1、2.5 地球系统的全息信息与记忆信息模型,一、地球空间对象的全息信息特征 全息与记忆信息是信息的一种特殊类型，也是属于地球信息科学的基础研究之一。例如，根据洪积扇的形状与组成物质的特征，推断整个流域的地质、地貌、气象、水文、植物及土地利用特征；根据某地的古土壤特征，可以知道该地区地质时期的地质、地貌、气候、植物及其他历史状况；根据住房条件，推断该地区的社会经济发展水平等。这些都是地球科学的全息和记忆信息的特征。 “全息”(Holography)这个术语最早出现在物理学中，是指能记录物体的全部信息，并在一定条件下再现原物的三维图像的照相技术，即全息摄影。后来这个术语扩大、延伸到其他许多领域，如信
2、息科学、生物学、医学、及古生物学学科等。,二、全息信息的D.夏佩尔推理,地理系统的子系统和整个系统之间，具有相互“映射”(imaging)的功能或特征。D夏佩尔把能映射整个系统特征的子系统称为系统的“全息体”。他认为地理系统的“全息体”具有多级层次性的特征。不同等级的“全息体”子系统，映射不同等级的母系统的全部或大部分信息。可以从全息体的多级层次性的具体关系分析，建立全息联系。D.夏佩尔提出了推理模式，适宜于从时、空方面去分析系统的全息联系形式。 D.夏佩尔的推理模式有： (1)结构型推理模式：按空间排列关系的周期性，或非周期性建立系统的全息联系； (2)演化推理模式：根据事物发展规律进行推理
3、或发展过程的时间关系建立系统的全息联系。 (3)综合推理模式：根据要素的空间排列关系与发展过程的时间差别关系建立系统的全息关系。,B.B.Mandelbrot也指出：在同一系统内，局部形状与整体形状的相性是普遍存在的规律。局部可以映射整体。 地理系统信息的全息特征主要有以下几个方面： 第一、“局部映射整体”特征： 它是指系统的个别子系统、个别组成要素的特征，映射或反映整个系统全部或大部要素的状况或特征，这个子系统或要素称为全息体。例如：古生物学家可以根据古生物化石的局部遗骨的特征复整个古代动物的形状； 第二、局域(local)映射广域(area)特征： 在某一特定的条件下，如在同一个景观区、自
4、然区或经济区内的具有一定面积的小范围的特征信息，可以代表整个区域的特征信息。这个小范围或局域称为全息域或典型区。,第三、“现在映射过去、现在和过去映射未来”的特征： 现在的地理系统特征是在过去的基础上发展起来的，大部分地理系统都具有继承性和发展性。例如今天一些温暖较干旱的地区仍保留着过去曾是炎热潮湿气候区的地貌特征，如北京附近的喀斯特地貌石花洞，就是反映了历史时期气候的地貌特征信息。 第四、四维时、空域映射统一形成过程特征： 生物学的贝尔定律，即个体发育重复系统发展的一定过程。例如，所有动物的胚胎初期的形状都是十分相似的，证明动物具有统一的形成过程。不论整体或部分都是系统发育的产物。因而整体和
5、部分的某一发育地段能够映射系统的发育，包括映射过去与未来包括对发育周期与超循环性的系统演变的预测。,三、地球空间记忆信息的基概念,地理存贮信息或地理记忆信息，是指地理实体所存贮的或记录(Record)的信息经发生过的历史的信息，尤其是环境变迁信息。 存贮或记忆(Memory)本来是人类和动物所特有的功能，后来信息技术，尤其是计算机技术广泛采用了这个术语，现在已扩大到其他领域，如金属记忆(Metal with memory)是指某些合金可以长期记忆自己在一特定温度时的形状特征，虽然可以把它加工成各种形状，但一到特定温度时，它就会自动恢复变形前的形状，那怕重复千次、万次也十分准确。Rafael V
6、.S.，Kei Kurita及Naoyuki Fuii等人将它延伸到其他材料和地质体领域。后来一些学者，将记忆的概念进一步延伸到其他领域，尤其是环境变迁方面。,地理实体的存贮信息或记忆信息研究是地理科学与信息科学的综合。 1.地质存贮记忆信息 地质体的物质成分和结构，包括微观和宏观结构状态都在不同程度上存贮了它们形成过程中，或形成以后所经历的古环境变迁，或内外营力变化状况的信息。这些信息都是地质体的历史信息。 2.地貌存贮记忆的信息 地貌形态特征存贮了或记忆了所经历的内外营力或环境变化信息。 3.第四纪沉积物存贮的信息 第四纪沉积物的成分与结构特征存贮了它的形成过程中的和形成以后的动力状态信息
7、和古环境特征的信息，包括几千年、几万年及数十万年来的气候、生物、水分状态等的信息。,4.土壤的环境变化“记忆” 土壤的不同的空间分布类型，分别记录当地环境变化的状况，土壤层的成分、颜色等反映了当地的气候状况、地貌过程(侵蚀与堆积)、植物状况、动物状况、尤其是微生物状况及土地利用状况等。如红色土表示形成过程中气候炎热多雨，氧化过程强烈。 5.树木的环境状况“记忆” 树木年轮的色调及致密程度记录了该年气候的温度和降雨状况。树木的形状，还记录了空间环境状况，如“醉树林”记录了岩层、土层蠕动状况。“扫帚树”记录了盛行风向的状况等。 树木可在自己的年轮中保存太阳大爆发的“记忆”。 6.水质存贮的信息 河流、湖泊等的水质状况存贮了流域内的地质条件、地球化学条件及社会经济条件(污染)的信息。,四、地球系统对象记忆的贝尔定律,贝尔定律是生物学，主要是动物学中的遗传或演化过程的著名定律。该定律主要说明在动物和胚胎发育过程中，再现了动物演化的过程。这也是一种记忆信息的特殊形式。 贝尔定律是信息的全息重演和信息的记忆。杨占生(1997)提出，生命的胚胎发育史简单地重复了由低级动物到高级动物发育的历史过程。宇宙的信息重演是多种多样的，它不仅包含在生命科学中，而且也普遍存在于宇宙的各领域中，人类经济生活也不例外，世界总是在不断的信息重演中进化。他还指出，一切生物遗传现象也是信息重演和信息记忆的一种形式。,
