生态平衡及其热力学判据

本文运用Ⅰ.Progogine的耗散结构理论探讨了生态平衡的热力学本质是生态系的稳定有序结构。并指出生物系统在经历不可逆过程中,生态系统平衡的条件是生态系统的熵变总不大于零,即dS≤0.我们建议把这个结论称为生态平衡条件下生态系统的热力学定律,以推动生态系统的热力学理论。     

土地利用/覆盖变化-生态系统服务-人类福祉关系研究进展

系统厘清土地利用/覆盖变化、生态系统服务与人类福祉之间的复杂关系及研究进展与研究趋势,对于应对全球变化、生态环境破坏等问题十分重要．本文从土地利用/覆盖与生态系统服务、生态系统服务与人类福祉以及土地利用/覆盖变化-生态系统服务-人类福祉3个方面,总结了三者之间复杂关系的研究进展,并指出未来的研究方向．研究结果表明:1）生态系统服务的变化主要由土地利用类型、格局和强度的改变引起;2）土地利用/覆盖变化、生态系统服务与人类福祉的研究通常用来解决减贫、生态系统健康、生物多样性保护、可持续发展与自然资本方面的问题;3）在土地利用变化、生态系统服务与人类福祉的研究方面未来需要加强的研究主要包括多尺度关联、驱动力分析、不同人群特征及土地利用类型与生态系统服务偏好的关联,以及气候变化对生态系统服务与人类福祉的影响等．      

天目山自然保护区生物多样性的熵值测度研究

说明了生态系统是典型的热力学开放系统,并具有耗散结构的特征,阐述了生物多样性的热力学熵机理.在此基础上提出了生物多样性的两个熵值测度指标,并分析了各指标的含义、两指标间的相互关系及其与传统测度指标机理上的对应性.用天目山自然保护区典型样地调查数据进行了验证,验证结果与生物多样性的熵值分析机理相一致.通过对比分析,笔者认为传统生物多样性测度指标没有考虑群落中各种群在个体数量上的绝对差异对生物多样性的影响,从而提出了生物多样性的熵值改进方法,并分析了与熵值测度指标密切相关的几个关键性问题及影响天目山群落生物多样性的主要原因.     

对生态系统及生物多样性等理论问题的探讨

在简述生态系统基本特征的基础上，对生态系统是非平衡系统，是典型的耗散自组织系统进行论述；并对系统有序、无序、混沌状态的概念和相关关系及渐变、突变、分岔的区别作解释。阐述生命自组织的基本特性及新种的形成过程，同时用熵值作为生物多样性评价指标，证明了一个系统的熵值增加，物种多样性就丰富，熵值减少，物种多样性就较差。笔还就生物多样性与生态系统的稳定性问题进行了讨论，认为生物多样性与生态系统的稳定性没有必然的联系。     

人类生态系统组成、结构与功能研究

在人类生态系统的组成与结构分析的基础上,引入热力学原理阐明人类生态系统动态过程机理,指出人类生态系统具有5大功能特征:整体效应;区域效应;层次效应;反馈效应;循环与发展。     

基于热力学基础的熵的意义研究

熵的概念源于热力学,自提出以来,不断地得到发展,应用也日益广泛。本文从热力学的角度来探讨熵的概念。热力学熵的概念在应用中被定义为系统中每投入单位标准煤能量重量所造成的技术损失,热力学熵与分子运动混乱度可以在数值上进行转换。     

论孤立系统的熵与开放系统的熵

阐述把热力学第二定律滥用于整个宇宙的错误论点,论述孤立系统的熵变关系与开放系统熵变的区别与联系,在此基础上重点叙述开放系统熵变的问题．论文中针对生物系统的开放性,结合熵理论解释了开放系统的负熵论观点．并引出信息熵,叙述了信息熵与负熵的等价性．     

流化床非平衡态热力学分析模型

用非平衡态热力学的分析方法分析了流化床系统的熵、熵产生、熵流,讨论了流化床系统的热力学分支和耗散结构分支,论证了流化床系统的能量最小原则,使热力学第二定律同流化床理论研究有机地相结合。建立了鼓泡流化床的数学模型和过渡态判据。热力学第二定律的引入,使热力学和流体动力学与流化床理论研究、耗散结构分支与系统运动形式的多样性、系统总体稳定与局部非稳定在理论描述上相统一。     

环境流体中的熵平衡方程和动力熵产生

熵平衡方程是非平衡态热力学的基础.但是目前的经典熵平衡方程,内能中不合理地隐含着流体微团组分相对于质心运动的动能,并非热力学意义上的平均分子运动动能.文中以内能仅为平均分子运动动能概念为出发点,重新推导得到了修正的熵平衡方程.在熵平衡方程中导入动力熵产生,使熵平衡方程能以显式表述动力过程.这时熵平衡方程不仅描述了一个热力学系统的不可逆过程,而且描述了动力可逆过程所造成的系统熵变化.使熵平衡方程能描述热力学系统状态和发展方向,更为合理且更具有普遍性.     

地球-大气-海洋系统熵收支的估算

地球-大气-海洋系统的能量收支遵循热力学第一定律(能量守恒定律),是守恒的;而系统的熵收支却遵循热力学第二定律(熵增加原理),是不守恒的. 文中给出并讨论了地球-大气-海洋系统的熵平衡方程并根据新近的全球多年平均的能量收支和海-气界面通量气候资料,重新对地球、大气和海洋系统界面上的年平均熵收支作出估计,以期为进一步研究系统内部不可逆过程导致的熵产生及其局域熵的时-空变化提供一个定量依据.     

Entropy budget of the earth, atmosphere and ocean system

The energy budget in the system of the earth, atmosphere and ocean conforms to the first law of thermodynamics, namely the law of conservation of energy, and it is balanced when the system is in a steady-state condition. However, the entropy budget following the second law of thermodynamics is unbalanced. In this paper, we deduce the expressions of entropy flux and re-estimate the earth, atmosphere and ocean annual mean entropy budget with the updated climatologically global mean energy budget and the climatologically air-sea flux data. The calculated results show that the earth system obtains a net influx of negative entropy (-1179.3 mWm-2K-1) from its surroundings, and the atmosphere and the ocean systems obtain a net input of negative entropy at about -537.4 mWm-2K-1 and -555.6 mWm-2K-1, respectively. Calculations of the entropy budget can provide some guidance for further understanding the spatial-temporal change of the local entropy flux, and the entropy production resulting from all kinds of irreversible processes inside these systems.     

论生态系统工程

<正>按系统工程的原理和方法,调整生态系统组成成分的空间位置、时间顺序、数量比例,进行仿真模拟、分析评价,提出结构优化、功能高效、生产力高的生态系统方案,这种方案的设计和实施,我们称之为生态系统工程。 生态环境中的物质和能量是外源的,而生理代谢活动则在生物体内进行,所耗的物质和能量是内源的。生物的生命活动就是把外源的物能转变为内源的物能,又把内源的物能转变为外源的物能。这种生物与非生物环境之间的物质交换、能量流动和信息传递,我们称之为生态界面系统运动。生态界面可认为具有“过滤选择”作用的系统,它的运动受制于生物的适应活力和环境的适宜程度,表明了生物与环境的基本联系,反映了生态系统运动本质。所以不论是设计人工生态系统或改造自然生态系统,都必须了解生态界面系统的性质和功能及其与熵变和信息传递的关系。     

论生态界面系统

<正>在生态系统中,生物系统和非生物环境系统之间的界面称为生态界面系统。生态界面是一居间“物质薄层”。它的一侧为生物面,另一侧为非生物面,既受生物和环境的影响,又是它们之间物质交换、能量流动和信息传递的输导系统。来自生物方面的内力和来自环境方面的外力所形成的生态合力支配了生态界面系统的运动。了解生态界面系统的热力一动力学性质以及通过界面的物能流动和信息反馈特点,就可以知道生物与环境的本质关系和生态系统的结构、功能、平衡或稳定状况,从而直接评定其生态效益。本文以空气动力学中的湍流运动方程组作为求解生态界面系统的热力—动力学特性的理论依据,采用数值差分的方法,求取生态界面上瞬间变化的各种物能流动通量,不断对系统的未来状态作出模拟,又以新的模拟状态为初始态,进一步作出具有时间连续性的模拟和预测,直接而准确地反应生物与环境的本质关系和生态系统的动态特征。既避免了生态学传统方法的偏颇性,又赋予生态学新的内容。     

两变量热力学系统绝热线唯一性定理及其应用

本文严格证明了两变量热力学系统绝热线存在和唯一性定理,由这一定理出发不需要热力学第二定律就能证明两变量和一变量热力学系统熵函数和绝对温度函数的存在性.同时本文还证明了第零类永动机实际上是第一类永动机的一种类型.     

新疆苹果黄叶病病因的系统方法分析

苹果树体是一个耗散结构系统,必须与环境不断地进行物质、能量、信息的交换,取得负熵,才能使树体得以生存和进条。本文应用系统方法分析出:由于树体受到扰乱——环境PH值和盐分浓度增加,使树体吸收和利用有效态铁(Fe~(2+))困难,树体系统由有序状态变为无序状态而发生黄叶病。     

元系统热力学及其对铁电和超导等系统的应用

发展了一种元系统的热力学,用微分拓扑的方法,仅从热力学第一定律出发,就证明了元系统的热力学温度函数和熵函数的存在性,导出元系统的热力学基本方程,其结果可推广到平衡态和非平衡态的宏观系统。文中也讨论了元系统热力学应用于铁电、超导等系统的热力学的可能性。     

生态网络中信息分析的方法与应用

生态网络中信息分析的方法与应用韩博平，林鹏＿（生物学系）有关生态系统信息分析的最早研究是由Ｒｕｌｔｅｄｇｅ。开始于１９７６年的工作［１］，他将生态系统中物质、能量流动途径定义为信道·以Ｓｈａｎｎｏｎ的通信理论为基础。研究生态系统中组分间的相互作用，认...     

相干电磁辐射双稳态输出的热力学模型

本文用非平衡热力学的观点讨论了吸收型双稳态输出，并认为双稳产生于熵产生导致的流经整个系统的自发流（能量流、电极化流）；且Ｃｕｒｉｅ和Ｐｒｉｇｏｇｉｎｅ的对称性原理控制了流的耦合程度。在热力学基础上导出了一组Ｍａｘｗｅｌｌ－Ｂｌｏｃｈ方程，并由此得出了在共振吸收时的双稳输出方程和双稳输出条件，最后把这些结果与传统动力学的结果进行了比较，并发现它之间符合较好。     

无机化学中“优化学热力学”教学的探讨

在无机化学中引入化学热力学,是一个较新的课题。本文着重探讨了在无机化学中怎样深入浅出地引出热力学函数中含(H)、熵(S)和自由能(G)的概念和物理意义,及这些热力学函数间的相互关系。并以热力学能量观点研究了无机化学教学中的一些无机化合物性质和无机化学反应规律。