從能量耗散的角度認(rèn)識(shí)生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展
自組織是現(xiàn)代非線性科學(xué)及熱力學(xué)研究的熱點(diǎn)之一。但是如何定量地計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)的自組織能力一直是一個(gè)尚未解決的問題。
受“最大化能量耗散”理論的啟發(fā)，林華博士及導(dǎo)師提出了一種測(cè)量生態(tài)系統(tǒng)自組織能力的新方法。太陽輻射加熱地球表面，在大氣上下界形成溫差，他們把整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)看作一個(gè)高度自組織的溫度調(diào)節(jié)器，用以耗散大氣上下界的溫差。隨著生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展，越成熟越健康的生態(tài)系統(tǒng)越能有效地耗散太陽輻射所引起的溫度梯度。這如同提供相同的電能，新的電冰箱相對(duì)老的來說，制冷效果更好。但不同的是，生態(tài)系統(tǒng)可以自發(fā)地獲取能量（自組織）而冰箱需要人工提供能量。因此，能量獲取能力和溫度耗散能力可以綜合反映生態(tài)系統(tǒng)自組織能力。
林華利用西雙版納熱帶季節(jié)雨林2004-2006年的通量觀測(cè)數(shù)據(jù)（ChinaFLUX）計(jì)算了熱帶季節(jié)雨林的能量獲取和溫度耗散能力，對(duì)這一方法的可行性做了驗(yàn)證。研究發(fā)現(xiàn)，熱帶季節(jié)雨林的自組織程度有明顯的季節(jié)變化，并且可以利用這兩個(gè)指標(biāo)清楚地劃分開來。該方法不僅適合于分析長(zhǎng)期的生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展變化，也可用于森林健康的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，還可結(jié)合遙感影像研究不同植被的自組織能力。目前，生態(tài)系統(tǒng)的熱力學(xué)研究大部分處于理論探討階段，該研究推動(dòng)了熱力學(xué)在生態(tài)系統(tǒng)研究中的實(shí)際應(yīng)用。相關(guān)的研究結(jié)果發(fā)表在年全球生態(tài)學(xué)與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域主要學(xué)術(shù)期刊Ecological Modelling（Aug 2011，222(15):2812-2816）上。
熱帶季雨林
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