第17章节地球表层环境的优化调控课件(1325KB).pptVIP

高等教育出版社 高等教育电子音像出版社 第十七章 地球表层环境的优化调控 第十七章 地球表层环境的优化调控 第一节 优化调控概述 第二节 优化调控原理 第三节 优化调控的途径 第四节 优化调控的方法与模型 高等教育出版社 高等教育电子音像出版社 第一节 优化调控概述 概念:地表环境的优化调控，就是通过人类有目的的干预，使地表环境朝着更加有利于人类的方向发展，达到人类所预期的地表环境目标。 实质:是人类不断协调人与环境之间关系的过程，通过地表环境的优化，达到人与环境之间关系高度协调与统一。 难点:地表环境是一个极其复杂的大系统，人类对自然环境发展演化的规律还缺乏足够的认识，人类对环境的调控能力还相当有限，特别是难以对长时间大范围的自然环境系统实施调控。 第二节 优化调控原理 （一）系统与系统学的思想 （二）系统的反馈与控制 （三）系统的优化 一、优化调控的理论基础 （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。 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、结构性原理、动态性原理、目的性原理等。 1.系统的概念 2.耗散结构理论 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“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耗散结构，需要具备以下四个条件： (1)系统是开放的； (2)系统要远离平衡态； (3)系统内部各要素间要有非线性关系； (4)系统要存在涨落。 3.协同理论 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。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。 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，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“砖块”，则序参量就是一种“无形之手”，一旦出现，就把各子系统协同起来，并“主宰”系统进入有序运动，而最终形成一定的有序结构。 （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。通常，将外部环境对系统的影响和作用，称为系统的“输入”，系统对外部环境的影响和作用，称为系统的“输出”。所谓“反馈”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“负反馈”；反之，使目标差不断增大的反馈称为“正反馈”。 （三）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。 根据系统思想，人类可以通过对系统输入更多的“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，使其更好地协调起来，促使系统达到优化的程度。 二、优化调控的原理 （一）协调原理 （二）弹性原理 （三）整体优化原理 （四）生态原理 （五）经济学原理 （六）适宜性原理 第三节 优化调控的途径 一、物质流的调控 通过调节输入或输出系统的物质的质量与数量，可以达到调控系统结构与功能的目的。 二、能量流的调控 可以通过调节系统的能量流，达到调控与优化地表环境的目的。 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。因此通过调节信息流，同样可以达到调控环境的目的。 一、优化调控的程序 地表环境优化调控是一项艰巨复杂的系统工程，有一套科学严密的工作程序，具体可分为如左几个步骤。 第四节 优化调控的方法与模型 （一）线性规划方法 特点：最简单、应用最广泛的一种数学规划方法，也是最早使用的一种最优化方法。 适用：线性规划方法只能用来解决那些目标函数和约束条件都具有线性关系的问题。 程式：首