山顶的雾把石头打湿，石缝里的水顺着岩壁往下渗，几小时后汇进山脚的溪。有人以为这场雨的水是刚飘来的新水。其实大气里的水汽总量只够下九天雨，落下来的每一滴，都是不久前从海面或叶面蒸发上去的旧水。
蒸发是唯一的入口，海洋供了八成以上的水汽
全球每年蒸发约 49.6 万立方公里，其中海洋 41.3 万立方公里，陆地 7.3 万立方公里。海洋占地球表面的七成，热容量大，太阳辐射把它加热，水分子带着潜热离开水面，这是整个循环的动力入口。蒸发最强的海区在副热带，云少、风大、空气干燥。
蒸发要耗能，凝结要把能量还回来。一滴水从海面蒸发，到高空凝结成云，放出的潜热推动气流上升，这也是台风与对流雨的燃料。水循环因此不只是水的搬运，它同时是大气热机的工作介质。潜热在凝结时释放，云底因此比周围暖，上升更旺。
水汽在大气里只停九天，输送决定雨落在哪里
大气里的水汽总量约 1.29 万立方公里，除以每年 49.6 万立方的蒸发量，平均停留时间不到十天。这个数字说明大气储库很小，一场大范围的雨就能把它换掉很大一部分，水汽必须靠持续的蒸发补充。九天不到，说明水汽的全球混合并不充分，源区的影响很明显。
全球年降水折合水深约 990 毫米，陆地约 715 毫米，海洋约 1130 毫米。陆地降水少于海洋，却支撑了全部陆生生态与河流；水汽从海洋输向陆地的那部分，最终要靠径流还回去。这两个数字的差，就是陆地得以养活河流的那部分。
径流把水送回海洋，这一段只要几周
陆地的降水约七成被蒸发掉，剩下的以径流形式回海。河水在河道里的停留时间平均两周上下，洪水时只有几天，枯水期靠地下水补给，可以拖到几个月。洪水与枯水的差别，全在这一段的快慢上。
这一段是循环里最快的闭合环节。河网把降水迅速集中到出口，水位涨落在几小时内就能测到。也正因为快，河水的化学组成对流域的降雨、融雪与污染输入反应极灵敏。河水的化学组成因此带着流域的即时指纹。
蓄存环节把水扣下，土壤几个月，地下水几百年
水在土壤里停留数周到一年，在湖泊里几十年，在地下水里几百年到几万年，在冰盖里可以超过十万年。同一个循环里，停留时间跨越四个量级以上，取一个平均值没有意义，必须分开算。停留时间越长，水体对污染的缓冲越久，恢复也越慢。
海洋是最大的蓄水库，全部海水换一遍要 3000 年左右。深层水的年龄可以用碳十四与氚测定，测出来的年龄分布很宽，说明海洋不是一缸搅匀的水，而是分层缓慢交换的水体。碳十四的半衰期是 5730 年，正好覆盖这段尺度。
关键数据
五个环节的规模与时间，可以压成下面几条。
- 全球年蒸发约 49.6 万立方公里。
- 海洋蒸发 41.3 万立方公里，陆地 7.3 万立方公里。
- 大气水汽总量约 1.29 万立方公里。
- 水汽在大气中停留约 9 天。
- 全球年降水折合水深约 990 毫米。
- 陆地年径流约 4.6 万立方公里。
- 河水在河道中停留约 2 周。
- 海水整体更新约需 3000 年。
封闭流域靠蒸发收尾，水量平衡算出的径流会失真
内流流域没有出口，水只能靠蒸发离开，径流量在方程里趋近于零。若照搬“降水减蒸发等于径流”的算法，会得出几乎没有水流的结论，而实际的季节性河道与地下水交换都被漏掉了。这类流域的湖泊水位，几乎全由蒸发与地下水控制。
本文判断：算流域水量平衡，先确认出口是否闭合，再看蓄变量的年际变化。把水库蓄水与跨流域调水当成误差项处理，往往会把几年的调节误读成气候趋势，这是水量平衡最常见的失真来源。报告里的平衡表，最好附上闭合误差。
参考文献
- Trenberth K E, Smith L, Qian T, et al. Estimates of the global water budget and its annual cycle using observational and model data. Journal of Hydrometeorology, 2007.
- Dingman S L. Physical Hydrology. 3rd ed. Waveland Press, 2015.
- Schlesinger W H, Bernhardt E S. Biogeochemistry: An Analysis of Global Change. 4th ed. Academic Press, 2020.