水文学的循環

水文学的循環とは、蒸発、降水、流出、貯留を通じて、大気、地表面、海洋の間で水が連続的に循環する現象であり、これにより地球全体の水が保全されつつ、空間的および時間的に再分配されます。

Definition

水文学的循環とは、水が地球上を移動し貯留される経路と貯水池のシステムであり、質量保存の法則に支配されています。すなわち、任意の地域と期間において、降水量は蒸発散量と流出量に貯留量の変化を加えたものに等しくなります。

Scope

この分野では、地球の水循環を構成する流量と貯留について扱います。具体的には、陸地への入力としての降水、大気への主要な戻りとしての蒸発と蒸散、土壌表面での水の分配を決定する浸透、そしてこれらの流量を貯留量の変化に結びつける質量収支の計算が含まれます。土壌柱から地球全体までのスケールで循環を扱いますが、詳細な河川および帯水層のプロセスについては、地表水および地下水の分野で展開されます。

Sub-topics

• Evaporation and Evapotranspiration
• Infiltration and Soil Water
• Precipitation
• The Global Water Balance

Core questions

• 地球の水循環における主要な流量と貯水池は何であり、それらの規模はどのくらいですか？
• 水収支方程式は、ある地域における質量保存をどのように表現していますか？
• 降水量のうち、どれだけが大気に戻り、どれだけが流出または貯留されるかを制御する要因は何ですか？
• 温暖化する気候の下で、水文学的循環はどのように変化していますか？

Key concepts

• 降水、蒸発、蒸散、流出
• 水の貯水池と滞留時間
• 水収支方程式
• 蒸発散の分配
• 浸透と貯留
• 再生可能な淡水流量

Key theories

質量保存の法則（水収支）

定義された制御体積と期間において、水収支は入力（降水）が出力（蒸発散と流出）に貯留量の変化を加えたものに等しいと述べており、この計算はほとんどすべての定量的水文学の基礎となっています。

地球の水循環の分配

地球規模の循環の推定は、ほぼ一定の地球規模の降水が海洋と陸地の間でどのように分配され、大陸の降水が蒸発散と流出にどのように分かれるかを定量化し、社会が利用できる再生可能な淡水の枠組みを形成します。

Clinical relevance

水循環は、生態系、農業、水供給を支える再生可能な淡水供給を決定します。その流量を理解することは、干ばつや洪水の予測、水資源計画、そして気候変動が降水と蒸発にどのように影響するかを評価するための基礎となります。

History

水循環の定量的理解は、河川が降雨によって供給されるという初期の観察（17世紀のペローとマリオット）から始まり、蒸発と降水の測定を経て、衛星、再解析、および大陸規模と地球規模で収支を閉じる陸面モデルからの現代的な地球規模の推定へと発展しました。

Key figures

• S. Lawrence Dingman
• Wilfried Brutsaert

Seminal works

• dingman2015
• brutsaert2005
• oki2006

Frequently asked questions

水文学的循環において水は生成されたり破壊されたりしますか？

いいえ。この循環は質量を保存します。水は相と場所を変えますが、総量は人間の時間スケールでは実質的に一定であり、これが水収支方程式が水文学において非常に中心的である理由です。

なぜ降水の一部しか河川流量にならないのですか？

陸地に降る降水の多くは、蒸発と植物の蒸散を通じて大気に戻り、一部は土壌や地下水に貯留されます。残りの部分だけが流出となり、その割合は気候、植生、土壌、地形によって異なります。