摘要 分别采用拉格朗日法和欧拉法对复杂系统能流进行分析，对现有的营林数据，建立营林数据库，对营林进行能流和TSE分析，建立营林模型，对营林未来结果进行仿真，然后据此仿真结果提出营林规划设计。
关键词 生态论；能流分析；TSE；营林；仿真
中图分类号 F326.2 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2013）10-0156-02
1 复杂系统生态论
张国庆于2012年4月12日在科学网博客上发表《生态论概述》，以及随后发表的《生态论与经济生态化研究》《生态论：复杂系统研究》《系统学概论》，提出了复杂系统“三论”，即复杂系统的生态论（ecologism）、健康论（healthism）与和谐论（harmoniousism）[1-4]。不久又发表了《系统法学：良法善治方法》，将复杂系统“三论”应用于法学[5]。在《生态论：复杂系统研究》与《系统学概论》中，还提出了生态论的能流分析（energy analysis）、TSE分析（TSDA，time-space dynamic analysis about event）、代谢分析（metabolism analysis）、生命周期分析（life cycle analysis）等复杂系统分析研究方法，以及系统管理等理论[1-12]。
复杂系统生态论，就是运用生态思想，去探索世界，研究并指导人类社会发展的一种基本理论与方法。复杂系统生态论方法，是在运用系统学理论的基础上，引入并综合生物学、化学、物理学、数学等理论与技术，来研究探索复杂系统。
2 复杂系统的能流分析
对任何系统进行分析研究，都需要选择合适的参量（parameter）来描述系统。可以直接借鉴物理学、数学中非常成熟的熵分析、场分析、网络分析中的描述与分析方法，选用熵、焓、流等作为描述系统的参量。
2.1 系统的熵（entropy）
系统的熵，是度量复杂系统混乱程度的参量。设x、y分别为复杂系统的自变量和因变量，y=f（x），若x、y为连续变量，则复发系统的熵S表示为：
dS■■
若x、y为离散变量，则复发系统的熵S表示为：
？驻S=■
设Py为系统出现状态y的概率，k为系统常数（因系统不同而不同，因参量不同而不同），系统的熵还可以表示为：
S=klnPy
为了区分二者之间差别，把前者叫做参量熵（parameter entropy），后者叫做概率熵（probability entropy）。
2.2 系统的焓（energy）
（1）系统的能。系统的能（energy），是系统保持运转的动力，也是系统发生发展的潜力。就一个具体的系统而言，能可以是物质的，也可以是非物质的，例如信息、能量等。
（2）环境的能。复杂系统是一个开放的系统，时刻都与其所在环境进行着“能”的交换。环境能（environment energy，en-energy，）是指环境输入系统的能。
（3）系统的内焓。系统本身具有维持系统运转的能，也即系统本身具有的焓叫做系统内焓（系统内能，internal energy），是系统运转与发展的潜力。
（4）系统的功。系统的功（work），是系统对环境的输出。
（5）系统的焓。参与系统运转的能的总和，称为系统的焓（enthalpy）。焓可以表示为：
H=EE+EI+W
式中，H、EE、EI和W分别表示系统的焓、环境能、内焓、功。
2.3 系统能流的流分析
系统能流的流分析，就是采用拉格朗日法，对复杂系统的能流进行分析。
（1）能流的空间位置描述。使用三维空间描述能流的空间位置，采用流分析方法时，能流质点的位置坐标不是独立变量，而是起始时刻坐标a，b，c和时间变量t的函数：
通常用能流质点在初始时刻t=t0的空间位置坐标（a，b，c）作为区分不同能流质点的标记，即a，b，c取不同值代表不同的能流质点，也即a，b，c取不同值表示不同能流质点在t时刻的位置坐标（位置分布）。当a，b，c为常量，t为变量时，则表示某一个确定的能流质点的运动轨迹。
（2）能流的速度。能流的速度，用能流质点轨迹对时间的偏导数ux、uy、uz表示：
（3）能流的加速度。对速度的时间t再次偏导：
（4）能流的流图分析。采用图论方法，把复杂系统内各子系统作为图的节点，子系统间的关联作为图的边，子系统间能流的流量、速度或加速度作为边的权，这样，就可以使用图论分析技术或者时空动态分析技术（TSE），对复杂系统的能流进行分析[2-3，6]。
2.4 系统能流的场分析
复杂系统的场分析（field analysis），就是采用欧拉法，对复杂系统的能流进行分析。
（1）速度。系统中观察点坐标（x，y，z）和时间为t为欧拉变量，能流场中各观察点的流速所组成的流速场为：
u=u（x，y，z，t）=uxi+uy j+uzk
其投影形式为：
（2）加速度。用场分析方法描述能流运动时，u=u（x，y，z，t）=uxi+uy j+uzk中x，y，z与时间t是相关的，应该将观察点坐标（x，y，z）作为时间t的函数：
x=x（t）
y=y（t）
z=z（t）
则能流质点的加速度按照复合函数求导法则求出：
α=■
=■+■·■+■·■+■·■
=■+ux■+uy■+uz■
其投影形式为：
由此式可以看出，在欧拉法中，能流质点的加速度由时变加速度和位变加速度两部分组成：
时变加速度：前面一项■，■，■是在同一观察点上，其加速度是由速度随时间变化而引起的，称作时变加速度或当地加速度，是由于能流场的非恒定引起的，表示某一固定观察点能流质点速度对时间的变化率。
位变加速度：除去时变加速度项，剩下的各项：
ux■+uy■+uz■
ux■+uy■+uz■
ux■+uy■+uz■
是能流质点位移前、后两处，在同一时刻，其加速度是由速度随空间位置变化而引起的，称作位变加速度或迁移加速度，是由能流场的非均匀性引起的，表示同一时刻由于能流质点空间位置的变化而引起的速度随时间的变化率。
有了上述能流的场的描述，就可以对其进行进一步的场分析。为了便于分析，选取一个感兴趣的时间点，固定时刻t不变，也即t为常数，上述的能流的场就变成了非时变场，描述函数就简化成：
u=u（M）=u（x，y，z），M∈D，（x，y，z）∈D
式中，D为确定的研究区域。
所有感兴趣的时刻t的分析结果汇聚在一起，则构成了复杂系统总体能流的分析结果。
3 生态论在营林中的应用
3.1 建立营林基础数据库
利用复杂系统生态论方法中的能流和TSE分析技术，以地理信息系统（geographical information system，GIS）和全球定位系统（global positioning system，GPS）为平台，利用已有的营林数据和二类森林资源清查、一类森林清查数据，建立营林基础数据库。营林基础数据库至少包括措施数据库、树种数据库和立地因子数据库，如图1所示。
3.2 营林仿真与规划
根据营林需要，对营林建模因子进行野外补充调查，并搜集必要的立地因子数据、气象数据、市场需求数据以及营林历史数据、社会经济数据和林业技术标准，然后据此进行营林能流和TSE分析，在营林能流和TSE分析基础上，建立营林环境立地因子—市场需求—树种适应与生长因子模型及其相关数据库，对营林未来结果进行仿真，最后根据仿真结果，在GIS平台上提出营林规划设计。
为了确保营林规划的可靠性、可操作性，以及营林生产的标准性和规范性，有必要借助GIS和GPS平台，对照计算机给出的营林规划设计，进行现场精细的作业设计。现场作业设计是在计算机给出的营林规划设计基础之上进行的，是营林生产操作技术指导。
3.3 营林规划管理
营林规划设计和作业设计完成后，必须进行必要论证，以及时纠正其中的错误。营林规划实施时，必须进行实时监测，对监测结果要及时反馈，必要时可以调整营林规划和作业设计。通过营林能流分析与TSE分析仿真，有利于推广应用先进的林业技术，推进林业标准化，培育健康森林[9-12]。
4 参考文献
[1] 张国庆.生态论概述[EB/OL].（2012-04-13）[2013-04-17].http：//blog.sciencenet.cn/home.php？mod=attachment&id=19547，http：//blog.science net.cn/blog-3344-558716.html.
[2] 张国庆.生态论与经济生态化研究[J].现代农业科技，2012（10）：28-29，36.
[3] 张国庆.生态论：复杂系统研究[EB/OL].（2013-03-27）[2013-04-17].http：//blog.sciencenet.cn/data/attachment/home/201304/01/082301npp13 fnh5bllmra3.attach，http：//blog.sciencenet.cn/home.php？mod=space&uid= 3344&do=blog&id=674444.
[4] 张国庆.系统学概论[EB/OL].（2013-03-27）[2013-04-17].http：//blog.sciencenet.cn/data/attachment/home/201303/30/181342mjoagoqx5j1u3xw a.zip，http：//blog.sciencenet.cn/blog-3344-675354.html.
[5] 张国庆.系统法学[EB/OL].（2013-04-13）[2013-04-17].http：//blog.sciencenet.cn/data/attachment/home/201304/16/153824kl1yn6clk43 444o9.attach，http：//blog.sciencenet.cn/home.php？mod=space&uid=334 4&do=blog&id=680709.
[6] 张国庆.Time-Space Dynamic Analysis About Event（TSDA）[EB/OL].（2009-08-05）[2013-04-17].http：//blog.sciencenet.cn/upload/blog/file/2009/8/200985173135969134.pdf，http：//blog.sciencenet.cn/blog-344-247630.html.
[7] 张国庆.和谐论概述[EB/OL].（2012-10-05）[2013-04-17].http：//blog.sciencenet.cn/home.php？mod=attachment&id=26726，http：//blog.science net.cn/blog-3344-619388.html.
[8] 张国庆.生态健康概论[EB/OL].（2012-04-10）[2013-04-17].http：//blog.sciencenet.cn/home.php？mod=attachment&id=19323，http：//blog.science net.cn/blog-3344-557531.html.
[9] 张国庆.标准学[M/OL].（2011-07-08）[2013-04-17].http：//blog.science net.cn/home.php？mod=attachment&id=8390，http：//blog.sciencenet.cn/blog-3344-469416.html.
[10] 张国庆.林业标准学[EB/OL].（2011-02-20）[2013-04-17].http：//blog.sciencenet.cn/home.php？mod=attachment&id=8389，http：//blog.science net.cn/blog-3344-469414.html.
[11] 张国庆.生物灾害学[EB/OL].（2012-05-25）[2013-04-17].http：//blog.sciencenet.cn/home.php？mod=attachment&id=21810，http：//blog.science net.cn/blog-3344-574783.html.
[12] 张国庆.灾害学概论[EB/OL].（2012-03-16）[2013-04-17].http：//blog.sciencenet.cn/home.php？mod=attachment&id=18034，http：//blog.science net.cn/blog-3344-548423.html.
