第二节 系统与亚系统

系统论的基本观点，对于自然地理工作者来说，还算是比较陌生的。该理论首先创设于电工程领域中，至今不过三十余年的历史。由于具有解决实际问题的巨大潜力，它企图解决的对象又与复杂的自然界有很多的接近点， 因此它的生命力越来越强。近年来，逐渐在环境科学、生物科学、地球科学， 甚至于在社会经济、行政管理等部门，都开拓了新的应用领域。系统分析由于扬弃了繁琐的枝节，抓住了事物的实质、抽象出事物在结构与功能上的主线，并能揭示事物动态演变的方向及强度，预测事物状态的变化及稳定性程度等，因此在自然地理学研究中，逐步有了自己的地位。

一个系统是某些客体或者某些属性的结构集合。也有人说，系统是相互作用的部件（元素）所联成的网络结构。存在于系统中的诸元素，具有某种基本的共同点，并在它们之间彼此存在着可以辨识的关系。它与集不同之处就在于：集中的元素并无内部关系，也不要求去找寻这些关系，但系统则要求在其内的元素关系，应能够很好地被认识，并且在遵循基本规律的同时， 可以很好地确定其整体效应和个体效应。如此看来，系统在环境中的行为表现，就是具有内部结构的“集”所具有的同一效果。系统与环境之间不间断地进行着物质和能量的交换（对于开放系统来说）。它对于外部所输入的物质与能量，可以实行映象（或叫变换）的功能，最后再输出到外部环境中去。我们可以把这段话用下面的示意图表达出来：

u1，u2⋯⋯——输入x1，x2，x3⋯⋯——态y1，y2，y3⋯⋯——输出

这些输入变量、输出变量和态变量，将随时间 t 取不同的值，因此这些变量都是时间 t 的函数。在一个系统中，函数的值 Xj（t）（态变量）、Uj

（t）（输入变量）、Yj（t）（输出变量），这三者是互相关联的，其中的 j

＝1，2，3⋯⋯。它们之间的相互作用和制约关系通过箭号来指示。这种联系反映了系统内部的结构；反映了系统内部各元素之间以及它与输入输出之间的相互作用和相互依存的因果关系。针对任何一个具体的系统，在分析了这种比较完整的联系后，还要进一步用数学方法去表达这种联系，使它具有某种精确性、定量性、可控性、预测性和最优化。因而就要求建立系统的数学模型，这是对系统的抽象与简化。它不是系统本身，但它是系统本质的反映。图 3．5 就反映了系统处理的基本轮廓。

这样看来，建立自然地理系统的模型，是一个最基本的步骤。只有在知悉模型所表述的基本关系后，才能推求它们随时间的变化规律（也就是通常所谓的动态演化规律），从而得出自然地理过程发展的趋势和强度，随之才有可能进行模拟和预测。根据模型所得到的结论正确与否，还要在现实观测中加以检验和校正，倘与客观所发生的状况相背离，那就要重新考虑建立模型的真确性，将其缺漏进行增补，将其关系进行审核，将其谬误加以剔除， 以求尽可能逼近实际的状况。由此，要求我们从两个主要的方面入手，一是完善自然地理系统的基本理论，二是更新观测与验证的手段，达到既可迅速取得大量的信息，又可随时检验所得的结果。上述这样两个方面的基本要求， 对于自然地理系统的发展，是缺一不可的整体。

为了便于对系统的理解，我们觉得举出日常生活中所接触到的知识是有帮助的。例如，美国纽约州立大学地理系教授冯·里潘（VanRipen）在谈到系统论应用于地理学时，就以家庭用的取暖设备作为一个简单的开放式系统的例子。在供暖季节里，能量的输入是通过炉子中石油或煤的燃烧来提供的。在这个系统中的组成部分包括炉子、循环使用的水、烟囱、管道、散热器和恒温器。监测该系统状态的装置集中在恒温器上，并以某种方式将系统状况的信息连结于进油阀门和点火装置。象所有的开放系统一样，能量的总输入必然等于它的总输出。倘若能量在一个不确定的时间里，于系统中的某一个部件上大量累积的话，就会毁坏这个系统，要么炉子被熔化、要么房子被燃烧、要么根本无法对需要热量的房间供暖，在这种情形下，整个系统即行崩溃。因此，人们总是希望系统保持在一个相当稳定的状态下运行，能量在系统中的流动尽量趋于平稳。这种稳定状态是由恒温器中监测装置的限制范围来调控的。一旦室内温度降到所要求的限度之下，恒温器的传感器立即注意到它并且输送一个脉冲信号到炉子，发出指令开阀与点火。随着能量的不断输入，当室温超过所规定的标准后，又会通过这种同样的步骤，暂时关闭阀门，阻断能量的进一步输入，直到从室内的热量损失到最低限制指标时为止。

谁也不会认为，我们全球的自然地理系统会如这种供暖装置一样简单。但是谁也都会相信，更为复杂的系统所遵从的原理与一个简单的系统并无两样。

系统只是一种概念性的表达，它本身并无规定具体的范围和大小。它也可以很大，如整个银河系、整个太阳系、整个地球均可作为一个系统看待； 它也可以很小，小到一个细胞、一个分子和一个原子。各种各样的系统，在我们日常生活中见到的相当多。例如汽车中的点火装置，就可以认为是一个系统，其中包括导线、绝缘子、连通器、火花塞等⋯⋯，同时这个点火装置又是汽车这个大系统中的一个组成部分，而汽车毋庸讳言，它又是城市系统的一个组成部分。如此看来，我们的着眼点不同，所视的具体系统的大小就有改变，因此，有必要去规定我们所研究对象的空间概念和时间概念。再如人体也是一个系统，与外界环境发生着物质与能量的交换，同时它本身又可以由神经系统、循环系统、消化系统、呼吸系统等次一级的系统组成。如果从比人这样的系统更高一级的系统去看，则人是社会中的一员，它必然又是更大范围的系统如家庭、社会的一个组成部分。因此我们说，系统如可比作躯壳，则亚系统比作这个驱壳中的内容。系统可以分出亚系统，而作为“驱壳”的系统，又成为高一级系统的“内容”。

系统和亚系统，对于自然地理学是特别适用的。如果把整个自然地理面作为一个系统，则海洋和陆地可以看作是其中的两个亚系统。就陆地系统来说，它也可分出若干个次一级的亚系统。根据所研究的对象、范围和目的， 建立严整的系统序列及系统组成是很必要的。图 3．6 就标示了这种关系。

由图 3．6 中看出，系统 A 中包括有五个亚系统，分别为 B1，B2，B3，B4， B5；而亚系统 B1 中，又包括了四个更次一级的亚系统：C1，C2，C3，C4。当我们着眼于亚系统 B1 时，B1 范围之外的所有部分均视做它的环境。自然地理中，一定的空间必定包含有诸多的自然地理要素；而每一种要素又必定占据一定的空间，这种连环式的关系，构成了自然地理学的基本特征之一，因此正确地划分出系统、亚系统的界限、组成和序列，应受到必要的重视，特别对于能量流、物质流来说，它的传输路径，它的源和库，它在系统中的“态变化”等，更离不开对于系统、亚系统的依赖。至于系统和亚系统的具体划分，并无严格的规定，只能根据具体的对象，审慎地权衡组成系统成分的重要性以及它们对系统的贡献程度来划分，它依赖于我们对专业知识掌握的深度以及对事物本质关系的认识水平。在错综复杂的自然地理面中，一旦研究

的中心明确了，就需要尽可能准确地分析出该系统所含亚系统的数目，亚系统之间的结构与关系，从而奠定系统分析的雏形，由此分析其功能和动态。