环境控制论

1952年12月5日，英国伦敦上空浓烟滚滚。黑雾笼罩着天空，天很黑。许多居民感到胸闷、气短、喉咙痛、咳嗽和呕吐，几天内有4000多人死亡。然后，大雾笼罩了整个英国，气温逆转，造成数千人死亡。人们惊恐地称之为“谋杀烟雾”。这是怎么回事？

1961年1月，大量死鱼突然出现在美国得克萨斯州科罗拉多河下游10公里、50公里处，并蔓延到300多公里的河流中。据统计，该地区27种鱼类全部死亡，甚至体重超过30公斤的蓝猫鱼也未能幸免。谁杀了这么多河鱼？

从1953年开始，一个陌生的病人出现在日本九洲水俣县，患有耳聋、失明、四肢麻木和精神亢奋。他睡得很香，然后变得极度兴奋，身体逐渐弯曲，最后因痛苦的哭泣而死去。到1972年，全镇已有180多人患有水俣病。具体原因是什么？

现代社会中的致命灾难已经引起了全世界人民和科学家的密切关注。经过详细的调查研究，美国海洋生物学家卡森女士于1962年写下了现代环境污染对生态学的严重影响，引起了人们对古代生态学的兴趣，被誉为开创了一个新的“生态时代”。卡森在他的书中通过大量令人震惊的材料表明，如果人类破坏了他们赖以生存的生态环境系统，他们必将遭到大自然的严厉报复。她的呼吁立即得到了来自世界各地科学家的热烈响应。通过对生态和环境污染的系统研究，许多谜团得到了解答。例如，上述发生在英国伦敦的烟雾事件，原来是英国大多数居民家中取暖和烧煤产生的废气中含有氧化铁，它能促进空气中二氧化硫的氧化，产生液态酸性泡沫，附着在烟尘上或凝结在雾核中，进入人的呼吸系统，引起疾病的突然发作，加速慢性病患者的死亡。美国科罗拉多河鱼类死亡是一家农药厂长期排放污水的结果。日本的水俣病也是由河流上游一家工厂排放的含汞废水造成的灾难。

大量事实表明，人们对环境采取行动，环境也对人产生反应。随着现代工农业生产的发展，生态环境的污染程度日益加剧，严重影响了人类社会的发展速度和动植物的正常生存。这不仅关系到当代人的健康，也关系到后代的繁衍和繁荣。污染控制和环境保护无疑已成为世界各国*的一项紧迫而重要的任务。“保护环境，造福人类，在当代做出贡献，造福未来”的理念已被世界广泛接受。环境控制论就是在这一波又一波的声音中诞生的。

顾名思义，环境控制论是一门专门研究生态环境质量变化、污染控制和治理、环境保护和优化的科学原理和技术措施的科学，其范围涵盖地球生物圈的所有领域(包括大气、海洋、湖泊、河流、土壤等)。)和人类生产活动。它以生态学和地球化学为基础，以控制论、现代控制理论和大系统理论为工具，运用化学、生物学、物理学、医学和工程技术知识，研究环境的综合管理和优化。这是一门跨学科的综合性交叉学科。环境控制论的出现和人类有意识地运用科学手段研究和保护环境是社会文明的重大进步，也是现代科学深度和广度的重要标志。

环境控制论首先面临环境污染问题。所谓环境污染，是指人为或自然因素干扰和破坏生态系统和人类正常生活条件，导致环境的原始要素或状态发生变化，导致人类生存环境恶化。或者污染物进入生态系统，沿着食物链传递、循环和积累(如“大鱼吃小鱼，小鱼吃虾，虾吃泥”(藻类))，最后进入人体，危及人体健康。下图显示了现代社会环境污染的主要来源。

面对如此众多而复杂的污染源，为了实现全面的环境控制和优化，应采用控制论中的黑箱方法(即系统辨识方法)来建立环境系统的动态数学模型，并在此基础上提出有效的环境保护措施。由于电子计算机技术的发展，做到这一点并不难，尤其是计算机仿真技术，它为我们分析和模拟环境系统提供了有效的手段。

用系统分析方法研究环境自净能力是环境控制论的另一个重要内容。我们知道自然环境有一定的净化污染物的能力。例如，当污染物进入河流时，在光合作用和微生物的作用下，它们会慢慢稀释，然后氧化、分解、还原和沉淀，水质会逐渐恢复正常。进入土壤的污染物也会在土壤中微生物的作用下分解和减少。这些都是自然生态系统中反馈控制功能的结果，当然，这种反馈控制在实现系统的动态平衡方面功能有限。因此，我们应该认真探索自然界对不同污染物的不同净化能力，掌握它们的规律，并据此制定有效的污染控制和环境保护措施。

随着现代经济的深入发展，环境科学的重要性越来越明显。可以预见，在未来的漫长历史中，环境问题仍将伴随着我们，困扰着我们，迫使我们在发展生产和保护环境之间不断平衡和调整，以使脆弱的生态系统不会受到严重破坏。为了保证人类社会和经济的健康发展，我们必须找出地球上各种生态环境系统的内部变化规律，把握其发展趋势，提出合理开发和保护生态环境系统的最优方案。诚然，环境控制论仍是一门不完善的学科，仍有许多领域是未知的海洋，需要我们用全部的智慧去探索和研究。