第二章系统科学与自然地理系统第一节系统科学概述二、关于系统的几个基本概念3．相互联系相互联系是指系统各要素之间以及系统与环境之间通过某种方式相互影响、相互制约、相互依存的性质。其实质是指系统各要素之间以及系统与环境之间发生的广泛的物质、能量和信息交换。物质：是指物理学上的宏观、中观和微观实体材料，包括各种固体、液体和气体物质。能量：是度量物质运动能力强弱的概念。如热能、势能和动能等，它是以物质为载体。信息：是一个抽象概念，是主体（人和其它事物）所感知的事物运动状态和存在方式的形式、含义和效用的知识或情报。4.结构系统的结构是指系统内部各要素相对稳定的组织形式（秩序）或分布关系的总称。其实质是各要素间物质、能量和信息的流通和转换。系统的结构有三种基本形式：空间结构：是指系统各要素在空间上的排列组合或分布形式。时间结构：是指系统各要素随时间的进程所表现出来的有规律变化或分布形式。时空结构：是系统的时间结构和空间结构的统一。5．功能功能是系统内部要素之间活动关系的总称。系统的功能表现形式多种多样，但最终都体现在系统把接受的环境作用（输入）转换为系统对环境的作用（输出）的能力，即系统对输入的响应能力。三、系统的基本性质2、稳定性系统的稳定性（自稳性）：指系统的性质是在一定的内外干扰下不发生相应改变或发生改变后可以自动恢复原来状态的性能。系统之所以具有稳定性是由于系统内部存在一系列负反馈机制或自我调节机制。2、稳定性负反馈是指反馈的信息与输入的信息方向相反或符号相反，系统按原来方向发展的趋势被抑制，出现与原来方向相反的发展趋势的反馈；正反馈是指反馈的信息与输入的信息方向相同或符号相同，系统按原来方向进一步发展的反馈。正反馈可以使系统偏离正常状态，表现出不稳定性；负反馈可以抑制系统偏离正常状态，保持系统的稳定性。3.层次性系统内部的结构通常是有一定组织层次或级别的。反映系统的复杂程度。4、开放性系统的开放性：指系统与其周围环境的联系性质，也就是系统与其环境发生物质、能量和信息交换的性能。其表现是系统从其周围环境输入物质、能量与信息，以及经由系统向其外环境输出物质、能量与信息。系统的开放性是一切系统存在与演化的前提，也是系统的一个普遍特性。5、动态性系统状态随时间不断变化的性质称为系统的动态性。系统动态性有多种表现形式：周期性与非周期性变化关系；线性与非线性变化；渐变与突变。6、自组织性系统的自组织性是指组织水平低的系统由于其内部各要素间的协同动作或联合行动，使系统的组织水平不断提高，即其有序程度逐步提高的性质。四、系统科学的基本内容控制论由美国数学家维纳创立。控制论是通过调节系统的信息反馈过程，对系统的功能和行为实施控制，以实现系统达到最终稳定的目的。一般系统论，信息论与控制论存在着有机的联系。一般系统论着重揭示系统的一般原理与基本规律。信息论注重定量地表述系统内部以及系统与环境间的联系。一个系统的信息量的大小反映着该系统的组织水平的高低，系统越复杂，信息就越重要。控制论着重运用系统论与信息论的原理与方法对系统实施调节控制。2.耗散结构论、突变论与协同论耗散结构论：比利时物理化学家普利高津（1969）首次提出。自然界中的许多开放系统在远离平衡态情况下可形成新的有序的结构，称之为“耗散结构”。突变论：法国数学家托姆（1972）提出。系统的突变是非线性动力学系统的一个普遍属性，突变论研究系统的连续过程中发生突然变化即不连续变化的机理，为系统从一种状态到另一种状态的转变提供了更精确的数学表述方法。协同论：德国理论物理学家哈肯（1977）提出。协同论认为，一个与环境有物质、能量和信息交换的开放系统，在其内部参量达到某一阈值时，系统即可通过各子系统的协调作用和相干（涉）效应，使系统从无序混乱状态转变为宏观有序状态。3.混沌论与分形几何学混沌论：美国气象学家洛伦兹（1963）提出。“混沌”是指在复杂系统内部，某些看似确定性的事件中隐含着不确定性、不可预测性的随机现象，这种现象是由系统内部的性质决定的。分形论：又称分形几何学或混沌几何学，美国应用数学家曼德尔布洛特（1975）提出。分形论举例说，自然界中有若干几何形状，当用不同比例尺的量度单位去测量时，会发现其几何形状总具有相似性。五、系统的分类五、系统的分类六、自然地理系统及其分类2、按“结构—功能”的分类—乔莱分类原则：系统结构与功能的复杂程度。目的：估计各类地理系统的解析难度和完成系统分析所需要的地理信息及各类参数。按系统结构与功能的由简单到复杂，分为形态系统、级联系统、过程-响应系统和控制系统。（1）形态系统：依照系统的各组成成分（或要素）之间的结构网络形式及性质划分的系统。（2）级联系统：这种系统是由物质或能量的运行路径