尺度效应

气动效应种类

尺度，亦称“缩尺效应”，是气动效应的一种。此效应是一种客观存在而用尺度表示的限度效应，只讲逻辑而不管尺度无条件推理和无限度外延，甚至用微观实验结果推论宏观运动和代替宏观规律，这是许多理论悖谬产生的重要哲学根源。

特点联系

有些学者和文献将景观、系统和生态系统等概念简单混同起来，并且泛化到无穷大或无穷小而完全丧失尺度性，往往造成理论的混乱。现代科学研究的一个关键环节就是尺度选择。在科学大综合时代，由于多元多层多次的交叉综合，许多传统学科的边界模糊了；因此，尺度选择对许多学科的再界定具有重要意义。等级组织是一个尺度科学概念，因此，自然等级组织理论有助于研究自然界的数量思维，对于景观生态学研究的尺度选择和景观生态分类具有重要的意义。

尺度是研究客体或过程的空间维和时间维，可用分辨率与范围来描述，它标志着对所研究对象细节了解的水平。在景观学研究中，空间尺度是指所研究景观单元的面积大小或最小信息单元的空间分辨率水平，而时间尺度是其动态变化的时间间隔。景观生态学的研究基本上对应于中尺度范围，即从几平方公里到几百平方公里、从几年到几百年.

格局与过程的时空尺度化是景观生态学的研究热点，尺度分析和尺度效应受到格外重视和发展。尺度分析一般是将小尺度上的斑块格局经过重新组合而在较大尺度上形成空间格局的过程，与之相伴的是斑块形状趋向规则化以及景观类型的减少。尺度效应表现为：最小斑块面积和随尺度增大而增大，其类型则有所转换，景观多样性减小。通过建立景观模型和应用GIS技术，可以根据研究目的选择最佳尺度，并对不同尺度的研究成果进行转换。由于景观尺度上进行控制性实验代价高昂，因此尺度的转换技术愈显重要。尺度外推涉及到如何穿越不同尺度约束体系的限制，至今仍是一难点。

时空尺度的对应性、协调性和规律性是一重要特征，通常研究地区越大、相关的时间尺度越长，生态平衡即自然界在动荡中表现出的与尺度有关的协调性。生态系统在小尺度上常表现出非平衡特征，而大尺度上仍可体现出与平衡模型相似的结果，景观系统常常可以克服其中局部生物反馈的不稳定性。

尺度性与持续性有着重要联系，细尺度生态过程可能会导致个别生态系统出现激烈波动，而粗尺度的自然调节过程可提供较大的稳定性。在较高尺度上，作为非线性耗散系统演化中一种普遍现象的混沌可提高景观生态系统的持续性而避免碎裂种群（Metapopulation）灭绝。大尺度空间过程包括土地利用和土地覆盖变化、生境破碎化、引入种的散布、区域性气候波动和流域水文变化等。在更大尺度的区域中，景观是互不重复、对比性强、粗粒格局的基本结构单元。景观和区域都在“人类尺度”上即在人类可辨识的尺度上来分析景观结构，把生态功能置于人类可感受的范围内进行表述，这尤其有利于了解景观建设和管理对生态过程的影响。在时间尺度上，人类世代即几十年的尺度是景观生态学关注的焦点。

分类定义

水土科学

更确切的说，尺度效应是指土壤特征(水分和盐分)的变化对采样网格尺度大小的依赖，某一种采样尺度只能揭示相应的变化规律，某一种空间结构特征只能在一定采样尺度下才能表现出来。

源自：土壤水盐空间变异尺度效应的研究《农业工程学报》 2004年徐英、陈亚新、史海滨、魏占民。

来源文章摘要：水文学和土壤学中的尺度问题是目前水土科学研究的前沿课题之一。该文利用空间信息科学——地质统计学、根据设计的各种田间网格,在一维和二维(平面)空间中初步研究了黄河河套平原长胜试验区中小尺度的土壤水分和盐分随采样尺度所表现出的空间变异(结构性)的某些规律，表明采样尺度的划分和选取与水分和盐分的空间变异性大小有密切关系，尺度效应的研究对于指导农业技术研究中野外采样系统设计、节省外业调查的工作量及科学地进行内业计算、评估和揭示农业工程中具有地学特征的区域性自然规律有重要作用。

机械工程

概括地讲，尺度效应就是指:在微成形过程中，由于制品整体或局部尺寸的微小化引起的成形机理及材料变形规律表现出不同于传统成形过程的现象。

源自：面向微细制造的微成形技术《中国机械工程》 2004年张凯锋、雷鹍

来源文章摘要：综述了近年来微成形 (微尺度金属零件和微结构金属零件成形 )技术的发展概况，包括微成形工艺系统、成形中的微尺度效应、微尺度冲裁、挤压、拉深、超塑成形等工艺的试验和研究结果，以及已经提出和发展的考虑微尺度效应的各种力学本构模型，并简要介绍了微成形相关的工艺装备系统的发展现状，分析了微成形技术的发展趋势和经济潜力。

船舶运输

船模与实船之间的运动差异是由于模型与实物之间相似条件不能全部满足而给换算带来误差，故称为“尺度效应”.3.2　船舶操纵性的尺度效应由于通航船模的航行试验除水工模型、船模要求满足相似准则中提到的要求外，还必须使船模的操纵性能与实船的操纵性能相似。

源自：通航船模试验方法及其在工程中的应用《交通部上海船舶运输科学研究所学报》 2000年倪士龙!运输系统部

来源文章摘要：通航船模航行试验的优点是实际航道实船航行试验无法比拟的，但要使模型试验能较精确地表征实际航道实船航行试验的特性，就必须对模型试验中可能产生的误差进行分析并找出修正误差的方法。本文首先推导出船舶运动的方程和操纵性指数 k′、t′,然后引入船模与实船之间的相似理论，分析指出船模与实船的操纵性由于尺度影响而不相似，即存在尺度效应，接着介绍几种尺度效应的修正方法 ,最后以配合水工模型的通航船模航行试验的几个实例验证上述的尺度效应修正方法。结果表明，本文介绍的几种修正方法实用有效，可为大型水利枢纽和港湾设计提供有价值的依据。

生物学

生态系统多样性受区域尺度效应的影响。但是不同尺度下生态系统多样性表现如何，尚无多少研究。有些研究对生态系统多样性分析采用系统内的分析方法，从群落类型角度进行比较，发现在群落尺度下，物种多样性在纬度梯度上呈递减格局，在区域尺度下呈现递增趋势。利用我国以及区域已有生态系统类型分类体系，进行生态系统多样性的分析，研究其尺度效应，有利于丰富我国区域生态系统多样性理论，识别和保护生态系统多样性丰富的区域。

水科学

起的称为尺度效应（3）.在（3）式中弥散系数与流速的方差成正比.类同于饱和介质弥散系数的表达（13设弥散系数与平均流速成正比。

源自：野外非饱和土壤水流运动速度的空间变异性... 《水科学进展》 1994年杨金忠，叶自桐

来源文章摘要：根据野外非饱和溶质运移试验资料，分析了港质运移速度的空间变异性，求得了呈对数正态分布的流速分布函数，并依此推导出有效弥散系数α=0．068t。根据流速的随机分布特征，分别用带有随机参数的对流模型、对流一弥散模型和传统的对流－弥散模型，求得了区域平均浓度分布及其方差．计算结果与实测结果拟合良好。通过分析得到，浓度方差与浓度梯度成正比，与孔隙弥散系数成反比，方差最大值分布在浓度锋面附近。

遥感学

从物理本质上来说，定量遥感尺度效应源于地物空间复杂性，这种复杂性体现在地物空间结构、地物本身辐射特性、冠层层面的植被组分差异、遥感数据像元层面的尺度差异以及像元内部组分差异等。遥感产品尺度效应存在各种理解，对定量遥感科学中的空间尺度效应定义为: 同一区域、同一时间、同样遥感模型、同类遥感数据、同等成像条件，只是分辨率不同导致的遥感反演地表参量不一致，且这种地表参量属于存在物理真值的可标度量，这种现象称为遥感产品尺度效应。

地理学

当空间数据经聚合而改变其单元面积的大小、形状和方向时，分析结果也随之变化的现象。空间尺度理论表明，任何地理实体在形成信息的过程中都具有尺度依赖特征，只有在特定的空间尺度来描述和提取信息，才具有科学意义和现实意义。

尺度效应

介观性能度效应的结构特征

介观（Mesoscopic）是指介乎与原子结构对应的微观尺度和连续介质理论适用的宏观尺度之间的尺度范畴。介观尺度并非一个确定的尺度区间，而应随具体材料的结构种类和所需要表征的材料性质而发生变化，这个尺度的基本特征是量子状态和经典状态的交叉和混合，因而赋予材料或器件许多优异的结构和功能特性。尺度效应衍生的特异介观性能已日益引起世界范围科技界、产业界和政府部门的重视。

材料的微结构特性是导致性能尺度效应的内禀原因，与材料中原子或分子键合状态有关，其敏感性从离子键到金属键到不同键合程度的高分子键到软物质。材料的此类微结构与晶体的最小结构单元（例如晶粒尺度、薄膜厚度等）、晶体缺陷（含缺陷复合体）及各种界面（晶界、相界）与表面有密切关联，同时强烈地受到材料服役外场条件的影响。尺度效应可引起主要相互作用力的不同，导致材料内禀性能及其规律和原理的质的区别。例如，薄膜材料发生形态演化的时间尺度在同等条件下远低于相应的体材料；随着线宽的降低，Cu膜蠕变行为发生的温度可由相应块体材料的高温区间逐渐降至室温；电子或声子的特征散射长度系纳米量级，当纳米微粒的尺度小于此平均自由途径时，电流或热的传递方式就发生质的改变；铁电与介电薄膜的介电响应、相变及疲劳机制对尺度效应亦极其敏感；纳米金属的重要力学性质如强度、延性等具有典型的尺度效应；铁磁材料的磁学性能及非线性光学材料的非线性参量也会随着材料尺度的变化而发生显著的改变。

内陆河灌区土壤水分空间变异的尺度效应

采用经典统计学和地统计学Kriging插值法研究了内陆河灌区土壤水分空间变异的尺度效应.结果表明，尺度对经典统计学参数中的中值和平均值的影响很小，对方差和变异系数的影响较大.在垂直剖面上，不同水平层次土壤含水量的方差和变异系数的变化规律随尺度而不同.土壤水分的等值线在垂直剖面上的分布规律在相同的尺度下是不同的，并且与经典统计学参数所反映的垂直变化规律也不相同，但相邻层次上具有相似性.在尺度变化的情况下，随着尺度的变大，土壤水分的等值线变得越来越稀疏，闭合中心的数量逐渐减少，位置发生移动.说明土壤水分空间变异性与采样点数目和采样尺度密切相关，随着采样尺度的增加，土壤性质的结构等级发生转变，不同结构性等级中，影响土壤水分的过程、因素不同。

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