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全息基底之破缺与中尺度说聚类和模糊控制之认知模式谈连续与转换论地球系统科学全息观聊海洋系统过程多尺度话边界流转与通道更新

已有 644 次阅读 2020-5-11 17:21 |系统分类:观点评述

 

引子    超临界    传递转换   超导    分异   连通    转换     统一      连续     通道机制    通量量子化    意识层次   思维逻辑   假说    实证   隶属度   可解释    不确定    认知模式   神经网络    确定性层次  二元范式   脑科学   概念  公式   共识  智能进化

纯粹数学与应用数学开始相互融合,边界变得越来越模糊。

背景:重构 交叉 跨界  协同  需求牵引  应用导向  目标导向  前瞻性    引领性   整体性思维  基础应用一体化研究     共性   颠覆性   非共识、高风险

临界:模糊系统之转换器    规模-尺度-连接    分异隶属   跨界   过界    融合   结构功能   

艺术表现:结构与节奏     变速    时变    连贯   相融     曲成    多层次结构     三部创意

相似度:系统

隶属度:集合

或然率:事件   过程   结果      过程构造

复杂度:维度层次

确定性:可统计    定性-定量

可预测:可再现

转换:映射  

空间:构造   状态空间    传递函数    尺度湮没(汇集与加权;连续-无穷势:模糊本质)、

法则:自然  因果    分异相生    融通转化     分化湮灭     临界跨界过界    尺度规模层次      生息全息     

意识:思维模式      行为方式   万念   象     数    理

机器:机械论   深度学习    控制策略    认知补偿    层次转换  万能逼近    稳定性    超能智能

仿生:自适应   自组织    自学习

配位:卷积   鲁棒   脑心智    链网膜   协变  时变    适(应)变   全息度    病态   模糊修复    聚类限制   内生

量子逻辑:测不准 (浅识期、时变  不确定)  介观   统计构造   连续描述   完备性   全息表达

语言思维缺陷:尺度域   条件域    模糊域(边界流转窗口)   超临界   多元论   概率事件构造(实现形式和形成过程)

构造学:全息基底     凝聚扭结吸积耗散强迫    万能无穷势   量子差异   质子空间  元素周期   化合组态   逼近论    危机   悖论    开关不检测(生息)   功能废进    流动循环

原始(创)进化-人脑思维处理模糊信息:思维  破缺    符号    连接   中尺度    转换     具象   确界   边界    模糊     连续  圆通    测度    完美世界   建模    仿真   虚拟现实   空间转换

地球科学整体进入转型期,处在向综合集成方向转变的重要阶段,正从学科越分越细的现象描述,提升到探索机理、集成整合应用的系统科学和系统工程新高度。地球系统科学概念的提出目的是解决全球性的资源和环境问题的需要,是在科学技术自身发展和社会需求共同推动下发展起来的新兴学科。它以地球空间为研究对象,重点揭示各圈层、各要素以及自然和人为现象之间的相互作用关系。问题是理论的起点和理论技术的核心,有机地将全球变化研究和区域安全持续发展问题联系起来,构成了地球系统科学体系。

地球系统空间格局与过程具有开放性和非线性特征,表现为多层次性,层次间相互联系,过程间存在互作互馈关系,同时耦合过程中响应、反馈和转换大多属于随机性的混沌行为。地球系统空间异质性和层次性以及各过程的非平稳特性(如各向异性和非各态历经)是系统多尺度性产生的根本,制约着各种过程的类型(如急转)与变化速率(如突变),导致各种变量梯度的产生,极易形成灾害源区和灾害过程。同时,每一尺度上的主导过程不同,即不同的过程发生在不同的尺度上,各个尺度上的过程效应相互作用,对格局的发育起到反馈制约作用。特别是不同尺度的多种因素交互作用使得系统产生涌现特性,进而导致较大差异的环境气候效应。此外,当扰动因素胁迫系统时,由于尺度问题的存在,强迫因子叠加在原有格局和过程之上,往复耦合作用进而激发另一种格局或过程的尺度效应,并造成新的空间异质性态。以上尺度过程通过破坏系统平衡,导致灾害生发,引起安全风险。因此,地球系统的多层次和尺度复杂性,要求必须从系统科学角度加以确定性(如构造、界限和极限)认知。尤其在尺度选择上,既要聚焦特定和关键尺度,更要关注尺度间的内在关联和层次演进。这里称为地球系统的科学认知的罗盘-齿轮-链条效应。

由于社会经济与自然系统的联系愈发紧密,忽略其持续增长的复杂性本身就限制了对它的可知性。鉴于科学认知不断向系统性和综合性发展,通过对1947Gabor发现的全息照相技术进行概念泛化,这里提出地球系统科学认知的全息观。全息理念以系统分异为切入,以系统耦合格局与过程为基础要点,明确分异结构-格局过程-功能服务级联与传递转换关系,合理规划空间布局,通过分类区划、统筹协作方式,建构安全环境气候与生态位体系,从而为资源管理和安全风险治理提供保障。全息观以实现人、社会、自然和谐为目标, 致力于新的世界观、认识论、方法论和价值论建构,是一种整体论和还原论相结合的哲学世界观。关于地球系统科学全息观不作展开,仅从复杂系统分异相生的多层次尺度和相融的转换演化角度给出一般性定义。

全息概念描述为,特定层次维度上,物质、能量在系统本体分异确界(能量精微分异、物质系统功能建构与尺度规模)状态下的临界互作关系,胁迫融通维持与消长生息演化机制,系统(体系)扰动-响应-互馈形式(行为模式)及其能量信息感知传递转化过程和系统循环、转换等演进方式,以及自动智能控制数理化信息表达的综合。本质上,全息是有关动力学系统层次化分异与同一的科学,是高品质的信息智慧化表达,体现了物质能量分异演化、信息和控制的科学哲学统一。

地球系统是由各圈层组成的广域性复杂系统。地球系统科学全息观的思想逻辑表述为,从系统分异及其维度、层次和联通的构造学角度,对系统外强迫和系统内各圈层间和圈层内子系统互作互馈过程、稳定性与物质能量信息传递转换,及其有关自然与人为的因应关系(归因分析)、未来不确定性和安全风险进行有机的整体性认知,特别包括基于系统科学、信息论和控制论,对系统过程尺度转化和层次演进,以目标-服务智能链网模式进行规模构造性特征观测,发展仿生重演和仿真动态再现预演功能体系,以更好的关注和认识人类赖以生存的环境,有效防范和管控环境气候安全风险。地球系统科学全息观是系统科学融通发展的新趋势,是完成地球系统数字信息化新认识的整体观、系统观和时空观,也是达到地球系统完整认知的新技术革命的重要方向与思想思维体系。地球系统科学全息观的提出目标是不断发展与时俱进的学科内涵,为人类共建安全健康地球和实现可持续发展作出重要贡献。

当前,科学研究不断向系统化、综合化、全球化的趋势发展。采用现代测绘和观测(探测、监测)技术、信息技术和预测预报技术,基于对全球和区域的精细精确、实时和动态观测,揭示不同尺度物理、化学、生物特征和变化规律,预测资源、环境、气候生态的时空变化,评估不同空间尺度环境信息,研究其多尺度变化过程及其气候环境和资源效应,是深化地球系统认知的重要内容,更是提高海洋资源开发能力,加强海洋生态环境保护,以及灾害风险防治和环境气候安全保障的迫切要求。因此,基于区域研究的视角,建立“要素-过程-格局-安全”的综合研究模式,通过理解海洋要素相互作用过程的机理,开展多尺度的系统研究,揭示其动态变化的规律,预估未来发展的趋势,以更好的关心海洋、认识海洋、经略海洋。

作为系统的衔接尺度,中尺度过程对能量信息的传递和转换具有重要作用,一定层次上决定了区域致灾风险和环境气候安全。这里不仅在于考虑海洋中尺度过程本身的重要环境特征,而且更注重从环境容量和承载力出发,探讨人类与海洋和生态环境间的层次结构、演变规律及其相互影响和适应的协调性,更强调全局观和综合观的重要性,包括从这些作用过程、机制的探讨到海洋系统中动态的生命特征、生物演替、灾害适应与风险防治、环境安全政策制定和国家海洋治理,进而认知和维护海洋系统平衡,为人类合理开发利用海洋的各类因地制宜的生产实践途径提供科学依据,最终实现人与自然协调发展。


(1)地球系统科学的多层次尺度研究范式与框架体系构建   

涉及尺度定义、尺度类型、尺度域界定、尺度转换模式与技术等问题。基于系统变分机制(如无穷势)和维元、基元体系构建,明确系统综合和复杂性研究范式(如映射、降阶、迭代、递归和析构等),建立系统不同层次体系空间确界、空间系统构造、数值化和语义表达,如涉及数学与计算科学中空间测度、算子算法、语言语义表达等。弄清不同层级特征尺度转换的阈值判据或条件域,以及尺度可转换条件下,转换的层次和跨越尺度域,最终提出层次重演和尺度转换的范式,构建模式体系和效能测度,促进地球系统学科体系发展;连接系统科学与空间构造学、灾变理论、空间信息技术和安全科学技术,尤其明确尺度域和条件域,聚焦系统耦合转化过程和通道机制研究, 以正常稳定、平衡平稳、协调持续为目标,深刻认识安全的本质和演化,建立和发展复杂系统模拟模型,分析和模拟多要素多层次尺度下,环境和气候系统动态变化规律,进而在环境容量和生态承载力评估,空间规划、功能区划和资源管理,生态环境保护与修复,环境气候安全格局和风险动态以及国家治理等领域作出积极贡献。

(2)观测体系建设

观测体系是加强认知的根本手段与系统工程。目前观测体系正处在新技术变革的关键时期,观测技术与现代信息技术、人工智能技术、物联网技术加速融合。地球科学系统综合化的发展趋势,不仅对观测的精度、范围和连续性提出要求,也从大科学、大数据、大生态的角度,对观测的系统性、关联性、差异化和优化组合空间布局等提出了更高的构造性需求,以逐步实现对重点和关键区域的全息化表达,从而更好地维护国家权益,提高环境安全保障智慧化水平,这也是今后观测能力提升作为科技创新的重点。

围绕“加快建设海洋强国”战略需求,以提升海洋多要素信息获取、分析和预报能力为目标,以综合化、体系化、智能化、动态化为特征,建立完善现代化海洋立体观测系统空间构造,构建数据集成融合、关联推理、建模同化和反演复原等技术方法体系,以增强海洋认知、海洋预报及海洋环境气候安全的信息服务能力;融合创新观测平台、卫星遥感与测绘和通信技术等手段,综合实现海洋从大尺度到中小尺度、表面到海洋深层联合同步观测。开展多尺度多学科海洋物质能量循环转化、深海大洋动力过程及其环境气候资源效应等重大观测科学研究。开展海洋多层次、多维度、多平台的智能协同、互联、一体化立体感知关键技术与装备研发,构建面向全球海洋环境与目标感知的“海洋物联网”技术体系。以海洋观测物联网为基础,逐渐从海洋单一因子调查检测,向多因子、多参数实时监测和机理探索的多元化、深层次方向发展,集成元数据技术和机器学习手段,促进数据信息提取技术从统计模型、物理模型逐渐进入到数据模型阶段,最终实现海洋的状态、过程、变化和目标全息化体系建构。

(3)诊断区划技术和过程分析评估方法体系

发展基于过程的识别、提取、分离、聚类和量化以及模糊控制等技术,构建精确的全息滤波场或重构场。结合环境容量和生态承载力,确立合理化阈值判据,发展安全风险评价标准和区划技术体系,提升安全评估、效能评价和调控能力。

由于区域海洋物理过程复杂的多尺度性,以及不同尺度之间相互作用的高度非线性特征。多尺度能量学一直以来是分析外部强迫及海洋中不同尺度相互作用、内部不稳定及能量再分配的强有力诊断工具。围绕多尺度过程复杂耦合转换机制和综合风险等级区划,增强基于物质流、能量流和信息流的分异特征和通量分析,发展有关能量流、物质流和信息流的分析方法和诊断技术体系。

(4)全息仿生仿真技术方法体系

建立大数据分析与海洋智能模拟中心,基于海洋大数据挖掘和仿生仿真技术]开展人口、资源、环境和灾害综合应用与安全信息服务;构建基于尺度适应的动态参数化方案,建立和集成以物理海洋和生态学为主拓展到多学科的不同层次仿生仿真原型/模型参数,基于大数据、物联网、智能和自动化工程技术发展,逐步发展全息仿生仿真技术方法体系,搭建空间分辨率和智能化程度高的模拟/回溯/预测预报模式和多维表达的仿生仿真系统。

 以上提出地球系统科学全息观,试图从提高科学性、学术性、实践性、社会性和智慧化角度,不断丰富对复杂系统的全息认知。建议构建和发展有关海洋动力过程多层次尺度演绎规律与全息分析方法研究体系。 




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 小记   灾害风险管理

回避与曲成    降低承载体暴露度和脆弱性

双盲   病态函数   适应适度

系统发展    耗散消长    波动(模)态   功能更新  动态平衡     规模升级     尺度视域   层次构造   结构调整    方式转型   能量(跃迁)新态   内生暗反

网络拓扑  本构关系   全息对应   空间构造学



https://wap.sciencenet.cn/blog-3278564-1232069.html

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