前、融后的土壤入渗率，结果并无太大变化，说明不同耕作措施条件下的土壤并不因为冻结过程而改变其入渗特性。Pikel，Zuzel和Wilkins（1991，1992）做了土壤冻结期已耕地和未耕地在两个不同冻层厚度下的入渗试验。当冻土深度为012 m（小于耕作深度）时，已耕地土壤入渗率大于未耕地；当冻土深度大于035 m时，已耕地和未耕地土壤入渗率相差很小。

在冻土分布区，地面冻结、土壤入渗能力降低是融雪产生地表径流、水土流失的主要原因（Kalyuzhnyi，1980；Zuzel和Pikul，1987）。美国Alaska地区地表径流量占融雪水总量的25%～47%（Kane和Stein，1987），而在Oregon北部地区地表径流量占融雪水总量的4l%～49%（Zuze，1982）。为了减少水土流失、增加土壤入渗，许多学者研究了不同土地管理措施下的土壤入渗规律，为当地优化水土保持措施提供了依据。

近年来，我国季节性冻土分布区有关部门、科研院所的科技工作者，结合当地生产实际对冻土中水分、盐分迁移及水工建筑物冻胀防治等问题，进行了大量的野外现场试验及应用研究，取得了一批有意义的研究成果。朱强（1988）、Zhu（1993）研究了季节性冻土区的冻胀问题；内蒙古自治区水利科学研究所（1987）、Wang（1993）、赵东辉（1997）对冻结过程中土壤水分、盐分迁移进行了试验研究；张转放等（1992）研究了北京地区土壤在两种灌溉定额下的冻后聚墒特点；郭素珍（1996）对内蒙古河套灌区秋浇时间对水盐运移和农业环境的影响进行了试验研究；太原理工大学樊贵盛和郑秀清等（1997，1999，2000）、郑秀清等（2000，2001）、邢述彦（2002）在国家自然科学基金的资助下，从冬春灌溉用水管理的角度出发，研究了田间冻融条件下土壤的入渗特性；黄兴法等（1993）在山东禹成对冬春季节土壤水分、温度、盐分的变化过程进行了观测，并对其变化规律进行了分析；尚松浩等（1997）对北京地区越冬期土壤水热迁移规律进行了研究。

4冻融土壤水分运动问题的理论研究

对于土壤中水流和热流问题的研究，在早期是相互独立进行的，二者分别建立了自己的理论体系，并在各自的研究领域对求解方法进行了较为深入的研究。

对于土壤非饱和流问题，将达西定律与水流连续方程相结合即可得到土壤水分非稳定运动的基本方程（Richards方程）

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中，θ、t分别为土壤含水率、时间；其他符号同前。

土壤热流的研究始于20世纪40年代末期，将Fourier导热定律应用于土水系统，由能量守衡原理可得到土壤中热流的基本方程：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中，T、C、λ分别为土壤温度、体积热容量和导热率。

1957年Philip和de Vries开创了土壤水热耦合研究之先河。他们基于多孔介质中液态水粘性流动及热平衡原理，提出了水热耦合迁移模型（Philip和de Vries，1957；de Vries，1958）

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中，q、ql、qv、qh分别为土壤中的总水分通量、液态水通量、水汽通量和热流通量；Dθ、DT分别为水分、温度梯度所引起的水分迁移的扩散率；ρl、Cl分别为液态水的密度和热容量；Dθv为水分相变时的扩散率；L为参考温度T0时的相变潜热。

以上模型考虑了温度梯度对水分运动的影响，水的相变及水分对温度的影响。

在Philip-de Vries模型的基础上，人们对土壤水热耦合问题进行了更广泛深入的研究。Kay和Groenvelt（1974）在水分运动方程中，以土壤含水率θ和温度T为独立变量，将含水率梯度作为土壤水分运动的驱动力，该项研究没有反映出土壤水分运动的物理本质，并且只适用于均质各向同性的土壤系统。Milly（1982）在此基础上，采用了以土壤基质势和温度为变量的土壤水、热耦合方程，使之能够适用于非均质土壤，并用有限元法模拟了等温、非等温条件下的土壤水分运动。de Vries（1987）对此前这一领域的研究进行了综合评述。Chung和Horton（1987）研究了地表有部分作物覆盖条件下土壤水热迁移。蔡树英、张瑜芳（1991）用该模型计算了不同温度条件下土壤水分的蒸发过程。土壤-植物-大气连续体（SPAC）中水热迁移的研究是土壤水热迁移问题的引深，目前已进行了大量的研究工作（Camillo等，1983；Van de Griend和Van Boxel，1989；康绍忠，1994；吴擎龙等，1996；李家春和欧阳冰，1996）。

冻融条件下的土壤水热迁移是一个多因素综合作用的复杂物理过程，对该问题的研究30多年来已取得重要的进展。自20世纪60年代以来，许多科技工作者对这一问题进行了研究，提出了各种各样的数学模型，这些模型大致可分为两类。第一类是在Philip和de Vries模型基础上建立起来的所谓机理模型（Harlan，1973）。在该模型中忽略了土壤中冰与水的相互作用，认为冻土中的未冻含水率仅与土壤负温有关，与总含水率无关，并与负温处于动平衡状态。土壤未冻含水率与负温的关系（亦称为土壤冻结特性曲线）需根据试验来确定，目前这类模型的应用较多。Harlan（1973）、Taylor和Luthin（1978）、O’neillomd and Miller（1985）等对土壤冻结条件下的水热迁移进行了数值模拟，Jame和Norum（1980）用本质上近似于Hanlan的模型模拟了水平土柱冻结状态下的温度、含水率、含冰率的动态变化，并与室内试验结果进行了比较。Fukuda和Nakagawa（1985），Flerchinger和Saxton（1989），Lundin（1990）采用机理模型模拟了冻土系统中的水热迁移，在模型中考虑了地气间的显热交换，但没有考虑潜热交换和地表蒸发。在冬季地气间潜热通量虽然小于显热通量，但二者为同一量级，忽略蒸发潜热必然会对计算结果产生一定的影响。

第二类模型是应用不可逆过程热力学原理描述土壤水热通量，称为热力学模型（Kay和Groenevelt，1974；Groenevelt和Kay，1974；Kung和Steenhuis，1986）。这一模型与机理模型在土壤未冻区一致，其区别仅在于冻结区。模型中考虑了在温度梯度及水（包括固、液、气三相）势梯度作用下的水、汽、热迁移。模型假定冻土中冰和水处于平衡状态，其化学势相等，并假定冰压力为0，忽略重力影响，利用Clapeyron方程，可得到：

水分在季节性非饱和冻融土壤中的运动

式中：pw为水压力；Hf、vl分别为水的结冰潜热和比容；T为土壤温度。

根据这一关系，土壤水势梯度可用温度梯度表示，因此在冻结区的未知量只有温度T，水、汽、热通量均为温度及温度梯度的函数。将这些通量关系与质量、能量守衡原理相结合即可得到冻土中水热耦合迁移的热力学模型。这一模型与机理模型相比，不需要确定未冻含水率与负温的关系。但在模型的推导过程中引入了Clapeyron方程，一般认为该类模型只适用于土壤冻结温度附近的一个有限温度范围，对于较低负温下该模型的适用性尚未得到试验验证。

Kung和Steenhuis（1986）用热力学模型模拟了土柱一端突然降到负温时的土壤冻结过程，其结果与实验规律相一致。计算结果表明，水汽迁移量比液态水迁移量小两个数量级，而对流传热量比传导热量也小两个量级。因此，忽略土壤冻结过程中的水汽迁移，对流传热对计算结果的影响较小。

Shen和Ladanyi（1987）在冻土水、热耦合模型中加入了土体应力场模型，模型中考虑了水热迁移和土体变形，并分别用有限差分法、有限单元法模拟了饱和土壤的冻结过程，其温度剖面、土体冻胀量与试验结果比较吻合。

国内对冻土水热耦合迁移问题的研究起步较晚。杨诗秀（1988）采用机理模型模拟了水平、垂直土柱的冻结过程，并定性地分析了土壤初始含水率对土壤冻胀量的影响。中国科学院兰州冰川冻土研究所（1989）对冻结过程中土壤水分、温度、应力场问题进行了研究。叶伯生和陈肖柏（1990）、胡和平（1990）在水热迁移的机理模型中，引入Clapeyron方程研究冻土中水热迁移问题，这种处理方法不仅存在上述Clapeyron方程的适用性问题，而且还存在该方程与土壤冻结特性曲线之间的相容性问题。李述训和程国栋（1995）对室内土壤冻结、融化过程进行了数值模拟。雷志栋等（1998，1999）模拟了冻结条件下土壤的水热耦合迁移规律，但未考虑气态水迁移及热的对流迁移。郑秀清（2001）采用包括气态水迁移和热对流迁移的水热耦合数值模拟模型，模拟了天然条件下土壤的季节性冻融过程以及其中的水热迁移规律，取得较好的结果。

土壤盐分对土壤冻结状况及其水分迁移有很大影响，正如Cary等（1979）所指出的，当土壤溶液中的盐分在冻结缘积累时，冻结锋面处的渗透压梯度对水分迁移有很大的阻碍作用。即使土壤的含盐量非常低，渗透势和盐分迁移对土壤水热迁移也有很大影响。美国农业部农业工程研究服务中心Flerchinger及Saxton（1989）建立了积雪-残茬-土壤系统中水热迁移的数值模拟模型，考虑了盐分对水热迁移的影响。练国平和曾德超（1988）首次在国内建立了冻土水热盐运动数学模型，在此基础上黄兴法等（1993）对冻结期土壤水热盐运动规律进行了数值模拟，并取得较好的效果。

综合20世纪60年代以来国内外关于冻土水分入渗、迁移问题的研究进展，冻融土壤水分运动问题在理论、计算方法以及室内外试验方面均进行了一定的研究，对其运动规律有了一定的认识，取得了可喜的进展，但由于课题本身的复杂性、测试仪器设备的限制以及研究的滞后性，大多数研究都是模拟室内的土壤冻融过程。由于这类模拟试验土柱的边界条件比较简单，与自然条件下的冻结过程差异较大，因此很难应用于生产实际。有关自然条件下冻融土壤系统的水分运动规律问题有待于进一步深入研究。在土壤水分入渗和迁移方面，存在下列问题亟待解决：

（1）对田间冻土入渗普遍规律的研究缺乏综合性和系统性。尽管国内外对田间冻土入渗试验的研究已经取得一定的进展，但由于研究目的不同、考虑因素单一，其研究多以冰川和积雪地区的区域水资源评价或预测为目的。

（2）对冻融土壤水分入渗的主导影响因素的研究和认识很不够。如研究者对土壤温度对冻结土壤入渗能力影响的认识等。

（3）冻结土壤水分入渗模型的研究还不够深入。纵然就目前的研究手段而言，研究出较好的描述田间冻土水分入渗理论模型存在很大困难，但提出有关冻土入渗的经验模型还是有可能的。但截止到目前，对冻结土壤水分入渗模型的研究甚少。

（4）结合生产实际对自然条件下整个越冬期长时间的土壤冻融过程中水热迁移问题的研究还很缺乏，尤其是对冻融土壤水分保持特性及不同地表条件下越冬期土壤水分的保持特性的研究。

（5）冻融条件下土壤水分迁移的理论还不够完善，对其内部客观物理机制的理解还不够深入，快速、有效的数值计算方法还有待进一步的研究，结合生产实际对天然条件下土壤冻融过程中水热迁移问题的研究成果相对薄弱。

我国大陆尺度水量平衡与水循环

我国大陆地处东亚大陆，由于其受所处地理纬度、海陆分布、地势和大气环流的影响，在水量平衡和水循环上具有鲜明的特征。

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19094毫米，年总输出量为16253毫米，年净输入量为2841毫米。我国大陆上空多年平均水汽含量为151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6484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044。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652％，径流量占全国总径流量的961％。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3641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182154立方千米，折合面水深19094毫米，其中约有31％形成降水(5862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3643毫米，其中约有17％重新形成降水返回地面(622毫米)，83％随气流输出国界。我国大陆年平均降水量为6484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(16253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2841毫米之和为19094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1778万平方千米，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130362毫米，其中有139％形成降水PI，861％径直输出境外；年总蒸发量为8030毫米，其中有70％再次形成降水PE，930％由偏西气流携带从东南边界进入东海上空；年总降水量为18712毫米，约有970％是境外输入水汽形成，区内蒸发水汽形成的只占30％，年降水总量中约有570％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1778万平方千米，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282％形成降水PI，718％为过境水汽；年总蒸发量中的141％形成降水PE重返地面，859％通过北界和东界上空进入华北区和东海；年总降水量的935％是由境外输入的水汽形成，区内蒸发水汽形成的只有65％；年总降水量的542％，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841万平方千米，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204％形成降水PI，796％输出境外；年蒸发量中的101％形成降水PE，899％输往境外；年降水量中由境外输入水汽形成的占957％，区内蒸发水汽贡献的占43％；年降水量中的573％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47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1434万平方千米，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03和08。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196％形成降水PI，804％为过境水汽；全年蒸发量为4335毫米，其中98％形成降水PE重返地面，902％随气流输往境外；全年降水量5435毫米，其中的922％是由境外输入的水汽形成，区内蒸发形成的降水只占78％；全年降水量的202％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1246万平方千米，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，22529毫米，其中有225％形成降水，775％为过境水汽输出境外；全年总蒸发量4316毫米，其中113％在区内形成降水重返地面，887％随气流输出境外；在全年总降水量5562毫米中，有912％是由境外输入的水汽形成，88％是区内蒸发的水汽形成；在降水量中有245％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3437万平方千米，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10619毫米，只有144％形成降水PI，其余856％为穿越本区的过境水；年总蒸发量为1336毫米，仅有72％重新形成降水PE，另外928％随气流输出境外；年总降水量为1646毫米，其中有928％是由境外输入的水汽所形成，72％是由当地的蒸发水汽所形成。总降水量中除01％左右经额尔齐斯河与伊犁河输出国境外，其余的999％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。

试验程序1属于破坏性试验,是利用质谱分析法来测定器件内部气氛含量的,其工作原理是将样品刺穿后利用压力差将器件内部气体抽入真空腔中,并对抽入的气体进行电离。不同质荷比(〃虍)的离子经加速电场的作用形成离子束,进入质量分析器,在电场和磁场的综合作用下,聚焦在不同的点上,按质荷比大小得到质谱图,通过计算机将测得的质谱与己知的质谱库进行对比筛选计算,从而得到水汽和其他气体的体积百分比含量。

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