从系统学自组织原理看全球气候变暖

1、从系统学自组织原理看全球气候变暖摘 要：由于人类不当活动造成大气中二氧化碳含量剧增进而 引发的温室效应，现已引起广泛的关注。全球变暖的个中原因复杂， 然而却又不失其必然规律性。运用系统学自组织原理来解释这一现 象，可以给人类解决这一难题提供一个新的思路和方法。关键词：温室效应；系统学；自组织自上世纪八80年代开始，“温室效应”开始吸引人类眼球，全球 气候持续变暖，地球大气和海洋温度明显上升。据联合国政府间气候 变化问题小组气候模型预测，到2100年，全球气温估计将上升大约 1.4-5.8摄氏度（2.5-10.4华氏度）。这就是说，全球气温将出现在过去 一万年中从未有过的巨大变化，从而给全球环境

2、带来潜在的重大影 响。一、气候变化原因分析气候变暖会导致大量海水蒸发，大气中的水汽增多，这容易导致 极端事件增多；此外，对于温度而言，全球范围内的平均温度上升， 同时温度变化的幅度也在增加。由此温室效应引起的自然界生态系统 和人类的生存环境已经开始并将继续发生一系列重大的人类不易适 应的变化，有人称之为“潜在的全球灾变”，它会造成严重的生产力 下降和生命财产损失时，就成为自然灾害。2009年11月，罕见暴雪 席卷欧美，英国北部遭受“千年一遇”的暴雨侵袭、关50个州中有 46个州遭遇暴风雪；同时，常年干旱少雨的沙特遭特大暴雨袭击； 此外，澳大利亚因高温引发大火，43C的高温持续了长达一周，生命

3、和财产损失惨重。厄尔尼诺现象是全球气候信号里最强的，它既会导 致洪水，又能引发干旱。2010年1月23日，美国宇航局和马里兰大 学公布的研究成果发现，厄尔尼诺现象和拉尼娜现象在以往21年中 的发生频率加快了，这使得地球出现大旱或大涝的次数也相应地增 加。2001年，马里兰大学的斯科特卡特兹和美国宇航局戈达德空 间飞行中心的罗伯特阿德勒在其联合论文中指出，厄尔尼诺现象和 拉尼娜现象发生时间一般间隔2至7年，平均间隔约为3至4年；而 近20年来，厄尔尼诺现象和拉尼娜现象的发生频率为每两年一次， 每次持续时间12至18个月。研究人员研究发现，当出现厄尔尼诺现 象时，海洋上降水会增加，而陆地上降水会减

4、少，从而导致陆地上灾 害频繁发生。除此之外，由于气候的变暖，全球各地还出现了农作物减产、人 体疾病传播加快等其他负面报道，甚至因二氧化碳排放量问题的争论 还影响了发展中国家与发达国家之间的国际政治争端。全球气候变暖的原因，可以从系统学相关原理的角度去理解。系 统学自组织原理和混沌理论可以给这一现象一种合理解释，这也许能 给指导人类解决这一问题提供参考。1、关于自组织自组织是系统学中最重要的一个概念。在我们现实中存在着大量 的自组织现象，运用自组织原理可以很好地理解和解释人们用其他学 科无法解释的问题。自组织现象可以理解为是相对于组织而言的。组织就如工厂的车 间，其工种安排、倒班顺序是由班、组长

5、或车间主任安排的，而不是 通过工人之间互通信息之后，由他们之间的默契形成的自愿结合。前 者是组织，后者为自组织，它说明，系统演化动力来自于系统内部各 个子系统之间的竞争和协同，而不是外部命令。自组织系统不仅无需 外指令自行组织，而且可以自行创生、自行演化，即能自主地从无序 走上有序。在生命过程和无生命世界里，都存在着自组织现象。在生 命过程中，从分子细胞直到有机个体和群体的不同水平上，无论在空 间上还是在时间上，都呈现出了有序现象。例如：生物是由各种细胞 按精确的规律组成的高度有序的组织，人的大脑是由150亿个神经细 胞组成的极其精密、极其有序的组织；每一个生物细胞中也有非常奇 特的有序结构，

6、它至少含有一个DNA （脱氧核糖核酸）或RNA （核 糖核酸）分子；例如许多树叶、花朵和各种动物的皮毛等常呈现出漂 亮的规则图案；例如我国北方各种候鸟的冬去春来，等等。在大自然 的无生命世界，也存在着大量的从无序到有序的自组织现象。例如： 在高空中水汽凝结会形成非常有规则的六角形雪花；由火山岩浆形成 的花岗岩中有时会发现非常有规则的形状。这都是大自然中产生的自 发有序的自组织现象。2、从自组织原理看全球气候变暖全球生态系统是一个复杂的系统，作为一个涵盖了整个自然界与 各种生物以及人类活动的大系统，毋庸置疑，它是没有也无法有某一 种确切的外部指令来指导它的整个运作。春夏秋冬四季更替、冷暖交 变晴

7、雨雪雾，以及人类社会的进步与发展，都有其内在的演化规律和 调节机制，使其自主地从无序走上有序，自组织现象在这里发挥的淋 漓尽致。从气候变暖的推理过程：全球气候变暖是因为大气中二氧化碳含 量的增多而导致；二氧化碳的不断增加来自于人类活动的排放。人类 排放二氧化碳是由于大量燃烧煤炭、天然气、砍伐森林等行为。燃烧 煤气砍伐森林是由于要发展工业、促进社会发展，发展工业促进社会 发展是人类提高自身生活水平的要求，不断提高自身生活水平是人类 这种生物生存的本能，最终，正是作为生物生存的本能通过一系列链 条的链接，层层自动推进，最终导致了自然界大气层的变化，进而影 响了整个全球气候系统。在这个过程中，我们无

8、须对各个环节进行质 疑，它的因果联系是必然的客观的，也没有任何人为的指令去指导， 是一个自行演化的过程，因此足见这是一个完整的自组织的过程。自组织原理在系统科学里是混沌学分支。混沌现象起因于物体不 断以某种规则复制前一阶段的运动状态，而产生无法预测的随机效 果。具体而言，混沌现象发生于易变动的物体或系统，经过一定规则 的连续变动之后，物体或系统产生始料所未及的后果，也就是混沌状 态。但这样的混沌状态不同于一般杂乱无章的混乱状况，它经过长期 及完整分析之后，可以从中理出某种规则出来。混沌理论认为在混沌 系统中，初始条件经过微小的变化，经过不断放大，对其未来状态会 造成极其巨大的差别。因此，气候变

9、化就是这样不断放大造成的结果。显然，全球气候变暖不是一个好的现象，生态系统自组织的最终 归宿也不会在这里停顿。由于气候变暖引起天气反常、海平面上升等 后果给人类的居住环境带来的不安和威胁，必然自动地指引人类采取 相关的补救措施来解决这一问题。下一步的气候变化和人类活动又将 会如何变化，生态系统这个自组织的大系统自然会去调节和引领它们 的发展。3、“吸引子”与气候变暖尽管全球气候仍在持续变暖，也持续带来了一系列的不良后果， 然而这并不代表这个问题无法解决。如果找准症结，对症下药，还是 有其合理的改善现状的办法。混沌学的自组织原理告诉我们，系统中一切在吸引子外的状态都 向吸引子靠拢，这是吸引子的作

10、用，反映系统运动保持“稳定”的一 面，而一旦达到吸引子内，其运动又相互排斥，这是“不稳定”的表 现。吸引子提供了一种研究复杂系统变化的行之有效的方法，面对元 素极多的复杂系统，只要找到吸引子，就把握了问题变化发展的趋势。吸引子是混沌理论中的一个重要概念，依照这一理论原理和概 念，对于气候变化的治理办法，就是利用混沌运动的性质，寻找气候 变化的“吸引子”。我们发现，在一个自组织的系统中，往往以一种敏感的方式受制 于它的“吸引子”，吸引子极小的差别会导致系统效应的放大，变成 压倒一切的差别。气候变暖，正是受制于二氧化碳，这就是气候变化 的“吸引子”。在整个生态系统中，二氧化碳是自然的不可缺少的一部

11、分，同时 也与人类的活动息息相关，它沟通着人类活动与自然界。在人类进入 工业社会之前，人类活动对大气中二氧化碳的影响相对较小，地球表 面气体中的二氧化碳自己维持在一定的浓度和比例，地球气候相对处 在一个平衡的状态，不会给人类带来不适。然而，自从进入工业社会 和科技突飞猛进的发展，人类开始大量燃烧煤炭、天然气、砍伐原始 森林等，种种不当行径导致了空气中的二氧化碳数量迅速增加。同时， 鉴于二氧化碳对短波辐射和长波辐射的透过性及吸收性等不同性状， 大气中的温室气体含量迅速增多，必然影响天气变化。长期的排放和 不加收敛，导致了全球范围内的气候变暖，给人类带来了诸多不适应， 冰川融化了，海平面上升了，威

12、胁到了一些岛国；夏天更热了，冬天 不冷了，很多人感到了不适应。此时，生态系统由于二氧化碳的变化 产生了某种程度的失衡和不稳定。由此可见，二氧化碳这个“吸引子” 受制于人类活动又影响着自然界，在沟通二者的过程中给二者带来了 诸多变化和影响。二、结论：运用自组织原理，改善气候变暖现状气候变化与人类活动这一大系统的“吸引子”正是在于二氧化碳。 在理论上，吸引子提供了一种研究复杂系统变化的行之有效的方法， 这给人类维护生态系统的平衡也提供了重要参考价值。当发现了二氧 化碳这个“吸引子”之后，人类在开始反思自己行为过失的同时，利 用这个“吸引子”作为突破口，如今已采取了诸多行之有效的补救措 施。人类已经

13、开始采取措施控制这一状况的持续恶化，国外的零碳城 和国内愈演愈烈的低碳潮就给我们展现出了希望。国内节能减排的呼 声也愈来愈高，去年三月份的“两会”，整个大会更是躬亲实践“减 碳”，减少车辆和纸张的使用；全国一百多个城市如今意图将“低碳” 放在发展经济之先；2010年上海世博会也提出绿色出行鼓励参观者 中和自己的碳足迹;杭州给市民提供5万辆自行车，将工作做在实处； 广元使用低碳建筑实实在在地用能源替代，开发小水电。广元、保定， 甚至是一座农业县城怀来县，都致力于打造“零碳城”，打造出阿联 酋马斯达尔城那样的“太阳城”。最为可喜的是，政府的种种举措、 民间的诸多生态环境保护的呼声和实践，都得到了全国人民的支持和 鼓励。尽管系统在自组织作用下可以进行自行创生、自行演化，生态系 统亦是如此，人类针对气候问题采取的自觉活动也是这个自组织过程 当中的一部分，然而人类仍然需要进行理性合理的思考，使得改善现 状优化生态这一活动得到最大可能尽快尽好的解决。仅仅针对“吸引 子”二氧化碳的减排活动还远不足以维持整个生态大系统的平衡稳 定，在此过程中产生的经济效益损失、社会认可不够和斗争、政府间 责任推托都是伴随产生的不容忽视的新问题。只有做到使得这些因素 以及各个环节协调发展，才能从根本上