地球系统的系统模型
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分形分维几何学可描述自然界中的分形特征。
自然和社会中的复杂的几何形态，具有相似性的 特征，在统计意义上总体形态的每一部分可以被 看作是整体标度减少的映射，标度指级别，或观 测数目。
自组织就是通过事物本身的调节，产生自发的有序化的过 程，或由有序程度差向程度好的过程。
3.2.1 地球系统的自组织模型与Gaia假说
2．地球系统的Gaia Hypothesis
Gaia 是 希 腊 神 话 中 的 大 地 女 神 ， 是 由 英 国 地 球 物 理 学 家 Lovelock和美国生态学家L．Margulis借用来代表地球系统的 《自组织理论》的假说。
迫(制)条件下的，系统自发形成的有序行为。这一 词来源于热力学中的热交流的“自我变化”。
有组织是指系统在外界的强迫下形成的有序行为， 而自组织是指自身进行调节功能的行为。
如: 森林系统是一个典型的自组织系统 当它遭到人为或自然的破坏之后，它能自行恢复； 但这种自行恢复，不是复原，而是有变化、有发展， 可以往好的方向发展，也可以往坏的方向发展，完全 受环境和自身的结构而定，所以是时间不可逆的，是 不确定性的。
会恢复原状 ➢ 这也是自组织功能的结果
3.2.1 地球系统的自组织模型与Gaia假说
➢ 无机物质也有自组织过程，如化学反应、晶体的生成过程等 都是自组织过程，地貌的发育与演化过程也是自组织过程。
➢ 自组织过程是地球过程的普遍现象，也是主要过程之一。
3.2.2 分形与自相似
分形分维是描述复杂图形的数学，即分形分维几 何学，由B.B.Mandelbrot于1982年创建。
地球系统熵：地球系统熵(Entropy)是地理系统状态的定 量描述。
地球系统的调控：地球系统调控的目的是使系统能够持续 发展。
3.1.3 地球系统分析方法论原则
L.V.Bertalan提出了对任何系统进行分析时，要素有三个 观点： ➢ 第一，系统观点 ➢ 第二，动态观点 ➢ 第三，层次观点，才能顺利地解决任何复杂问题
假说认为地球系统是由大气圈、水圈、生物圈和固体圈构成的 复杂实体，是一个具有自动调功能的自组织系统。这个自组织 系统的关键是生物圈。
生物调节着地球系统内的能量流、物质流，调控着大洋的温度、 盐度、酸度及元素的地球化学循环，这种机制称为Gaia假说。
3.2.1 地球系统的自组织模型与Gaia假说 例1：
曲东升(1990)将其总结为整体性原则、有序相关原则、动 态性原则、目标优化原则和可行性原则
地球系统的网络分析：“网络是某些系统最形象、最简单 的表达形式”。
3.2 地球系统的自组织、自相似与自相关模型
3.2.1 地球系统的自组织模型与Gaia假说
1．地球系统的自组织模型 自组织(self-organization)是指系统在无外界强
上述地球系统功能的原理是由物质流、能量流和信息 流三者决定的。
3.1.2 地球系统的功能与结构模型
地球系统研究的核心是：“系统的优化结构”与“优化配 置”问题。
地球系统模型：地球系统模型是对真实地球系统的抽象和 简化。
地球系统建模的内容：包括系统空间行为模型、系统时空 耦合模型、系统过程的节律模型及各种生产应用模型等。
✓ 森林遭毁坏后的自动恢复过程，动物种群的消、长 周期过程，都是生物自组织功能的表现。
✓ 森林越长越密，阻碍了新的树苗生长，结果使森林 退化衰落；
✓ 当树的密度减少到一定程度时，新的树苗又能生长 了，森林将恢复原气。
✓ 这就是自组织功能。
3.2.1 地球系统的自组织模型与Gaia假说
例2： ➢ 某种野生动物繁殖越来越多，食物就越来越少 ➢ 动物因吃不饱而死亡，于是动物数量就开始减少 ➢ 当减少到可以供养新生的动物时，动物的数量也将
钱学森认为：地球系统是一个开放的、复杂的巨 系统。地球系统是由无数个，甚至是无穷多的要 素所组成，这些要素相互联系、相互制约、相互 作用，有的强、有的弱，是动态的、错综复杂的， 而且与地球系统以外的太阳密切相关，甚至受到 宇宙影响的巨系统。
源自文库
(3)地球系统的实例：
生态系统(包括草原生态系统、森林生态系统、湖泊生态 系统、沼泽生态系统、沙漠生态系统、城市生态系统，等 等)
3.1.1 地球系统的基本概念
与地球系统相关的概念，早在2000多年就提出来 了，如老子就提出了“天人合一”概念，实际上就是 今天的“人地系统”。 “天”就是自然环境，包括资源在内，就是指地球 “人”就是指人类社会 “合一”就是组成了一个相互联系、相互制约的整体 “天人合一”就是指地球系统
地貌系统(如：河流地貌系统、坡地地貌系统、冰川地貌 系统、冻土地貌系统、喀斯特地貌系统、沙漠地貌系统， 等等)
区域系统、城市系统等等
(4)地球系统的性质与特征：
组成各地球系统的要素之间，具有相互联系、相互 制约的性质，因此系统的各要素或各部分之间具有 相关性与整体性的特征以及有序性与层次性的结构 特征；
地球系统还具有时间和空间两大特征，因此它具有 动态性和区域性的特征、共性和个性的特征等。
3.1.2 地球系统的功能与结构模型
地球系统的功能主要原理有： “整体功能大于各部分功能之和”原理
“地球系统具行自动调节与自组织功能”原理 “系统功能取决于系统结构”与“系统优化结构”原理 “地球系统的自相似性”原理
目的:认识地球
3.1 地球系统模型
3.1.1 地球系统的基本概念
(1)系统的定义
钱学森指出：所谓系统是指由两个以上、相互联系、相互 制约的部分组成的具有特定功能的整体。
综上所述，从小到分子或细胞，大到宇宙，从个人到整个 人类社会，都可以看作为一个系统。
用数学语言来说，系统 S 就是元素(子系统) A 及其关系 B 的总和，可表示为： S={A，B}
3.1.1 地球系统的基本概念
(2)地球系统的定义：地球系统是指某一个特定时间、 特定空间的，由两个以上或无数个相互区别、又相 互联系、相互制约、相互作用和相互调节功能或行 为的，并与外界环境相互作用的地球要素组成的整 体。
地球要素是指气候、水文、生物、土壤、地质、地 形及人类社会等。
外界环境，是指对整个地球系统而言的太阳及宇宙
自然和社会中的复杂的几何形态，具有相似性的 特征，在统计意义上总体形态的每一部分可以被 看作是整体标度减少的映射，标度指级别，或观 测数目。
自组织就是通过事物本身的调节，产生自发的有序化的过 程，或由有序程度差向程度好的过程。
3.2.1 地球系统的自组织模型与Gaia假说
2．地球系统的Gaia Hypothesis
Gaia 是 希 腊 神 话 中 的 大 地 女 神 ， 是 由 英 国 地 球 物 理 学 家 Lovelock和美国生态学家L．Margulis借用来代表地球系统的 《自组织理论》的假说。
迫(制)条件下的，系统自发形成的有序行为。这一 词来源于热力学中的热交流的“自我变化”。
有组织是指系统在外界的强迫下形成的有序行为， 而自组织是指自身进行调节功能的行为。
如: 森林系统是一个典型的自组织系统 当它遭到人为或自然的破坏之后，它能自行恢复； 但这种自行恢复，不是复原，而是有变化、有发展， 可以往好的方向发展，也可以往坏的方向发展，完全 受环境和自身的结构而定，所以是时间不可逆的，是 不确定性的。
会恢复原状 ➢ 这也是自组织功能的结果
3.2.1 地球系统的自组织模型与Gaia假说
➢ 无机物质也有自组织过程，如化学反应、晶体的生成过程等 都是自组织过程，地貌的发育与演化过程也是自组织过程。
➢ 自组织过程是地球过程的普遍现象，也是主要过程之一。
3.2.2 分形与自相似
分形分维是描述复杂图形的数学，即分形分维几 何学，由B.B.Mandelbrot于1982年创建。
地球系统熵：地球系统熵(Entropy)是地理系统状态的定 量描述。
地球系统的调控：地球系统调控的目的是使系统能够持续 发展。
3.1.3 地球系统分析方法论原则
L.V.Bertalan提出了对任何系统进行分析时，要素有三个 观点： ➢ 第一，系统观点 ➢ 第二，动态观点 ➢ 第三，层次观点，才能顺利地解决任何复杂问题
假说认为地球系统是由大气圈、水圈、生物圈和固体圈构成的 复杂实体，是一个具有自动调功能的自组织系统。这个自组织 系统的关键是生物圈。
生物调节着地球系统内的能量流、物质流，调控着大洋的温度、 盐度、酸度及元素的地球化学循环，这种机制称为Gaia假说。
3.2.1 地球系统的自组织模型与Gaia假说 例1：
曲东升(1990)将其总结为整体性原则、有序相关原则、动 态性原则、目标优化原则和可行性原则
地球系统的网络分析：“网络是某些系统最形象、最简单 的表达形式”。
3.2 地球系统的自组织、自相似与自相关模型
3.2.1 地球系统的自组织模型与Gaia假说
1．地球系统的自组织模型 自组织(self-organization)是指系统在无外界强
上述地球系统功能的原理是由物质流、能量流和信息 流三者决定的。
3.1.2 地球系统的功能与结构模型
地球系统研究的核心是：“系统的优化结构”与“优化配 置”问题。
地球系统模型：地球系统模型是对真实地球系统的抽象和 简化。
地球系统建模的内容：包括系统空间行为模型、系统时空 耦合模型、系统过程的节律模型及各种生产应用模型等。
✓ 森林遭毁坏后的自动恢复过程，动物种群的消、长 周期过程，都是生物自组织功能的表现。
✓ 森林越长越密，阻碍了新的树苗生长，结果使森林 退化衰落；
✓ 当树的密度减少到一定程度时，新的树苗又能生长 了，森林将恢复原气。
✓ 这就是自组织功能。
3.2.1 地球系统的自组织模型与Gaia假说
例2： ➢ 某种野生动物繁殖越来越多，食物就越来越少 ➢ 动物因吃不饱而死亡，于是动物数量就开始减少 ➢ 当减少到可以供养新生的动物时，动物的数量也将
钱学森认为：地球系统是一个开放的、复杂的巨 系统。地球系统是由无数个，甚至是无穷多的要 素所组成，这些要素相互联系、相互制约、相互 作用，有的强、有的弱，是动态的、错综复杂的， 而且与地球系统以外的太阳密切相关，甚至受到 宇宙影响的巨系统。
源自文库
(3)地球系统的实例：
生态系统(包括草原生态系统、森林生态系统、湖泊生态 系统、沼泽生态系统、沙漠生态系统、城市生态系统，等 等)
3.1.1 地球系统的基本概念
与地球系统相关的概念，早在2000多年就提出来 了，如老子就提出了“天人合一”概念，实际上就是 今天的“人地系统”。 “天”就是自然环境，包括资源在内，就是指地球 “人”就是指人类社会 “合一”就是组成了一个相互联系、相互制约的整体 “天人合一”就是指地球系统
地貌系统(如：河流地貌系统、坡地地貌系统、冰川地貌 系统、冻土地貌系统、喀斯特地貌系统、沙漠地貌系统， 等等)
区域系统、城市系统等等
(4)地球系统的性质与特征：
组成各地球系统的要素之间，具有相互联系、相互 制约的性质，因此系统的各要素或各部分之间具有 相关性与整体性的特征以及有序性与层次性的结构 特征；
地球系统还具有时间和空间两大特征，因此它具有 动态性和区域性的特征、共性和个性的特征等。
3.1.2 地球系统的功能与结构模型
地球系统的功能主要原理有： “整体功能大于各部分功能之和”原理
“地球系统具行自动调节与自组织功能”原理 “系统功能取决于系统结构”与“系统优化结构”原理 “地球系统的自相似性”原理
目的:认识地球
3.1 地球系统模型
3.1.1 地球系统的基本概念
(1)系统的定义
钱学森指出：所谓系统是指由两个以上、相互联系、相互 制约的部分组成的具有特定功能的整体。
综上所述，从小到分子或细胞，大到宇宙，从个人到整个 人类社会，都可以看作为一个系统。
用数学语言来说，系统 S 就是元素(子系统) A 及其关系 B 的总和，可表示为： S={A，B}
3.1.1 地球系统的基本概念
(2)地球系统的定义：地球系统是指某一个特定时间、 特定空间的，由两个以上或无数个相互区别、又相 互联系、相互制约、相互作用和相互调节功能或行 为的，并与外界环境相互作用的地球要素组成的整 体。
地球要素是指气候、水文、生物、土壤、地质、地 形及人类社会等。
外界环境，是指对整个地球系统而言的太阳及宇宙