PDF《王玉明地理环境演化趋势的熵变化分析》

地理学报ACTA GEOGRAPHICA SINICA 第66卷第11期2011年11月Vol.

66, No.11 Nov.,

2011 收稿日期:2011-04-21;

修订日期:2011-09-09 基金项目:山西省软科学项目 (2011041062-04) [Foundation: Shanxi Province Soft Science Project, No.2011041062-04] 作者简介:王玉明 (1962-), 男, 江苏金坛人, 博士学历, 教授, 硕士研究生导师, 中国地理学会会员 (S110003114M), 主要 从事自然地理与旅游经济学研究等.E-mail: [email protected] 1508-1517页 地理环境演化趋势的熵变化分析 王玉明 (太原师范学院城市与旅游学院, 太原 030012) 摘要:地理环境系统的演化遵从热力学第二定律:系统的有序度变化与其总熵值变化反相 关;

当总熵变为负时,系统的有序度增大,从而有利于人类的生存与发展;

反之亦然.结合 前人有关地理环境熵变研究成果的分析表明:自然地理环境的自发演化是朝着有序化方向发 展的;

大规模人类活动对城市系统及人文地理环境的影响总体上是正面的,推动了其有序化 发展;

对自然地理环境的影响有正有负,正面影响表现为对低熵物质与能量的增量生产,体 现在农产品增收、太阳能等新能源技术的应用和生态环境建设等方面;

负面影响表现为消费 与工业生产过程中对低熵物质与能量的消耗和向环境排放"三废"与散热,导致地理环境中 低熵成分存量的减少和熵增扩大,已引起普遍担忧.自然地理环境"本底"演化的有序化指 向和大幅增产低熵能源的技术可能性启示我们:通过引入更多低熵物质与能量和减少熵排 放,可以促使地理环境的演化继续指向有序化方向. 关键词:地理环境;

熵;

有序度;

演化

1 熵变化对地理环境演化趋势的指示意义 地理环境是指人类赖以生存发展的地球表层环境,人类文明的发展是建立在与其不断 地进行物质、能量及信息交换基础上的,其演变趋向关系着人类未来.从热力学角度看, 地理环境系统是一个开放的热力学系统和复杂巨系统[1] ,也称地球表层系统[2] ,其发展演 化必然遵从热力学定律.热力学第二定律指出:不可能把热从低温物体传至高温物体而不 引起其它变化[3] .克劳修斯 (Clausius, R.J.E.)

1865 年又以熵 (S) 的概念把热力学第二定律 定量表述为熵增加原理:在孤立系统中,系统的熵永不减少,其总熵变 ds ≥ 0.若系统 经历可逆过程,取=;

若系统经历不可逆过程,取>[4] .在这里,熵是用以表征系统状态的 物理量,熵的本质是系统无序程度的量度[5] .熵越大,则系统越无序,系统中的微观状态 数越多,系统的宏观结构与运动越具不确定性和无规则性;

反之熵越小,系统越有序,系 统中微观状态数越少,系统越是具有宏观结构与运动的确定性、整齐性和有规则性等特 点[6] . 熵增加原理在引入负熵概念后遂发展成为一般熵理论[7] ,它可以阐明与外部有着广泛 物质、能量及信息交流的开放系统的演化:开放系统的演化方向由该系统的总熵变 dS 确定;

系统的总熵变dS = des + dis,其中,des为系统与外部交换物质、能量或信息引起的系 统熵值变化,称为熵交换或熵交流,其值可为正、负或零;

dis为系统内部不可逆过程引起 的熵增加,其值恒大于零.(1) 若des > 0,则dS > 0,系统与外部之间的熵交换使总熵值加 速增大,加快了系统的无序化进程.(2) 若des < 0,且|des|