地球系统的结构功能概念优秀PPT.ppt

地球系统的结构功能概念第1页，本讲稿共12页一、系统的基本概念一、系统的基本概念 1.系统：由相互联系、相互制约的若干部分结合在一由相互联系、相互制约的若干部分结合在一起组成的具有特定功能的整体。起组成的具有特定功能的整体。系统的特点：（1）整体性：具有整体的结构、整体的状态、整体的行为、整体的功能。整体大于部分之和。（2）多元性：多样性的统一，差异性的统一。第2页，本讲稿共12页2.结构：结构：组分及组分之间关联方式的总和，称为系统的结构。在组分不变的情况下，往往把组分的关联方式就称为结构。系统的基本特征是整体性，但系统为什么能够保持它的整体性，这又必须进一步研究系统的结构问题。第3页，本讲稿共12页3.功能功能我们把系统结构与外部环境相互联系和作用过程的能力称为系统的功能。系统功能体现了一个系统结构与外部环境之间的物质、能量和信息的输入和输出的变换关系。功能是一个过程，这一范畴揭示了系统外部作用的能力，因而是由系统整体的运动表现出来，而首先是由系统的结构所决定的。因为系统的结构是系统保持整体性以及具有一定功能的内部依据，探讨系统的结构与功能的关系，是理解系统基本性质的重要环节。第4页，本讲稿共12页组成系统结构的要素不同，系统的功能也不同：如电灯是用电加热灯丝，达到白炽程度而发光才能照明，提高耐久程度则是改进普通灯泡的关键之一。爱迪生最初研制成功的碳丝灯泡，只能连续点燃40小时；采用耐热金属钨丝代替碳丝，又在灯泡中充入惰性气体氮代替真空，灯泡寿命大为延长。按结构功能的观点看，这是由于组成灯泡系统结构中的要素改变了，因而使灯泡的功能得以提高。组成系统结构的要素相同，但结构不同，其功能也不同一般人最熟悉的莫如炭黑、金刚石和石墨。虽然都由碳原子组成，但碳原子的结合不同，性质迥然不同。碳黑是一种无定形粉末，金刚石的碳原子分布均匀，结合紧密，是一种无色透明、外形为八面体的硬质晶体。石墨体的碳原子层之间的间距大，结合力弱，形成一种软质鳞片状晶体，其强度、塑性和韧性几近于零。第5页，本讲稿共12页系统科学方法系统科学方法系统科学的基础理论，国内称它为系统学。它研究一系统科学的基础理论，国内称它为系统学。它研究一般系统的结构、功能与其进化的一般规律。般系统的结构、功能与其进化的一般规律。从系统观点出发，探讨整体与要素、要素与要素、从系统观点出发，探讨整体与要素、要素与要素、整体与外部环境之间的相互联系，并运用系统、信整体与外部环境之间的相互联系，并运用系统、信息、熵、控制、反馈、稳态、功能、结构、涨落等息、熵、控制、反馈、稳态、功能、结构、涨落等范畴，刻画系统的性质及其进化，都是研究一般系范畴，刻画系统的性质及其进化，都是研究一般系统的方法。这些方法，包括结构方法、功能方法、统的方法。这些方法，包括结构方法、功能方法、历史方法等，可以应用于一切领域的系统研究，因历史方法等，可以应用于一切领域的系统研究，因此，是此，是系统科学的一般方法系统科学的一般方法。第6页，本讲稿共12页北京大钟寺有口大钟，造于明代永乐年间，至今560多年，音质悦耳、幽雅感人，音响更是纯厚绵长，钟声可传出四、五十公里，“有异它钟”。但这些仅是大钟输出的信息，要弄清大钟为什么有这样好的性能，还必须进一步弄清它的结构机理，可是大钟的建造没有详细记载留传下来。直至解放后，我国声学家才用精密超声声速仪精确测定大钟各处厚度，计算出实际重要为46.5吨。经化验分析，大钟合金成分是铜80.54%，锡16.4%，铅1.12%和少量其它金属。这口钟的合金结构比例合适，使钟既经得起重敲，音响又好，被公认属于造钟的最佳比例。世界上记载有许多大钟，但不一定好，如1733年俄国铸造的“皇钟”重193吨，正是由于合金比例及结构的错误，敲第一响就震裂了。可见一个系统的成分与结构，对人类的实践有着重要的指导意义。第7页，本讲稿共12页二、地球系统科学特征二、地球系统科学特征 （一）研究内容的变化（一）研究内容的变化为社会发展服务为社会发展服务 （1）物理过程-化学过程-生物过程-人类活动的影响。（2）解决人口资源环境问题。（二）研究形式的变化（二）研究形式的变化多学科的综合性研究多学科的综合性研究 第8页，本讲稿共12页 （三）组织形式的变化（三）组织形式的变化国际化与合作研究国际化与合作研究 世界气候研究计划（世界气候研究计划（WCRPWCRP）国际地圈生物圈计划（国际地圈生物圈计划（IGBPIGBP）全球环境变化的人类因素计划（全球环境变化的人类因素计划（HDPHDP）国际岩石圈计划（国际岩石圈计划（ILPILP）深海钻探计划深海钻探计划/大洋钻探计划（大洋钻探计划（DSDP/ODPDSDP/ODP）全球海洋生态系统动力学研究（全球海洋生态系统动力学研究（GLOBECGLOBEC）世界大洋环流实验计划（世界大洋环流实验计划（WOCEWOCE）国际减灾十年计划国际减灾十年计划 国际生物多样性计划国际生物多样性计划第9页，本讲稿共12页 （四）信息交流的变化四）信息交流的变化地球信息科地球信息科学的诞生学的诞生 地学领域形成了由测绘、摄影测量与遥感、地图学、地理信息系统、计算机图形学、卫星定位技术、专家系统及现代通信技术类等的有机结合的又一跨学科研究领域发展。（五（五）方法手段的变化）方法手段的变化高新技术的应高新技术的应用用第10页，本讲稿共12页三、地球系统科学的研究步骤三、地球系统科学的研究步骤 （一）现象的观测和数据的积累 （二）对数据进行分析和解释 （三）建立概念模型和数学模型 （四）验证模型第11页，本讲稿共12页四、地球系统科学的方法论四、地球系统科学的方法论 （一）全球与区域信息获取（一）全球与区域信息获取 （二）海量信息处理和分析（二）海量信息处理和分析 （三）地球系统模型（三）地球系统模型局部描述与整体描述相结合确定性描述与不确定性描述相结合系统分析与系统综合相结合数学模型基于计算机的模型 第12页，本讲稿共12页