水循环怎样连接海洋、云和降水:蒸发、凝结与回流

雨落在地上,有的流入小溪,有的渗进土壤,还有的留在水面。天晴后,地上的水洼又会逐渐变小。这些现象并不是互不相干的孤立事件:水能够在地表、地下和大气之间不断移动,也会以液态、气态和固态等不同状态存在。认识水循环,可以帮助我们把蒸发、云和降水联系起来,但不必把每一滴水的旅程想成固定不变的路线。

一、水循环不是一条只能向前走的线

NASA 面向儿童的水循环科普资料介绍,太阳提供的热量可以使海洋、湖泊和河流中的液态水蒸发,成为空气中的水蒸气;水还会通过植物的蒸腾进入大气。空气中的水蒸气在适当条件下发生凝结,与云的形成有关;云中的水滴或冰晶在一定条件下增长,可能形成降水。

降到地面的水有多种去向。有些沿地表流动,进入溪流和河流;有些渗入地下;有些储存在湖泊、冰雪或土壤里,也有一部分后来再次进入空气。不是每一滴雨落地后都会立刻回到海洋,更不是所有水都必须依次经过同样几个地点。画图时可以用箭头表示常见方向,但箭头是理解过程的简化,不是给某滴水规定的行程表。

理解水循环还要注意时间。有的水在地表停留很短,有的可能储存在地下或冰雪中较长时间。这里不为所有地区给出统一的停留天数,因为水在哪里、环境怎样、经历什么过程都不同。遇到某个具体数字时,应查看它针对的对象、地区和测量方法。

二、蒸发时发生了什么

蒸发是液态水转变为气态水蒸气的过程。太阳使水体和地表获得能量,能够促进水进入大气。日常生活中,晾在通风处的湿布逐渐变干,是理解蒸发的一个常见观察对象。布变干不等于水凭空消失,而是其中一部分水进入周围空气;实际变干速度还会受温度、空气流动和湿度等条件影响。

不应把水蒸气直接等同于看得见的一团白雾。水蒸气是气态水;人们看到的白雾通常与空气中细小液滴等有关。烧水时壶口附近出现的白色雾状物,可以提醒我们区分看不见的气体和可以散射光线的小液滴,但不必用手靠近热水或蒸汽做实验。

植物也参与水进入大气的过程。植物从环境中吸收水分,部分水通过叶片等部位进入空气,称为蒸腾。蒸腾与水面蒸发不是同一个词,但二者都与水从地表进入大气有关。学习时不必把植物想成创造了新的水;重点是观察水在不同位置之间的移动。

三、云怎样出现

NASA 对云的儿童科普说明,空气中的水蒸气在适当条件下,可以在空气里细小颗粒的帮助下形成液滴或冰晶。大量微小液滴或冰晶聚集,便可能形成云。灰尘、海盐等微小颗粒可以为这一过程提供表面;并不是空气中每个颗粒都会立刻变成一朵云。

“凝结”可以用来描述水蒸气变成液态水的过程。较冷饮料杯外壁有时会出现小水滴,这是日常生活中可以观察到的现象之一:周围空气中的水蒸气遇到较冷表面,条件合适时形成液滴。杯外的小水滴不是杯子里饮料自动穿过杯壁的证据。

云的形状和高度多种多样,天空中出现云也不等于马上一定下雨。云中颗粒的增长、空气运动以及当地气象条件都可能影响降水。想知道当天是否需要雨具,应查看所在地气象部门的最新预报和预警,不能仅凭某一朵云作出确定判断。

四、雨雪落下以后

降水包括雨、雪等形式。云中的液滴或冰晶经过增长,在适当条件下可以落向地面;它们到达地面时是什么形式,还与途中和近地面的环境条件有关。雨、雪不是两种完全无关的物质,都是水以不同状态参与自然过程的表现。

水落到屋顶、道路或土地后,流动方向并不完全一样。坡面上的一部分水沿地表流动,可以进入沟渠、溪流;土壤能够接纳一部分水,水可以向地下渗透。地表材料、坡度、已有湿润程度和降水情况都会影响实际去向。不要据此判断某个地点一定安全或一定会积水,具体风险需听从当地部门提示。

落入山地的雪可能暂时保存,也可能在条件变化后融化;河流中的水可以汇入湖泊或海洋,也可能在途中蒸发或被利用。画图时在水滴旁画不同箭头,有助于理解路径有分支。不要把图中的顺序当成每一滴水必须完成的统一步骤。

五、观察与模型应怎样分开

观察水洼时,可以在安全的地方记录:什么时候有水,天气怎样,过了一段时间范围是否变小。记录时要承认自己直接看到的是水面变化;若要解释变化原因,还需要考虑蒸发、渗入地面或被人清理等其他可能。只凭一次观察,不能保证已经找到了唯一原因。

课堂上有人用透明容器展示小水滴形成,但实验应由老师或家长判断材料和操作是否安全。不要让孩子接触热水、火源或密封受热容器。模型只突出某些环节,容器里的现象不能直接代表自然界每一种云,也不能用一场演示精确计算某地下一次降雨时间。

可以用纸笔画一个更安全的简图:画出海洋、陆地、云和河流,用箭头标记蒸发、降水和地表流动,再添一条表示渗入地下的箭头。画完后指出哪些是实际能观察到的景物,哪些箭头是为解释过程添加的符号。若需要添加植物,可用单独的箭头标出蒸腾。

六、三个常见误解

误解一:“水洼不见了,水就不存在了。”更准确地说,水可能蒸发、渗入或流走;需要结合地面和天气等信息判断,不能仅凭看不见水洼认定水消失。

误解二:“云是由看不见的水蒸气直接组成的一团白气。”可见的云主要涉及大量微小液滴或冰晶;水蒸气参与形成云,但不能把看得见的云和气态水简单画等号。

误解三:“下到地上的水都会立刻变成河水。”有些水渗入土壤,有些储存在雪或湖中,有些进入地表水,还有些后来蒸发。不同路线与时间都可能出现。

七、练习:用自己的话连接过程

练习一:一片水面接受太阳能量,部分液态水进入空气,这一过程叫什么?参考答案是蒸发。回答时同时说明水从液态变成气态,而不是只写“水没了”。

练习二:看到天空有云,能否断定马上下雨?不能。云与降水有关,但是否降水还受具体条件影响。要安排出行,应结合所在地气象部门发布的信息。

练习三:雨落到地上后列出两种可能去向。可以说一部分沿地表流动,一部分渗入土壤;也可以举出进入湖泊、暂时积存或以后蒸发等可能。答案应表达“可能”,不必把所有路径写成每滴水依次经过的步骤。

把这些过程连起来时,可以说:水在地表、地下与大气之间移动,状态也可能发生变化;太阳能量参与蒸发等过程,水又可能以降水等形式回到地表。水循环是一幅不断变化、有许多分支的自然图景,理解它有助于我们更仔细地观察身边的水。

资料参考:NASA:What Is the Water Cycle?;NASA:How Do Clouds Form?。文中的观察与练习是教学示例,不代替当地气象预报。