定量模拟地球地表过程

Ｊｏｅ　Ｄ．Ｐｅｌｌｅｔｉｅｒ

当前，受数值模拟、地质年代学以及遥感等方面一些新出现的技术影响，地貌学正在经历一场新一轮的复兴。数值模拟上所取得的进步使得建模地球地表过程及其在大尺度的时空范围与气候、构造地质之间的反馈过程成为可能。根据宇宙射线进行测年以及其他的地质测年技术也为地貌形成速率及形成年代的测算提供了新的契机。与此同时，航天飞机雷达地形测量团队(SRTM)也绘制出了相比以前更高分辨率和更高精度的地球地形概况，为地貌学研究提供了帮助。然而，尽管伴随着数值模拟、地质年代学以及遥感等方面新技术的出现，但地形系统本身的复杂性仍为地貌学研究带来了巨大的挑战。具体包括以下四个方面：第一，地表过程与地貌之间的内在联系经常很难明确的判断。许多地表过程不易于量化，哪一个地表过程是促使某一地形系统形成的主要因素以及这些过程如何相互作用形成我们今天所看到的地貌及沉积现象都不是很明显。第二，地表过程受流体运动的强烈影响，大多数经典的地貌学研究方法(如野外制图)并不能很好地测量流体的运动过程以及他们和地表之间的相互作用机制。第三，地貌学研究团队必须沟通好基于过程的地貌学研究与第四纪地质研究之间的差距。目前，基于过程的地貌学研究人员在测量地形系统的搬运与侵蚀规律时已经取得了巨大的进步，但是对于大型的地质学问题研究还没有取得类似的进展。第四个挑战就是地貌预测。地貌学者必须能够对地貌灾害最可能发生的地点加以预测，只有这样，才可以发挥应用地貌学的所有用途。

基于以上研究基础和研究背景的分析，该书针对多种地形提供了相应的分析与定量模型，并重点探讨了如何直接而又有效的进行地球地表过程的数值模拟分析。该书将大量的流体流动模型作为分析的基础，并提出：只有综合野外观察、地理空间数据、地质年代数据以及小尺度实验等方法，数值模拟才能发挥它的最大用途。

本书的另外特色是：将不同的地貌系统综合起来进行研究，并突破了不同地貌系统之间的“国定边界”，并寻求在共同的数学框架下进行分析。

全书正文部分共分8章，1.总领，主要概述了流体系统、风成系统以及冰川系统的内涵、地形特征以及地貌形成过程；第2～8章，分别重点分析了适用于某一地表类型的数学方程，并详细阐述了它在地表过程中的案例应用。该书附录部分给读者提供了计算机编码，方便读者验证书中所提到的各种技术方法在现实世界的实用程度。本书作者Joe Pelletier于1997年获得康奈尔大学地质科学博士学位，1998－1999年，在加利福尼亚理工学院作为博士后开始工作，并被聘任为亚利桑那大学地理科学的副教授，讲授地貌学，在地貌学研究方面积累了丰富的经验。其研究方向包括：对地球和其他行星大范围地表过程的数学建模、山体的演变、干旱环境下沙尘的搬运和堆积以及火星上的流体和冰川的运动过程研究等，研究面较广。

综合以上，该书对于研究地形系统不同组成部分之间的相互作用关系大有裨益，可以作为高等地貌学课程的课本，也可以作为专业的地貌学学者的参考书。在数学基础上，读者需要掌握一定的多变量计算基础，并有相关的偏差方程的计算经验。