耗散结构的特点简介

1.平原河网是一个复杂的开放系统

耗散结构的系统必须是开放系统，必定同外界进行着物质与能量的交换[17]。在物理学、热力学以及力学中都把被研究的对象作为一个系统加以考察，对不同的系统采用的理论有着严格的要求。通常根据系统与外界相互作用的程度不同，可分为孤立系统、封闭系统和开放系统3种模式。这3种系统的特征及状态见表2.1。

表2.1　3种系统的特征及状态

严格说来，孤立系统并不存在。因为每个系统和它周围的环境总是有着各种各样的联系，并受到周围环境的影响，它们相互作用。由于孤立系统不受外界影响，因此系统内发生的过程是自发的。开放系统是普遍存在的。封闭系统和开放系统均受外界影响，系统内发生的过程与孤立系统不同。平原河网显然不是一个孤立系统，也不是一个封闭系统。它在流动过程中与外界既有能量、物质的交换，也有信息的交换。平原河网水体不断从上游和区域接受水量，通过河网向下游流动，并克服流动阻力、改变河网形态，其挟带营养盐物质等所含的能量，被分散地逐渐消耗。通过控制平原河网水闸的启闭，不断接受周边区域的径流和泥沙，在沿途为克服边界阻力摩擦生热而产生能量损失，流动过程中势能与动能的相互交换与变化，所以平原河网是一个真正的复杂的开放系统，它不断地通过蒸发、降水、径流和渗流与外界交换物质与能量。物理学将从环境得到的物质和能量称为“负熵”。因此，物理学给生命下的定义是：生命以负熵为生，开放系统需要系统从外界引入足够强的负熵流来抵消系统本身的熵产生而使系统总熵减少或不变，从而使系统进入或维持相对有序的状态。

2.平原河网是非平衡有序结构(www.xing528.com)

在自然界中存在两类有序结构：一类是在平衡条件下形成的，平衡结构不需要任何能量或物质的交换就能维持，可称之为“死”的有序化结构；另一类是耗散结构，要靠外界不断供应能量或物质才能维持，可称之为“活”的有序化结构。平原河网是一种复杂的开放系统，时刻与外界进行各种物质交换，是非平衡态的有序结构，如平原河网的河网形态、水流过程、营养物质等，不仅是自然界动态过程的产物，同时其本身也是一种过程。从较长的时间段来看，平原河网在不同的时刻有不同的表现，从空间来看也表现为空间的变化。显然，平原河网是一种空间有序、时间有序和功能有序的非平衡结构。

3.平原河网内部子系统之间存在非线性作用

耗散结构要求系统中必须有某些非线性动力学过程。非线性反馈过程，即一个过程的结果会影响到过程本身。正是这种非线性的相互行为，导致系统各元素间协调动作而产生有序结构。平原河网系统包含许多内部的子系统，如水循环子系统有降水、渗流、径流、蒸发等要素；泥沙子系统有水土流失、淤积、冲刷、造床等要素。这些子系统是组成平原河网有序结构的各个要素，它们之间存在着非线性的相互作用，这种相互作用使各要素间产生相干效应与协调动作，从而可以使系统从杂乱无章变为井然有序。这些子系统之间的相互作用是不能用线性过程来描述的，通常是若干子系统综合作用下的一种非线性的耦合作用。

4.平原河网通过结构、功能之间的涨落达到有序和谐

产生耗散结构的系统都包含有大量的系统基元甚至多层次的组分。一个由大量子系统组成的系统，其可测的宏观量是众多子系统的统计平均效应的反映。但系统在每一时刻的实际测度并不都精确地处于这些平均值上，而是或多或少有些偏差，这些偏差就叫涨落，涨落是偶然的、杂乱无章的、随机的。平原河网存在着涨落现象，并且不断受到外界人为或自然因素的影响，导致河网水量的枯丰变化，营养盐物质、河床形态在时空上分布不均，产生无数个“小涨落”，从而达到有序和谐。当涨落达到一定程度时，平原河网系统就会产生“巨涨落”，从当前的状态跳跃到另一种状态。