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自然流域的系统分析与Lettau模型(4)

时间:2010-01-29 02:10 来源:地理教师网 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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  这样就能够十分方便地规定任意时段i,即

  (t*P′)i=Hi (8.76)

  Hi为“保留”物质输入所假想的水分数量。倘若P’i所能保留的时间长度等于ti*,则可将公式(dm/dt+m/t*=P′)重写为:

  

  该方程的推导如下:

  dτ=dt/t*,将dt代入

  dm/(dτ·t*) m/t*=P′

  1/t*(dm/dτ m)=P′,因为t*P′=H,

  所以dm/dτ m=H

  以上结论遂得以证明。

  至于t*到底为常量还是变量,以上方程的求解均不受影响,并且均有:

  

  此方程式中,m1为在时段开始的t0时,可交换土壤水分的初始值,在此τ=0。方程说明:合理的和适宜的参数化,产生于严格的关于输出项m的数学表达,即m作为“保留”输入P′的函数,并且由迟滞过程居留时间t*所限制。这样,可通过微分与积分的解,而不是用静态的代数方法求出(即只能从输入减去消耗的)。静态分析只代表结果却不能说明“过程”。可以认为,Lettau模型的本质所在,就是上述这种动态的、揭示型的、探讨机制的和更加深刻的特征表达。

  为了在实际中加以鉴定,可以施行迭代法逐步计算出时间t0+(i+1)Δt时的土壤水分贮留项mi 1。一个条件是,应该知道在时间t0+iΔt结束时的mi值,同时也应给出在时间t0+iΔt与t0+(i+1)Δt时的参数t*、保留输入P′和H的相应数值。适合于上式(求取m)的计算机程序业已编就,并在美国威斯康辛大学实际运行,可以直接对有关过程进行数值积分。

  也可以严格确定参数t*和输入项P1G以及P′的月平均值。在此情况下,两个附加变量Ri和Qi,可以从所给定的P’i,t*i和τi中计算出来。它们各自的定义为:

  

  借助于以上的规定、可以简化式子为:

  m=e-τ(m1 Q) (8.81)

  m/t*=m1R RQ=P′-dm/dt (8.82)

  其推导如下:

  

  以年为讨论的时间尺度在从1到12的全部i值中,dm/dt的总和应为0。如果一个流域的气候条件与其他物理条件稳定,则其结果可产生出一种加和的数学表达方式:

  

  或

  

  这样,随着m1被严格地确定,“保留”输入项P′的时间序列积分,在从t0到t0 iΔt时段内即可被执行,于是也就产生了在第i时段的mi值。

(五)参数估算与反馈的一般情形

  我们的主要目标是计算实际蒸发,以建立不同气候带下作为潜热释放那一部分的太阳辐射能。在地表干燥区域,径流C成为不必要的因素,此时水分平衡方程,仅仅表达为“即时蒸发”和“迟滞蒸发”。其土壤水分的变化,也都响应于流域内降水和辐射(物质和能量)的输入。

  倘若在径流因子不可忽略的区域,那么有关参数的估算就应利用河流的流量去进行。此类测量如果在有明显冬季的气候条件下,就会使估算变得既复杂又很不充分,因为可能有降雪的月份、低于零度的月份、雪盖和土壤冻结现象等。与此相应,反射率、土壤水分的居留时间、即时径流率以及有关的临界值等,均会变得复杂起来。
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