八、地表形态过程模拟

　　地貌学家所考虑的过程，总是视空间分辨率的不同取值水平，而作不同的处理。在最细微的水平上，人们可能关心在土壤中通过水分运动而致土壤孔隙的充填状况；而在一个比较大的尺度中，人们可以研究在地壳中的热对流。因此，对于地貌过程的认识，总是离不开所伴随的空间条件和空间尺度。

　　地貌过程，总是发生在变化着的速率上。一个力，既能够是很迅速的，也可以是很缓慢的；其速率的变化大小也可能是很大的或者是较小的。在一个短时段内所观测到的地貌现象，由于力的施予并不是很大，或者由于力作用的时间长度也不够充分，因此它仅有相对微小的变化。但由此却可以认识到，改变过程的速率和性质，常常影响着地形的改变。有时，此种响应是瞬间的，例如一次较大的洪水通过河道；在另外一些时间，此种响应则可能很缓慢，似乎感觉不出有什么变化发生。

　　已经讲述到，过程可以影响形状；反过来，形状亦可影响过程。控制论的基本概念早就告诉我们：当某种变化产生的结果，反过来又会影响到原来的变化时，就称为反馈(可以是正反馈，增强原来的变化；可以是负反馈，减弱原来的变化)。因此研究过程，就不能不涉及到反馈。

　　地貌过程的研究，既包括野外观测试验，也包括实验室内的研究。在实验室中又可能有两种研究类型：其一，模型的质量、组成、长度和时间的性质与在实地的保持相同，只是对于模型的输入，可以针对特定的实验目的而加以必要的控制。如对于侵蚀现象的模型实验，就属于这样的例子；其二，所建造的模型与真实的状况相比，其尺度均按比例缩小，基于“相似性”的原理，对于长度ι、质量m和时间t而言，符合于

　　l’=λl(l)

　　m’=λm(m)

　　t’=λt(t)

　　等关系，即模型中所使用的ι′、m′与t′，与实际原型中的ι、m、t具有一定的比例关系，由λl、λm和λt标志着其间的比率。它们在长度的对比上，存在着几何学上的相似；在长度和时间的共同对比上，则服从于运动学上的相似；而同时针对所有3个量在内的互相关系，则应存在动力学上的相似。

　　理论工作的一个很主要的方面即针对存在的困难，要求研究者十分注重从一种口头的或文字的描述状态，向着一种象征的、抽象的或符号的状态转变，而后者通常又是以数学上的形式为标志的，或应用数学分析实现的。这当然是由于数学方式能十分容易和十分简洁地表达出所要演绎的过程，起到一种减弱、降低和消除一切含混的可能性，使过程的本质有可能被很好地抽象出来。此种转变，通常可以取一组微分方程的集合形式，然后在规定的初始条件和边界条件下，进行合理的推演和实施系列的解析。这样，对于理论研究中所存在的困难，就不仅仅只是从语言描述向数学形式转变的困难，还要加上对于数学方程解析上的困难。为了克服这些困难，尤其针对地理学中变量多、关系复杂的特点，所研究的过程极需要在计算机上进行模拟。计算机模拟的一个共同特点，都要求把空间和时间区分成尽可能小的增量，并且将此连续地操作在一个称为迭代程序之中。此程序的规律，首先就要被应用在一个时间间隔所有空间段，而后随着时间单位的改变，物质运动在各空间内被转换和被描述。

　　阿奈尔特(Ahnert)已研究出一个复杂的计算程序，用以模拟在一个三维陆地表面上地貌过程的效应。其中所含的一个子程序，曾被用来计算表面径流，结果十分出色。在每一个点上的径流估算，服从于质量平衡规则：

　　Dj,t=Pj,t-Dj 1,t-1 (6.99)

　　上述方程内，j为斜坡上所划分的段落，当j＝1时，代表斜坡最底部的那个段落，而j＋1，j＋2，…，为依次向上坡方向的段落。现在时间间隔为t，这样Dj，t即为在时间间隔t内的地段j上的径流量；P表示降水；F表示入渗。图6-32指出了带有均匀降水(相对值以10代表)和具有空间变化的入渗率状况下，经过6个月时间间隔的径流估算。
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