水分循环不仅仅存在于大气中，地面径流（河水流量，也包含洋流）也是其重要部分。现在综合考虑降水量、蒸发量和径流量（深）的关系。
如果分析它们的多年平均情况（气候情况），其大气含水量、土壤含水量、河流径流量、海里的洋流的变化就被忽略了（一级近似）。过去，针对某个完整的流域
a，它的降水量Pa，蒸发量Ea和径流深Ra应当平衡，即有多年平均水分循环公式：
Pa=Ea+Ra
我们这里的研究不局限于某一个流域，理论上它可以细化到地球表面上的任何一个点。在这种语言下，水分平衡公式写为
P(λ,φ)=E(λ,φ)+R(λ,φ) （5）
这个公式更强调了平衡关系可以用到地球的任何一点（λ,φ）,而且它可以是地面或者海面。公式中的R(λ,φ)表示在(λ,φ)处的径流深度。对于大陆的多数地区，它是正值。但是在一部分海洋上和干旱地区内的灌溉小区，当蒸发量大于降水量时，径流深度可以是负值。
公式（3）、（4）、（5）描述了地球表面的任何一点的降水量、蒸发量和径流量的关系。我们把它们统一称为大气水分循环方程组。
水分循环方程组把地球各处(λ,φ)的降水量、蒸发量、径流量联系了起来。我们了解的比较清楚的是关于降水量和径流量的分布函数R(λ,φ) ，P(λ,φ)，利用这3个方程从原则上讲就可以得到蒸发分布函数、降水辐合函数和蒸发辐散函数。
另外，由于在大气中积存的水分（水汽）的气候变化可以忽略，所以地球表面的总降水量应当等于总蒸发量，即有下面的积分关系：
（6）
类似地，由于陆地和海洋的径流的多年变化可以忽略，所以地球各地的径流深度对地球面积的积分应当等于零，即有
公式（6），（7）是解水分循环方程时的积分约束条件。
