定量模擬地球地表過程

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當前，受數(shù)值模擬、地質年代學以及遙感等方面一些新出現(xiàn)的技術影響，地貌學正在經歷一場新一輪的復興。數(shù)值模擬上所取得的進步使得建模地球地表過程及其在大尺度的時空范圍與氣候、構造地質之間的反饋過程成為可能。根據(jù)宇宙射線進行測年以及其他的地質測年技術也為地貌形成速率及形成年代的測算提供了新的契機。與此同時，航天飛機雷達地形測量團隊(SRTM)也繪制出了相比以前更高分辨率和更高精度的地球地形概況，為地貌學研究提供了幫助。然而，盡管伴隨著數(shù)值模擬、地質年代學以及遙感等方面新技術的出現(xiàn)，但地形系統(tǒng)本身的復雜性仍為地貌學研究帶來了巨大的挑戰(zhàn)。具體包括以下四個方面：第一，地表過程與地貌之間的內在聯(lián)系經常很難明確的判斷。許多地表過程不易于量化，哪一個地表過程是促使某一地形系統(tǒng)形成的主要因素以及這些過程如何相互作用形成我們今天所看到的地貌及沉積現(xiàn)象都不是很明顯。第二，地表過程受流體運動的強烈影響，大多數(shù)經典的地貌學研究方法(如野外制圖)并不能很好地測量流體的運動過程以及他們和地表之間的相互作用機制。第三，地貌學研究團隊必須溝通好基于過程的地貌學研究與第四紀地質研究之間的差距。目前，基于過程的地貌學研究人員在測量地形系統(tǒng)的搬運與侵蝕規(guī)律時已經取得了巨大的進步，但是對于大型的地質學問題研究還沒有取得類似的進展。第四個挑戰(zhàn)就是地貌預測。地貌學者必須能夠對地貌災害最可能發(fā)生的地點加以預測，只有這樣，才可以發(fā)揮應用地貌學的所有用途。

基于以上研究基礎和研究背景的分析，該書針對多種地形提供了相應的分析與定量模型，并重點探討了如何直接而又有效的進行地球地表過程的數(shù)值模擬分析。該書將大量的流體流動模型作為分析的基礎，并提出：只有綜合野外觀察、地理空間數(shù)據(jù)、地質年代數(shù)據(jù)以及小尺度實驗等方法，數(shù)值模擬才能發(fā)揮它的最大用途。

本書的另外特色是：將不同的地貌系統(tǒng)綜合起來進行研究，并突破了不同地貌系統(tǒng)之間的“國定邊界”，并尋求在共同的數(shù)學框架下進行分析。

全書正文部分共分8章，1.總領，主要概述了流體系統(tǒng)、風成系統(tǒng)以及冰川系統(tǒng)的內涵、地形特征以及地貌形成過程；第2～8章，分別重點分析了適用于某一地表類型的數(shù)學方程，并詳細闡述了它在地表過程中的案例應用。該書附錄部分給讀者提供了計算機編碼，方便讀者驗證書中所提到的各種技術方法在現(xiàn)實世界的實用程度。本書作者Joe Pelletier于1997年獲得康奈爾大學地質科學博士學位，1998－1999年，在加利福尼亞理工學院作為博士后開始工作，并被聘任為亞利桑那大學地理科學的副教授，講授地貌學，在地貌學研究方面積累了豐富的經驗。其研究方向包括：對地球和其他行星大范圍地表過程的數(shù)學建模、山體的演變、干旱環(huán)境下沙塵的搬運和堆積以及火星上的流體和冰川的運動過程研究等，研究面較廣。

綜合以上，該書對于研究地形系統(tǒng)不同組成部分之間的相互作用關系大有裨益，可以作為高等地貌學課程的課本，也可以作為專業(yè)的地貌學學者的參考書。在數(shù)學基礎上，讀者需要掌握一定的多變量計算基礎，并有相關的偏差方程的計算經驗。