一、水分循环
（一）定义
水分在太阳辐射作用下由地球表面蒸发变成水汽，水汽在上升和输送过程中遇冷凝结成云，然后又以降水的形式返回地表，水分进行这种不断的往复过程叫水分循环。可分为大（外）循环和小（内）循环两种。
（二）水分循环的种类
1、水分大循环
是指由海洋蒸发到大气中的水汽，一部分被气流带至大陆上空，以凝结降水的形式降落地面。这些降水一部分蒸发回到大气中，一部分形成地表径流，流入河流，再以河川径流的形式注入海洋，使海洋失去的水分得到补偿。这种海陆之间的水分循环称为大循环。
2．水分小循环
是指大陆上或海洋上蒸发出的水汽升入上空凝结成云致雨并降落于原来的大陆或海洋上，这种局部的水分循环称为小循环。
二、水分平衡方程
根据长期观测及物质不灭定律，地球上的总水量大体上是不变的，因而地球上的水分总收入与总收支是平衡的。除了考虑降水量和蒸发量之外，还应考虑流入或流出地面的水量即径流量。
由此水分平衡方程可为
海洋上 E海= P海+f
陆地上 E陆=P陆-f
其中E海、E陆分别为海洋和陆地上的多年平均蒸发量，P海、P陆分别为海洋和陆地上的多年平均降水量，f为多年平均径流量。
两式相加得 E陆+E海= P陆+ P海 即为地球上的水分平衡方程式。
从多年长期平均而论，整个地球上的水分总量大体上恒定，即地球上的总降水量等于总蒸发量。
三、森林的水分平衡方程
由于森林的存在，使到达林地的降水与空旷地有很大不同。到达林区的大气降水要发生两次再分配过程。
首先，大气降水到达林冠作用层以后，一部分被林冠截留（一部分直接蒸发返回到大气中；一部分顺着枝条和树干流到林地表面，形成林干径流，大部分以水滴或雪团形式从枝叶上滴落到林地表面，形成滴流）；一部分通过林冠空隙直接到达地表面。这是降水的第一次再分配过程。
到达林地的降水，要发生第二次分配。其中一部分向地下渗透（一部分被土壤吸附，改变土壤含水量；一部分渗入到土壤中，通过地中而流出，成为土壤径流；一部分渗透到深层去，形成地下径流；再有一部分被土壤直接蒸发到大气中，或由乔灌木、或地被物的根部吸收，通过蒸腾作用返回到大气中，林冠截持降水的蒸发、土壤蒸发和森林植物蒸腾共同构成森林蒸散量，林区降水主要消耗于森林的蒸散上）；一部分沿地表径流。
林冠层的水量平衡方程表示为
Pf+Q=（E1+E1´）+rp+rf
式中Pf为大气降水；Q为乔灌木根部吸收量；E1为林冠物理蒸发量；E1´为林冠蒸腾量；rp为透过林冠直接到达林地的降水量；rf为树干径流量。
林地的水量平衡方程可表示为
rp+rf=（E2+E2´）+（F1+F2）+f+Q
式中 E2林地表面的物理蒸发；E2´为林地表面的植物蒸腾；F1为地表迳流；F2为土壤径流；f为地下径流。
由此可得到森林（包括林冠层和林地）的水量平衡方程为
Pf=（E1+E1´）+（ E2+E2´）+（F1+F2）+f
四、森林对降水的作用
森林能否增加大气垂直降水的问题，世界各国许多学者都对这个问题进行过观测和研究，尚未取得一致看法，概括起来有两种观点：
一种观点，认为森林能增加大气的降水。
1、林区的湿度大于空旷地，为降水提供了条件；
2、林区反射率小，吸收率大，为产生阵性降水提供了热量；
3、森林使气流被迫抬升，加强空气垂直运动，促进湿空气冷却凝结；
4、森林使下垫面粗糙度增大，上空乱流交换加强，促进降水。
另一种观点认为，森林对大气垂直降水没有影响或影响甚微。
1、林木蒸腾使大气增加的水汽量是很少的，只占全球总蒸发量的1.3%；
2、林木蒸腾的水分不能增加林区降水，因为水汽进入大气后，不会停滞不前；
3、森林是透风体，对气流的抬升作用远不如地形；
4、实际观测的林区降水多的原因是由于地形和风的作用造成的。