地球表层环境的优化调控.ppt

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1、面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社第十七章第十七章 地球表层环境的优化调控地球表层环境的优化调控面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学

2、（第二版）（第二版）第十七章第十七章 地球表层环境的优化调控地球表层环境的优化调控第一节第一节 优化调控概述优化调控概述第二节第二节 优化调控原理优化调控原理第三节第三节 优化调控的途径优化调控的途径第四节第四节 优化调控的方法与模型优化调控的方法与模型高等教育出版社高等教育出版社 高等教育电子音像出版社高等教育电子音像出版社面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）第一节第一节 优化调控概述优化

3、调控概述 概概念念:地地表表环环境境的的优优化化调调控控，就就是是通通过过人人类类有有目目的的的的干干预预，使使地地表表环环境境朝朝着着更更加加有有利利于于人人类类的的方方向向发发展展，达达到到人人类类所所预预期期的的地地表环境目标。表环境目标。实实质质:是是人人类类不不断断协协调调人人与与环环境境之之间间关关系系的的过过程程，通通过过地地表表环环境的优化，达到人与环境之间关系高度协调与统一。境的优化，达到人与环境之间关系高度协调与统一。难难点点:地地表表环环境境是是一一个个极极其其复复杂杂的的大大系系统统，人人类类对对自自然然环环境境发发展展演演化化的的规规律律还还缺缺乏乏足足够够的的认认识

4、识，人人类类对对环环境境的的调调控控能能力力还还相相当当有限，特别是难以对长时间大范围的自然环境系统实施调控。有限，特别是难以对长时间大范围的自然环境系统实施调控。面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）第二节第二节 优化调控原理优化调控原理（一）系统与系统学的思想（一）系统与系统学的思想（二）系统的反馈与控制（二）系统的反馈与控制（三）系统的优化（三）系统的优化一、优化调控的理论基础一、优化调

5、控的理论基础面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）（一）系统与系统学的思想（一）系统与系统学的思想 系统是广泛应用于各学科的一个基本概念，但有关系统的系统是广泛应用于各学科的一个基本概念，但有关系统的定义多种多样，尚不统一。一般认为，系统是由相互作用的若定义多种多样，尚不统一。一般认为，系统是由相互作用的若干要素或部分组成的、具有一定功能的有机整体。干要素或部分组成的、具有一定功能的有机整体。

6、系统论作为一种科学的方法论，是系统思想的重要基石。系统论作为一种科学的方法论，是系统思想的重要基石。它的主要原理包括整体性原理、层次性原理、相关性原理、结它的主要原理包括整体性原理、层次性原理、相关性原理、结构性原理、动态性原理、目的性原理等。构性原理、动态性原理、目的性原理等。1.1.系统的概念系统的概念面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）2.2.耗散结构理论耗散结构理论 普利高津认为，对

7、一个处于非平衡态的开放系统而言，在普利高津认为，对一个处于非平衡态的开放系统而言，在不断与外界环境进行物质和能量交换的条件下，当外界环境的不断与外界环境进行物质和能量交换的条件下，当外界环境的变化达到一定的阈值时，量变就能导致质变，系统可以从原来变化达到一定的阈值时，量变就能导致质变，系统可以从原来混沌的无序状态变为一种在时间、空间和功能上均稳定的有序混沌的无序状态变为一种在时间、空间和功能上均稳定的有序状态。他把这种在非平衡的状态下形成的新的稳定有序的结构状态。他把这种在非平衡的状态下形成的新的稳定有序的结构称为称为“耗散结构耗散结构”。根据耗散结构的理论，一个系统从混沌走向有序而形成根据耗

8、散结构的理论，一个系统从混沌走向有序而形成耗散结构，需要具备以下四个条件：耗散结构，需要具备以下四个条件：(1)系统是开放的；系统是开放的；(2)系统要远离平衡态；系统要远离平衡态；(3)系统内部各要素间要有非线性关系；系统内部各要素间要有非线性关系；(4)系统要存在涨落。系统要存在涨落。面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）3.3.协同理论协同理论 协同理论认为，系统从无序走向有序，并不要求

9、系统一定要远离协同理论认为，系统从无序走向有序，并不要求系统一定要远离平衡态，关键在于系统内部各子系统之间的关联是否具有协同作用。平衡态，关键在于系统内部各子系统之间的关联是否具有协同作用。即使系统处于热力学平衡状态下，也可以通过系统内部的协同作用，即使系统处于热力学平衡状态下，也可以通过系统内部的协同作用，即系统的自组织效应，使系统走向有序。即系统的自组织效应，使系统走向有序。协同理论所研究的系统都是由大量子系统组成的。对于这样一个协同理论所研究的系统都是由大量子系统组成的。对于这样一个复杂系统，在影响子系统运动的众多参量中，绝大多数对运动不起影响，复杂系统，在影响子系统运动的众多参量中，绝

10、大多数对运动不起影响，但可能有一个或几个参量来左右子系统的协同运动，这种参量称为序参但可能有一个或几个参量来左右子系统的协同运动，这种参量称为序参量。如果说组成系统的子系统是自组织的量。如果说组成系统的子系统是自组织的“砖块砖块”，则序参量就是一种，则序参量就是一种“无形之手无形之手”，一旦出现，就把各子系统协同起来，并，一旦出现，就把各子系统协同起来，并“主宰主宰”系统进系统进入有序运动，而最终形成一定的有序结构。入有序运动，而最终形成一定的有序结构。面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学

11、（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）（二）系统的反馈与控制（二）系统的反馈与控制 任何一个系统都是在一定外部环境下存在和发展演化的，系任何一个系统都是在一定外部环境下存在和发展演化的，系统与外部环境之间具有物质、能量和信息的交换。系统受到外部统与外部环境之间具有物质、能量和信息的交换。系统受到外部环境的影响和作用，反之系统的结果又影响和作用于外部环境。环境的影响和作用，反之系统的结果又影响和作用于外部环境。通常，将外部环境对系统的影响和作用，称为系统的通常，将外部环境对系统的影响和作用，称为系统的“输入输入”，系统对外部环境的影响

12、和作用，称为系统的系统对外部环境的影响和作用，称为系统的“输出输出”。所谓所谓“反反馈馈”就是将系统的输出返回来影响系统的输入的过程。就是将系统的输出返回来影响系统的输入的过程。反馈有正反馈有正反馈和负反馈之分，使系统的输出结果和目标之差即目标差不断反馈和负反馈之分，使系统的输出结果和目标之差即目标差不断减小的反馈，称为减小的反馈，称为“负反馈负反馈”；反之，使目标差不断增大的反馈；反之，使目标差不断增大的反馈称为称为“正反馈正反馈”。面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建

13、 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）（三）系统的优化（三）系统的优化 系统的优化，系统的优化，就是通过不断调控系统的外部环境或内部因就是通过不断调控系统的外部环境或内部因素，使系统朝着人类所期望的目标方向发展，并最终达到一种素，使系统朝着人类所期望的目标方向发展，并最终达到一种最优化状态。最优化状态。根据系统思想，人类可以通过对系统输入更多的根据系统思想，人类可以通过对系统输入更多的“负熵负熵”，以加速系统向有序化方向发展；或者对系统内部诸因素施加影响，以加速系统向有序化方向发展；或者对系统内部诸因素施加影响，使其更好地协调起来，促使系统达到优化的

14、程度。使其更好地协调起来，促使系统达到优化的程度。面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）二、优化调控的原理二、优化调控的原理（一）协调原理（一）协调原理（二）弹性原理（二）弹性原理（三）整体优化原理（三）整体优化原理（四）生态原理（四）生态原理（五）经济学原理（五）经济学原理（六）适宜性原理（六）适宜性原理面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st

15、 Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）第三节第三节 优化调控的途径优化调控的途径一、物质流的调控一、物质流的调控 通通过过调调节节输输入入或或输输出出系系统统的的物物质质的的质质量量与与数数量量，可可以以达达到调控系统结构与功能的目的。到调控系统结构与功能的目的。二、能量流的调控二、能量流的调控 可可以以通通过过调调节节系系统统的的能能量量流流，达达到到调调控控与与优优化化地地表表环环境境的目的。的目的。三、信息流的调控三、信息流的调控 信息流的改变，同样也会改变系统的结构与功能

16、。因此信息流的改变，同样也会改变系统的结构与功能。因此通过调节信息流，同样可以达到调控环境的目的。通过调节信息流，同样可以达到调控环境的目的。面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）一、优化调控的程序一、优化调控的程序 地表环境优地表环境优化调控是一项艰化调控是一项艰巨复杂的系统工巨复杂的系统工程，有一套科学程，有一套科学严密的工作程序，严密的工作程序，具体可分为如左具体可分为如左几个步骤。几个

17、步骤。第四节第四节 优化调控的方法与模型优化调控的方法与模型面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）（一）线性规划方法（一）线性规划方法 特特点点：最最简简单单、应应用用最最广广泛泛的的一一种种数数学学规规划划方方法法，也是最早使用的一种最优化方法。也是最早使用的一种最优化方法。适适用用：线线性性规规划划方方法法只只能能用用来来解解决决那那些些目目标标函函数数和和约束条件都具有线性关系的问题。约

18、束条件都具有线性关系的问题。程程式式：首首先先是是确确定定解解决决问问题题的的目目标标，然然后后通通过过对对目目标标的的各各种种影影响响因因素素的的分分析析，确确定定目目标标函函数数和和影影响响目目标标实实现现的的各各种种约约束束条条件件，建建立立线线性性规规划划模模型型，最最后后是是数数学学求求解。解。二、常用优化调控模型及应用二、常用优化调控模型及应用面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）

19、线形规划问题图解线形规划问题图解面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）（二）层次分析法（二）层次分析法（AHPAHP方法）方法）特特点点：是是定定性性与与定定量量相相结结合合，具具有有很很强强的的科科学学性性、逻逻辑辑性性和和实实用用性性，是是对对环环境境这这类类复复杂杂系系统统进进行行优优化化调调控控的的一一种种有有效效方方法。法。程程式式：把把要要研研究究的的复复杂杂问问题题看看成成一一个

20、个系系统统，通通过过对对系系统统多多因因素素的的分分析析，建建立立各各因因素素间间相相互互联联系系的的层层次次关关系系；再再对对各各个个层层次次的的因因素素进进行行比比较较判判断断，给给出出它它们们之之间间的的相相对对重重要要性性；进进一一步步计计算算每每个个层层次次所所有有因因素素的的相相对对重重要要性性权权值值后后，加加以以排排序序；最最后后根据排序结果进行综合评价，排出调控方案的优劣次序。根据排序结果进行综合评价，排出调控方案的优劣次序。面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）

21、王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）层次分析模型简图层次分析模型简图 面向面向2121世纪课程教材世纪课程教材Textbook Series for 21st Century现代自然地理学（第二版）现代自然地理学（第二版）王建王建 主编主编国家精品课程国家精品课程现代自然地理学现代自然地理学（第二版）（第二版）（三）费用效益分析法（三）费用效益分析法 费用效益分析是最常用的一种费用效益分析是最常用的一种经济分析方法。其理论与实践是从经济分析方法。其理论与实践是从2020世纪世纪3030年代由美国逐渐发展起来年代由美国逐渐发展起来的，在环境经济分析中现已得到广的，在环境经济分析中现已得到广泛应用。泛应用。该方法的基本原理是：将所有该方法的基本原理是：将所有费用和所有效益都列出来，以货币费用和所有效益都列出来，以货币的形式进行定量表示，考虑资金的的形式进行定量表示，考虑资金的时间价值，把所有的费用和效益进时间价值，把所有的费用和效益进行贴现，计算出净效益的现值。用行贴现，计算出净效益的现值。用各备选方案净效益的现值作为评价各备选方案净效益的现值作为评价方案优劣的依据，优选出净现值最方案优劣的依据，优选出净现值最大的方案。大的方案。费用效益分析的一般步骤如右费用效益分析的一般步骤如右图所示。图所示。