第四节 自然地理环境的系统框架

1、第四节第四节 自然地理环境的系统自然地理环境的系统 框架框架 系统论是包括一般系统论、信息论、控制论、 突变理论、耗散结构理论、协同学等一系列新 型理论和方法的综合性理论体系。它从横向综 合的角度研究物质运动的规律，揭示客观世界 各种不同物质运动形式内在的共同属性与共同 规律，为人们研究事物提供新的科学方法论。 完全有理由把代表着现代思维方式（系统思维） 和具有现代描述手段（数学描述）的系统论的 理论和方法引入自然地理学，引起自然地理学 乃至整个地理学的革新。 第四节第四节 自然地理环境的系统自然地理环境的系统 框架框架 一、系统的基本概念 二、系统的基本分类 三、系统研究的基本原则 一、系统

2、的基本概念 系统的一般定义为：系统是相互关联的元素的 集。通俗地说，系统是相互作用的若干要素的 复合体。 其他定义 系统系统是指相互联系的部分（要素） 按一定秩序 组合而成的、具有特定功能的整体。系统之外 的所有物质和能量都称为该系统的环境。系统 结构结构是指系统内部相对稳定的组织形式（秩序） 或分布关系的总称，有空间结构和时间结构。 功能功能是指系统内部各要素之间活动关系的总体。 功能与结构 (1) 系统结构系统结构就是系统内部各要素之间的特殊网络特殊网络 关系关系。即是系统内部的物质流、能量流、信息流物质流、能量流、信息流和流流 通渠通渠道。也可以理解为系统的骨架系统的骨架。 现实世界中，

3、往往在构成要素相同的情况下，各要素 的组合方式不同，即结构不同，系统的整体功能也大结构不同，系统的整体功能也大 不一样不一样。如：石墨石墨：层状结构松软铅笔芯金刚石金刚石： 岛状结构坚硬钻石 (2) 系统功能系统功能是指物质、能量、信息物质、能量、信息在系统内传递传递 转化的外部表现转化的外部表现。 例如：土壤、草本植物和食草动物土壤、草本植物和食草动物三个子系统通过结 构网络构成一个生态系统生态系统，其功能正是结构网络保证 物质、能量在系统中传递和转化。一旦这种传递和转 化受阻，整个生态系统就会陷于解体，系统的结构网 络将不复存在。 一、系统的基本概念 环境 系统外界的其他事物就构成了该系统

4、的 环境。 地理环境（地理系统）的环境是宇宙空 间和地球内部都是这个系统的环境环境。 系统与环境之间进行着能量、物质和信 息的交换。能量流、物质流和信息流把 系统联系成一个整体。 二、系统的基本分类 l.l.功能类型功能类型 2.2.结构类型结构类型 3.3.其他分类其他分类 l.l.功能类型功能类型 （1）孤立系统（isolate systems） （2）封闭系统（closed systems） （3）开放系统（open systems） 1）孤立系统（isolate systems） 这类系统的边界封闭，系统与外界既没 有物质交换，也没有能量交换。自然界 中极少出现这类系统。 熵最大ds=

5、0 （2）封闭系统（closed systems） 这类系统可以通过边界与环境交换能量， 但是没有物质的交换。如果我们忽略落 下的陨石和宇宙尘埃，整个地球就可以 看作封闭系统。地球接受太阳辐射，又 向星际辐冷区进行辐射。 低温维持的结构是一种“死”的结构， 是一种没有宏观物质和能量流动的结构， 如晶体结构。 （3）开放系统（open systems）。 这类系统与环境既有能量的传输，也有物 质的交换。其特征是不断地进行能量、物 质和信息的输入与输出（没有这种交换， 系统不可能存在和发展）；它能通过反馈 进行自我调节，使输入与输出实现动态平 衡，维持系统的结构稳定和功能稳定；在 与环境的相互作用

6、中，具有不断复杂化和 完善化的演化能力。 开锅的牛奶结构。活人体。 地球表层地球表层是全球性的自然地理系统，是一个开放系统是一个开放系统，通过它 的上下界与外界进行能量与物质的交换。地球表层内部任一自任一自 然综合体也是开放系统然综合体也是开放系统，它与周围的其他自然综合体不断地交 换着能量和物质，实现太阳能的转换与传输、大气的运行、水 分的循环、固体物质的迁移和有机物与无机物的转化。正因为正因为 如此，才得以构成不同等级的自然综合体，即不同组织水平的如此，才得以构成不同等级的自然综合体，即不同组织水平的 自然地理子系统。自然地理子系统。 2.2.结构类型结构类型 （1）形态系统（morpho

7、logical systems） （2）级联系统（cascading systems） （3）过程-响应系统（Process-response systems） （4）控制系统（control systems） （1）形态系统（morphological systems） 形态系统单纯由系统组成要素之间的结形态系统单纯由系统组成要素之间的结 构网络来确定构网络来确定。 在地理研究中，只要求找出研究对象 （系统）所包含的要素，确定各个要素 之间的相互联系渠道以及这种联系的方 向和强度，就能建立一个形态系统。 它可以体现它可以体现“地理事实地理事实”或或“地理结地理结 构构”。 形态系统 （2）（

8、cascading systems） 这是由能量或物质流通的路径路径来确定的 系统。 建立这类系统，就要考虑能量或物质输能量或物质输 入输出入输出及其在系统内部传输的机制和途传输的机制和途 径。径。 级联系统可以体现体现“地理过程地理过程”。 级联系统 （3）过程-响应系统（Process- response systems） 这类系统至少应有一个形态系统与一个一个 级联系统相耦合级联系统相耦合。 因此可以显示出从“形态”到“过程”、 从“结构”（内在秩序）到“功能” （对外作用；外在秩序）、从“空间” 到“时间”（动态变化）的特性。 这是地理系统中比较高级的一种类型， 更加接近于现实的状况。

9、 以磷在此生态系统中的传递和转化以磷在此生态系统中的传递和转化 说明说明：人们将磷施于(输人)土壤后 首先溶解于土壤水中随后被植物 的根系吸收而进入植物体内，参加 植物体的建造植物体的磷 归还给土壤归还给土壤：一部分由于植物死亡 变成枯枝落叶土壤土壤； 输出生态系统之外输出生态系统之外：另一部分被食 草动物取食动物体内，参与动物 体的代谢输出到该生态系统之外。 过程-响应系统 （4）控制系统（control systems） 当一个过程-响应系统的某个关键部分被某种被某种 机制所控制，机制所控制，这个系统就成为控制系统。 这种控制机制使系统按照某种预定的方式运行预定的方式运行。 前述系统中的土

10、壤子系统就属于该系统的关键土壤子系统就属于该系统的关键 部分。部分。人们可以通过对磷肥施用的控制使系统 中磷的含量达到稳定的动态平衡。 控制系统 3.其他分类其他分类 （l）小系统 （2）大系统 （3）简单巨系统 （4）复杂巨系统 （l）小系统 这类系统只有为数不多的子系统，并且 相应地可用少数几个变量来描述。 （2）大系统 这类系统子系统的数量大，子系统互相 关联，每个子系统都有自己的参数，需 运用大型电子计算机来建立大量的方程 和求解大量的未知数。 （3）简单巨系统 其子系统数巨大，多达上万上亿，但子 系统类型不多。这类系统可用统计物理 或统计力学的方法处理。 （4）复杂巨系统 其子系统不仅数量巨大，而且种类繁多，关系 复杂。例如地球表层就是一个复杂的巨系统，地球表层就是一个复杂的巨系统， 而且是一个开放的复杂巨系统。这类系统由于 太复杂，不能用传统的科学方法即培根或还原 论的方法（把复杂的事物分解为若干较简单的 部分，甚至再分解为更简单的部分来研究的方 法）来处理。 钱学森提出了一种“从定性到定量的综合集成 法”来处理复杂巨系统问题。 三、系统研究的基本原则 1.整体性原则整体性原则 2.综合性原则综合性原则 3.层次性原则层次性原则 4.4.功能结构性原则功能结构性原则 5.动态性原则动态性原则 1.