求一篇地域气候变化的“蝴蝶效应”的课题研究

美国气象学家爱德华·罗伦兹（edward lorenz）1963年在一篇提交纽约科学院的论文中分析了这个效应。“一个气象学家提及，如果这个理论被证明正确，一只海鸥扇动翅膀足以永远改变天气变化。”在以后的演讲和论文中他用了更加有诗意的蝴蝶。对于这个效应最常见的阐述是：“一只南美洲亚马逊河流域热带雨林中蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可以在两周以后引起美国德克萨斯州的一场龙卷风。”其原因就是蝴蝶扇动翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并产生微弱的气流，而微弱的气流的产生又会引起四周空气或其他系统产生相应的变化，由此引起一个连锁反应，最终导致其他系统的极大变化。他称之为混沌学。 　　这句话的来源，是这位气象学家制作了一个电脑程序，这个可以模拟气候的变化，并用图像来表示。最后他发现，图像是混沌的，而且十分像一只蝴蝶张开的双翅，因而他形象地将这一图形以“蝴蝶扇动翅膀”的方式进行阐释，于是便有了上述的说法。 　　蝴蝶效应通常用于天气、股票市场等在一定时段难以预测的比较复杂的系统中。此效应说明，事物发展的结果，对初始条件具有极为敏感的依赖性，初始条件的极小偏差，将会引起结果的极大差异。 　　蝴蝶效应在社会学界用来说明：一个坏的微小的机制，如果不加以及时地引导、调节，会给社会带来非常大的危害，戏称为“龙卷风”或“风暴”；一个好的微小的机制，只要正确指引，经过一段时间的努力，将会产生轰动效应，或称为“**”。 　　蝴蝶效应在混沌学中也常出现，又被称作非线性。　 　　先从美国麻省理工学院气象学家罗伦兹（lorenz）的发现谈起。为了预报天气，他用计算机求解**地球大气的13个方程式，意图利用计算机的高速运算来提高长期天气预报的准确性。1963年的一次试验中，为了更细致地考察结果，他把一个中间解0.506取出，提高精度到0.506127再送回。而当他到咖啡馆喝了杯咖啡以后回来再看时却大吃一惊：本来很小的差异，结果却偏离了十万八千里！再次验算发现计算机并没有毛病，洛伦兹（lorenz）发现，由于误差会以指数级增长，所以在这种情况下，一个微小的误差随着不断推移将会造成截然不同的后果。他于是认定其为“对初始值的极端不稳定性”，即“混沌 ”，又称“蝴蝶效应”，南美洲蝴蝶拍拍翅膀，将使北美洲几个月后出现比狂风还厉害的龙卷风！ 　　这个发现非同小可，以至于科学家都不理解，几家科学杂志也都拒登他的文章，他们认为这“违背常理”：相近的初值代入确定的方程，结果也应相近才对，怎么能大大偏离呢！ 　　线性，指量与量之间按比例、成直线的关系，在空间和时间上代表规则和光滑的运动；而非线性则指不按比例、不成直线的关系，代表不规则的运动和突变。如问：两个眼睛的视敏度是一个眼睛的几倍？大家很容易想到的是两倍，可实际是 6－10倍！这就是非线性：1＋1不等于2。 　　激光的生成就是非线性的！当外加电压较小时，激光器犹如普通电灯，光向四面八方散射；而当外加电压达到某一定值时，会突然出现一种全新现象：受激原子好象听到“向右看齐”的命令，发射出相位和方向都一致的单色光，就是激光。 　　非线性的特点是：横断各个专业，渗透各个领域，几乎可以说是：“无处不在时时有。” 　　如：天体运动存在混沌；电、光与声波的振荡，会突陷混沌；地磁场在400万年间，方向突变16次，也是由于混沌。甚至人类自己，原来都是非线性的：与传统的想法相反，健康人的脑电图和心脏跳动并不是规则的，而是混沌的，混沌正是生命力的表现，混沌系统对外界的刺激反应，比非混沌系统快。 　　由此可见，非线性就在我们身边，躲也躲不掉了。 　　运用**的辩证思维来看，这就是量变与质变的关系。蝴蝶效应是气象学家洛伦兹1963年提出来的。其大意为：一只南美洲亚马孙河流域热带雨林中的蝴蝶，偶尔扇动几下翅膀，可能在两周后在美国德克萨斯引起一场龙卷风。其原因在于：蝴蝶翅膀的运动，导致其身边的空气系统发生变化，并引起微弱气流的产生，而微弱气流的产生又会引起它四周空气或其他系统产生相应的变化，由此引起连锁反应，最终导致其他系统的极大变化。此效应说明，事物发展的结果，对初始条件具有极为敏感的依赖性，初始条件的极小偏差，将会引起结果的极大差异。 　　蝴蝶效应是混沌学理论中的一个概念。它是指对初始条件敏感性的一种依赖现象。输入端微小的差别会迅速放大到输出端。蝴蝶效应在经济生活中比比皆是：**宣布发射**，港台100亿美元流向美国。“蝴蝶效应”也可称“台球效应”，它是“混沌性系统”对初值极为敏感的形象化术语，也是非线性系统在一定条件（可称为“临界性条件”或“阈值条件”）出现混沌现象的直接原因。 　　与蝴蝶效应相反的是不动点，是自动回归，下面就是一个例子。 　　这是一个由开方公式引出的：　 　　x(n+1)=xn+(a/x^(k-1)-xn)1/k (5)（n,n+1表示下角标）　 　　开立方公式：　当（5）式中的k=3时就是开立方公式。　 　　设a = x^3,求x.称为开立方。 开立方有一个标准的公式：　 　　x(n+1)=xn+(a/x^2-xn)1/3 (n，n+1是下角标）　 　　例如，a=5，　5介于1的3次方;至2的3次方;之间（1的3次方=1，2的3次方=8）　 　　初始值x0可以取1.1，1.2，1.3，1.4，1.5，1.6，1.7，1.8，1.9，都可以。 　　例如我们取x0 = 1.9按照公式：　 　　第一步：x1=1.9+（5/1.9^2;-1.9)1/3=1.7。输入值大于输出值，负反馈。　 　　即5/1.9×1.9=1.3850416，1.3850416-1.9=-0.5149584，-0.5149584×1/3=-0.1716528， 　　1.9+(-0.1716528)=1.7。即取2位数值,，即1.7。　 　　第二步：x2=1.7+（5/1.7^2;-1.7)1/3=1.71。　输入值小于输出值，正反馈。 　　即5/1.7×1.7=1.73010，1.73-1.7=0.03，0.03×1/3=0.01，1.7+0.01=1.71。取3位数，比前面多取一位数。　 　　第三步：x3=1.71+（5/1.71^2;-1.71)1/3=1.709.输入值大于输出值，负反馈。　 　　第四步：x4=1.709+（5/1.709^2;-1.709)1/3=1.7099，输入值小于输出值，正反馈。　 　　这种方法可以自动调节，第一步与第三步取值偏大，但是计算出来以后输出值会自动转小；第二步，第四步输入值　偏小，输出值自动转大。即5=1.7099^3;　当然初始值x0也可以取1.1，1.2，1.3，。。。1.8，1.9中的任何一个,都是x1 = 1.7 > 。当然，我们在实际中初始值最好采用中间值，即1.5。 1.5+（5/1.5^2;-1.5）1/3=1.7。　如果用这个公式开平方，只需将3改成2，2改成1。即　 　　x(n + 1) = xn + (a / xn - xn)1 / 2.　 　　例如，a=5：　5介于2的平方至3的平方;之间。我们取初始值2.1，2.2，2.3，2.4，2.5，2.6，2.7，2.8，2.9都可以，我们最好取 中间值2.5。 　　第一步：2.5+（5/2.5-2.5)1/2=2.2；输入值大于输出值，负反馈。　 　　即5/2.5=2，2-2.5=-0.5，-0.5×1/2=-0.25，2.5+(-0.25)=2.25，取2位数2.2。　 　　第二步：2.2+(5/2.2-2.2)1/2=2.23；输入值小于输出值，正反馈　 　　即5/2.2=2.272，2.272-2.2=-0.072，-0.072×1/2=-0.036，2.2+0.036=2.23。取3位数。　 　　第三步：2.23+(5/2.23-2.23)1/2=2.236。输入值小于输出值，正反馈　 　　即5/2.23=2.242,2.242-2.23=0.012,0.012×1/2=0.006,2.23+0.006=2.236.　每一步多取一位数。这个方法又叫反馈开方，即使你输入一个错误的数值，也没有关系，输出值会自动调节，接近准确值。说明了初始值在特定条件下的稳定性。　详见百度文库《开立方公式》《从二项式定理开方到切线法》（王晓明王蕊珂）。当然，角谷猜想（3x+1问题）也是一个道理，巨大的误差会在迭代过程中自动恢复。 编辑本段蝴蝶效应的含义 　　某地上空一只小小的蝴蝶扇动翅膀而扰动了空气，长时间后可能导致遥远的彼地发生一场暴风雨，以此比喻长时期大范围天气预报往往因一点点微小的因素造成难以预测的严重后果。微小的偏差是难以避免的，从而使长期天气预报具有不可预测性或不准确性。这如同打台球、下棋及其他人类活动，往往“差之毫厘，失之千里”、“一招不慎，满盘皆输”。长时期大范围天气预报是对于地球大气这个复杂系统进行观测计算与分析判断，它受到地球大气温度、湿度、压强诸多随时随地变化的因素的影响与制约，可想其综合效果的预测是难以精确无误的、蝴蝶效应是在所必然的．我们人类研究的对象还涉及到其他复杂系统（包括“自然体系”与“社会体系”），其内部也是诸多因素交相制约错综复杂，其“相应的蝴蝶效应”也是在所必然的。“今天的蝴蝶效应”或者“广义的蝴蝶效应”已不限于当初洛仑兹的蝴蝶效应仅对天气预报而言，而是一切复杂系统对初值极为敏感性的代名词或同义语，其含义是：对于一切复杂系统，在一定的“阈值条件”下，其长时期大范围的未来行为，对初始条件数值的微小变动或偏差极为敏感，即初值稍有变动或偏差，将导致未来前景的巨大差异，这往往是难以预测的或者说带有一定的随机。 　　蝴蝶效应是说，初始条件十分微小的变化经过不断放大，对其未来状态会造成极其巨大的差别。有些小事可以糊涂，有些小事如经系统放大，则对一个组织、一个**来说是很重要的，就不能糊涂。 蝴蝶效应的启示　　“蝴蝶效应”在社会学界被用来说明这样一个道理：一个坏的微小的机制，如果不加以及时的引导、调节，会给社会带来非常大的危害，戏称为“龙卷风”或“风暴”，一个好的微小的机制，只要正确引导，经过一段时间的努力，将会产生轰动效应，或称为“**”。 　　“蝴蝶效应”的初始就是混沌的，在不准确或者说是不精确中产生的，所以什么样的可能都会发生。 　　“蝴蝶效应”的复杂连锁效应，每天都可能在我们身上发生，我们不可能回到以前去改变我们的过去来改变我们的未来，我们需要的是正确地把握我们的现在，也许，以后的结果就会趋向于好的方面，而走错一步你可能短时间无法发现，但是几十年后断送的，就不仅是你的未来，而是更多。 　　这是上午在图书馆《青年文摘》上摘的一篇文章中的其中几段，太长了所以就挑了几段抄下来。因为最近身边有很多朋友（包括自己）一直在道路上迷惘着，彷徨着，不知所措，心情烦躁。所以我觉得我们都是一直在做决定、改变决定。因为我们在变化，在成熟，因而我们不断地调整、校准自己的努力方向或是目标。知道了“蝴蝶效应”，我们是否明白了：人，应该活得积极，要从每一件小事情做起呢？我还想重复文中的一句话：一个好的微小的机制，只要正确引导，经过一段时间的努力，将会产生轰动效应，或称为“**”。 　　有时做一个决定了，虽然很不容易，但是重要的是迈出了第一步。 　　而你每天也都在做很多看起来毫无意义的决定，但某天你的某个决定就能改变你的一生。 　　今天看到一段话很好：不要被他人的论断束缚了自己前进的步伐。追随你的热情，追随你的心灵，它们将带你到你想要去的地方。希望有所启示。 　　实际应用　核心理念：看似微不足道的细小变化，却能以某种方式对社会产生微妙的影响，甚至影响整个社会系统的正常运行。细节决定成败。 　　应用要诀：关注细节，防微杜渐，注重关联，控制全局。 　　应用领域：所有事物 　　学习后可以深刻认识和有效解决如下问题： 　　1、产品质量问题 　　2、工作程序问题 　　3、工作态度问题 　　4、关键细节问题 　　5、个人成长问题 20210311