災(zāi)害系統(tǒng)與災(zāi)變動力學

內(nèi)容概要

　　《災(zāi)害系統(tǒng)與災(zāi)變動力學》從大系統(tǒng)的角度，在總結(jié)不同學科中大量的各種災(zāi)害研究資料的基礎(chǔ)上，應(yīng)用耗散結(jié)構(gòu)論、協(xié)同論、突變論、混沌理論等現(xiàn)代非線性理論，結(jié)合信息論、模糊理論、灰色理論和復(fù)雜性理論去認識、研究災(zāi)害系統(tǒng)發(fā)生、演化的普遍規(guī)律，提出了“災(zāi)害系統(tǒng)和災(zāi)變動力學”的研究內(nèi)容和方法。書中通過大量的實例討論了如何研究災(zāi)害孕育、演化、發(fā)生、傳播、影響，評定、預(yù)測和防止的普遍規(guī)律和方法?！稙?zāi)害系統(tǒng)與災(zāi)變動力學》從寫作意圖和寫作內(nèi)容上體現(xiàn)了基于上述新學科的交叉與創(chuàng)新?！稙?zāi)害系統(tǒng)與災(zāi)變動力學》的內(nèi)容將對災(zāi)害研究中災(zāi)害現(xiàn)象的認識、災(zāi)害規(guī)律的描述、災(zāi)害演化過程的分析、災(zāi)害發(fā)生的預(yù)測、災(zāi)害后果的評價以及防災(zāi)減災(zāi)技術(shù)與管理等問題提供新思路?！稙?zāi)害系統(tǒng)與災(zāi)變動力學》可供防災(zāi)減災(zāi)的工程技術(shù)研究人員和管理人員以及相關(guān)專業(yè)的高等院校老師和研究生或高年級本科生參考。

書籍目錄

前言第1章 緒論1.1 災(zāi)害的含義和類型1.1.1 災(zāi)害的分類1.1.2 災(zāi)害的分級1.2 研究目的與意義12.1 我國的自然災(zāi)害1.2.2 自然災(zāi)害對社會的影響1.2.3 我國防災(zāi)減災(zāi)工作的開展1.3 災(zāi)害系統(tǒng)與災(zāi)變動力學1.3.1 災(zāi)害系統(tǒng)的復(fù)雜性與變異性1.3.2 災(zāi)害系統(tǒng)研究的基本理論問題1.3.3 自然界災(zāi)害系統(tǒng)的規(guī)律1.3.4 災(zāi)害系統(tǒng)研究的要領(lǐng)1.4 災(zāi)變動力學研究方法與主要結(jié)果1.4.1 災(zāi)變動力學的觀念1.4.2 災(zāi)變動力學中的非線性科學研究1.4.3 災(zāi)變的災(zāi)害鏈研究1.4.4 災(zāi)害等級評價和災(zāi)害區(qū)劃1.4.5 災(zāi)害的預(yù)測預(yù)報方法研究1.4.6 災(zāi)害的信息熵理論1.4.7 災(zāi)害研究與其他科學的交叉研究參考文獻第2章 災(zāi)變與耗散結(jié)構(gòu)理論2.1 災(zāi)變系統(tǒng)耗散結(jié)構(gòu)與非線性系統(tǒng)科學的復(fù)雜性概述2.2 復(fù)雜開放系統(tǒng)的耗散特征2.2.1 復(fù)雜開放系統(tǒng)與耗散結(jié)構(gòu)2.2.2 系統(tǒng)的耗散特征2.2.3 復(fù)雜非線性系統(tǒng)建模方法概論2.3 耗散系統(tǒng)的非平衡熱力學理論2.3.1 不可逆過程熱力學中第二定律的數(shù)學式和熵的導(dǎo)出參考文獻第3章 系統(tǒng)災(zāi)變行為的協(xié)同學理論基礎(chǔ)3.1 協(xié)同學的基本理論3.1.1 協(xié)同學的基本概念3.1.2 一些典型系統(tǒng)的協(xié)同學數(shù)學描述3.1.3 動力學方程的朗之萬描述3.1.4 動力穩(wěn)定性與平衡相變的類比3.1.5 系統(tǒng)的組織與自組織功能3.1.6 快弛豫參量絕熱消元算法3.2 災(zāi)害發(fā)生的自組織特性3.2.1 自組織系統(tǒng)特征簡介3.2.2 災(zāi)害發(fā)生的自組織分形特征3.2.3 災(zāi)變過程的自組織臨界性及其判據(jù)3.3 災(zāi)害自組織的冪分布律3.3.1 冪律分布的普遍存在形式3.3.2 復(fù)雜性問題中冪律分布的網(wǎng)絡(luò)特征3.3.3 冪律分布的形成機制3.3.4 冪律分布的動力學影響3.4 災(zāi)變過程的隨機擴散特征3.4.1 布朗運動的擴散模型3.4.2 災(zāi)變過程的布朗擴散模型3.5 災(zāi)害系統(tǒng)演化的沙堆動力學模型3.5.1 理論基礎(chǔ)簡介3.5.2 臨界單面坡沙堆模型實驗3.5.3 基于沙堆模型的災(zāi)害預(yù)測方法3.6 工程系統(tǒng)災(zāi)變的自組織理論應(yīng)用3.6.1 洪澇災(zāi)害的自組織結(jié)構(gòu)的分形研究3.6.2 泥石流災(zāi)變暴發(fā)的自組織臨界特性分析3.6.3 森林火災(zāi)的自組織臨界性分析3.7 巖石-巖體工程系統(tǒng)災(zāi)變的協(xié)同、分岔分析應(yīng)用3.7.1 巖體工程系統(tǒng)失穩(wěn)的統(tǒng)計力學模型3.7.2 巖爆系統(tǒng)的協(xié)同演化過程分析3.7.3 巖石邊坡演化的協(xié)同-分岔模型……第4章 系統(tǒng)災(zāi)變行為的突變論特征第5章 災(zāi)變行為的模糊理論描述第6章 系統(tǒng)生態(tài)環(huán)境災(zāi)變的鏈式的理論第7章 系統(tǒng)災(zāi)變的灰色預(yù)測第8章 系統(tǒng)災(zāi)變特征的信息熵表示第9章 災(zāi)變演化的非線性動力學綜合分析

章節(jié)摘錄

版權(quán)頁：插圖：只用宏觀平均量不足以表征災(zāi)變行為。這類復(fù)雜特征的根源在于災(zāi)變的多尺度耦合效應(yīng)。工程介質(zhì)破壞的演化過程涉及很寬的空間和時間的尺度范圍。因此，對工程介質(zhì)破壞的研究也就從針對一條宏觀裂紋的斷裂力學，拓寬到對破壞過程的非平衡統(tǒng)計力學研究。破壞過程通常又是一種跨尺度演化的過程，即由大量微損傷的累積并通過跨尺度的非線性串級發(fā)展而誘發(fā)宏觀災(zāi)變。在整個過程中，微小尺度上的某些無序結(jié)構(gòu)的效應(yīng)可能被強烈放大，上升為顯著的大尺度效應(yīng)，對系統(tǒng)的災(zāi)變行為產(chǎn)生重要的影響。由于不可能對各個尺度上的無序結(jié)構(gòu)及其敏感效應(yīng)作詳盡無遺的描述，災(zāi)變行為呈現(xiàn)不確定性，跨尺度敏感性就是一個典型的案例。實現(xiàn)災(zāi)變預(yù)測的一種可能的策略是尋找災(zāi)變的共性。為此，應(yīng)在下述兩個方面進行探索。統(tǒng)計細觀損傷力學是描寫非均勻介質(zhì)損傷演化的一種連接細觀與宏觀尺度的統(tǒng)計理淪。由統(tǒng)計細觀損傷力學可導(dǎo)出描寫宏觀損傷演化規(guī)律的損傷動力學函數(shù)，其性質(zhì)決定了系統(tǒng)中從隨機損傷發(fā)展為損傷局部化的轉(zhuǎn)變點。而損傷局部化正是災(zāi)變的前兆。在這個跨越宏觀和細觀尺度的認識里，將宏觀尺度、細觀尺度、宏觀控制時間尺度和細觀動力學時間尺度耦合起來的無量綱數(shù)，起著關(guān)鍵性的作用。另一種具有共性的災(zāi)變前兆是臨界敏感性，它是指當系統(tǒng)趨向災(zāi)變點時，系統(tǒng)對外界控制變量響應(yīng)的敏感性顯著提高。這種臨界敏感性是在對一類細觀動力學模型演化規(guī)律的統(tǒng)計分析中發(fā)現(xiàn)的，反映了損傷演化從細觀尺度向宏觀尺度跨尺度串級發(fā)展的特征。損傷局部化與.臨界敏感性是典型的多尺度災(zāi)變現(xiàn)象，是在連接細觀與宏觀尺度的跨尺度耦合理論框架中得到的。它們可能是具有普適性的，并且是可監(jiān)測的災(zāi)變前兆，因而可為災(zāi)變預(yù)測提供線索。這個案例表明進一步發(fā)展關(guān)于工程介質(zhì)破壞的災(zāi)變動力學耦合的理論應(yīng)是當前災(zāi)害問題最重要的研究方向之一。社會經(jīng)濟系統(tǒng)的災(zāi)害和工程介質(zhì)破壞的災(zāi)害從具體物理機制來看，似乎毫不相干。但是從災(zāi)害系統(tǒng)耦合的角度來看，無論是基本概念、研究方法還是理論框架，都有驚人的共同之處。例如：它們都涉及非平衡、非線性的演化，不同尺度之間存在強耦合，不能采用微擾方法或求相似解的方法，都存在跨尺度的敏感性，以致某些漲落會影響全局的突變等。因此，加強交叉學科的普遍災(zāi)害動力機制的研究，是災(zāi)變動力學必須面對的挑戰(zhàn)。由上可見，對災(zāi)變系統(tǒng)中強非線性動力學耦合的研究處理已有了一定的進展。看來，似乎可以找到對一般災(zāi)害系統(tǒng)問題的普適方法，在災(zāi)變過程的非平衡態(tài)統(tǒng)計物理取得突破之前，似乎難以對這個問題有滿意的答案。但是，對于各類強耦合物理問題案例的處理也許會啟發(fā)出一定程度上的統(tǒng)一處理方法。這個統(tǒng)一的處理方法多半會來自于學科的交叉，也就是說，災(zāi)害現(xiàn)象里看似毫不相關(guān)的物理現(xiàn)象的系統(tǒng)學相似處理思路，會給強耦合災(zāi)變動力學問題的研究帶來新的發(fā)展機遇。就像19世紀電學和磁學的統(tǒng)一于具體的MaXwell方程和20世紀生物學與分子科學的結(jié)合導(dǎo)致分子生物學的蓬勃發(fā)展一樣，災(zāi)害系統(tǒng)學多尺度現(xiàn)象研究中新的概念和方法的引入和融合統(tǒng)一會創(chuàng)造出災(zāi)變動力學學科發(fā)展的新生長點。除了上述統(tǒng)計力學與社會經(jīng)濟系統(tǒng)和工程介質(zhì)破壞的結(jié)合之外，災(zāi)變動力學的新生長點也許還存在于：軟物質(zhì)和連續(xù)介質(zhì)力學、統(tǒng)計力學的結(jié)合；生命現(xiàn)象，如基因序列、蛋白質(zhì)功能的研究，可能萌生新的災(zāi)變動力學力學方法。

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《災(zāi)害系統(tǒng)與災(zāi)變動力學》由科學出版社出版。

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