理论地理科学与哲学3-5章

《理论地理科学与哲学》——第3-5章内容整理作者：马蔼乃发表人：陶慧发表时间：2015年1月10日目录第三章地理相似理论3.1地理相似准则概念3.2地理相似准则计算3.3地理相似准则规律第四章地理数学4.1地理物理方程4.2地理统计分析4.3半经验半理论公式4.4地理数学模型第五章地理系统5.1地理系统的模式5.2地理系统的计算5.3地理系统的环境5.4人地系统的模式第三章地理相似理论（共3节）3.1地理相似准则概念3.2地理相似准则计算3.3地理相似准则规律数理方程、数理统计3.1.1实证科学的数学方法随机方程、离散数学混沌与分形、相似理论阴阳与五行、天干与地支3.1地理相似准则概念3.1.2思辨道理的取象比类方位与季节、气候与物候地理现象的因果关系3.1.3相似理论的类比方法地理现象的辩证关系地理现象的相似理论3.1地理相似准则概念相似理论的基础主要是在力学、物理学等学科中应用，它区别于物理方程（理论为主）、统计物理（实验为主），而是一种半经验、半理论的方法。3.1.1实证科学的数学方法1)数理方程数理方程使用的是演绎逻辑，首先将复杂性问题按假设条件进行简化；然后进行成因分析，立方程、解方程；所得的解与实测数据进行比较，比较结果不满意，则调整参数，直到求解的数据与实测数据比较一致，即在一定的精度范围内，问题就算解决了。缺点：人为因素较大2)数理统计数理统计使用的是归纳逻辑，把问题看成“黑箱”，全凭输入与输出的实测数据进行数据处理，无论回归方程如何复杂，只要输入数据与输出数据达到一定的精度，回归方程就成立了。回归方程与“黑箱”等价。缺点：人为因素较大3)随机方程随机方程是将数理方程与数理统计结合的方程。缺点：因随机方程发散而不收敛往往难以求解4)离散数学离散数学基本上是“空间图形”逻辑的运算，可以制作地图。缺点：没有属性运算，没有办法研究地理现象的规律5)混沌与分形混沌与分形属于复杂性研究，海岸线的分形就是从地理科学背景下提出来的。缺点：由于地理现象具有非线性、复杂性（确定性、不确定性）、相似性、区域性、时序性的特点；不确定性中又包括随机不确定性、模糊不确定性、灰色不确定性、分形不确定性，所以不再仅仅是混沌与分形的问题了。6)相似理论在力学与物理学中，处理半经验、半理论时应用相似理论，能解决许多不能用方程解决的问题。缺点：力学、物理学中的属性过于简单，而地理科学中的属性是多维的3.1.2思辨道理的取象比类思辨的道理，是以定性描述的方法去讲“道理”。“取象”是指根据物体的形象，“比类”是指对异类物体形象的比较。与地理有关的“取象比类”，例如阴阳与五行、天干与地支、方位与季节、气候与物候。1)阴阳与五行阴阳代表日月，“五行”即金、木、水、火、土。金生水、水生木、木生火、火生土、土生金；金克木、木克土、土克水、水克火、火克金。2)天干与地支天干是指甲、乙、丙、丁、戊、己、庚、辛、壬、癸；地支是指子、丑、寅、卯、巳、午、未、申、酉、戌、亥。与方位、天文有关，对应着如今的十进制、十六进制、六十进制（六十甲子:是汉族人民最早、最大的发明创造，其最古老的用途是纪年、纪月、纪日、纪时。纪年为60年一个周期，纪月为5年一个周期，纪日为60天一个周期，纪时为5天一个周期）。3)方位与季节木、火、金、水、土与东、南、西、北、中（阳）方位一一比类；与春、夏、秋、冬、长夏（阴）季节一一比类。4)气候与物候木、火、金、水、土与风、热、燥、寒、湿（阳）气候一一比类，也与生、长、收、藏、化（阴）物候一一比类。物候与气候是相关的，物候随着气候而变化。3.1.3相似理论的类比方法地理相似理论：将实证科学中的相似理论与思辨道理的取象比类联系起来，研究地理的类比方法。突破形式逻辑的还原论，发展辩证逻辑的整体论，从而达到还原与整体统一的系统论。1)地理现象的因果关系地理现象的因果关系，不是简单地有一个原因，就有一个结果。而是多种原因，多种结果，因果关系循环、往复，难以确定因与果。但天地人之间的复杂关系，日复一日、年复一年地周而复始地循环、往复，准确的演化着。所以，从时间上看，是一种首尾相接的因果关系。2)地理现象的辩证关系地理现象具有相生相克的辩证关系。五行对应着五个圈层，根据“取象比类，”木对应着东、春、生物圈；火对应着南、夏、大气圈；金对应着西、秋、岩石圈；水对应着北、冬、水圈；土对应着中、长夏、土圈。3)地理现象的相似理论仅仅用五行去解读五个圈层，对辩证逻辑、整体论还没有发展。因此引出地理相似理论用科学的方法去发展整体论。地理相似理论有8条定理：定理1地理现象的可比性定理2地理现象的相似性定理3地理相似理论的准则（是地理相似理论的核心，由多个因素组成的无量纲的因子团）定理4地理基本单位定理5单位的对数化(解决长度、质量、时间、人口等单位跨度大的问题)定理6量纲分析（由于单位的跨度很大，因此需要无量纲化）定理7地理π定理地理量纲分析的原则就是建立地理π定理，分母为所要求的x单位的量纲，为了使πx无量纲化，分子、分母的单位应该能够消除，从而求出α、β、γ等；定理8π定理求解方法（令分子分母的相同量纲相等）3.2.1生态资源类实例3.2.2环境污染类实例临震预报震级3.2.3减灾防灾类实例临震预报预期3.2地理相似准则计算3.2.4产业结构类实例地震震中的位置预报3.2.5人口问题类实例3.2.6地理复杂模型的一般式临震预报的三要素：临震预报震级、临震预报预期、震中位置；临震预报震级与热红外遥感影像上的异常亮度的温度、面积大小有关；根据长期的经验，认为临震预报预期与地壳厚度和增温面积的移动速度有关，其他影响因素有待验证研究；地震震中的位置只能靠作图来完成，在遥感影像上，标注经纬网、已知断裂带以及地名等，测出对亮度温度异常的面积中心点以及移动轨迹，并计算移动速度，从而确定震中位置有关地震的内容补充：地震预报的三要素指发震时间、地点和震级。《中国地震预报概论》(梅世蓉、冯德益等著，地震出版社1993年版)谈到的地震综合预报五阶段工作程序仅包括表中后五项：即地震形势预测、年度地震中期预报、地震短期预报、地震临震预报与震后预报震后地震趋势判定（震后地震趋势预报）——指对社会产生影响的地震发生后，对受其影响地区近期内地震活动形势的分析结果，包括对震后不会再发生破坏性地震的无震预报，也包括对震后强余震或更大地震的预报。我国根据观测到的大量前兆异常资料及一系列预报地震的经验，逐渐形成了“长(数年至一二十年)、中(一到数年)、短(数月以内)、临(数天至几十天)”的渐进式预报模式；采取“震源形成及演变过程的追踪与区域应力场变化的动态监测相结合”的工作方式；用“条、块、带、源、场、兆、触、震逼近思想”，进而研究了地震预报的判据、指标、方法以及技术程序。预报地震的方法大体有三种：地震地质法、地震统计法、地震前兆法，但三者必须相互结合、相互补充，才能取得较好的效果。世界难题：到目前为止，地震预报还是一个世界性难题。地震预报必须同时包括时间、地点和强度，由于地震情况复杂，有些地震能预报，有些则无法预报，现在全球预报地震的准确率只有20%多。目前，包括像美国、日本等发达国家在内，地震预报仍然处于探索阶段，地震预报还远远没有做到像天气预报那样准确。近年来，国际上有一些科学家对地震预测持否定意见。有人甚至发表“地震无法预测”的论文，明确提出“地震是无法预测的”论点。但另有一些地震科学家对地震预报的成就给予了肯定，认为地震发生地点、时间、震级的短期预报终将实现，而长期预报的成就则更加突出。例子：地理π地理的实际应用3.3.1地理时空的相似准则3.3地理相似准则规律3.3.2地理圈层的相似准则3.3.3地理系统的相似准则4.1.1用理论力学解决水面横比降问题4.1.2用流体力学解决水面纵比降问题4.1地理物理方程4.1.3用力学解决水面纵比降问题4.1.4用流变力学解决泥石流流态问题4.2.1理论计算数据与实测数据的关系4.2地理统计分析4.2.2天然河流中稳定均匀的流速公式第四章地理数学4.2.3河床突起高度与Fr=V2/gh、h/d的关系4.3.1蒋家沟泥石流流速公式研究4.3.2水面温度扩散场的研究4.3半经验半理论公式4.3.3近海岸海水悬浮含沙量的研究4.3.4平原区土壤含水量的研究4.4.1人口数量增减模型4.4地理数学模型4.4.2资源开发模型4.4.3环境质量模型4.4.4产业增值模型4.4.5一般地理数学模型5.1.1地理系统的顶层模式5.1.2地理系统的跨度模式5.1地理系统的模式5.1.3地理系统的层次模式5.1.4地理系统的网络结构5.2.1地理系统底层要素的模型计算5.2地理系统的计算5.2.2地理系统上一层要素模型计算5.2.3地理系统跨度要素的模型计算第五章地理系统5.2.4地理系统顶层要素的模型计算5.3.1社会系统的顶层模式5.3地理系统的环境5.3.2社会系统的跨度与层次模式5.3.3社会系统的网络模式5.4.1人地系统环境之一—地球5.4人地系统的模式5.4.2人地系统环境之二—太阳5.4.3人地系统环境之三—月球5.1地理系统的模式地理系统是与社会系统互为环境的系统，地理系统包括人口、资源、生态、环境、应急、城镇、基建、产业等8个子系统。（社会系统是由社会人与他们之间的经济关系、政治关系和文化关系构成的系统，比如一个家庭、一个公司、一个社团、一个城市、一个国家都是一个个的社会系统，也是不同层次的社会系统。家庭、公司是城市的子系统，城市是国家的子系统。）5.1.1地理系统的顶层模式地理系统的顶层，实际上就是地理系统工程中的8个子系统所组成的网络系统。核心问题是人口，人居住就构成城镇，人口就业需要增加产业的经济建设，城镇体系又需要基础设施的建设，城镇与基建需要开发利用资源，人口在生活与生产中产生废物影响环境，环境又影响生态，进而引起人工灾害应急，环环相扣，相互影响。5.1.2地理系统的跨度模式跨度模式是指下一层的子系统的多寡。地理系统下的子系统包括人口、资源、生态、环境、应急、城镇、基建、产业等8个子系统，其跨度就是8。各个子系统又有自身的跨度，跨度仅限于下一个层次，不能越层跨度。5.1.3地理系统的层次模式层次是指系统下的子系统共分多少层5.1.4地理系统的网络结构地理系统的复杂性表现在跨度与层次之间的网络结构5.2地理系统的计算地理系统的计算，使用地理数学的方法，地理数学不同于物理数学的地方在于地理系数与指数是时间、空间的函数，但地理系数还是一个并没有完全被认识的黑箱。5.3地理系统的环境地理系统的环境是社会系统。社会系统的顶层是由经济基础的经济系统、上层建筑的政治系统、意识形态的意识系统组成的。社会系统的跨度分经济系统、政治系统、意识系统3个跨度；宏观经济、微观经济，宏观政治、微观政治，宏观意识、微观意识两个层次。社会系统在微观层次上，实际上是人与人交往所构成的网络系统；在宏观层次上，构成人群与人群的政治关系。5.4人地系统的模式地球上最高的系统是人地系统，而人地系统是由地理系统、社会系统组成的。人地系统的环境是地球自身与地球以外的宇宙，地球以外最直接影响人地系统的是太阳和月球。