界壳论进展
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中国大陆壳幔结构研究的进展与展望丁志峰【摘要】对地球壳幔结构的研究是地震学的一个经典课题.在所有研究地球内部结构的地球物理方法中,地震波方法是最有效、最精确的一种工具.文章介绍了中国大陆壳幔结构研究的进展和展望.【期刊名称】《国际地震动态》【年(卷),期】2003(000)001【总页数】3页(P7-9)【关键词】壳幔结构;地震波方法;地震观测;研究进展;展望【作者】丁志峰【作者单位】中国地震局地球物理研究所,北京,100081【正文语种】中文【中图分类】P315对地球壳幔结构的研究是地震学的一个经典课题。
在所有研究地球内部结构的地球物理方法中,地震波方法是最有效、最精确的一种工具,地震学的发展也一直是围绕着对地震及地球介质的研究而发展起来的。
地震学理论及地震观测技术的发展使得地球内部结构的奥秘被逐步揭开,由此我们探测出地球由地壳、地幔和地核所组成,探测到了地球内部的许多间断面,如莫霍界面、440 km和610 km等地幔中的速度不连续界面、核幔边界等。
这些成果对人类认识和了解自身居住的这个星球起到了关键的作用。
经典地震学的研究得到了较准确的一维地球模型。
研究表明,地球内部结构具有很好的球对称性,在此基础上建立的地球模型和地震波走时表一直沿用至今。
随着地震学理论及观测技术的迅速发展,对地球内部结构的研究更加细致可靠。
研究发现地球内部具有一定的横向非均匀性,这种特性与地球的演化及地球内部的动力过程有着密切的联系。
全球地震台网的建立,特别是全球宽频带数字地震台网的建立,为研究地球的三维结构创造了条件。
对地球内部三维速度结构的研究成为近20多年来地震学发展的最重要的成果。
1998年,瑞典皇家科学院将该年度的Crafoord奖授予美国哈佛大学的杰旺斯基(A.M Dziewonski)和加州理工学院的安德森(D.L.Anderson),以表彰他们在丰富地球内部结构和深部动力学过程方面的知识所做惊出的基础性贡献。
近代自然科学发展的四个阶段-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述:自然科学是人类对自然界规律的研究和认知的过程。
近代自然科学的发展经历了四个阶段,每个阶段都有其独特的特点和贡献。
本文将对这四个阶段进行详细介绍和探讨。
第一阶段是近代自然科学的起步阶段,也是观察和实证研究阶段。
在这个阶段,科学家主要通过观察和实验来收集数据和获取关于自然现象的信息,推动了自然科学的发展。
经典力学的奠基者牛顿和开普勒就是这个阶段的代表人物。
第二阶段是理论建模的发展阶段。
在这个阶段,科学家开始尝试建立数学模型来解释和预测自然现象,并通过理论来解析和推导实验结果。
电磁学和物理学的发展进入了这个阶段,麦克斯韦和法拉第等科学家的贡献在此阶段功不可没。
第三阶段是量子力学的诞生和发展阶段。
在这个阶段,科学家发现了微观世界的奇异现象,并建立了量子力学这一新的物理学理论。
量子力学不仅革新了自然科学的思维方式,也对物质和粒子的本质有了更深入的认识。
爱因斯坦、波尔等科学家在发展量子力学方面作出了重要贡献。
第四阶段是近代自然科学的多学科交叉阶段。
在这个阶段,自然科学与其他学科领域的交叉研究变得越来越重要。
生物学、化学、地球科学等学科相互渗透和融合,推动了自然科学的进一步发展。
现代天文学、生物技术等新兴学科的出现,标志着近代自然科学取得了前所未有的成就。
总之,近代自然科学的发展经历了四个阶段,从观察实证到理论建模,再到量子力学的发现与应用,最后进入了多学科交叉的阶段。
这四个阶段构成了近代自然科学发展的历程,为人类对自然界规律的认知提供了坚实的基础,也为人类社会的进步和发展作出了巨大贡献。
文章结构部分的内容可参考以下写法:1.2 文章结构本文将对近代自然科学发展的四个阶段进行详细探讨。
整篇文章将分为三个主要部分:引言、正文和结论。
引言部分将提供对整篇文章的概述,包括简要介绍近代自然科学的演进背景和意义。
同时,我们将明确文章的目的,即探讨近代自然科学发展的四个阶段。
流域水资源系统调控的研究杨兰;谢芳;白夏;汪艳芳【摘要】为实现流域水资源合理配置和高效利用,保障社会经济可持续发展,流域水资源系统优化调控成为亟待解决的问题.本文以最严格水资源管理制度为背景,在系统归纳流域水资源调控科学内涵的基础上,回顾了中国关于水资源调控与管理研究的发展历程与取得的主要成果,提出了当前流域复杂水资源调控与管理研究面临的关键科学问题,并采用多学科综合集成的研究途径,对流域复杂水资源智能调控理论的主要内容和框架体系进行了初步探讨和展望,为科学制定和有效实施流域水资源配置与调度方案提供了科学合理的决策指导依据.【期刊名称】《宜春学院学报》【年(卷),期】2019(041)003【总页数】5页(P92-96)【关键词】水资源调控;最优控制;临界控制;计算智能【作者】杨兰;谢芳;白夏;汪艳芳【作者单位】蚌埠学院机械与车辆工程学院,安徽蚌埠233030;专利审查协作河南中心国家知识产权局专利局,河南郑州450000;蚌埠学院机械与车辆工程学院,安徽蚌埠233030;蚌埠学院机械与车辆工程学院,安徽蚌埠233030【正文语种】中文【中图分类】TV213水是人类社会生存、发展密切相关的物质资源,也是基础性的自然资源和经济性的战略资源[1]。
随着社会的发展,水安全问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈,水资源问题引起了世界各国的共同关注[2-4]。
中国水资源地域分布差异大,气候变化和人类活动剧烈地改变了水资源时空格局,导致区域用水关系发生显著变化,水资源安全问题日益凸显[3,5]。
为缓解当前日益突出的水资源安全问题,贯彻“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的方针治水,实施基于“三条红线”控制目标的最严格水资源管理制度,对水资源进行严格控制,以实现对有限水资源最大程度的“开源节流”[6]。
此外,由于水资源系统的复杂性,水资源开发利用必须突破传统的理论框架、引进先进的多学科交叉研究方法、建立科学的水资源优化配置理论和调控体系,解决水资源的分配问题,为水资源的高效可持续利用提供理论基础和决策支持[7,8]。
近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究进展一、本文概述在过去的十年中,我国非传统稳定同位素地球化学研究取得了显著的进展,不仅在理论探索上取得了重大突破,还在实际应用中发挥了重要作用。
非传统稳定同位素,如硼、锌、镁等同位素,在地球化学领域的应用逐渐受到重视,为研究地球物质循环、生态环境变化、气候变化等科学问题提供了新的视角和工具。
本文将对近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究的进展进行全面的概述和梳理。
我们将介绍非传统稳定同位素地球化学的基本概念和研究意义,阐述其在地球科学研究中的重要性。
我们将从研究方法和技术手段的角度,介绍我国在这一领域取得的创新性成果和突破。
我们还将探讨非传统稳定同位素在地球化学各个分支领域中的应用,如地壳演化、地幔动力学、海洋化学、生物地球化学等,展示其在解决实际问题中的潜力和价值。
我们将总结近十年我国非传统稳定同位素地球化学研究的成果和经验,展望未来的研究方向和前景。
我们相信,随着科学技术的不断发展和研究方法的不断创新,非传统稳定同位素地球化学将在地球科学研究中发挥越来越重要的作用,为我国地球科学事业的发展做出更大的贡献。
二、非传统稳定同位素地球化学的理论基础与技术方法非传统稳定同位素地球化学作为地球科学的一个分支,主要研究非传统稳定同位素(如锂、镁、硅、铁等元素的同位素)在地球系统中的分布、行为及其变化,从而揭示地球的形成、演化及环境变迁等科学问题。
其理论基础主要建立在大质量分馏理论、同位素地球化学平衡及同位素分馏动力学之上。
大质量分馏理论是指同位素之间由于质量差异导致的物理和化学行为的差异,这是非传统稳定同位素研究的基础。
同位素地球化学平衡则是指在一定条件下,同位素之间达到动态平衡,其比值反映了地球化学过程的信息。
同位素分馏动力学则关注同位素分馏过程中速率的变化,为理解地球化学过程的机制提供了重要线索。
在技术方法上,非传统稳定同位素地球化学主要依赖于高精度的同位素分析技术,如多接收电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)和二次离子质谱(SIMS)等。
集对分析与联系数学通讯Set Pair Analysis and Contact Mathematics全国集对分析暨联系数学学会筹委会中国人工智能学会集对分析暨联系数学专业会(筹)浙江省自然辩证法研究会SPA专业委主办诸暨市联系数学研究所承办2003年第2期 2003年12月总第22期全年两期赵克勤主编中国人工智能学会2003年全国学术大会召开中国人工智能学会2003年全国学术大会,可拓学创立20周年庆祝大会,中韩智能系统学术研讨会于2003年11月17日到22日在广州广东工业大学召开。
著名数学家吴文俊院士,中科院半导体研究所王守觉院士,中国人民解放军总参李德毅院士,清华大学李衍达院士,北京大学何新贵院士,中国工程物理研究院李幼平院士,中国工程院汪旭光院士,华中科技大学熊有伦院士,中国人工智能学会指导委员会主席涂序彦教授,中国人工智能学会理事长钟义信教授,中国人工智能学会副理事长何华灿教授,中科院计算所史忠植研究员,广东工业大学蔡文研究员等在大会上作精彩学术报告。
本次会议收到论文400多篇,会前由北京邮电大学出版社出版《中国人工智能进展2003》。
共有22篇集对分析联系数学方面论文选入该文集。
(请见S PA2003年会论文目录)SPA2003年会论文目录(1)郭瑞林、赵克勤:同异联系度中的不确定势及其势级研究;(2)郭瑞林、赵克勤:同异联系度不确定势的演变及其势差及势能;(3)周成武、王正平、陈洪兴、马金娟:病案质量管理级差考评集对分析研究;(4)王海马:物理演示实验教学效果调查的同异反态势分析;(5) 覃杰、赵克勤:基于集对分析的相关系数模糊性研究;(6)李凡修、梅平、陈武:多元联系数集对模型在水环境质量评价中的应用;(7)王万军:同异反AHP及其应用;(8)包极峰、贺仲雄,联系数的合成算子及在经济领域中的应用;(9)鲍汉军、禹建丽、高克权:集对分析用于学生学习质量上的评估;(10)张葛祥、赵克勤、金炜东、胡来招:基于集对分析的项目评估;(11)洪岳华、贺仲雄:基于联系数的协商、控制与决策及其联合应用SP(A+B+C+D);( 12)赵克勤、黄德才:一种基于集对分析的同异反海量数据挖掘;(13)赵克勤、张清河:基于集对分析的网络计划工期、费用、资源整体优化方法;(14)成科扬:基于集对分析(SPA) 的指纹识别系统研究;(15)崔璇、次永飞:集对分析在市场供需矛盾智能控制中的应用;(1 6) 周星宇、贺仲雄:集对匹配决策支持系统及其在人才调配中应用;(17)余国祥:同异反教学评价模型的对立分类及应用;(18)李继清、张玉山、王丽萍、纪昌明:洪灾系统风险的同异反综合分析模型;(19)王霞:基于联系度的仅计指标权重序的综合评价模型及应用;(20)邢倬:集对推理和集对控制;(21)佟春生、黄强、刘涵:基于云理论的集对联系度及其应用; (22)李秀央、施卫星、陈士杰、孙统达、赵克勤:一种基于联系数的医学随访资料生存分析方法。
界壳论进展
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曹鸿兴
(1) 界壳论概要
界壳现象广泛存在于自然界和人类社会中,如鸡蛋的外壳、地球的大气层、人的衣服、生物膜、国界等等。
可以说,不论在那里,不论从事何种工作或研究,都会遇到界壳论问题.例如在生物界,界壳现象最有代表性,例如龟、鳖长有一个坚厚的甲壳用以保护自己.细胞外围的细胞膜是分子水平上的界壳现象;细胞膜除了保护细胞外,在膜上有离子通道,这些通道由单个分子或分子复合体组成,能够让离子通过。
离子通道的开或关影响着细胞的生命和在正常或病理状态下的细胞功能。
在社会和经济领域,界壳现象也比比皆是。
最典型的是欧洲的城堡与中国城墙,用以卫护掌权者及其臣民。
一个国家或地区都有国界或区界,只有通过海关才允许人员、物资的进出。
在经济领域,如在日本盛行雇佣终身制,也就是一个人年青时一旦进入某个企业,就永远被企业的“大墙”围住,鲜有交流。
当今存在于各地的地方保护主义是另一种形式的界壳现象。
各个地区各自作茧自缚,形成各自的界壳,阻碍竞争和交流. 若一个系统的周界具有:
? 卫护系统本身
? 在系统与环境间起交换作用
则称为界壳。
在界壳理论是研究系统周界的一般性理论,即研究存在于系统周界中的某些共同规律及其在信息、控制、环境、生物、管理、心理、美学、哲学、医学、宗教等领域中的应用。
该理论的一个基本学术思想是,任何一个实际存在的系统通过其界门的能量、物质、信息的输入、输出必受其周界的控制,系统状态与周界相互制约;它从一个全新观点来讨论诸如系统平衡、生命生存、种族冲突等不同学科中的问题。
界壳论中,将系统分为两部分:系统内部和系统周界,分别简称为系里 (Si) 和周界 (Sj)。
对系统周界作为一个论题从一般意义上探讨,这在系统科学中至今几乎没有什么研究。
从结构上讲,界壳可以分为界壁和界门两部分,前者卫护系统,后者起交换作用。
界壳有两种最主要的功能要素,即开放度和交换率,前者指界壁和界门的对比关系,后者指物质、能量和信息经界门的输入和输出。
现已从熵平衡方程、动态方程、信息冗余度等多个方面探讨了界壳要素的变化规律, 如推导了界门大小的理论上界和下界, 开放度和交换率与系统状态和行为的关系.从界壳概念出发可以定义界扉集合,以此可以奠定界壳论的数学基础.
界壳论由中国气象科学研究院曹鸿兴研究员于1988年提出,综合介绍见:曹鸿兴,界壳理论及其应用,自然杂志2000,26(3):145-148。
1997年本人的专著《系统周界的一般理论——界壳论》,由气象出版社出版(100081, 北京,白石桥路46号,气象出版社, 9.50元)。
该书由中国系统工程学会理事长顾基发等著名学者作序。
欢迎有兴趣的同仁共同来研究、发展界壳论.联系电话(010)68408947或(010)68408360, Email: caohx@ ,caohox@
(2) 界壳要素
从结构上讲,界壳由界壁(W)和界门或通道(P)组成,界壁是用来卫护系统自身的,系统通过界门来与环境进行交换。
设系统的周界记为L,其周长为l ,定义界壳开放度为
ρ=p/l
式中,p为通道阔度. 显然,开放度是结构上的,对不同的物质、能量和信息,开放度是不同的,在性质和数量上都是很不相同的,例如古代城门只限制人员和物资的进出,却不能阻止阳光的进入,也就是,作为生命十分需要的阳光这一能量,城墙对它而言是全开放的,即ρ=1。
开放度是一个简单明了的结构要素,但却是系统状态复杂程度的反映.例如一个经济发达的国家或地区,它的对外口岸必多于经济落后的国家或地区的.人不长毛,因而和陆生哺乳动
物相比,能接受更多的环境信息,因体表任何一点都能接受刺激.界壳闭合度定义为开放度的补,即
μ=1-ρ=w/l .
另一个重要的界壳要素是交换率,它是功能上的。
是对能量、物质或信息通过界门能力的量度。
例如北京的首都机场的空运量远远大于新疆伊犁机场的空运量。
人跑步时的空气交换量比平静时要大。
交换率定义为存在于环境与系统中的可交换量Ee与通过界门交换的实际量Es之比。
即
α=Es/Ee
这是一个较为抽象的定义,对于具体问题要设计适合该问题的交换率。
交换包括输入和输出两部分。
净交换量则是输入和输出之差。
输入和输出是一个极为广泛的概念,从计算机的输出,到某个城市的能源粮食供应、垃圾的运出和处理,食物空气进入人体和排出粪便、汗液等等。
一个国家或地区的进口和出口贸易反映了该国家或地区的国际经济交换水平.
设能量开放度为ρe ,物质开放度为ρm ,则有
ρe =ρm =0 为孤系,
ρe >0, ρm= =0 为闭系,
ρe >0, ρm= >0 为开系.
这样就能从开放度角度来讨论热力学系统.类似地若定义信息开放度ρI就可以用ρI 来讨论控制论中的黑箱、灰箱与白箱.可见通过开放度这一貌似简单的概念就可以把不同领城中的问题放在同一框架中讨论.
从界壳论观点我们可以定义与交换和状态都有关的指数。
设输入为I,输出为O,系统状态为B,定义指数
λ1=I/B
输入-状态比
λ2=O/B
输出-状态比
λ3=(O-I)/B
则有
λ3=λ2-λ1
定义出入相对比
λ4=(λ2-λ1)/λ1=(O/I)-1
λ4是一个与系统状态无关的量。
在天文、气象、水文等许多领城,都存在螺旋形涡旋,这是因为这种结构提供环境对涡旋的最佳交换通道.一些在水中生活的甲壳类动物其结构呈螺旋形,其生物物理机理也在于它能提供最优水份、养份通道.
开放度和交换率是界壳的基本要素.此外还有若干要素,如界壁刚度,是指界壁抵抗破坏的力度,例如鸡雏啄破蛋壳才能孵出,蛋壳有一定强度才不易为环境因子破坏.又如交换速率是指单位面积、单位时间的交换率,它具有速度概念.
(3)界壁抗力与界门上、下界
界壁是用来卫护系统的,其卫护功能的大小可以用抗力来表示.举例来说,古代北京的城墙高大宽阔,城墙下还有护城河.因此北京城墙抵抗敌兵的能力远远强于一个小县城的城墙.又如一个警察穿上防弹衣显然更安全,更能抵抗罪犯的攻击.一个国家元首外出要有多个警卫保护,而一个平民则可以自由地外出,仅需自已保卫自已,这是因为国家元首受到攻击的机会和力度要比平民大得多,卫护力度也必须加大.从这些例子可以归纳出界壁抗力R是界壁结构C、外
在攻击A和系统状态需求D的函数,即
R=f(C,A,D)
针对不同的问题,可以定义相应的界壁抗力.例如,设计一个水坝就可以用相应的水力学方
程来计算.确定界壁抗力在实际问题中是十分重要的,如一个国家的国防力量大小的制定就很
困难,军力大了国家财政负担太重, 军力小了,不能御敌于外.
界门大小取决于多种因素,例如家居的门的宽度和高度就取决于人的身高和身阔以及家具大
小. 一个公共场所门的设计就取决于紧急事态发生时人员快速疏散的要求.已有多次报道,剧
场、迪厅、舞厅等娱乐场所为图保卫工作省事,将紧急出口堵死,结果火灾发生,导至人员伤亡
的惨剧.
在耗散结构理论、协同论中都基于熵平衡对系统自组织进行了讨论。
同样,我们将熵平衡方
程应用到界壳理论中,可以导得开放度熵判据
ρC=P/(n ?Jsm)l (1)
式中P为系统的熵产生,Jsm 表示通过界门的熵流的中值,l 为系统周界的长度,n为界壳的
法向单位向量. 根据热力学第二定律,系统要发展,系统的熵流应是负的,则可导得开放度
应满足
ρ>ρ c (2)
ρC表示了系统中熵产生与从环境进入系统的熵流的相对关系。
系统的熵产生 P 增大,熵
判据ρC也加大,要求系统更加开放,否则系统得不到发展。
反之,如果熵流 Jsm 加大(减
小),ρC减小(增大),若要系统发展,系统开放度可减小(加大)。
(2)表示了系统应有足够的开放度,系统才能发展。
反过来,系统的界门也不能开得太大,
以致系统本身为环境所湮没。
可以从物质流、能量流和信息流的角度分别导出界壳开放度的
上界,我们从反应扩散方程导出了开放度上界ρu,即开放度上界应满足
ρ<ρu (3)
(3)表示,若要保持系统的属性,不被流入的质量流同化,一个系统的开放度不能太大。
例
如,哥伦布发现新大陆后,欧洲移民大量进入美洲,带去了欧洲文化和基督教文明,其结果
土著文化如印第安文化几乎被湮没。