综合自然地理 第二章 自然地理系统的整体性.ppt

1、第二章着重阐述自然地理系统的整体性、自然地理环境的整体性，阐述各构成成分之间的相互关系以及自然地理系统的基本特征。 难点整体的认识过程。 系统论自始至终不过几十年的历史，但以不可替代的综合、总体、优化特性渗透到自然科学、社会科学的很多领域，解决工业、交通运输、电力网、通讯网、环境保护、城市规划、水源利用、能源开发、社会经济等方面的多种系统方法在地理科学得到广泛应用并得到大家公认。 系统论已引入地理学，用于研究地理环境的结构、功能及其演化，地理思维使结构和方法发生了深刻变化，把旧地理学从定性分析和解释引入了量化分析与定性解释相结合的阶段。 目前，虽然自然地理学原理并未完全基于系统论，但许多重要问

2、题仍有待深入探讨.但是，这一科学方法学有助于更深入了解自然地理环境的一般规律.基于对这些个规律的传统解释，用系统论的基本理论进一步阐述其新的思维方法第一节系统综述、系统综述、一、系统概念、三、系统的主要特征、系统尺度、规模和范围按系统与环境的关系按人与自然的关系分类、二、按系统分类、整体层次的关联性稳定性的变化、系统综述、一自然界的一切都是系统存在的有机的整体， 物质世界整体、宇宙天体、太阳系、原子、基本粒子，都是由相互关联、相互作用的几个部分构成的。 1 .系统尺度、规模和范围：星系等宇宙系统，整个宇宙宏命令系统周边宏命令物体，如生态系统、人体系统。 原子中的电子的壳层构造和原子核构造系等的

3、微观系统是细胞球中的核、质、膜相互关联和相互作用的系统。 二、系统分类二、系统与环境的关系类别：开放系统系统与环境之间有物质、能源、信息的交换与流通。 在封闭系统系统和环境之间只有能量的交换和流通，没有物质的交换。 孤立的系统系统与环境无关地工作。 系统分类，3，人与自然的关系类别：所谓自然系统，是指没有人工印记的各种客观系统，如天然生态系统。 所谓人工系统，是指在人造的制造的各种系统，由生成于人造的的各种要素构成。 例如生产、交通运输、管理系统等。 自然与人文的复合系统是指人类利用自然、改造自然的各种系统，如水利发电系统、农业系统。系统分类、三、系统的主要特征、(一)整体性、(二)层次性、(

4、三)相关性、(四)稳定性、(五)变异性、整体性概念的发展传统观点的整体性内关联性系统观点的整体性构造功能的整体性地球表层由地质、地形、气候、水文、土壤、动物等成分构成， 这些个无机自然段和有机自然段的各组成成分相互关联、相互作用，通过自然的历史过程，形成自然地理综合体，该综合体的任何成分或环节的变化影响其他成分或环节的变化，甚至是整体的变化。 系统的主要特征是整体性，如，我们位于暖温带落叶阔叶林带，作物一年两熟，寒冷和温带气候，无霜期短，作物一年一熟，只能种植耐寒、生长期短的作物。同样，地形要素变化，引起一系列的变化，华北平原发生地壳运动，上升1000米以上，气温下降，降水相应地变化，土壤、植

5、被也变化。 传统观点：基于自然综合体学说，运用因果规律，揭示自然地理环境的动态特征，一个因素的变化影响其他因素，体现自然综合体体内各因素的内在关联性，传统观点的整体性是内在关联的整体性。 但是，以往的观点是定性的记述，不能定量地表现整体的原理。 随着科学技术的进步和新学科领域的发展，特别是系统论的出现，对整体性有了新的认识。系统的主要特征整体性、2、系统思想功能和结构的整体性(1)功能整体性是系统在外界和内部表现的效果(包括物质和能量、信息等的传递和转换)。 系统论具有重要的原理、功能、超越性性原理，整体系统中子系统所没有的整个功能大于各部分之和。 整体和部分的关系主要表现为三种情况：整体=部

6、分之和整体之和、系统的主要特征整体性、系统整体等于系统各构成部分之和是经过严格精确数学多次证明的命题，几何和代数从来没有把这种关系作为绝对正确的真理。 但是，这个命题只对联系不紧密的松散系统成立，只适用于由各要素机械构成的系统。 苹果的筐和沙粒的山等。如果系统的整体比各部分的和小，系统的各部分互相缠绕，互相抑制，混入寄生现象和坏死的要素，这样的系统常常使整体的能量大大降低，出现“三个和尚不喝水”的状况。 如果系统的整体大于各个部分的和，并且系统中的各个组件相互协作，那么在系统上就会出现新的质量，即在整体系统上没有的功能。系统的主要特征的整体性质，例如人双眼视觉觉功能，大大超过了对两个单眼视觉感

7、知功能的简单加法的修正。 双眼的视敏度比单眼高610倍，双眼的视觉感知形成立体感，但单眼无力。 另外，当时拿破仑在埃及作战时，同样是少数民族的马木留克对战，马木留克兵对英勇的，个人格斗技术很好。 法国兵当时取得了很多胜利，但三个马木留克兵一定能战胜三个法国兵。 一百个马木留克兵和一百个法国兵势均力敌。 300名法国士兵绝对能战胜300名马木留克兵。 这是因为法国士兵在大兵团作战中相互配合得很好，而马木留克兵不擅长协同作战，这起到了整体作用，整体出现的功能不在各部之和。 (2)结构完整性系统科学取决于系统的整体功能与各元件的相互结合方式，通常被称为结构。 因此，总体功能依赖于系统的结构，从以上例

8、子可以看出法国兵相互配合，结构好，总体功能好，马木留兵不善于协同作战，结构差，总体功能小于部门和。 从字面上看，结构是各构成要素的组合和排列。 结构和功能紧密相连，结构是完成功能的框架和渠道。 也就是说，物质、能量、情报的传递和变换是通过系统的构造来实现的。 相反，物质、能量、信息的传递和转换是维持结构存在和发展的基础。 结构和功能是相互关联的不可分割的两面，不存在没有结构的功能和没有功能的结构。 系统的主要特征是整体性，研究整体性必须一边研究整体功能认识其综合效果，一边研究其功能是由怎样的结构决定的。 研究系统如何随结构、功能的变化而变化，目的是提高整体功能。与传统观点相比，系统的结构和功能

9、的整体性反映了自然综合体的内在联系和云同步，并定量反映了地球表层物质能量转化的关系。 弥补了传统观点的不足。 因为系统观点的整体性与能量的流动有关，与热力学第一定律有关，所以用热力学第一定律探讨地球表层的能量的流动和转换。 系统的主要特征是包容性，热力学第一定律：能量守恒。 能量既不能创造也不能消灭，这是普遍的规律，地球表层的能量流也必须遵循这个规律。 太阳能进入地球表层后，转化为热能，地面温度与大气温度增加，参与水分蒸发热、地形、土壤形成过程，大气环流、海流运动等都与热能有关，地面通过长波辐射，热能输出到空间，完成收支量的平衡，能量守恒的普遍原则热力学第一定律只要求能量在转换过程中保存，而不

10、限制过程的发展方向。 热力学的第二定律不同，是有关过程进行的方向问题。 克劳迪娅说，能量从高密度的表兄弟流向低密度的表兄弟，直到一切都变得均匀。 指出，系统的主要特征是整体性，孤立系统总是从高温物体向低温物体自动传递热量，不能反向传递，两个物体达到相同温度，是不可逆的自发过程。 起决定作用的是能量密度的差异和向平均单向式的流动。 他创造了“熵”这个术语，表示所有能量在空间分布中的均匀性，用他的话来说，“能量密度的差有均匀的倾向”是自然段的普遍法则，换句话说，“熵随时间增大”是混乱程度吗熵越大，系统越混乱，相反，系统越有序。 例1 :中国有“泾渭分明”的说法，泾河水浑浊。 泾河流入渭河时，清浊不

11、淤，比喻界限线清晰，是非分明。 这种秩序状态是暂时的，他们自动混合后，就分不清哪个是洼河水，哪个是渭河水了。 说明能量密度的差异向均匀的方向流动。 /两个水库，水的高度不同，一个低，把他们连接起来，水就从高水位的水库流向低水库，两个水库的水面是一样的。 两个例子都表明能量有均匀分布的趋势。 熵值随时间增大，能量完全均匀分布，熵值最大，即混乱度和无序度最高。 系统的主要特征是包容性，克劳迪娅将热力学第二定律传播到宇宙，而根据熵增原理，宇宙中能量分布不断趋于均匀。 宇宙越来越大，最后必须达到最大值平衡态。 整个宇宙朝着混乱的方向走向无秩序，一切运动停止，最后达到“沉默”。 但是，地壳进化的历史正相

12、反，沧海桑田变迁，生物界的人类出现了。 正在从简单向复杂、从低级向高级进化。 这一进化过程与静寂说的预言退化形成了完全不同的鲜明对比。 初期的热力学只考虑了系统的内部联系，不考虑系统和外部环境的联系。 近年来新的耗散结构理论成功地揭示了这个问题。 系统的主要特征是整体性，创立者：普里戈金比利时人的脚手架：系统与外界环境的相互关系、相互作用、弥补了早期热力学的不足。 (1)什么是耗散结构？ 平衡的开放系统，通过不断地与外界交换物质和能量，当外界条件的变化达到一定的阈值时，有可能从原来的混乱无序状态转变为时间、空间或功能的有序状态，在这种平衡的状况下形成的新的有序结构，是不断地与外界的物质、系统的

13、主要特征整体性，3、耗散结构理论非平衡有序系统的整体性，两层含义：开放系统：系统和外界环境有物质和能量，信息交换是在一定条件下，使系统无序化. 简言之，就是消耗外界环境的物质、能源来维持系统内部的新秩序结构。 (2)耗散结构理论开放式系统熵的变化通过引入外界负熵流降低系统总熵，使系统从无序转变为有序状态，维持系统稳定。 但是，为了强调这种稳定是非平衡的稳定状态，系统内部的能量总是均等，熵不断增加，只有在不断从外部输入负的熵流的情况下，才可以保持相对的稳定。 外界的条件一旦被撤销，混乱度和无序度增加，系统恢复无秩序状态。 沙漠的绿洲，就是不断地从外界得到物质、能量为负的熵流的输入，保持这个秩序状

14、态。 一旦断水，就会马上变成不长草的沙漠。 自组织现象：耗散结构与外部交换物质、能量时在云同步内有自组织能力，有无序化的过程。 例如，生物有机体将光、热、水、二氧化碳等无序物质、能量转换成糖类合成，变成无机储藏在体内，变成无序形成有序的过程。 另外，他还吟诵道：“野火不熄，春风吹又生”，大火燃烧后，第二年春天有着可一盏茶的阳光和雨水的滋润，恢复了原状。 说明自然地理环境中有自我组织能力。系统的主要特征是整体性，信息：物质、能量和信息是现代科学研究的三个主题，以前仅介绍了耗散结构及其物质能量转化的基本情况。 用信息概念认识地球表层整体性的新课题之一。 一般理解：信息信息、知识。 我们理解信息是建

15、立物质之间联系的特殊形式。 任何物质的运动形态都可以发生交换信息，信息也可以通过物质现象进行运动传播。 天体发出的电磁波包含天体的构成、年龄、运动等各种信息。 化石提供了关于地质时期古动物、植物、地壳变迁的信息。 信息是事物存在形态的运动状态和规律的特征。 人们之所以把信息作为信息、知识来理解，是因为物质构造、状态和历史反映在人的脑中，以人的语言、文字、符号等形式转换而得到的。 系统的主要特征是总体，信息反映物质、能量分布和变化程度，而信息在自然段和社会物质运动中执行这种联系功能。 所谓信息就是系统的秩序性，所谓信息就是负熵。 生物和人都得不到信息。 新陈代谢是动物不断从环境中摄取必要的食物、

16、空气和水，通过机体的生理机能消化、吸收食物，使之成为机体的一部分，排出残渣的过程。 一个有序系统是输入信息量或向外部输出负熵，使得例如，生物进化可以认为是系统信息量的增加或熵的减少的变化。 信息既不是物质也不是能量，但它的传播离不开物质和能量，物质和能量是如何存在的？ 有什么运动规则？ 为了了解这些个，还必须传达他们的信息。 物质、能源、信息是构成客观世界的三个基石，系统的主要特征是整体性的，整体概念在不断发展和深化。 从传统的观点描述了内在联系的整体性、从定性到系统思想结构和功能的整体性和耗散结构理论的非平衡有序系统的整体性，丰富了整体性原理，使人们从物质流动、能量流动、信息流、三个互补的客

17、观过程中认识到整体性。 从具有耗散结构的开放式秩序系统的整体功能来把握整体性。 整体性是物质、能量和信息在消散结构体系中的运动、变化和发展的整体性。 运用这些个新理论认识地球表层仍在初级阶段和探索中。要求：把握整体概念，包括不同观点的整体意义。 的双曲馀弦值。 系统的主要特征是总体，每个系统由子系统组成，它本身是更大系统的一部分。 可以从不同的角度分析系统的层次。系统的主要特征层次性、1、空间层次性反映了系统范围的包含关系，如国家政体与人体组织的层次结构：全国省市县农村个体大姨妈系统器官组织细胞分子、层次性、空间层次性、时间层次性、(2)层次性、2、 时间层次性随着系统的进化而具有阶段性例如人体经验的阶段：胎儿儿童小二哥中年时间层次性是系统发展的规律表现，理解系统发展的时间层次性是认识系统发展变化规律，对人工系统的研发、设定及改造具有重要意义。 系统论把整个客观世界看作是一个结构秩序、多