生态平衡对地球上的平衡么？

来源：蜘蛛抓取(WebSpider) 时间：2011-10-06 19:37 标签： 生态平衡对地球上的
动作 / 科幻 / 冒险
M·奈特·沙马兰
威尔·史密斯 / 贾登·史密斯 / 佐伊·克罗维兹 / 苏菲·奥康内多
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水平衡与地球的不平衡
文章作者：云中雪来源：地理浏览次数：525选择字体：
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三、水平衡与地球的不平衡
　　在地球上，北半球的海陆面积之比与南半球有很大差异。北半球的陆地面积约比南半球多出两倍多，这样的非对称对于水分的季节转换和平衡就会产生一些很不寻常的现象。由于这种原因，在北半球的春季，水分存贮的数量也远比南半球同一季节为多。就整个地球而言，有人计算了海平面的波动，并在作了气压、盐度、密度、海流等的订正后，得到3月的海洋含水量要比10月的海洋含水量少6×1015千克。为此，不少人计算了在一年内各个月份中陆地表面水分贮存量的变化状况，得出春季要比秋季多7.5×1015千克的水，这与海洋中水分的季节变化数值十分吻合。最近有人作出了包括大气含水量在内的年际水分变化状况分析，引起人们的极大兴趣。
　　在此我们将讨论两个计算水分贮存量的不同方法，而后提供出经过修正的结果，由此建立水平衡与地球转动轴或地表结构不平衡之间的初步联系。
　　第一种方法即水平衡方法，在前面已经作过比较详细的介绍。在此，我们仅就第二种方法的基本原理和应用作出说明。在一个区域内，如果所设立的辐射观测台站网足够密，而且所观测的频数足够高，那么使用气象学方法要比使用水文资料计算土壤贮水量的变化△W更为适宜。在邻近柏林的约10000公里2的面积上，使用在500毫巴等压面上的湿度资料与风的资料，计算进入和离开该区域的水分，并且通过下式估算蒸发：
　　散。±△e表示大气中可能降水的数量变化。据估计，大气中存在的可能成为降水的水分在0.12××1017千克的范围内，如果所有这样的水分一次降落到地面，则可在全球表面上形成2.4～3.3厘米厚的水层。
　　这种气象学方法，还可以应用另外一种形式得到土壤贮水量的变化：
　　符号以上的线段代表平均值的意思。C代表发生径流的量。进而，如果假定300毫巴等压面(约上空5公里处)以上的水汽含量很小并且忽略不计时，那么e的计算就可能给出为：
　　式中θ和λ分别为地球的纬度和经度，g为重力加速度，q为混合比率，Pa为大气压力。
　　在计算中，积分的范围在0(Pa=300毫巴)与在地表面上的大气压Ps之间进行。
　　但目前使用气象学方法的最大障碍，在于全球范围内尚没有充分有效的资料，这就给计算水平衡的季节变化带来一定的困难。
　　由于水分的变化，反过来又可导致地球产生某种不稳定性。我们知道，地球体本身既不稳定也不是一个“刚体”，它的转动轴是波动的，并且经历着持久而系统的变化。假如地球为一个“刚体”，并且是均匀一致的，转动轴也以完善的形态正对着太阳辐射的方向，那么没有理由再去讨论其稳定性问题。但事实上由于赤道与黄道面之间所形成的夹角，地球的两极又稍为扁平，加之月亮与太阳相对于地球位置的变化，就会产生一种叠置的运动使地球发生“章动”。以上这些当然都是天文因素所造成的，此外还有一些不是外部引力影响的其它因素，诸如在地球上或地球内物质的迁移，亦可引起地球运动的不稳定。大气的运动、雪的累积与消融、大陆的移动、海流与潮汐的影响，甚至于植物群体的季节性变化等，都可对地球运动状况施加影响，造成地球运动的摇摆。截止目前，除了天文因素之外的这些影响，其作用的大小和等级尚不大明了，仍须作进一步的探讨。
　　现以一个水体为例，综合分析其平衡方程的建立。该水体中的水文过程所需的参数可以总括为以下3个重要方面：
　　物理的：太阳辐射、温度、压力、密度、外部摩擦力、流速、扩散、动力能与内能、熵、沉积物等；
　　化学的：所溶解的有机物与无机化合物、有机的颗粒物质、重金属、不可利用的养分、合成物质和有毒物质等；
　　生物的：初始生产力、浮游生物、鱼类、不同生命阶段的生物物质量等。
　　对于一个标量F，它可以是空间函数，也可以是时间函数，还可以是其它参数的函数，其平衡方程的建立一般可表达如下：
　　G为F场的源或汇，它以一种非线性的方式取决于F；Sn为越过体积为V(t)的边界A(t)的流，其方向朝着外部。上式初看起来复杂，实质上不过是一般质能守恒原理的另一表达方式。水文过程自然也不可能脱离它的约束。
　　1.质量守恒(包括平流与扩散)
　　水体中，总质量密度为ρ，水的密度为ρ0，第j种化学成分的质量密度为ρj，某种水生生物成分的质量密度为ρk，则
　　其连续方程为：
　　2.动量守恒
　　一个水体行为的动力学描述，可以由如下动量守恒方程作出：
　　式中，W为地球转动的角速度，Fi为作用于密度ρi成分上的非均衡外
　　流摩擦在内的摩擦能力，v为速度，t为时间。
　　3.能量守恒
　　其表达方程为：
　　W、Se为由于应力、压力等作用而产生的热流通量和电磁能通量。
　　以上三类质能守恒类型的揭示，为研究水体的水文过程奠定了基础。
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