（五）复杂地理系统的核心问题与研究方法

借鉴复杂系统研究的特点和方法，从复杂地理系统的视角，应明确如下核心问题：①通过自组织能力识别，判断具备成为复杂系统的条件；②明确复杂系统演化的动力；③明确系统状态演化过程及其驱动机制；④复杂系统内部结构的演化过程。

随着复杂性科学研究的深入，科学家针对复杂系统研究发展了一系列的研究方法（图2-4）。

耗散结构理论是判定复杂系统能否通过自组织行为从无序到有序发生的重要方法。耗散结构理论强调，远离平衡态的非线性开放系统，通过不断地与外界交换物质能量，在系统演变内部混合参量达到一定的阈值时，系统发生突变即非平衡相变的行为，由初始的混沌无序状态转变为一种在时间上、空间上或功能上的有序状态。

协同理论是刻画复杂系统演化动力过程的重要方法，探讨系统要素、单元和结构从无序到有序的动力过程。协同理论强调通过系统要素竞争，协同实现从无序、无主控要素和规则的过程，到有序、出现主控要素和规则的演化过程。这种主控要素和规则称为序参量，一个系统演化到一定阶段可以有一个序参量或多个序参量。微观研究用常规动力学的方法进行解释，但是宏观研究则是用复杂系统的方法进行解释。序参量的出现能破解子系统和系统要素的结构关系，同时，能够解释从无序到有序的支配关系。

突变理论是用形象而精确的数学模型刻画复杂系统连续性中断的质变过程的重要方法。突变也是系统非线性特征的一种体现，无论是简单系统还是复杂系统都可能产生突变。突变理论通常研究系统发生突变的条件、位置、路径及其出现的可能性即突变概率。同时，可以根据条件逼近探讨可能的突变路径。因此，突变理论具有研究复杂系统状态演化的功能。

超循环理论是探讨复杂系统多层次、多要素、多过程循环行为而造成系统的结构生长过程的重要方法。地貌的隆升—侵蚀循环过程是典型的超循环过程。超循环具有结构自我复制功能、系统自我复制功能、系统自适应功能、系统自进化功能。超循环使系统远离处于中值的平衡态，非线性特征也越来越强。当系统在临界点发生突变，系统又会进入一种新的平衡态。所以有序和无序是指对现有状态本身要素之间的关系衡量，不是一个状态和前一个状态的衡量。

分形理论是描述复杂系统空间形态的重要方法。分形是指系统某个层次的组织结构以某种方式与整体相似，例如：水系、海岸线。分形通过分维数度量空间对象的不规则程度和整体特征，例如，根据海岸线的分维数，可推算出不同测量尺度下海岸线的长度。

混沌理论是探索复杂系统整体演化趋势的重要方法。混沌现象产生于对初值敏感的复杂系统中，如果系统的初值稍有偏差，可能导致系统演化趋势发生很大的偏移。尽管系统演化趋势偏移会让系统显得很混乱，但混沌理论可以从中认识系统演化规律。混沌是非线性的、独立的、内在的过程，且具备固有的性质。混沌系统貌似随机，但是可被预测。大气科学中应用混沌理论通过不断修正既有状态，对天气现象进行长期预测，尽管还不是很精确。地理系统中存在诸多类似的现象，但是我们尚未学会应用这一理论解决复杂的地理学问题。 384/JmGcgJ8MMVf8otUcZaqhm4PhERRsWDg1CDyjwRBCe9oCEVXtfAb3lLMz2ITd