区域经济系统的耗散结构特征分析，本文主要内容关键词为：区域经济论文,特征论文,结构论文,系统论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、耗散结构理论概述
(一)耗散结构的概念
耗散结构由比利时物理化学家普利高津1969年首先提出，它与协同论、突变论并驾齐驱成为现代新三论之一。耗散结构理论指出，一个远离平衡的开放系统，通过不断地与外界交换物质、信息和能量，在外界条件达到一定阈值时，就可能从原先无序状态转变为一种在时空或功能上的有序状态，即“耗散结构”。[1] 所以，简单地说，耗散结构就是需要不断消耗外界物质和能量才能形成和维持的一种宏观的时空有序结构。自这一理论问世以来，已在化学、生物学、医学、激光等方面得到很多的应用，并在社会、经济领域展现出广阔的前景。
(二)熵的含义
熵的引入首先要明确三点：第一，系统变化的过程是不可逆的。在这里我们将熵看成是反映这个不可逆过程的状态函数，一般用S表示。它通过熵的数量变化来分析系统变化的方向和限度。第二，不可逆的变化过程总要伴随系统的熵值增加(熵增原理)[2]。第三，熵增加表示系统的混乱程度增加。物理学家玻尔兹曼对系统自发变化的不可逆性从微观的角度作了解释：他把系统的宏观状态函数熵同微观分布的配容数(分子按某种规定分布的数目)联系起来，在熵S和配容数P之间建立了一个关系式：
S=K log P
称为玻尔兹曼定理，式中K为玻尔兹曼常数[2]。从该式可看出配容数P越大，熵也就越大。而配容数是同微观分子的分布状态对应的，配容数越大，表示分子分布越均匀，各个分子越缺乏整体一致的行为，它所包含的微观分布状态也就越多。[2] 宏观状态缺少对应的微观分布状态因而显得混乱，系统的无序程度就越大，因此熵可看作是表示系统无序或混乱程度的量。
(三)熵对耗散结构的表述
非平衡热力学的研究成果指出：平衡态是无序的，而非平衡才可能是有序的。[5] 我们首先来考虑孤立系统下产生的熵。一个孤立系统在与外界无任何交换的前提下总是朝着均匀和无序的平衡态发展，在这个过程中系统的熵是不断增加的，直到系统演化到平衡态时系统的熵最大，所以孤立系统是不会形成耗散结构的。而对于一个开放的远离平衡态的耗散结构系统，因和外界环境具有物质和能量的交换，系统的熵是可能增加、不变和减少的。此时系统的熵增(熵的变化量)为：
dS=d[，i]S+deS(1)
其中：dS是系统总的熵增，d[，i]S是系统内部的熵增，d[，e]S是系统与外部环境的交换熵增。[4] 如果dS大于零，系统朝着无序的方向发展；如果dS小于零，则系统朝着有序化程度提高的方向发展。其中d[，e]S是由系统与外部环境相互作用时引入的，d[，e]S依外界条件的不同可正、可负或为零。而d[，i]S却永远为正，它是由系统内部演变产生的熵，即d[，i]S≥0。通过d[，e]S的引入可以改变系统的有序程度。如果d[，e]S＞0，说明系统从外界引入的熵不仅没有增加系统的有序程度反而增加了系统的混乱程度；如果d[，e]S=0则表示系统与外界没有联系，外界环境对系统熵的变化没有影响；如果d[，e]S＜0，且｜d[，e]S｜＞d[，i]S，则有：
dS=d[，i]S+d[，e]S＜0(2)
抵消系统内部的熵增，使系统的总熵为负，从而使系统从无序状态向有序状态发展，形成耗散结构。通常，系统从外界引入的负熵不可能一次性和系统内部的正熵完全抵消，并且使系统总熵为负。而是要经过多种反馈机制及系统多次自组织过程才能完成系统从无序到有序的转变。
(四)耗散结构的条件
一个系统要处于耗散结构，即动态有序，必须满足以下几个条件：1)具有开放的系统；2)远离平衡态；3)非线性作用；4)涨落现象。上述条件是相互紧密联系的，根据这些条件可以把耗散结构概括为：在非平衡条件下产生的，依靠物质能量、信息的不断输入和输出条件来维持其内部非线性相互作用的有序系统。
二、区域经济系统的耗散结构
区域经济系统是由资源、环境和社会等组成的有机体，由于系统组成要素的资源环境、社会以及技术等各个子系统均有各自的演变规律，还有其他因素的制约，这样便形成了一个相互联系、相互制约、相互支持的复杂关系，这个关系便构成了系统的结构。具体来说它是由人、财、物、信息等要素在一定目标下组成的一体化系统，它具有经济的整体发展、产业结构、劳动力的质量和分布、资源的丰富或贫乏、传统习俗和价值观念以及市场容量的大小等诸多特征，所以区域经济系统本身就是一个耗散结构体。
结合耗散结构理论来看，区域经济系统内部自发熵增是客观存在的，不可能无限增长。在不违背熵定律的条件下，基于经济社会的基本特征，利用当代科学技术的新成果，加强区域间的协作与联系，促使系统形成耗散结构，克服因不可逆过程导致的熵增，从混沌向有序发展。
(一)区域经济系统的基本特征
1.区域经济系统是一个开放系统
区域经济系统作为一个开放的大系统，离不开它所在的环境，它同所处的环境之间存在着物质流、能量流、信息流、货币流和人口流的交换。具有输入输出且内部含有多重反馈环和控制变量的复杂开放系统，是区域经济系统形成耗散结构的一个必要条件。
区域经济系统的熵包括系统本身的不可逆过程引起的内部熵产生(diS)和系统与外界交换物质、能量和信息所引起的熵流(deS)两大部分，由于区域经济系统不断地与外界环境进行物质、能量和信息交换，当系统从外部环境输入的负熵流deS的绝对值大于系统内部的熵产生diS时，总熵dS＜0，说明区域经济系统存在着熵减机制，使系统从无序向有序发展，从而使整个区域的经济社会系统向和谐，平衡的方面发展。
区域经济系统和外界环境的交换包括物质流、能量流、信息流和人流等。能量流主要是对太阳能的利用，例如植物的光合作用对太阳能的转化以及人类对太阳能的直接利用；信息流则主要是通过区域内部或是区域之间信息的传播网络完成。下面着重从物质流和人流来说明区域经济系统的开放性。区域经济的发展首先体现在某一具体的空间上，优势区位得到发展，由于区位之间存在差异，产生了位势，促使人类活动从低位势向高位势流动，从而形成整个区域经济系统从无序走向有序的一种负熵流，产生了自组织现象。[5] 这种负熵流的产生吸引了大量的商业活动、工业活动到一个区域集中，由于关联效应，同时需要有大量的流动人口进入这一区域完成这些活动。而所有这些活动都必须建立在一定的建筑基础设施之上，随着人类活动范围的扩大和类型的增多，建筑物的类型、数量也要不断增加，加之人口增长，建设用地必然要增加。建设用地的增长必然影响到区域内的社会经济发生变化。用建设用地的增加情况代表城市建筑活动所引入物质流；用城市人口增加代表人流。以重庆市1990年-2001年的城市建成区用地和城市非农人口的柱状图(图1)为例，来说明区域经济系统内物质流和人流的变化情况。
附图
图1 重庆市1990～2001年城市建成区用地和城市非农人口变化
注：数据来源于《中国城市统计年鉴》，1990～2001年。
从图1可看出，城市建成区用地面积和城市非农人口都是逐年增加的，根据以上推理说明区域经济系统引入的负熵流在不断增加。区域经济系统通过对负熵流的引入，保证这一系统能随地区的发展，不断进行自组织过程，使系统不断向有序结构发展。
但应注意到，开放的区域经济系统不一定都能形成耗散结构，因为在演化过程中，可能存在着deS＞0的情况，此时系统急剧熵增无序。当强调区域经济系统的开放性时，必须有效利用外界条件，正确选择变量来控制负熵流的流量，只有当控制变量达到某一个特定阈值时，通过系统的自组织功能，区域经济系统新的有序结构才能出现。
2.区域经济系统的不可逆熵增
如果一个过程的逆时过程在现实中几乎不会发生，那么就称这个过程为不可逆过程。根据熵定律，不可逆过程将引起系统内部的熵产生(diS)，并且总是在同一方面上进行，即diS恒为正值。在经济系统中，处处可见自发的不可逆现象，必然导致熵增。例如创新扩散的结果导致工资上升，并使超额利润由一种极性分布走向均匀分布；当宏观信息转化为微观信息时，总是不可避免地为随机扰动所耗散；投入——产出结构，总是随时间的推移而自发地走向比例失调；根据纯利和复利数学定律，利息债务永远在增长，而物质财富却不能以同样的速度增加；从自然资源转化成经济效用的生产过程，可视为包括环境因素在内的能量转化与消耗过程。熵定律告诉我们，现实中不可逆过程的总体行为是能量从有效状态单向转化到无效状态，而被转化成无效状态的能量构成了“污染”。从这个意义上看，社会物质产量的增加，在某种程度上是以资源和环境为代价换取来的，而资源与环境承载力却是有限的。在高熵社会里，不可避免地面临着日益恶化的资源与环境问题，以高能流创造物质财富的方式来满足人们的欲望必然导致熵增无序，是不可持续的。
3.区域经济系统具有远离平衡态的特征
平衡态的特征是各要素均匀单一，无序，熵值极大，混乱程序最大，显然，区域经济系统在时间上，空间上和功能上保持是有序性的，具有远离平衡态的特征。从另一个角度来看，经济系统作为客体存在，其状态集合与环境集合都是非空的，状态参量随时间和空间的变化而变化，发展不平衡，即使在某一时刻出现定态，系统内仍然存在物理量的宏观流动，所以我们说它是一个动态系统。[6] 从时间角度看，区域经济系统内各要素发展速度不平衡；从空间角度看，区域产业布局、集聚程度存在着经济势差，极易引起竞争并形成动态的经济流和经济力。正是由于各种势差的存在，引起竞争并形成动态的流和力，在外界环境的驱动下，有规则的波动和随机扰动相叠加出现新的涨落，驱使系统远离平衡态。因此，区域经济系统又是一个非平衡系统。这种特征，使得系统在外界环境的驱动下，有规则的波动和随机扰动相叠加，使系统出现新的涨落，输入不同量级的负熵流。因此，可以说，涨落导致有序。事实证明，处于平衡态和近平衡态系统的总倾向是无序的。
将区域经济系统的性态置于大的社会经济环境的影响中时，国内外大环境的变化，市场机制及政治、经济、管理体制的转变，甚至社会观念形态的转变都可能导致系统发生变化，当系统远离平衡态，并在远离平衡的非线性区内时，通过引进负熵和正反馈循环，控制参量达到某一特定的阈值时，微小的涨落都会使系统发生突变，将从无序状态产生有序结构，离开原有的平衡态，进入新的更有序的耗散结构分支。
在我国由于过去一段时间，重增长，轻发展，整个区域内各种要素发展的不均衡，区域内经济社会的某些要素远离平衡态，产生部分的不均衡发展。这主要表现在，社会发展滞后于经济发展。这不仅与和谐社会的目标相悖，而且经济发展本身也受到了严重制约。其次是经济发展不均衡，主要是两方面：一是各项产业增长不平衡，尤其是长时期存在短线产业；二是各地区的经济发展水平存在较大差距。表现为城乡及区域经济发展差距在逐年扩大，农民增收难等，已经阻碍了小康社会目标的实现。再次是人与自然关系失衡。环境污染、资源破坏对社会发展和人民健康造成的不良影响日益严重。只有引入新的观念和新的体制，输入一定量的负熵流，使整个系统向低熵发展，才能使区域经济系统均衡发展，形成和谐社会。
4.非线性耦合机制的区域经济系统
系统的各因素相互依存相互作用，构成复杂超循环，由于涨落的随机性及系统的多层次、多目标和人为振荡，使得系统与环境以及系统内各子系统间呈现非线性关系，并通过超循环作用耦合成新质的整体，这个整体性若用Q1表示元素pi(i=1，2，3，…，n)的某些量，则可用下述微分方程组来描述：[7]
dt/dQ[，1]=f[，1](Q[，1]，Q[，2]…，Q[，n])
dt/dQ[，2]=f[，2](Q[，1]，Q[，2]…，Q[，n])
………………………………………………………
dt/dQ[，n]=f[，n](Q[，1]，Q[，2]…，Q[，n])(3)
区域经济系统的非线性耦合主要是由于涨落的随机性和区域经济系统各要素间的复杂作用所产生，使系统与环境之间产生非线性关系，如区域经济系统内部的各个行业，部门之间有着相互制约，相互推动的正反馈的倍增效应及负反馈的饱和效应等非线性关系。根据系统目标，各要素间通过催化与自催化产生非线性耦合与放大效应，使得一个非常小的扰动就导致了系统从偶然走向必然，进而表现出整体大于局部之和的态势[8]。非线性输入输出和非线性变化发展是区域经济系统的重要特征。由于非线性函数有无穷多种不能互换的不同形式，代表无穷多种性质不同的系统特性，所以，不可能用单一的或有限的几种方法解决非线性系统的一切问题。非线性现象的这种多样性，正是现实世界无限多样性、丰富性和复杂性的根源。区域经济系统的非线性耦合效应，使系统中某一反馈回路在一段时间内对系统的机制起主导作用，并产生相应的系统行为，随着作用程度的加深，系统功能不断放大，由此形成耗散结构的动力。各种经济活动，如工业、农业、社会服务业、信息产业等各行各业间也是相互作用、相互影响。区域内的这些经济活动都存在反馈机制，如果是正反馈，那么就会促进系统的优化发展；如果是负反馈则会阻碍其发展，严重的负反馈会导致恶性循环。由于经济活动的不确定性，会在区域系统内对经济和社会产生不同的反馈结果。子系统间的正负反馈难免产生交叉作用，因此，区域的经济社会的发展很大程度上受到各种经济社会活动的影响，从而使区域系统内的各个因素产生非线性相互作用，并形成非线性关系与反馈机制。
5.区域经济系统具有涨落的特征
耗散结构是以耗散外界能量来维持的一种结构，它必须在外界参数控制下，才能形成。当经济系统被外界参数控制在远离平衡态的临界状态以后，系统在涨落的影响下形成耗散结构，这是一种稳定态，系统内部各子系统之间存在着协同作用力，该种促协力越大，越有利于形成高度稳定的有序的经济结构。而所谓的涨落就是外界的波动。区域经济系统不断受到外界的影响而产生无数个“小涨落”，整个经济系统不断受到它们的影响而偏离平衡态，当涨落影响的程序达到一定的结果时，系统就会产生“巨涨落”，从而发生跃迁，从当前的状态跃到更有序的状态，形成新的耗散结构，从而不断地推动系统向前发展。
区域经济系统的涨落主要体现为经济发展的失调。影响区域经济的因素很多，比如，全球经济的变化，会对国际市场和需求产生较大的影响。1997年亚洲金融危机使国际市场需求减少，全球的金融、贸易、投资等各个方面的条件都不佳，区域经济系统作为世界经济的一个重要组成部分参与其运转，在经济活动中不可避免地受到整个环境的影响，同时也以自己的发展影响着别的经济体，使得这一系统整体处于低迷的状态。但在二十一世纪初，全球经济处于复苏阶段，国际市场需求增大，这为扩大经济增长的外部需求创造更好的条件，将使区域内的经济产生促进和推动作用。这就是区域经济系统涨落的表现。在过去的一段时间内，我国劳动力的低成本一直是吸引外资流入的重要因素。然而，当人均GDP达到1000美元以后，我国劳动力成本会在一些地区、一些行业呈现明显上升的趋势。同时，沿海地区土地成本的快速上升，也会抵消劳动力廉价的优势，可能导致经济增长的波动，使区域的经济系统产生小的涨落。由于我国人口众多、人均资源量少，区域内经济增长将受到越来越严重的资源和环境约束。资源供给的不足，不仅会造成资源进口的增长，而且会提高资源的价格，从而提高增长的成本。环境容量的不足、环境污染的加重，也会提高经济增长的成本。这些都将使经济系统产生波动，阻碍经济的发展。因此，我国政府在保护生态和改善环境质量方面必须投入更多的人力和物力，并将让企业承担更多的污染成本，以此来增加负熵流，使整个系统形成低熵状态，才能使系统不断向有序结构发展。总之，不管是小涨落还是巨涨落都能触发旧的经济结构失稳，探寻更稳定的新结构，使区域经济系统呈现新的有序结构。
三、现实意义
通过以上论述可知，区域经济系统是需要不断从外界获取物质和能量来保证系统的有序性的，它也是一种耗散结构，具有开放性、不可逆熵、远离平衡态、非线性变化和具有涨落的特征。区域经济系统作为一个开放的巨系统，假设各种经济活动不断地从外界环境输入系统的熵deS等于系统内部的熵diS，并且小于零，即能够从外部环境得到足够的负熵流，使内部的熵增加维持在一个比较低的水平，那么就可建立一个完美的、有序的、远离平衡态的区域经济系统。但现实中的情况并非如此，由于受众多内外部因素的影响，使区域经济系统的变化更为复杂，常常给系统输入一些意想不到的正熵流。运用耗散结构理论理解区域经济系统，可以帮助人们对系统加以必要的控制，使系统的正熵和系统引入的负熵保持动态平衡，使系统处于低熵状态，向有序结构发展，实现区域经济结构的优化，促进社会向健康，有序，和谐的方向发展。