第四節(jié) 自然地理環(huán)境的系統(tǒng)框架

第四節(jié)

自然地理環(huán)境的系統(tǒng)框架

系統(tǒng)論是包括一般系統(tǒng)論、信息論、控制論、突變理論、耗散結(jié)構(gòu)理論、協(xié)同學(xué)等一系列新型理論和方法的綜合性理論體系。它從橫向綜合的角度研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，揭示客觀世界各種不同物質(zhì)運(yùn)動(dòng)形式內(nèi)在的共同屬性與共同規(guī)律，為人們研究事物提供新的科學(xué)方法論。完全有理由把代表著現(xiàn)代思維方式（系統(tǒng)思維）和具有現(xiàn)代描述手段（數(shù)學(xué)描述）的系統(tǒng)論的理論和方法引入自然地理學(xué)，引起自然地理學(xué)乃至整個(gè)地理學(xué)的革新。

第四節(jié)

自然地理環(huán)境的系統(tǒng)框架

一、系統(tǒng)的基本概念

二、系統(tǒng)的基本分類

三、系統(tǒng)研究的基本原則

一、系統(tǒng)的基本概念系統(tǒng)的一般定義為：系統(tǒng)是相互關(guān)聯(lián)的元素的集。通俗地說，系統(tǒng)是相互作用的若干要素的復(fù)合體。其他定義系統(tǒng)是指相互聯(lián)系的部分（要素）按一定秩序組合而成的、具有特定功能的整體。系統(tǒng)之外的所有物質(zhì)和能量都稱為該系統(tǒng)的環(huán)境。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是指系統(tǒng)內(nèi)部相對穩(wěn)定的組織形式（秩序）或分布關(guān)系的總稱，有空間結(jié)構(gòu)和時(shí)間結(jié)構(gòu)。功能是指系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間活動(dòng)關(guān)系的總體。功能與結(jié)構(gòu)(1)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)——就是系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間的特殊網(wǎng)絡(luò)關(guān)系。即是系統(tǒng)內(nèi)部的物質(zhì)流、能量流、信息流和流通渠道。也可以理解為系統(tǒng)的骨架?，F(xiàn)實(shí)世界中，往往在構(gòu)成要素相同的情況下，各要素的組合方式不同，即結(jié)構(gòu)不同，系統(tǒng)的整體功能也大不一樣。如：石墨：層狀結(jié)構(gòu)→松軟→鉛筆芯金剛石：島狀結(jié)構(gòu)→堅(jiān)硬→鉆石(2)系統(tǒng)功能——是指物質(zhì)、能量、信息在系統(tǒng)內(nèi)傳遞轉(zhuǎn)化的外部表現(xiàn)。例如：土壤、草本植物和食草動(dòng)物三個(gè)子系統(tǒng)通過結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成一個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，其功能正是結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)保證物質(zhì)、能量在系統(tǒng)中傳遞和轉(zhuǎn)化。一旦這種傳遞和轉(zhuǎn)化受阻，整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)就會(huì)陷于解體，系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)將不復(fù)存在。一、系統(tǒng)的基本概念環(huán)境系統(tǒng)外界的其他事物就構(gòu)成了該系統(tǒng)的環(huán)境。

地理環(huán)境（地理系統(tǒng)）的環(huán)境是宇宙空間和地球內(nèi)部都是這個(gè)系統(tǒng)的環(huán)境。

系統(tǒng)與環(huán)境之間進(jìn)行著能量、物質(zhì)和信息的交換。能量流、物質(zhì)流和信息流把系統(tǒng)聯(lián)系成一個(gè)整體。二、系統(tǒng)的基本分類

l.功能類型2.結(jié)構(gòu)類型

3.其他分類l.功能類型（1）孤立系統(tǒng)（isolatesystems）

（2）封閉系統(tǒng)（closedsystems）

（3）開放系統(tǒng)（opensystems）

1）孤立系統(tǒng)（isolatesystems）這類系統(tǒng)的邊界封閉，系統(tǒng)與外界既沒有物質(zhì)交換，也沒有能量交換。自然界中極少出現(xiàn)這類系統(tǒng)。

熵最大ds>=0（2）封閉系統(tǒng)（closedsystems）這類系統(tǒng)可以通過邊界與環(huán)境交換能量，但是沒有物質(zhì)的交換。如果我們忽略落下的隕石和宇宙塵埃，整個(gè)地球就可以看作封閉系統(tǒng)。地球接受太陽輻射，又向星際輻冷區(qū)進(jìn)行輻射。低溫維持的結(jié)構(gòu)是一種“死”的結(jié)構(gòu)，是一種沒有宏觀物質(zhì)和能量流動(dòng)的結(jié)構(gòu)，如晶體結(jié)構(gòu)。（3）開放系統(tǒng)（opensystems）。

這類系統(tǒng)與環(huán)境既有能量的傳輸，也有物質(zhì)的交換。其特征是不斷地進(jìn)行能量、物質(zhì)和信息的輸入與輸出（沒有這種交換，系統(tǒng)不可能存在和發(fā)展）；它能通過反饋進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，使輸入與輸出實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)平衡，維持系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定和功能穩(wěn)定；在與環(huán)境的相互作用中，具有不斷復(fù)雜化和完善化的演化能力。開鍋的牛奶結(jié)構(gòu)?；钊梭w。地球表層是全球性的自然地理系統(tǒng)，是一個(gè)開放系統(tǒng)，通過它的上下界與外界進(jìn)行能量與物質(zhì)的交換。地球表層內(nèi)部任一自然綜合體也是開放系統(tǒng)，它與周圍的其他自然綜合體不斷地交換著能量和物質(zhì)，實(shí)現(xiàn)太陽能的轉(zhuǎn)換與傳輸、大氣的運(yùn)行、水分的循環(huán)、固體物質(zhì)的遷移和有機(jī)物與無機(jī)物的轉(zhuǎn)化。正因?yàn)槿绱?，才得以?gòu)成不同等級(jí)的自然綜合體，即不同組織水平的自然地理子系統(tǒng)。2.結(jié)構(gòu)類型（1）形態(tài)系統(tǒng)（morphologicalsystems）

（2）級(jí)聯(lián)系統(tǒng)（cascadingsystems）

（3）過程-響應(yīng)系統(tǒng)（Process-responsesystems）

（4）控制系統(tǒng)（controlsystems）

（1）形態(tài)系統(tǒng)（morphologicalsystems）形態(tài)系統(tǒng)單純由系統(tǒng)組成要素之間的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)來確定。在地理研究中，只要求找出研究對象（系統(tǒng)）所包含的要素，確定各個(gè)要素之間的相互聯(lián)系渠道以及這種聯(lián)系的方向和強(qiáng)度，就能建立一個(gè)形態(tài)系統(tǒng)。它可以體現(xiàn)“地理事實(shí)”或“地理結(jié)構(gòu)”。

形態(tài)系統(tǒng)（2）（cascadingsystems）這是由能量或物質(zhì)流通的路徑來確定的系統(tǒng)。建立這類系統(tǒng)，就要考慮能量或物質(zhì)輸入輸出及其在系統(tǒng)內(nèi)部傳輸?shù)臋C(jī)制和途徑。級(jí)聯(lián)系統(tǒng)可以體現(xiàn)“地理過程”。

級(jí)聯(lián)系統(tǒng)（3）過程-響應(yīng)系統(tǒng)（Process-responsesystems）這類系統(tǒng)至少應(yīng)有一個(gè)形態(tài)系統(tǒng)與一個(gè)級(jí)聯(lián)系統(tǒng)相耦合。因此可以顯示出從“形態(tài)”到“過程”、從“結(jié)構(gòu)”（內(nèi)在秩序）到“功能”（對外作用；外在秩序）、從“空間”到“時(shí)間”（動(dòng)態(tài)變化）的特性。這是地理系統(tǒng)中比較高級(jí)的一種類型，更加接近于現(xiàn)實(shí)的狀況。

以磷在此生態(tài)系統(tǒng)中的傳遞和轉(zhuǎn)化說明：人們將磷施于(輸人)土壤后→首先溶解于土壤水中→隨后被植物的根系吸收而進(jìn)入植物體內(nèi)，參加植物體的建造→植物體的磷→歸還給土壤：一部分由于植物死亡變成枯枝落葉→土壤；輸出生態(tài)系統(tǒng)之外：另一部分被食草動(dòng)物取食→動(dòng)物體內(nèi)，參與動(dòng)物體的代謝→輸出到該生態(tài)系統(tǒng)之外。過程-響應(yīng)系統(tǒng)（4）控制系統(tǒng)（controlsystems）當(dāng)一個(gè)過程-響應(yīng)系統(tǒng)的某個(gè)關(guān)鍵部分被某種機(jī)制所控制，這個(gè)系統(tǒng)就成為控制系統(tǒng)。這種控制機(jī)制使系統(tǒng)按照某種預(yù)定的方式運(yùn)行。前述系統(tǒng)中的土壤子系統(tǒng)就屬于該系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。人們可以通過對磷肥施用的控制使系統(tǒng)中磷的含量達(dá)到穩(wěn)定的動(dòng)態(tài)平衡?？刂葡到y(tǒng)3.其他分類

（l）小系統(tǒng)

（2）大系統(tǒng)

（3）簡單巨系統(tǒng)

（4）復(fù)雜巨系統(tǒng)

（l）小系統(tǒng)這類系統(tǒng)只有為數(shù)不多的子系統(tǒng)，并且相應(yīng)地可用少數(shù)幾個(gè)變量來描述。

（2）大系統(tǒng)這類系統(tǒng)子系統(tǒng)的數(shù)量大，子系統(tǒng)互相關(guān)聯(lián)，每個(gè)子系統(tǒng)都有自己的參數(shù)，需運(yùn)用大型電子計(jì)算機(jī)來建立大量的方程和求解大量的未知數(shù)。（3）簡單巨系統(tǒng)其子系統(tǒng)數(shù)巨大，多達(dá)上萬上億，但子系統(tǒng)類型不多。這類系統(tǒng)可用統(tǒng)計(jì)物理或統(tǒng)計(jì)力學(xué)的方法處理。

（4）復(fù)雜巨系統(tǒng)其子系統(tǒng)不僅數(shù)量巨大，而且種類繁多，關(guān)系復(fù)雜。例如地球表層就是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，而且是一個(gè)開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)。這類系統(tǒng)由于太復(fù)雜，不能用傳統(tǒng)的科學(xué)方法即培根或還原論的方法（把復(fù)雜的事物分解為若干較簡單的部分，甚至再分解為更簡單的部分來研究的方法）來處理。錢學(xué)森提出了一種“從定性到定量的綜合集成法”來處理復(fù)雜巨系統(tǒng)問題。

三、系統(tǒng)研究的基本原則

1.整體性原則

2.綜合性原則

3.層次性原則4.功能結(jié)構(gòu)性原則5.動(dòng)態(tài)性原則

1.整體性原則

整體性是系統(tǒng)論的基本