气候变化是当今现代世界面临的最大因素和担忧之一。从碳排放到全球气候变暖,再到冰盖融化,气候变化以多种方式影响着地球,还有大量副作用比我们想象的要深远得多。这些副作用之一是对水循环的影响。
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什么是水循环?
水循环是地球上所有水的不断运动。水量永远不会改变,而是在各个地区循环,并通过天气模式和流水运送到世界各地。从雨水到海洋,再到河流、地下水和冰川,一切都是地球水循环的一部分。
水循环过程图
水循环通常分为各个阶段或过程,所有水最终都会经历这些阶段或过程。包括蒸发、凝结、降水三大类,以及截留、下渗、渗滤、蒸腾、径流、蓄积。这些阶段共同构成了人类、植物和动物赖以生存和地球繁荣的循环。
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气候变化对水循环的影响
已经发现气候变化对地球的水循环产生了越来越大的影响。碳排放、农业和工业导致地球平均温度整体上升。这种平均增长对水循环产生了一些直接影响,尤其是在蒸发和降水以及水在全球的流动方面。
气候变化对水循环产生哪些影响呢?
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蒸发
蒸发是水(通常在地球表面的地面或水体中)变成水蒸气的过程。这个过程需要热量,使液态水变成气体,并上升到大气中。随着全球平均温度的升高,蒸发量也随之增加。由于蒸发和降水密切相关,蒸发的增加也直接导致了世界范围内的大量降水。
工作原理:如果你想到一个在阳光下变干的水坑,那水坑里的水会被阳光的温暖照在上面蒸发掉。因此,那个水坑会干涸,其中的水会转化为空气中的水蒸气。天气越热,这个过程发生得越快。在更大的范围内,同样的事情正在世界上更重要的水域发生。由于全球变暖导致温度升高,而臭氧减少导致太阳热量增加,这种热量会影响湖泊、池塘和海洋,导致水以更快的速度蒸发。
由于高温引起的干旱,在美国内华达州的米德湖发现了历史性的低水位。
由于气候变化导致温度升高,许多已存在多年的已知湖泊正在干涸,或者至少在减少。例如,玻利维亚波波湖是该国第二大湖。然而,在 2015 年,由于该地区极度干旱,该湖完全干涸。同样,米德湖虽然是源自科罗拉多河的人工湖,但从2000 年到 2015 年,其水位下降了 37 米,这主要是由于干旱和区域温度升高。
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降水
由于它们在水循环中如此紧密地联系在一起,干旱和气候变化导致的蒸发速度增加导致降水增加。不仅水蒸发得更快,而且当大气变暖时,可以保持更多的水分,因此产生更多的雨水。
当来自地球表面的水变成气态,并在大气中变成水蒸气时,它就会上升并形成云。随着云层的聚集,越来越多的水蒸气聚集在一起。一旦云中的水蒸气变得太重——即气体或大气中的水蒸气比例太高——水开始再次形成液体,在一个称为冷凝的过程中,并以降水的形式从云中滴落(雨、雪、雨夹雪等)。
这似乎会抵消增加的蒸发,但实际上它不会——至少不是直接的。由于地球上的气流和天气模式,蒸发的水很少会落在同一个地方。它聚集,形成云,并在再次降落之前被吹过平原或山脉。
由于这个过程,过去几年世界的天气模式发生了重大变化。虽然一些地区经历了极端干旱,但其他地区的洪水却增加了。本质上,这是由于蒸发速度快。由于水蒸发得很快,它也会更快地冷凝和降水。这会导致极端暴雨和山洪暴发。
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气候变化引起的洪水
由于气候变化及其对水循环的影响,有四种主要类型的洪水都在增加。第一种是山洪暴发,任何特定地区的水量都过大。
第二种是城市洪水,当突然的大雨淹没城市排水系统时就会发生这种情况。雨水渠等一次只能吸收一定量的雨水,而大雨有时会使这些系统过满,导致主要城市发生洪水。这发生在 2014 年的底特律,随着城市街道、地铁系统或主要公园道路被水淹没,世界各地的各个州和城市都曾出现过这种情况。
第三类和第四类类似,都是河岸泛滥,沿海泛滥。在这两种情况下,增加的降水淹没了水体的河岸,河流、湖泊或海洋溢出到周围地区,造成大规模洪水。在多伦多,加拿大,在2017年的春天,降水增加导致的溢出安大略湖。湖岸边的城镇 - 包括多伦多市和多伦多岛 - 被洪水淹没,使家庭陷入困境,并对道路和房屋造成重大破坏。
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极端天气
这种洪水属于极端天气类别,是气候变化最大的副作用之一。虽然过去仅指“全球变暖”的旧术语,现在科学家们意识到这种变暖会影响气候和天气的方方面面,并导致全球危险极端天气事件的数量急剧增加。
热带风暴、飓风和季风的强度近来显着增加。飓风是所有自然灾害中危害最大的,并且可能具有极大的破坏性。虽然飓风的平均数量保持不变,但研究表明,确实发生的风暴强度正在增加。4 级和 5 级风暴在区域内有所增加。我们在飓风易发地区看到了同样的风暴,但强度增加,这可能是由于大气中降水量增加以及海洋温度升高造成的,因为暖水是形成飓风的主要因素热带风暴。
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海平面上升
除了所有这些变化之外,海水温度也在上升,全球气温升高意味着冰川和极地冰盖一直在缩小和融化。这导致了两个主要问题。
首先,冰的融化导致冰川景观和极地动物栖息地的丧失。此外,随着冰融化,它会产生更多开放的水,比冰更强烈地反射太阳,进一步加速了这一过程。
第二个主要问题是,随着冰层融化,它取代了周围的水,导致海洋上升,海平面上升。海洋在水循环中发挥着关键作用,而这种转变反过来又会扰乱这一循环的谨慎平衡。
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持续性的影响
总体而言,水循环对地球上的生命至关重要,并且受气候轻微变化的影响很大。随着气候变化的持续,事实上它似乎每年都在增加,全球气温继续上升。这以各种方式影响全球的水循环,从大规模干旱到山洪暴发,再到更强烈的破坏性天气和风暴。
随着气温升高和水循环加快,天气变得越来越难以预测,条件也越来越极端。干旱不但不会平衡,反而会变得更糟,而其他地区将被洪水淹没,风暴将有可能造成越来越多的破坏。如果不改变,维持地球上所有生命的水循环将面临越来越大的风险。因此,必须做出改变以纠正这些气候问题,从而恢复水循环和整个地球生态系统的自然平衡。
城市内涝
城市内涝是指由于强降水或连续性降水超过城市排水能力致使城市内产生积水灾害的现象。造成内涝的客观原因是降雨强度大,范围集中。降雨特别急的地方可能形成积水,降雨强度比较大、时间比较长也有可能形成积水。
城市内涝的成因分析
城市地理位置因素:
城市水文条件被破坏,
城市地表下渗能力低,
城市下水道不足,
城市的雨岛效应,
低洼地或是滞洪区(易发生地点),
排水系统建设滞后,
城市大量的地面硬化,如柏油路、水泥路面,降雨时水渗透性不好,不容易下渗;
植被稀疏,水塘较少,涵养水源能力小,无法贮存雨水;
热岛效应的出现,导致暴雨出现的几率增加,降水集中;
由于尾气排放过多,导致空气中粉尘,颗粒物较多,容易产生凝结核,产生降水。
涝灾(内涝)的防治
灾害的防治可以分为两个方面考虑,一个是“防”,另一个是“治”。
防就是在灾害发生前做好准备,一方面如果能让灾害不发生更好,另一方面就是即使灾害发生后能不能使损失降到最低程度。所以对于城市内涝而言,防的方面我们可以做到以下几点。
第一,关注天气预报,气象部门也要提前发布灾害的预报,并通过各种渠道让人们了解并提前做好准备。
第二、提前对排水设施进行修整,尽最大可能的提高排水效率。
第三、对人员和财产进行转移,尤其那些地势低洼发生内涝概率较大的地区。对于那些容易受到内涝影响的资产或者人员要更加需要转移,比如老人和孩子。
第四、通过购买防洪保险、建立防灾基金等手段,集全社会的力量去减少灾害的损失。
治就是通过一些工程或非工程措施,尽量减少灾害发生的概率。对于城市内涝而言我们可以做到以下几点。
第一、提高植被的覆盖率,在城市道路建设的时候尽量多使用透水砖等材料,增大地表水的下渗量。
第二、合理规划排水设施。在设计之初就应该考虑到内涝发生的概率。
第三、修建防水堤坝等措施对流水进行拦截。
第四、建设雨水收集系统,这样既可以提高水资源的利用效率也可以减轻内涝的威胁。
城市内涝产生的防御措施
1. 整治河道:采取挖、扩、分等综合措施整治河道;
2. 改造地下管网:如适当扩大管径,解决雨、污分流问题;
3. 增加调蓄能力:如建“海绵城市”、修建蓄水池、调蓄湖等;
4. 增加排涝设施:如建排涝挡潮闸、排涝泵站;
5. 增加渗透能力:如铺设透水路面,下凹式绿地等;
6. 加强监测和预报。
城市内涝需要注意什么
1. 行走时要尽量避开灯杆、电线杆、变压器、电力线、铁栏杆及附近的树木等有可能连电的物体,以防因为暴雨导致漏电之后触电;发现有电线落入水中,必须绕行并及时报告相矣部门。但水体电场是一个外向衰减的电场,越远离危险越小。如脚下感到发麻,应立刻止步退后。若看到有人触电倒入水中,不要无绝缘防护就进入水中救人,可以找带钩的长杆将人拉出带电区域。
2. 遇到大暴雨时,最好找遮蔽处避雨,在城市高楼房内最安全,应及时撤离到楼内,且尽量往高楼层上避险。如附近无高楼,不要在涵洞、立交桥低洼区、地下通道等地势较低的地方。
3. 在室外,不要在大树底下避雨,不要拿着金属物品及接打手机,以防雷击。
4. 如果不慎落水,不要惊慌,一定要沉着冷静,一定不要举手和乱挣扎,要屏住呼吸,放松肢体,人体在水中就不会失去平衡,尽量保持向上仰卧的姿势,这样口和鼻可浮出水面进行呼吸。
近几年,中国不少城市出现了大雨即涝的问题。一些网友认为,中国应建设大型地下管网,以便让降雨时产生的城市积水快速排入河流之中。其实,由于现代城市中地面污染物积累严重,降雨时,城市地表产生的径流所含污染物浓度很高,将这些雨水直排入河极易引发水污染,所以,发达国家已开始改变了做法。美国解决雨水排放问题使用的减涝方法简单、省钱、有利于保护环境和利用雨水资源,其做法可归纳为以下几个方面:
1、打通硬化道路、停车地面与绿地之间的通道,大雨时,地表径流能顺利进入绿地,被土壤吸收,因而不会形成地面积水。
在道路和绿地之间有水通道,下雨时,道路不会形成积水。
2、在城市的低地势区,大面积保留天然植被地带。大雨时,天然植被能大量吸收降雨。这有利减少内涝,使雨水能通过植被的根系进入地下,补充地下水。
把停车场、建筑边上的绿地建成有利排水的低地实例
3、在道路旁、停车场边、楼房的近处,设计露天低地或排洪沟,以利迅速排水。雨水可汇集形成景观湖水,也可通过渗透,进入地下水层。
此雨水口下的管道极短,用于将雨水直接排入天然植被区中
4、在立交桥的挡板上多开直排雨水孔,这能减少立交桥面积水,也能避免桥面积水汇集到下桥处的低地,形成积水,阻碍交通。此外,在地面上设置的大型雨水排放井口应尽量保持开放状况(但需设格栅以防行人落入等问题),以随时排出暴雨积水。谭老师地理工作室综合整理
在立交桥上开排水口实例,这能减免桥面或下桥段的积水
5、尽量使用透水砖、石子、网格等有利雨水直接入地的材料来给室外环境铺地。给树坑覆盖木屑类有机质以增加树坑对雨水的吸收能力。
以上种种简单、有效的就地排雨方法,在中国的古建筑和园林中都能找到思路极为相似的实例。说不定,美国的这些排涝设计正是从东方的古建筑中汲取了智慧。所以,面对当今中国城市出现的雨后内涝问题,我们最好冷静下来,找到致涝的原因,设法使用最节省和环保的方式,把雨灾转变成城市需要留住的水资源。
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