尺度效應

有些學者和文獻將景觀、系統和生態系統等概念簡單混同起來，並且泛化到無窮大或無窮小而完全喪失尺度性，往往造成理論的混亂。現代科學研究的一個關鍵環節就是尺度選擇。在科學大綜合時代，由於多元多層多次的交叉綜合，許多傳統學科的邊界模糊了；因此，尺度選擇對許多學科的再界定具有重要意義。等級組織是一個尺度科學概念，因此，自然等級組織理論有助於研究自然界的數量思維，對於景觀生態學研究的尺度選擇和景觀生態分類具有重要的意義。

尺度是研究客體或過程的空間維和時間維，可用分辨率與範圍來描述，它標誌着對所研究對象細節瞭解的水平。在景觀學研究中，空間尺度是指所研究景觀單元的面積大小或最小信息單元的空間分辨率水平，而時間尺度是其動態變化的時間間隔。景觀生態學的研究基本上對應於中尺度範圍，即從幾平方公里到幾百平方公里、從幾年到幾百年.

格局與過程的時空尺度化是景觀生態學的研究熱點，尺度分析和尺度效應受到格外重視和發展。尺度分析一般是將小尺度上的斑塊格局經過重新組合而在較大尺度上形成空間格局的過程，與之相伴的是斑塊形狀趨向規則化以及景觀類型的減少。尺度效應表現為：最小斑塊面積和隨尺度增大而增大，其類型則有所轉換，景觀多樣性減小。通過建立景觀模型和應用GIS技術，可以根據研究目的選擇最佳尺度，並對不同尺度的研究成果進行轉換。由於景觀尺度上進行控制性實驗代價高昂，因此尺度的轉換技術愈顯重要。尺度外推涉及到如何穿越不同尺度約束體系的限制，至今仍是一難點。

時空尺度的對應性、協調性和規律性是一重要特徵，通常研究地區越大、相關的時間尺度越長，生態平衡即自然界在動盪中表現出的與尺度有關的協調性。生態系統在小尺度上常表現出非平衡特徵，而大尺度上仍可體現出與平衡模型相似的結果，景觀系統常常可以克服其中局部生物反饋的不穩定性。

尺度性與持續性有着重要聯繫，細尺度生態過程可能會導致個別生態系統出現激烈波動，而粗尺度的自然調節過程可提供較大的穩定性。在較高尺度上，作為非線性耗散系統演化中一種普遍現象的混沌可提高景觀生態系統的持續性而避免碎裂種羣（Metapopulation）滅絕。大尺度空間過程包括土地利用和土地覆蓋變化、生境破碎化、引入種的散佈、區域性氣候波動和流域水文變化等。在更大尺度的區域中，景觀是互不重複、對比性強、粗粒格局的基本結構單元。景觀和區域都在“人類尺度”上即在人類可辨識的尺度上來分析景觀結構，把生態功能置於人類可感受的範圍內進行表述，這尤其有利於瞭解景觀建設和管理對生態過程的影響。在時間尺度上，人類世代即幾十年的尺度是景觀生態學關注的焦點。

更確切的説，尺度效應是指土壤特徵(水分和鹽分)的變化對採樣網格尺度大小的依賴，某一種採樣尺度只能揭示相應的變化規律，某一種空間結構特徵只能在一定採樣尺度下才能表現出來。

源自：土壤水鹽空間變異尺度效應的研究 《農業工程學報》 2004年 徐英、陳亞新、史海濱、魏佔民。

來源文章摘要：水文學和土壤學中的尺度問題是目前水土科學研究的前沿課題之一。該文利用空間信息科學——地質統計學、根據設計的各種田間網格,在一維和二維(平面)空間中初步研究了黃河河套平原長勝試驗區中小尺度的土壤水分和鹽分隨採樣尺度所表現出的空間變異(結構性)的某些規律，表明採樣尺度的劃分和選取與水分和鹽分的空間變異性大小有密切關係，尺度效應的研究對於指導農業技術研究中野外採樣系統設計、節省外業調查的工作量及科學地進行內業計算、評估和揭示農業工程中具有地學特徵的區域性自然規律有重要作用。

概括地講，尺度效應就是指:在微成形過程中，由於製品整體或局部尺寸的微小化引起的成形機理及材料變形規律表現出不同於傳統成形過程的現象。

源自：面向微細製造的微成形技術 《中國機械工程》 2004年 張凱鋒、雷鵾

來源文章摘要：綜述了近年來微成形 (微尺度金屬零件和微結構金屬零件成形 )技術的發展概況 ，包括微成形工藝系統、成形中的微尺度效應、微尺度衝裁、擠壓、拉深、超塑成形等工藝的試驗和研究結果，以及已經提出和發展的考慮微尺度效應的各種力學本構模型 ，並簡要介紹了微成形相關的工藝裝備系統的發展現狀，分析了微成形技術的發展趨勢和經濟潛力。

船模與實船之間的運動差異是由於模型與實物之間相似條件不能全部滿足而給換算帶來誤差，故稱為“尺度效應”.3.2　船舶操縱性的尺度效應由於通航船模的航行試驗除水工模型、船模要求滿足相似準則中提到的要求外，還必須使船模的操縱性能與實船的操縱性能相似。

源自：通航船模試驗方法及其在工程中的應用 《交通部上海船舶運輸科學研究所學報》 2000年 倪士龍!運輸系統部

來源文章摘要：通航船模航行試驗的優點是實際航道實船航行試驗無法比擬的 ，但要使模型試驗能較精確地表徵實際航道實船航行試驗的特性，就必須對模型試驗中可能產生的誤差進行分析並找出修正誤差的方法。本文首先推導出船舶運動的方程和操縱性指數 k′、t′,然後引入船模與實船之間的相似理論 ，分析指出船模與實船的操縱性由於尺度影響而不相似 ，即存在尺度效應 ，接着介紹幾種尺度效應的修正方法 ,最後以配合水工模型的通航船模航行試驗的幾個實例驗證上述的尺度效應修正方法。結果表明 ，本文介紹的幾種修正方法實用有效，可為大型水利樞紐和港灣設計提供有價值的依據。

生態系統多樣性受區域尺度效應的影響。但是不同尺度下生態系統多樣性表現如何，尚無多少研究。有些研究對生態系統多樣性分析採用系統內的分析方法，從羣落類型角度進行比較，發現在羣落尺度下，物種多樣性在緯度梯度上呈遞減格局，在區域尺度下呈現遞增趨勢。利用我國以及區域已有生態系統類型分類體系，進行生態系統多樣性的分析，研究其尺度效應，有利於豐富我國區域生態系統多樣性理論，識別和保護生態系統多樣性豐富的區域。 ^[1] 

起的稱為尺度效應（3）.在（3）式中彌散係數與流速的方差成正比.類同於飽和介質彌散係數的表達（13設彌散係數與平均流速成正比。

源自：野外非飽和土壤水流運動速度的空間變異性... 《水科學進展》 1994年 楊金忠，葉自桐

來源文章摘要：根據野外非飽和溶質運移試驗資料，分析了港質運移速度的空間變異性，求得了呈對數正態分佈的流速分佈函數，並依此推導出有效彌散係數α=0．068t。根據流速的隨機分佈特徵，分別用帶有隨機參數的對流模型、對流一彌散模型和傳統的對流－彌散模型，求得了區域平均濃度分佈及其方差．計算結果與實測結果擬合良好。通過分析得到，濃度方差與濃度梯度成正比，與孔隙彌散係數成反比，方差最大值分佈在濃度鋒面附近。

從物理本質上來説，定量遙感尺度效應源於地物空間複雜性，這種複雜性體現在地物空間結構、地物本身輻射特性、冠層層面的植被組分差異、遙感數據像元層面的尺度差異以及像元內部組分差異等。遙感產品尺度效應存在各種理解，對定量遙感科學中的空間尺度效應定義為: 同一區域、同一時間、同樣遙感模型、同類遙感數據、同等成像條件，只是分辨率不同導致的遙感反演地表參量不一致，且這種地表參量屬於存在物理真值的可標度量，這種現象稱為遙感產品尺度效應。 ^[2] 

當空間數據經聚合而改變其單元面積的大小、形狀和方向時，分析結果也隨之變化的現象。空間尺度理論表明，任何地理實體在形成信息的過程中都具有尺度依賴特徵，只有在特定的空間尺度來描述和提取信息，才具有科學意義和現實意義。 ^[3] 

介觀（Mesoscopic）是指介乎與原子結構對應的微觀尺度和連續介質理論適用的宏觀尺度之間的尺度範疇。介觀尺度並非一個確定的尺度區間，而應隨具體材料的結構種類和所需要表徵的材料性質而發生變化，這個尺度的基本特徵是量子狀態和經典狀態的交叉和混合，因而賦予材料或器件許多優異的結構和功能特性。尺度效應衍生的特異介觀性能已日益引起世界範圍科技界、產業界和政府部門的重視。

材料的微結構特性是導致性能尺度效應的內稟原因，與材料中原子或分子鍵合狀態有關，其敏感性從離子鍵到金屬鍵到不同鍵合程度的高分子鍵到軟物質。材料的此類微結構與晶體的最小結構單元（例如晶粒尺度、薄膜厚度等）、晶體缺陷（含缺陷複合體）及各種界面（晶界、相界）與表面有密切關聯，同時強烈地受到材料服役外場條件的影響。尺度效應可引起主要相互作用力的不同，導致材料內稟性能及其規律和原理的質的區別。例如，薄膜材料發生形態演化的時間尺度在同等條件下遠低於相應的體材料；隨着線寬的降低，Cu膜蠕變行為發生的温度可由相應塊體材料的高温區間逐漸降至室温；電子或聲子的特徵散射長度系納米量級，當納米微粒的尺度小於此平均自由途徑時，電流或熱的傳遞方式就發生質的改變；鐵電與介電薄膜的介電響應、相變及疲勞機制對尺度效應亦極其敏感；納米金屬的重要力學性質如強度、延性等具有典型的尺度效應；鐵磁材料的磁學性能及非線性光學材料的非線性參量也會隨着材料尺度的變化而發生顯著的改變。

採用經典統計學和地統計學Kriging插值法研究了內陸河灌區土壤水分空間變異的尺度效應.結果表明，尺度對經典統計學參數中的中值和平均值的影響很小，對方差和變異係數的影響較大.在垂直剖面上，不同水平層次土壤含水量的方差和變異係數的變化規律隨尺度而不同.土壤水分的等值線在垂直剖面上的分佈規律在相同的尺度下是不同的，並且與經典統計學參數所反映的垂直變化規律也不相同，但相鄰層次上具有相似性.在尺度變化的情況下，隨着尺度的變大，土壤水分的等值線變得越來越稀疏，閉合中心的數量逐漸減少，位置發生移動.説明土壤水分空間變異性與採樣點數目和採樣尺度密切相關，隨着採樣尺度的增加，土壤性質的結構等級發生轉變，不同結構性等級中，影響土壤水分的過程、因素不同。