论综合科学的定量研究方法

综合科学是社会科学、自然科学和技术科学汇流的产物,本文讨论的综合科学定量研究方法,是指从宏观的角度对综合科学进行整体性考察的一种定量研究方法。我们把学科状态看成四维时空中的一个点,对每个学科的综合程度定义了一个客观指标——综合度C。对学科综合或分化进行了运动学的描述。最后,用各学科的加权相加给出了整个科学综合或分化的评价指标。     

中国大学关系的复杂网络

采用14个参量描述大学状态,这些状态间的余弦距离定量描述各大学之间的相似性,得到最小生成树.每个大学与最相似的若干大学连接,得到描述大学关系的复杂网络.度、介数、紧密度和社区结果等拓扑概念用于讨论这些网络的非平凡结构特点.中国大学(不含港澳台地区院校)划分为12个社区,每个社区内度最大的节点作为社区标志,而社区间邻接的介数最大的点作为边界.发现边界是排名在前列的具有强竞争力的高校,表明"综合化"是大学提高竞争力的努力方向.紧密度小的边界和各社区标志大学可作为中国大学代表,可供综合评价大学教育体系参考.     

地理学第一定律与时空邻近度的提出

地理学第一定律（TFL）由美国地理学家Tobler提出。由于计算机和遥感的应用推动了传统地理学的革命，第一定律作为定量地理空间分析的基础概念，在地理学及相关学科引起巨大反响。但它关于距离的定义和空间邻近关系的描述是含糊的，这局限了它的进一步应用。为此，我们提出加入时间维，用“流”的概念来理解和表达传统应用中的“距离”，从而用“时空邻近度”来替代“空间邻近度”，以促进地理学第一定律的更广泛应用。     

“模糊汽车”不模糊

1965年,美国加利福尼亚大学伯克利分校教授、系统科学专家洛特菲·扎德(L.A.Zadeh)在其论文《Fuzzyset》(模糊集合)中首次提出用“隶属函数”的概念来定量描述事物Fuzzy性的Fuzzy集合理论,为模糊概念的自然语言描述提供了一种数学方法和手段,从而创立了模糊逻辑理论。     

长江中下游致洪暴雨的多尺度条件

通过对长江中下游1991，1996和1998年3次洪水暴雨的大尺度、天气尺度、中－α尺度系统的分析，概括出长江流域出现致洪暴雨的环流条件是太平洋副热带高压、南海季风涌、中高纬度冷空气和青藏高原中尽度对流系统的最佳组配（或锁定），当这4个系统同时处于活跃阶段时，容易形成大范围、长时间的暴雨，并引发严重洪涝灾害。     

城市地貌环境的致灾研究——以重庆为例

城市灾害涉及面广,不少城市灾害的致灾过程、成灾程度和分布状况与城市地貌环境直接相关。我们将这种相关性称为城市地貌环境的致灾性。本文以重庆为例,对城市地貌环境的致灾性进行定位量化的分析,从地貌学角度将城市划分出致灾等级。     

熵的多面性与马尔可夫链熵的应用初探

熵概念是19世纪针对孤立系统准静态自然演变的定量描述而引入的。它描述了不可逆性事物的演化,因而是描述耗散系统演变、多样性和不稳定性的一个非常重要概念。通过对熵概念的发展和多面性的分析,在不同外界环境约束下的系统的演化性质可用熵概念描述。按照经典概念,物理学中研究的简单物系与生物生存环境的复杂系统有着显著的区别。的确,人们不可能想象出经典动力学的简单模型的简单性与我们在生命的演化或人类社会的历史中所发现的复杂过程之间的差别究竟有多大。但今天,这种差别已开始缩小。首先是物质在远离平衡条件下新的基本性质的发现,其次是动力体系的现代理论的发展(尤其是混沌运动)。这些新方法导     

降水问题知多少

降水天气过后,我们经常可以在电视或其他媒体上看到诸如雨情快报这类信息,里面包含了一定时间段、一定行政区域的降水量信息。当有强对流或暴雪天气过程时,手机里还会收到气象局发布的暴雨或暴雪的预警信号,其中同样有降水量的描述。那么,这些信息里的降水量是怎么定义的？雨量值是怎么得到的？降水等级又是怎么区分的？下面我们听专业人士详...     

冬小麦根系形态的分形特征

根系的分枝习性与发育状况构成了一个非规整的复杂形体,在欧氏几何中一直被认为是无序分生结构,难以定量测量.Mandelbrot引入分形概念来描述那些在一定尺度范围具有自相似结构特征的不规整形体,用分形维定义形体的尺度特性.因此,应用分形理论于根系研究,可以加深对根系几何形态性质的认识,提高定量描述根系统形态参数的可靠性.本文提出了表征根系分形特征的数学模型,并应用模型分析了冬小麦根系形态的分形特征.     

复杂、复杂性和混沌边缘

本文讨论了复杂、复杂性和混沌边缘三个概念.就作者理解而言,复杂是指动力系统所表现的至今缺乏深刻理解或基本上还不甚理解的动力学行为;复杂性是指试图从科学观点统一理解上述复杂动力学行为的定性或定量的描述;动力系统复杂行为来源是混沌边缘,这是一个尚待深刻理解的概念.     

电负性概念的新拓展

电负性概念1932年由Pauling提出, 它与分子中原子的极化率、软硬度、电荷分布等性质之间存在着密切的内在联系, 是人们判断物质性质的重要理论依据. 随着新材料的发展以及各学科之间的相互交叉与渗透, 电负性如今已成为在化学、物理和材料科学等领域均具有广泛应用的基本原子参数. 它的发展经历了原子电负性、离子电负性和键电负性三个阶段, 其中离子电负性是考虑了原子所处具体环境的价态元素电负性, 用于更精确地描述离子和化合物的各种物理化学性质; 键电负性是连接原子电负性和材料性质之间的桥梁, 它能帮助人们更方便、直接地建立材料的宏观性质和微观结构之间的定量关系. 离子电负性和键电负性的提出是对电负性概念的重要拓展, 它们在丰富和发展电负性理论的同时, 在新材料设计方面发挥了重要作用. 该文就电负性概念的研究进展及其在材料研究中的应用作了详细介绍.     

城市水资源需求场理论及应用初探

随着人类社会的发展进步及城市化进程的加快,人类活动对水资源的需求日益增加.水循环也从最初的自然水循环演变成"自然-社会"二元水循环.二元水循环理论的提出,为水文水资源学科的发展指明了新方向.迄今为止仍然没有统一的数理公式对二元水循环过程进行精确描述.本研究以城市为重点,深入剖析了社会经济用水需求对水循环的干扰和驱动原理,通过类比物理学中的麦克斯韦方程组,初步定义了城市水资源需求场——"水场"的概念,提出了城市"水场"强度的计算公式.以海河流域22个主要城市为例,应用水场强度计算公式定量描述了海河流域的水场强度,分析了水资源的流动趋势.结果表明,水场强度公式能够较好地描述城市水资源的驱动力和流动趋势.     

东营凹陷古近系异常高压的形成与岩性油藏的含油性研究

对东营凹陷异常高压的形成机制进行了系统的分析, 认为欠压实、生烃增压、地层剥蚀对流体增压有显著作用, 但是由于增压机制的阶段性差异, 对油气运移有影响的机制主要有生烃增压及地层剥蚀作用. 根据对东营凹陷盆地演化史的分析, 认为东营末期地层抬升剥蚀之前异常压力的形成以欠压实为主, 而在剥蚀之后以生烃增压为主, 在明化镇末期又发生了一次剥蚀, 造成压力场的变化而诱发流体运移. 异常高压的发育是岩性油气藏形成的必要条件, 而且二者具有很好的正相关关系. 根据现今油藏中压力与充满度的大小, 确定了成藏动力与岩性油藏含油性之间的定量关系. 而成藏动力的大小, 既取决于动力源, 还取决于储层毛细管力、围岩流体压力及在不同输导体系的动力衰减.     

槽式集热器集热管外热流分布均匀性的量化评价方法

定量化描述槽式集热器中集热管外热流分布的均匀程度,对于集热器的优化设计有着重要的意义.工程领域中,现有的均匀性评价指标往往只计及物理量在数值上的分布特征,没有考虑物理量在空间相对位置上的分布特征.本文将"均匀度"分解成"均度"和"匀度"两个子指标,从物理量的数值及其相对位置两个层面较为全面地对热流这一物理量分布的均匀程度展开定量化描述.通过对特殊分布和4种典型的集热器中集热管外热流分布的均匀性进行量化评价,验证了该指标的合理性以及在管外热流分布均匀性量化分析中的有效性.同时,新指标具有严格有界、无量纲等特征,便于在集热器的优化设计中使用,同时在其他工程领域也具有应用潜力.     

雾灾值得关注

在联合国公布的造成伤亡及损失的前十种自然灾害中就有五种气象灾害。大雾(或浓雾)是较为常见的灾害性天气之一,它具有出现几率高、发生范围广、危害程度大等特点,我国一年四季都有它的踪影。北京从1959～1990年的气象统计中发现,雾灾比暴雨、冰雹等灾害性天气出现的几率还要大。     

地震与建筑

强烈地震对人们最直接的威胁 是对建筑物的破坏,而人们 约有90％的时间,生活和工作在房间内。因此,加强建筑物的抗震能力,对于减少地震灾害中的损失具有非常重要的意义。研究建筑物的抗震,首先应了解地震的震级与烈度的概念。 地震的震级和烈度 地震的震级是根据地震本身的强度而设定的等级标度。它和震源释放出的能量有关。释放出的能量愈多,震级就愈大。因此,一次地震     

科幻都市成现实

蠕动城市 在不久前闭幕的纽约"世界科学节"上,来自Terreforml设计团队的大师们畅想了未来的城市规划,并提出了"蠕动城"这一崭新的概念. 根据他们的描述,这座未来城市是一幢由众多软管构成的高层建筑,软管内分布着若干标准大小的封闭单元,房间就是由这些"标准单元"组成的.     

利用非常规资料对城市强暴雨的中尺度分析与模拟研究

利用国家"973"项目获取的特殊加密观测资料, 包括自动气象站雨量资料、风廓线仪资料、多普勒雷达图像资料、GMS5卫星云图资料和NCEP再分析资料, 采用诊断分析与数值模拟相结合的研究方法, 对2001年8月5～6日上海城区出现的1949年以来最强一次降雨过程进行了中尺度分析与模拟研究. 目的是了解造成此次城市暴雨灾害的热带气旋内中尺度系统的发展演变特征和将较高时空密度的非常规观测资料用于高分辨率MM5中尺度数值模式, 对于有效地预报城市灾害性暴雨的可行性、必要性. 研究揭示出 (1)此次暴雨是由登陆热带低压内发生发展的一系列中尺度对流云团所致, 具有时空尺度小的特征; (2)热带低压在入海前的重新加强为这场暴雨的发生提供了有利的环境条件; (3)热带低压与其内中尺度云团间可能存在相互作用; (4)及时、准确地充分运用各种观测资料对于有效地监测、预测出此类城市暴雨灾害具有重要意义; (5)局地风速的增强和风向的转变是暴雨中尺度系统的触发机制, 而充沛的水汽输送、聚集的对流有效位能为暴雨中尺度系统发生发展提供了必要的物理机制.     

长江水系沉积物铜含量空间分布特征研究

元素含量的空间结构特征是由各种地球化学过程综合作用产生的.通过对空间结构的研究,有助于对产生该结构的各种原因进行进一步探讨,从而提高对各种地球化学过程的认识同时,对元素含量空间分布特征采用一些指标进行定量描述,也是地球化学空间分布特征研究从定性走向定量的一条途径.本研究以长江水系沉积物铜含量为例,探讨地统计学方法在环境地球化学空间分布特征研究中的应用.     

南海北部琼东南海域活动冷泉流场特征初探

冷泉是甲烷流体运移的一种重要地质过程.作为一种重要的温室气体,海底冷泉处渗漏的甲烷流体,对全球气候变化具有重要的影响.因此,冷泉流场的研究对于冷泉地质过程和全球气候变化都具有重要的意义.本研究基于PIV(particle image velocimetry)技术,对南海琼东南海域新发现的活动冷泉视频资料进行了活动冷泉的流速流场的模拟定量研究.研究区活动冷泉的释放有两种形式:一种是天然气水合物分解形成甲烷气泡,缓慢地逸散至海水;另一种则是含甲烷流体从喷口快速喷发形成羽状流. PIV计算的结果显示,活动冷泉羽状流流场运动方向整体向上,内部为复杂的湍流,其流线呈现出蜿蜒的形态,冷泉羽状流的运动方向与流速大小均随时间的改变而改变.尽管存在一定的系统误差,但PIV计算的结果仍然是可信的,并且具有低成本、速度快、分辨率高等独特的优势.与热液流场相比,冷泉流场的研究程度相对较低,未来需要更多的工作来定量描述冷泉流场,并分析冷泉流场的变化规律.