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| | Dreyer (2001) 在 Banavar 的基础上提出了中央源系统的[[异速标度律]]。他指出,流量与存量的幂律关系在自然界中大量存在,包括动植物代谢率与其质量的幂律关系,以及河流流域大小与其所含水量总量的幂律关系<ref name=":6">Dreyer, O. (2001). Allometric scaling and central source systems. Physical Review Letters, 87(3), 38101-1-38101–38103</ref>。 | | Dreyer (2001) 在 Banavar 的基础上提出了中央源系统的[[异速标度律]]。他指出,流量与存量的幂律关系在自然界中大量存在,包括动植物代谢率与其质量的幂律关系,以及河流流域大小与其所含水量总量的幂律关系<ref name=":6">Dreyer, O. (2001). Allometric scaling and central source systems. Physical Review Letters, 87(3), 38101-1-38101–38103</ref>。 |
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| − | 河流流域(drainage basin)可以看作是一个中心源(从上游河流流入流域的流量)输运网络,其中每个单元都是一个耗散单元,以均等的速度丧失流量。因为这是一个[math]D=2[/math]的网络,因此,该流域的大小A和河流中包含的水的总量C满足:[math]\displaystyle{ A = A_0C^{2/3} }[/math]。 | + | 河流流域(drainage basin)可以看作是一个中心源(从上游河流流入流域的流量)输运网络,其中每个单元都是一个耗散单元,以均等的速度丧失流量。因为这是一个[math]D=2[/math]的网络,因此,该流域的大小A和河流中包含的水的总量[math]C[/math]满足:[math]\displaystyle{ A = A_0C^{2/3} }[/math]。 |
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| − | 同样的道理,对于[math]D=1[/math]的流网络,也应该存在流量和存量之间的1/2幂指数的幂律关系。文献<ref name=":6" />提出了一个简单实验,验证了流量与存量之间的关系[math]F\propto M^{D/(D+1)}[/math]同样适用于一维的流系统。在该实验中,作者构造了一个水槽,水槽底部均匀地分布着小孔可以漏水。另外,水源从水槽的一段注入,注入的流量为F。水从一端注入,逐渐由小孔渗出,水量越来越少。最终,从水流的注入到最后刚好没有水的地方长度为L,其中的总蓄水量为M。在一维系统的实验中,水在水槽中的质量M和长度L满足以下关系:[math]\displaystyle{ L = L_0M^{1/2} }[/math]。 | + | [[文件:一维的水槽满足流量与存量之间异速标度律的实验装置和结果.png|缩略图|右|一维的水槽满足流量与存量之间[[异速标度律]]的实验装置和结果]] |
| − | | + | 同样的道理,对于[math]D=1[/math]的流网络,也应该存在流量和存量之间的1/2幂指数的幂律关系。文献<ref name=":6" />提出了一个简单实验(如右图),验证了流量与存量之间的关系[math]F\propto M^{D/(D+1)}[/math]同样适用于一维的流系统。在该实验中,作者构造了一个水槽,水槽底部均匀地分布着小孔可以漏水。另外,水源从水槽的一段注入,注入的流量为[math]F[/math]正比于水槽的长度[math]L[/math]。水从一端注入,逐渐由小孔渗出,水量越来越少。最终,从水流的注入到最后刚好没有水的地方长度为[math]L\propto F[/math],而水槽中的总蓄水量为[math]M[/math],[math]M[/math]和长度[math]L[/math]满足以下关系:[math]\displaystyle{ L = L_0M^{1/2} }[/math]。所有这些例子中的幂律指数都具有[math]\displaystyle{ D/(D+1) }[/math]的形式,其中[math]D[/math]是系统的空间维数。 |
| − | 所有这些例子中的幂律指数都具有[math]\displaystyle{ D/(D+1) }[/math]的形式,其中[math]D[/math]是系统的空间维数。
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| | Dreyer论证到,任何的中央源的流场,且该流畅满足连续性和流动的守恒性, | | Dreyer论证到,任何的中央源的流场,且该流畅满足连续性和流动的守恒性, |
| | :<math> | | :<math> |
| − | \nabla \cdot s,\mathbf{j}!\left(\frac{\mathbf{r}}{s}\right) = (\nabla \cdot \mathbf{j})!\left(\frac{\mathbf{r}}{s}\right)=\sigma(\mathbf{r}/s) | + | \nabla \cdot s \mathbf{j}\left(\frac{\mathbf{r}}{s}\right) = (\nabla \cdot \mathbf{j})\left(\frac{\mathbf{r}}{s}\right)=\sigma(\mathbf{r}/s) |
| | </math> | | </math> |
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| − | 这里流场矢量为[math]j[/math],场源强度为[math]\sigma[/math],流场中任意位置向量为[math]\mathbf{r}[/math],对流场的缩放倍数为[math]s[/math]。可以证明,在满足流量场如上式的缩放关系的情况下,整个流畅就一定具备幂指数为[math]\displaystyle{ D/(D+1) }[/math]的流入量与总流量的[[规模法则]]。 | + | 这里流场矢量为[math]\mathbf{j}[/math],场源强度为[math]\sigma[/math],流场中任意位置向量为[math]\mathbf{r}[/math],对流场的缩放倍数为[math]s[/math]。可以证明,在满足流量场如上式的缩放关系的情况下,整个流畅就一定具备幂指数为[math]\displaystyle{ D/(D+1) }[/math]的流入量与总流量的[[规模法则]]。 |
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| | 与Banavar网络模型相比,Dreyer的中央源流场模型本质上与Banavar等人给出的最优输运网络是一致的,前者是最优输运网络的连续版本,而最优输运网络则是中央源流畅的离散版本。然而,Dreyer的模型显然更加简洁、自然,它可以用更少的假设解释这里讨论的规模法则。结果的一般性与幂律的广泛有效性很好地共鸣。 | | 与Banavar网络模型相比,Dreyer的中央源流场模型本质上与Banavar等人给出的最优输运网络是一致的,前者是最优输运网络的连续版本,而最优输运网络则是中央源流畅的离散版本。然而,Dreyer的模型显然更加简洁、自然,它可以用更少的假设解释这里讨论的规模法则。结果的一般性与幂律的广泛有效性很好地共鸣。 |