地球系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能概念

1、地球系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能概念第1頁，共12頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二一、系統(tǒng)的基本概念 1. 系統(tǒng)：由相互聯(lián)系、相互制約的若干部分結(jié)合在一起組成的具有特定功能的整體。 系統(tǒng)的特點(diǎn)： （1）整體性：具有整體的結(jié)構(gòu)、整體的狀態(tài)、整體的行為、整體的功能。 整體大于部分之和。 （2）多元性：多樣性的統(tǒng)一，差異性的統(tǒng)一。 第2頁，共12頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二2. 結(jié)構(gòu)：組分及組分之間關(guān)聯(lián)方式的總和，稱為系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。在組分不變的情況下，往往把組分的關(guān)聯(lián)方式就稱為結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的基本特征是整體性，但系統(tǒng)為什么能夠保持它的整體性，這又必須進(jìn)一步研究系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)問題。 第3頁，共

2、12頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二3. 功能我們把系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境相互聯(lián)系和作用過程的能力稱為系統(tǒng)的功能。系統(tǒng)功能體現(xiàn)了一個系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與外部環(huán)境之間的物質(zhì)、能量和信息的輸入和輸出的變換關(guān)系。功能是一個過程，這一范疇揭示了系統(tǒng)外部作用的能力，因而是由系統(tǒng)整體的運(yùn)動表現(xiàn)出來，而首先是由系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)所決定的。因?yàn)橄到y(tǒng)的結(jié)構(gòu)是系統(tǒng)保持整體性以及具有一定功能的內(nèi)部依據(jù)，探討系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系，是理解系統(tǒng)基本性質(zhì)的重要環(huán)節(jié)。 第4頁，共12頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要素不同，系統(tǒng)的功能也不同：如電燈是用電加熱燈絲，達(dá)到白熾程度而發(fā)光才能照明，提高耐久程度

3、則是改進(jìn)普通燈泡的關(guān)鍵之一。愛迪生最初研制成功的碳絲燈泡，只能連續(xù)點(diǎn)燃40小時；采用耐熱金屬鎢絲代替碳絲，又在燈泡中充入惰性氣體氮代替真空，燈泡壽命大為延長。按結(jié)構(gòu)功能的觀點(diǎn)看，這是由于組成燈泡系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中的要素改變了，因而使燈泡的功能得以提高。組成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的要素相同，但結(jié)構(gòu)不同，其功能也不同一般人最熟悉的莫如炭黑、金剛石和石墨。雖然都由碳原子組成，但碳原子的結(jié)合不同，性質(zhì)迥然不同。碳黑是一種無定形粉末，金剛石的碳原子分布均勻，結(jié)合緊密，是一種無色透明、外形為八面體的硬質(zhì)晶體。石墨體的碳原子層之間的間距大，結(jié)合力弱，形成一種軟質(zhì)鱗片狀晶體，其強(qiáng)度、塑性和韌性幾近于零。 第5頁，共12頁，2022

4、年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二系統(tǒng)科學(xué)方法系統(tǒng)科學(xué)的基礎(chǔ)理論，國內(nèi)稱它為系統(tǒng)學(xué)。它研究一般系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能與其進(jìn)化的一般規(guī)律。從系統(tǒng)觀點(diǎn)出發(fā)，探討整體與要素、要素與要素、整體與外部環(huán)境之間的相互聯(lián)系，并運(yùn)用系統(tǒng)、信息、熵、控制、反饋、穩(wěn)態(tài)、功能、結(jié)構(gòu)、漲落等范疇，刻畫系統(tǒng)的性質(zhì)及其進(jìn)化，都是研究一般系統(tǒng)的方法。這些方法，包括結(jié)構(gòu)方法、功能方法、歷史方法等，可以應(yīng)用于一切領(lǐng)域的系統(tǒng)研究，因此，是系統(tǒng)科學(xué)的一般方法。第6頁，共12頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二北京大鐘寺有口大鐘，造于明代永樂年間，至今560多年，音質(zhì)悅耳、幽雅感人，音響更是純厚綿長，鐘聲可傳出四、五十公里，“有

5、異它鐘”。但這些僅是大鐘輸出的信息，要弄清大鐘為什么有這樣好的性能，還必須進(jìn)一步弄清它的結(jié)構(gòu)機(jī)理，可是大鐘的建造沒有詳細(xì)記載留傳下來。直至解放后，我國聲學(xué)家才用精密超聲聲速儀精確測定大鐘各處厚度，計算出實(shí)際重要為46.5噸。經(jīng)化驗(yàn)分析，大鐘合金成分是銅80.54%，錫16.4%，鉛1.12% 和少量其它金屬。這口鐘的合金結(jié)構(gòu)比例合適，使鐘既經(jīng)得起重敲，音響又好，被公認(rèn)屬于造鐘的最佳比例。世界上記載有許多大鐘，但不一定好，如1733年俄國鑄造的“皇鐘”重193噸，正是由于合金比例及結(jié)構(gòu)的錯誤，敲第一響就震裂了。可見一個系統(tǒng)的成分與結(jié)構(gòu)，對人類的實(shí)踐有著重要的指導(dǎo)意義。 第7頁，共12頁，2022

6、年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二二、地球系統(tǒng)科學(xué)特征 （一）研究內(nèi)容的變化為社會發(fā)展服務(wù) （1）物理過程-化學(xué)過程-生物過程-人類活動的影響。 （2）解決人口資源環(huán)境問題。 （二）研究形式的變化多學(xué)科的綜合性研究 第8頁，共12頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二 （三）組織形式的變化國際化與合作研究 世界氣候研究計劃（WCRP） 國際地圈生物圈計劃（IGBP） 全球環(huán)境變化的人類因素計劃（HDP） 國際巖石圈計劃（ILP） 深海鉆探計劃/大洋鉆探計劃（DSDP/ODP） 全球海洋生態(tài)系統(tǒng)動力學(xué)研究（GLOBEC） 世界大洋環(huán)流實(shí)驗(yàn)計劃（WOCE） 國際減災(zāi)十年計劃 國際生物多樣性計劃第9頁，共12頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二 （四）信息交流的變化地球信息科學(xué)的誕生 地學(xué)領(lǐng)域形成了由測繪、攝影測量與遙感、地圖學(xué)、地理信息系統(tǒng)、計算機(jī)圖形學(xué)、衛(wèi)星定位技術(shù)、專家系統(tǒng)及現(xiàn)代通信技術(shù)類等的有機(jī)結(jié)合的又一跨學(xué)科研究領(lǐng)域發(fā)展。（五）方法手段的變化高新技術(shù)的應(yīng)用第10頁，共12頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二三、地球系統(tǒng)科學(xué)的研究步驟 （一）現(xiàn)象的觀測和數(shù)據(jù)的積累 （二）對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和解釋 （三）建立概念模型和數(shù)學(xué)模型 （四）驗(yàn)證模型第11頁，共12頁，2022年，5月20日，11點(diǎn)4分，星期二四、地球系統(tǒng)科學(xué)的方法論 （一）全球與區(qū)域