標籤: 暫無標籤

平行後退一般指地表形態的一種變化。

地表形態通常是一種十分複雜的地理現象,但卻可以看成是一種動態的熵變行為。從全球規模來看,地表形態的有序與無序過程,總是糾葛在一起,在相當長的時間間隔中(以地質年代計),表現出總體相持的水平。但是針對某一地區或區域來講,則可能是無序方向佔據優勢地位,也可能是有序方向佔據優勢地位。筆者比較讚賞薩依德格(Scheidegger)的觀點,即地表形態的對立性原理(principleofantagonism)所闡述的基本內容。

  地表形態隨著時間的改變,長期以來是地理學中一個重要的研究方面。戴維斯根據地貌發育階段所建議的侵蝕輪迴,表明了研究者的初期認識。對實際的地殼構造運動與侵蝕作用二者所組合的綜合反映,瓦·彭克在1924年曾進行了討論。塔達在1934年應用定量的概念討論了地表形態的發育階段,並且創立了圖解法以闡述山頂高度與地形起伏間的關係。在20世紀60年代以前,多採用測高法(剖面法)或數學模型加以探討。阿奈爾特(Ahnert)則提出「剝蝕速率比例於造成地形起伏的能量」,並且進一步討論了地形起伏隨著絕對年齡變化的狀況。奧馬里(Ohmori)以平均高度、起伏和剝蝕率之間的關係,論述了地表形態變化隨時間變化的基本規律。在如上的研究中,起伏這一術語,作為一種參數,表徵地表形態特點的一個指標,這個指標通常還可以使用起伏能、起伏率、高度的耗散等名稱。筆者更以熵變和有序去說明地表形態綜合反映的實質,起伏的平均狀況在統計學意義上,可以用每一個個體點(區域網路中的每一個點)的表面高度的宏觀趨勢,或以其微觀數目的計量來判斷其有序程度,並且模擬出此種有序的遞進。這裡必須強調的是:我們假定無序之源(地殼構造運動)的突變性質和離散性質,而且其離散的步長要遠遠高出有序行為(連續的、漸變的)的時間尺度。

  為了說明這一點,建議使用一種三維模型來表達地形發育,該模型建立在這樣一種假設的基礎上:在一個正方形面積內,表面高度的頻率分配當中,一個給定點的相對位置在地表形態發育變化(即在向有序轉化中,表徵了兩次突變之間的熵變行為)的任何階段均保持常數。該模型對照實際的地表變化過程,可以作出地表形態結構變化的滿意解答,從而使其成為理想的解釋模型之一。地形起伏隨著區域平均高度降低的變化,可以由模型圖塊直接表示。由此證明,在地殼構造運動(無序之源)相對穩定期內,一個區域的地表形態隨著絕對年齡的增加,它所遭受的侵蝕(主要由太陽輻射能和重力能提供負熵)所致的地表形態有序。所作出的地表高度的耗散,與實測的地表剝蝕率之間,有著肯定的內部關係,這就為地表形態變化的模擬,提供了可靠的理論基礎。

(一)地表高度的「耗散」過程

  一個區域地表平均高度和該高度的耗散之間的關係,服從於以下的函數,並且可以由日本山地的形態起伏分析資料所證明:

  

  在該式中,

  D=1平方公里的單位面積內,表面高度頻率分配的標準差,亦稱「高度基礎耗散(米)」;

  

  a和b為常數。結合所引用的日本資料(圖2-10),由回歸分析所得的最佳擬合中可知:

  a=0.6907;b=0.9219

 

  

  將式2.2代入式2.3,得到一個方程

  

  上式指明了滿足於式2.2的地表形態,可以被考慮為一種動態的均衡狀態,此種狀態正如1924年瓦·彭克所建議的准靜態過程或均衡態一樣。處於一種准靜態過程中的地表形態,應該通過維持某種均衡條件(如式2.4所表達的那樣),實施連續地、逐漸地有序性演進。

  D和地表剝蝕率R(米/年)之間具有某種確定的函數關係(這裡,R可表達為年平均剝蝕深度)。此種函數關係至少可以先從經驗分析中找到,即通過D和在水庫、湖泊中的沉積物輸送率之間的聯繫去獲得(圖2-11)。

  圖2-11所用的資料經過統計分析后得到:

  R=βDa(2.5)

  其中的α及β均為常數,logD與logR之間的相關係數可達

 

  0.77。式2.5中的係數α與β,隨著取樣單位面積大小的不同而有所變化,這就明顯地表示出R與D之間還存在著面積效應。作為一個理論問題,這種面積效應需要消除,最後得到α=3.2,β=0.35×10-9。此時水庫中沉積物的平均密度和地殼物質的平均比重分別為1.75×103千克/立方米和2.5×103千克/立方米。

  通過在式2.2中實行對於時間的微分,得到如下表達形式:

  

  

  注意,此處有這樣的註釋:

  

  另一方面,式2.5從以上註釋的概念出發,又可寫為:

  

  這是對於整個流域面積而言的,將式2.9代入2.7,即有

  

  進一步改寫成

  

  

  而隨著時間的推移,其減小速率相對地要減小。

 

(二)地表形態隨時間變化的解釋

  一個單位正方形面積中,點的表面高度表達式為:

  

  

  的固定特質,它是由所給定的原始地表形態內各個點的高度,通過適當的計算得到的,也是在一個正方形區域內,點i在表面高度頻率分配中所佔相對位置的一個參數。式2.12是由地形起伏結構的均一性度量中導出的,它使得表面高度的分佈格式在任何發育階段上,均具有統計上的一致性。而地表形態有序性結構,即結構的均一性度量,又是從所假定的Pi為一個常數這一點上滿足的。從地表形態發育的另一個方面看,這個假定又可以從下述的討論中加以詮釋和證明:

  當瓦·彭克所建議的坡面平行後退保持於壯年期的分割山地中時,在高度頻率分配中任意一個點的相對位置,也就是說相對於點i的Pi,在一個坡面上並不變化,當然該項假定還必須滿足谷地底部亦不改變的前提(如圖2-13A所示的那樣)。

 

  戴維斯在1899年曾經設想過坡面角度衰減的地表形態類型,針對原始高度並規定按高度的減小比率,其結果致使高度的頻率分配範圍有不可避免的減小(圖2-13B)。如果將彭克型和戴維斯型二者結合在一起,將會產生如圖2-13C的情形。

  然而,Pi作為一個常數的假設,似乎能被坡面後退圖解模型的第一近似所支持,而在實際考察中,所觀測到的陸地表面濕潤地區的坡面後退類型,

  

  2.9和2.11給定時,再利用Pi的數值,則每一個個別點上的Hi均可以由式2.12計算出來,而且其地表形態可以由圖2-14的塊狀圖所說明。

  

  圖2-14a所示,其初始有序性可以通過不同的方法加以確定。如圖2-14a,選取了山區每250米間隔的格網系統,采

 

 

  集各個格點的高度,制定出一個40×40格點的正方形面積中頻率分配的標準離差,並且計算出有關的具體數值,將其轉換為地理熵值,以表達原始形態構成的有序性度量。而後利用該正方形面積中的

  

  每一個點在頻率分配中的相對位置Pi,並且表達為:

  

  通過這樣的方式計算出來的Pi,可在計算機上實現對於地表形態有序度量的模擬。模擬中每一個階段(以絕對年齡計算)的1平方公裡面積內各個點的高度(可以劃分為每25米間距的正方形地理網路),能夠由式2.12得

  

  

  變為65米,則其地表起伏狀況(可用地表形態有序平行地表示)即如圖2-14b的狀況。接著,計算機模擬絕對年齡t=100萬年的地表形態有序狀況時,

  

  的外觀上,仍然看不出與原始狀況(t=0)有太大的差異,其解釋可以由圖2-15作出。

  由圖2-15明白地了解到,t=0,t=20萬年和t=100萬年時,其高度的

  

  不同,但並不明顯地影響到其有序性的增長,外觀上看各階段的起伏亦無太大差異。由此得出:從一個比較粗略的模擬和表象上去認識,坡面變化保持了一種平行後退的特徵,這種平行後退型的變化,不可能大幅度地增加地表形態的有序。

  

  到146米和30米。由於此時各點均趨近於頻率分配中的中間高度,即圍繞著平均高度的中心部分頻率數目增加(從有

 

  序性的度量來說,微觀數目有著顯著的下降),於是較平緩的低起伏地表形態顯現出來(圖2-14d)。此時,頻率分配中高點的值明顯減少,並且從高度頻率分配類型中(圖2-15d),亦能找出其根源。這種現象揭示了坡面角度衰減的作用相對地變得重要,它對地表形態有序性增加的貢獻,即可

  

  D分別為92米和21米(圖2-14e)。此時,帶有中等高度的點的數目更為增加,也更加集中於頻率分配的中心位置,與此相應度量有序性的微觀數目亦將大大下降,於是一種更為有序的,趨於平坦整齊的地表形態,明顯地出現在眼前。這是一種低地形起伏的剝蝕丘陵,並且逐漸地向準平原和平原過渡,地理熵值明顯減小。以上所述的這種在地表形態上的連續改變,同斯川勒和舒姆所進行的數量分析十分類似,儘管所用的方法和概念的內容並不相同,但不影響對於實際問題的解析。因為,斯氏和舒氏的分析結果建立在野外實測基礎之上,而以地理熵和有序性去進行分析的結果,則產生於計算機的模擬。

  

  鄰格點之間的平均梯度的變化去進行描述(在計算中,平均梯度的取點距離規定為25米)。由圖2-16A看出,在模擬的早期階段這種平均梯度隨時間變

  

  

  在早期階段的貢獻率小,而在後期階段貢獻率大。

  一種更加清晰的表達方法,可以在圖2-17中得到實現,即:一個正方形的取樣面積內,所選擇的剖面上地表高度的變化。

  

  有這樣大,平緩的程度(有序的程度)也顯現出變化緩慢;但是d和e則不

  

  米),但是在剖面的形狀變化上,則明顯地大一些,這說明在後期階段,坡面角度衰減所引起的地表形態有序性增加,並佔據了某種優勢地位,如圖2-16B(下部)所示的那樣。

  通過以上分析和計算機模擬,形成了一種比較清楚的思路,使

 

 

 

 

  我們在認識地表形態有序性動態演化方面,有了堅實的哲學基礎和邏輯依據。許多事例表明,當我們用有序性的概念去解析問題時,常常會得到更加深刻和更高層次的體會。而且這樣作的結果,正如在第一章中曾經闡述的那樣,使地理學的理論基礎更趨於統一、抽象和普適,能夠帶來某種有益的啟示。同時,從地理熵和地理有序的概念出發,聯繫到物質、能量、信息的價值和功能,將會在更大範圍內理解地理學的本質。

 

上一篇[沃耶伊科夫]  

相關評論

同義詞:暫無同義詞