# 水循环

拉普拉斯的迷你世界 · 图版 77 · 地球与天空 · 地球

> 阳光把水从海面、湖面和叶子上蒸发成水汽。水汽升高、变冷，凝成云，落下雨和雪；雨水沿河流，也经过地下，慢慢回到海里。

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- 更新于：2026-11-02

## 01 几乎都是海水

地球上的水约有 13.8 亿⁠立方千米，约 97% 是海水。冰川和冰盖约占 1.9%，地下水约占 1.6%。

湖泊、土壤、空气、河流和生物体里的水加起来，只占约万分之二。此刻空气里的水只有约 1.3 万⁠立方千米：全部降下来，只够在地球表面铺约 2.5 厘⁠米。河里的水约 2,000 立⁠方千米。

这些数字来自 IPCC 第六次评估报告的综合（湖泊取 Abbott 等 2019 年的估计）。储量越小的地方，水换得越快。

*海洋约 13.35 亿 · 冰约 2,600 万 · 地下水约 2,260 万 · 空气约 1.3 万 · 河流约 2,000 立⁠方千米（IPCC AR6）*

## 02 太阳把水抬起来

阳光晒暖海面、湖面和湿的土地，一部分水分子带着能量离开液面，成了看不见的水汽。每年从海面蒸发的水约 47 万⁠立方千米，相当于整个海面每年蒸发掉约 1.3 米（本页计算），又被雨和河水补回来。

陆地每年蒸发约 7.4 万⁠立方千米，其中一半以上是植物从叶子上放出的，叫蒸腾；多数估计约占六成。

1687 年，Edmond Halley 在伦敦给一盘加热到盛夏气温的水称重，两小时少了 233 格⁠令。他据此估计，地中海一个夏日蒸发的水，流进它的九条大河一天只补回三分之一多一点。

*海洋蒸发约 47.0 万 · 陆地蒸发约 7.4 万⁠立方千米/年（IPCC AR6）· 合海面约 1.3 米/年（计算）*

## 03 升高、变冷、成云

暖湿空气上升，或被风推上山坡，越高越冷。冷空气含不下那么多水汽，多出来的就凝结在尘埃和盐粒上，成了小水滴和冰晶，这就是云。云不是水汽：水汽看不见，看得见的是凝结出的水滴和冰晶。云滴为什么飘着不落，在「云为什么不会掉下来」一页。

海面蒸发的水汽大多又落回海里，只有约十分之一被风吹到陆地上空。

水汽在空气里平均只停约 9 天（8.9 ± 0.4 天）。按本页的数，空气里约 1.3 万⁠立方千米，除以每年约 54.4 万⁠立方千米的降水，得约 8.7 天。

*空气里约 1.3 万⁠立方千米 · 平均停留约 9 天（van der Ent 等 2017；计算 8.7 天）· 海洋蒸发约 10% 吹到陆地*

## 04 落回地面

全球每年降水约 54.4 万⁠立方千米，约 78% 落在海上（本页计算）。落在陆地上的约 12 万⁠立方千米，其中约四成来自陆地自己的蒸发。

高山上的雪能存几个月，春天融化，流进湖泊和河流。冰川和冰盖存得更久：南极冰盖里的水可以存几千到几十万年。

台上的云是示意：它飘在山的上空，山坡逼着空气抬升，雨和雪落在山上。

*降水约 54.4 万：海上约 42.4 万，陆地约 12.0 万⁠立方千米/年（IPCC AR6）· 约 78% 落在海上（计算）*

## 05 河流把水送回海

陆地上每年的降水比蒸发多约 4.6 万⁠立方千米。这些水沿河流、也从地下流回海里，正好补上海洋蒸发比降水多出的那一份。

河里同时只有约 2,000 立⁠方千米的水，每年却有约 4.6 万⁠立方千米流进海里，平均约 16 天就换一遍（本页计算）。

17 世纪 70 年代，Pierre Perrault 估算塞纳河源头一片流域连续三年的雨雪，发现河流一年流走的水只需雨雪的约六分之一。十几年后，在巴黎测塞纳河的 Edme Mariotte 也得出不到六分之一：雨雪足够养活河流。

*入海径流约 4.6 万⁠立方千米/年（IPCC AR6）· 河里约 2,000 立⁠方千米 · 约 16 天换一遍（计算）*

## 06 渗进地下

落到地上的雨水，一部分渗进土里。土壤和其下的砂砾里既有空气也有水，这一层叫非饱和带。再往下，颗粒之间的孔隙和岩石的裂隙全被水充满，这一层的顶面就是地下水位，切面上的蓝线。

地下水不是地下的湖和河，而是填在孔隙里的水，像海绵里的水。砂的孔隙约占体积的 25%，砾石约 20%。

全球每年补给地下水的水约 1.3 万⁠立方千米。切面上那口井打到地下水位以下，井里的水面就停在地下水位。

*孔隙：砂约 25%，砾石约 20%（Heath 1983）· 补给约 1.3 万⁠立方千米/年（IPCC AR6）*

## 07 地下水走得很慢

地下水顺着地下水位的坡度，从高处慢慢流向低处，最后流进河、湖和海。Heath 举过两个例子：粗砂含水层里的地下水，一天约走 0.3 米；黏土层里的，一天只走约 0.00002 米。

靠近河的路径要几天到几年，又长又深的路径要几十年到几千年。不下雨的时候，河里流的大多是从河床和河岸渗出的地下水，叫基流。

地壳上部 2 千⁠米里的地下水约 2,260 万⁠立方千米，不到 50 年的约占不到 6%（作者的估计）。很多含水层里，四成到八成以上是全新世以前补给的老水。

*粗砂约 0.3 米/天 · 黏土约 0.00002 米/天（Heath 1983）· 上部 2 千⁠米约 2,260 万⁠立方千米（Gleeson 等 2016）*

## 08 一年的收支

把一年的流量都画上：海洋每年蒸发约 47.0 万⁠立方千米，降水约 42.4 万，多出约 4.6 万；陆地降水约 12.0 万，蒸发约 7.4 万，也多出约 4.6 万。

这 4.6 万⁠立方千米的水汽被风从海洋送到陆地，又沿河流和地下流回海里。全球的蒸发和降水都是约 54.4 万⁠立方千米，收支相抵。

带子的宽度按流量画。数字是 IPCC 第六次评估报告的综合，每项的不确定约 10%。

*海洋：470 − 424 = 46 · 陆地：120 − 74 = 46 · 入海径流 46（千立方千米/年，IPCC AR6）*

## 09 停留多久

储量除以每年进出的流量，就是水平均停留的时间。按本页的数，空气约 8.7 天，河流约 16 天，海洋约 2,800 年。

年轻的地下水约有 63 万⁠立方千米，每年补给的约 1.3 万，算下来平均停约 48 年；更深更老的地下水，可以存几千年以上。湖泊约 50⁠–⁠100 年（教科书的估计），冰盖里的水可以存几千到几十万年。

平均值会掩盖差别：温暖的浅海边，水很快就蒸发走了，可整个海洋平均要两三千年才换一遍。

*空气约 8.7 天 · 河流约 16 天 · 年轻地下水约 48 年 · 海洋约 2,800 年（计算）*

## 10 水也搬运热量

蒸发要吸热：在 20 °⁠C，每蒸发 1 千⁠克水，约需 2,450 千⁠焦。水汽把这份热带上高空，凝结成云时再放出来，加热那里的空气。所以蒸发让地面凉下来，凝结让高空暖起来。

全球每年蒸发约 54.4 万⁠立方千米水，折合地球表面每平方米约 83 瓦（本页计算），和 IPCC 给的约 82 瓦⁠每平方米相符。约四分之一的入射阳光靠蒸发离开地面（NASA）。

暖海上的蒸发和凝结也是飓风的燃料，见「飓风的引擎」；地面整本能量账在「温室效应」一页。

*20 °⁠C 蒸发 1 千⁠克水约 2,450 千⁠焦（NIST）· 潜热约 82 瓦⁠每平方米（IPCC AR6）· 计算约 83*

## 11 变暖以后

气温每升高 1 °⁠C，空气能含的水汽约多 7%。在 1988⁠–⁠2014 年的卫星和再分析资料里，全球升温 1 °⁠C，空气里的水汽约多 6.7%。

全球平均的降水和蒸发，却只多约 1⁠–⁠3%（IPCC 给的很可能范围）。降水跟不上水汽，水汽就在空气里停得更久：在高排放情景 SSP3-⁠7.0 下，陆地上空的停留时间从现在的约 8 天，增加到本世纪中期的约 9 天、后期的约 10 天。

雨季和强降水会更湿、更猛（IPCC，高信度）；但“湿的地方更湿、干的地方更干”不能直接套在陆地上。水汽也是温室气体，它随气温变多，会放大变暖，见「温室效应」。

*水汽约 +7%/°C（Clausius–⁠Clapeyron）· 全球降水 +1⁠–⁠3%/°C（IPCC AR6，很可能）*

## 12 拆开这块地

先移开云和山顶的雪，把湖、河和海的水向前推出，再抬起土壤和树林、那口井，露出砂砾含水层和它里面的地下水位；再往下是黏土层，最底下是花岗岩。

指针停在哪一件上，它就被单独托出来，标出名字；不动时，各件依次托出。

*云 · 积雪 · 地表水 · 土壤和植被 · 井 · 砂砾含水层 · 黏土层 · 花岗岩*

## 13 把气候调暖

读数一是空气里的水汽，按升温每 1 °⁠C 多 7% 来算。读数二是全球降水，按 IPCC 很可能范围 1⁠–⁠3% 的中间值 2% 算，可能范围按 1% 和 3%。读数三是水汽在空气里平均停留的天数，等于水汽除以降水。

每次调整，台上从今天的气候重新开始，降水和蒸发的带子跟着变宽，雨也变密。这是一个按比例推算的简单模型，不是气候模拟。

*水汽 × 1.07^ΔT · 降水 × 1.02^ΔT（1.01⁠–⁠1.03）· 停留 = 水汽 ÷ 降水（计算）*

**试一试**：把升温从今天调到 +3 °C：空气里的水汽多了百分之几？全球降水多了百分之几？水汽在空气里平均多停几天？

## 模型省略了什么

台上的地块是本页自己做的模型，不是真实的地方：山、湖、河和海挤在一块地上，高差、地层和水都放大了。切面上只画了一层砂砾含水层，下面是黏土和花岗岩；真实的含水层厚薄、层数和岩性变化大得多。云和蓝色的箭头是示意层，带子按全球年平均的流量画，真实的流量随地点和季节变化很大。地下水直接流进海里的量很小，各家估计从每年几百到几千立方千米，没有单独画。停留时间是储量除以流量的平均值，海洋只按蒸发算。实验台按固定比例推算，没有算环流、云和地区的变化。

## 几个容易误会的地方

地下水不在地下的湖和河里，而是在颗粒间的孔隙和岩石裂隙里，只有溶洞、熔岩管等少数例外。云不是水汽，是凝结出的小水滴和冰晶。水循环没有起点：陆地上的降水约四成来自陆地自己的蒸发。“今天的水恐龙也喝过”只能这样理解：地球上的水一直在循环，但水分子会在光合作用里拆开、又在分解中重新生成，说不上“同一滴水”。升温 1 °⁠C 水汽约多 7%，降水只多 1⁠–⁠3%，降水不会跟着水汽成比例增加。水汽在空气里平均停约 9 天，4⁠–⁠5 天是它的中位数，不是平均值。说“冰占淡水的约 69%”时，把深层低盐度的地下水也算作淡水；IPCC 只把年轻的地下水算作淡水，这样冰约占 96%。两种算法不能混在一起比。

## 常见问题

### 地球上的水大多在哪里？

地球上的水约有 13.8 亿⁠立方千米，约 97% 是海水。

见：[01 几乎都是海水](https://world.lapla.si/zh/watercycle/#sea)

### 水汽在空气里停留多久？

水汽在空气里平均只停约 9 天（8.9 ± 0.4 天）。

见：[03 升高、变冷、成云](https://world.lapla.si/zh/watercycle/#rise)

### 地下水是地下的湖和河吗？

地下水不是地下的湖和河，而是填在孔隙里的水，像海绵里的水。

见：[06 渗进地下](https://world.lapla.si/zh/watercycle/#soak)

### 水循环每年的收支平衡吗？

这 4.6 万⁠立方千米的水汽被风从海洋送到陆地，又沿河流和地下流回海里。

见：[08 一年的收支](https://world.lapla.si/zh/watercycle/#budget)

### 变暖以后降水会增加多少？

全球平均的降水和蒸发，却只多约 1⁠–⁠3%（IPCC 给的很可能范围）。

见：[11 变暖以后](https://world.lapla.si/zh/watercycle/#warmer)

## 资料来源

1. [IPCC（2021）：AR6 第一工作组第 8 章（Douville 等），图 8.1 储量和通量、每升温 1 °⁠C 水汽约多 7%、降水多 1⁠–⁠3%、水汽停留时间](https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_Chapter08.pdf)
2. [IPCC（2021）：AR6 第一工作组第 7 章，图 7.2（潜热约 82 瓦⁠每平方米）](https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC_AR6_WGI_Chapter07.pdf)
3. [B. W. Abbott 等（2019）：Human domination of the global water cycle absent from depictions and perceptions，Nature Geoscience 12, 533（湖泊）](https://doi.org/10.1038/s41561-019-0374-y)
4. [USGS 水科学学校：Where is Earth’s Water?](https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/where-earths-water)
5. [USGS 水科学学校：The Atmosphere and the Water Cycle（空气里的水全部降下约 2.5 厘⁠米）](https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/atmosphere-and-water-cycle)
6. [USGS 水科学学校：Evaporation and the Water Cycle（海洋蒸发约 10% 到陆地上空）](https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/evaporation-and-water-cycle)
7. [USGS 水科学学校：Groundwater Flow and the Water Cycle（地下河“基本是误解”，像海绵里的水）](https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/groundwater-flow-and-water-cycle)
8. [USGS 水科学学校：What is groundwater?（非饱和带、饱和带、孔隙和裂隙）](https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/groundwater-what-groundwater)
9. [USGS 水科学学校：Rivers Contain Groundwater（基流）](https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/rivers-contain-groundwater)
10. [USGS 水科学学校：Snowmelt Runoff and the Water Cycle](https://www.usgs.gov/special-topics/water-science-school/science/snowmelt-runoff-and-water-cycle)
11. [R. C. Heath（1983）：Basic Ground-Water Hydrology，USGS 供水报告 2220（孔隙度、流速的例子）](https://pubs.usgs.gov/wsp/2220/report.pdf)
12. [T. C. Winter 等（1998）：Ground Water and Surface Water: A Single Resource，USGS 通报 1139（流动路径从几天到几千年）](https://pubs.usgs.gov/circ/circ1139/pdf/circ1139.pdf)
13. [T. Gleeson 等（2016）：The global volume and distribution of modern groundwater，Nature Geoscience 9, 161](https://doi.org/10.1038/ngeo2590)
14. [S. Jasechko 等（2017）：Global aquifers dominated by fossil groundwaters but wells vulnerable to modern contamination，Nature Geoscience 10, 425](https://doi.org/10.1038/ngeo2943)
15. [Z. Wei 等（2017）：Revisiting the contribution of transpiration to global terrestrial evapotranspiration，GRL 44, 2792](https://doi.org/10.1002/2016GL072235)
16. [R. J. van der Ent、O. A. Tuinenburg（2017）：The residence time of water in the atmosphere revisited，HESS 21, 779（8.9 ± 0.4 天）](https://doi.org/10.5194/hess-21-779-2017)
17. [R. J. van der Ent 等（2010）：Origin and fate of atmospheric moisture over continents，Water Resources Research 46（陆地降水约四成来自陆地蒸发）](https://doi.org/10.1029/2010WR009127)
18. [I. M. Held、B. J. Soden（2006）：Robust responses of the hydrological cycle to global warming，J. Climate 19, 5686](https://doi.org/10.1175/JCLI3990.1)
19. [NIST Chemistry WebBook：水的饱和性质（IAPWS-⁠95，汽化潜热）](https://webbook.nist.gov/chemistry/fluid/)
20. [NASA 地球观测站：Climate and Earth’s Energy Budget（约 25% 的入射阳光靠蒸发离开地面）](https://science.nasa.gov/earth/earth-observatory/climate-and-earths-energy-budget/)
21. [NASA：Earth Fact Sheet（平均半径 6,371 千⁠米）](https://nssdc.gsfc.nasa.gov/planetary/factsheet/earthfact.html)
22. [NOAA JetStream：Clouds（云是小水滴和冰晶）](https://www.noaa.gov/jetstream/clouds)
23. [UCAR 科学教育中心：The Water Cycle（海洋 3,000 多年、冰盖几千到几十万年）](https://scied.ucar.edu/learning-zone/how-weather-works/water-cycle)
24. [M. Pidwirny（2006）：The Hydrologic Cycle，Fundamentals of Physical Geography（湖泊 50⁠–⁠100 年、季节性积雪 2⁠–⁠6 个月）](http://www.physicalgeography.net/fundamentals/8b.html)
25. [E. Halley（1687）：An Estimate of the Quantity of Vapour Raised out of the Sea by the Warmth of the Sun，Phil. Trans. 16, 366](https://archive.org/details/jstor-101898)
26. [E. Mariotte（1686）：Traité du mouvement des eaux（1700 年版，第一部分 31⁠–⁠33 页，塞纳河）](https://archive.org/details/traiteydumouvem00mari)
27. [J. J. McDonnell 等（2025）：The first catchment water balance: new insights into Pierre Perrault…，Hydrol. Sci. J. 70, 27](https://doi.org/10.1080/02626667.2024.2427890)
28. [S. Barontini、M. Settura（2020）：Beyond Perrault’s experiments，HESS 24, 1907（“约六分之一”）](https://doi.org/10.5194/hess-24-1907-2020)

## 数据

Water stores and yearly flows: IPCC AR6 WGI, chapter 8, Figure 8.1 (Douville et al. 2021), each flow ±10 %; lakes from Abbott et al. (Nature Geoscience 12, 533, 2019). The residence times, the shares, the layer of sea evaporated in a year, the latent heat flux and the lab’s warmer climate (water vapour +7 % a degree, precipitation +1⁠–⁠3 % a degree, both from AR6) are computed on this page. Latent heat: NIST Chemistry WebBook (IAPWS-⁠95). The block of country, its layers, its water table and its well are this page’s own model, not a real place; the relief, the layers and the water are exaggerated. The cloud and the blue arrows are a schematic layer. Material presets and the softbox studio of the site’s model kit are ported from AirsupHQ/machine-skill (MIT, © 2026 Air Supply Technologies Inc.).

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## 引用这幅图版

拉普拉斯的迷你世界，图版 77《水循环》，https://world.lapla.si/zh/watercycle/，CC BY-NC 4.0，2026-11-02 更新。