Cân bằng nước toàn cầu

Cân bằng nước toàn cầu tính toán tất cả lượng nước được lưu trữ và trao đổi giữa các đại dương, khí quyển, đất liền, băng và nước ngầm, thể hiện định luật bảo toàn khối lượng ràng buộc toàn bộ chu trình thủy văn.

Definition

Cân bằng nước là việc áp dụng định luật bảo toàn khối lượng cho một khu vực hoặc toàn bộ Trái Đất, cho rằng trong một khoảng thời gian, lượng đầu vào bằng lượng đầu ra cộng với sự thay đổi trong lưu trữ; cân bằng nước toàn cầu định lượng các hồ chứa và dòng chảy của toàn bộ chu trình thủy văn.

Scope

Chủ đề này bao gồm phương trình cân bằng nước được áp dụng từ quy mô lưu vực đến quy mô toàn cầu, kích thước của các hồ chứa chính và dòng chảy giữa chúng, cũng như thời gian lưu trú của nước trong mỗi kho chứa. Nó sử dụng ngân sách như một khuôn khổ kế toán hơn là đi sâu vào các quy trình riêng lẻ được đề cập trong các chủ đề lân cận.

Core questions

• Phương trình cân bằng nước được viết và áp dụng ở các quy mô khác nhau như thế nào?
• Các hồ chứa nước chính lớn đến mức nào, và nước được phân bố giữa chúng như thế nào?
• Các dòng chảy chính liên kết đại dương, khí quyển và đất liền là gì?
• Nước lưu trú trong mỗi hồ chứa bao lâu?

Key concepts

• Bảo toàn khối lượng
• Phương trình cân bằng nước
• Hồ chứa và lưu trữ
• Thời gian lưu trú
• Dòng chảy mưa, bốc hơi, dòng chảy bề mặt
• Nước ngọt tái tạo

Key theories

Phương trình cân bằng nước

Đối với bất kỳ thể tích kiểm soát nào, lượng mưa bằng lượng bốc thoát hơi nước cộng với dòng chảy cộng với sự thay đổi trong lưu trữ; việc đóng ngân sách này ở quy mô lưu vực và toàn cầu là công cụ kế toán trung tâm của thủy văn học.

Ước tính ngân sách nước toàn cầu

Các ước tính dựa trên quan sát và mô hình định lượng trữ lượng toàn cầu và các dòng chảy mưa, bốc hơi và dòng chảy bề mặt, định hình lượng nước ngọt được tái tạo mỗi năm và nơi nó lưu trú.

Clinical relevance

Cân bằng nước là cơ sở cho các ước tính về tài nguyên nước tái tạo, sự khép kín của các nghiên cứu lưu vực, việc phát hiện các thay đổi lưu trữ dài hạn như cạn kiệt nước ngầm và mất băng, cũng như việc đánh giá các mô hình khí hậu và bề mặt đất so với các dòng chảy quan sát được.

History

Khái niệm cân bằng nước phát triển từ các nghiên cứu lưu vực vào thế kỷ 19 và 20, so sánh lượng mưa, dòng chảy và bốc hơi; các ước tính ngân sách toàn cầu đã được tinh chỉnh trong suốt thế kỷ 20 và, từ cuối thế kỷ 20 trở đi, bằng vệ tinh, phân tích lại và đo trọng lực về sự thay đổi lưu trữ nước quy mô lớn.

Key figures

• S. Lawrence Dingman
• Kevin E. Trenberth
• Taikan Oki

Seminal works

• dingman2015
• oki2006
• trenberth2007

Frequently asked questions

Tại sao cân bằng nước hữu ích nếu nó chỉ là việc ghi chép sổ sách?

Vì định luật bảo toàn khối lượng là chính xác, cân bằng cho phép các nhà thủy văn học ước tính một dòng chảy hoặc sự thay đổi lưu trữ chưa biết từ các yếu tố khác; ví dụ, lượng bốc thoát hơi nước của lưu vực có thể được suy ra từ lượng mưa và dòng chảy đo được.

Phần lớn nước trên Trái Đất nằm ở đâu?

Phần lớn là nước mặn trong các đại dương; nước ngọt chỉ chiếm một phần nhỏ, hầu hết bị khóa trong băng và nước ngầm sâu, chỉ còn lại một phần rất nhỏ trong các hồ, sông, đất và khí quyển cung cấp hầu hết các nhu cầu của con người và sinh thái.