区域能源合作系统演化阶段与过程分析

吴 琼刘明艳郭晓立

(长春工业大学a.计划财务处;b.工商管理学院,吉林长春130012)

区域能源合作系统演化阶段与过程分析

吴 琼a刘明艳b郭晓立b

(长春工业大学a.计划财务处;b.工商管理学院,吉林长春130012)

在当今一体化的时代背景下,合作系统广泛存在,这也促使了对合作系统的研究。目前社会能源问题越来越成为国家、区域所关注的重要问题。区域能源合作系统的演化分为形成期、成长期、成熟期、衰退期四个阶段。区域能源合作系统由无序到初步合作再到无序再到强合作,呈现出螺旋式运动轨迹。区域能源合作系统的合作演化过程不是简单的路径演化,而是在路径演化的过程中伴有离散性的多路径选择,而区域能源合作系统正是在这种不断的选择中演进的。

区域能源合作;合作系统;演化阶段

能源是一个国家的经济血脉,能源的三重性——政治性、经济性和外交性,使得能源合作成为国际合作中保障一国经济安全的重要而艰难的课题。经济全球化、经济一体化推动了竞争的加剧,促使不同行为主体为了竞争而建立互利互惠的合作关系,在竞争中寻找一切合作机会,通过联合赋予成员更大的市场竞争能力,进而起到在合作过程中强化竞争力的作用。因而在当今时代,合作系统可以说是无处不在。这也使对合作系统的研究成为系统经济学及相关学科的重要课题。区域能源合作系统作为一个复杂的系统,遵循复杂系统动力原理,基于此,本文探讨区域能源合作系统的演化规律。

一、区域能源合作系统演化阶段界定

本文将区域能源合作系统的演化分为形成期、成长期、成熟期、衰退期四个阶段。四个阶段的划分,主要从区域能源合作系统状态变量和合作熵的变化趋势来衡量,这样可以使演化机制的研究与前面的萌芽和形成机制的研究有机结合起来,从而形成一个系统的理论分析框架。根据区域能源合作系统的演化的阶段性。对于各个阶段的界定标准,这里借助生物学中的研究种群增长的逻辑斯蒂曲线(又称S曲线)的特征来作为界定的出发点,用区域能源合作系统状态变量,即产业内分工专业化程度、信息量、收益率来判断。具体如图1所示。

在图1中横轴x具有双层含义,一方面它是区域能源合作系统的演化时间的度量标准,另外一方面,它也是合作熵的变化趋势的度量标准。根据前面对区域能源合作系统的分析,可知当区域能源合作发展越趋于成熟,其合作熵会达到最小熵产生状态,因此在图中可以看到合作熵在接近逻辑斯蒂曲线的峰值时最小熵产生了,此时的合作系统达到其发展的顶端,是它的成熟期,随后熵减机制结束,合作熵开始增加,系统向无序转变,区域能源合作步入衰退期。横轴 y则是系统状态变量的度量标准,它反映了系统随时间推移而发生的状态改变。

图1 区域能源合作系统演化曲线

设区域能源合作系统的逻辑斯蒂演化曲线上的任意一点a的切线斜率为tga,从本文的研究角度出发,这个斜率的意义可以理解为随着时间的推移,合作熵每减少(或增加)一个单位,对应的区域能源合作系统状态的改变量的大小,这里记做ω,称为区域能源合作演化率,因此有下列等式存在：ω=tga=y0/x0。当yo=xo时,说明合作熵的每一单位的改变量对应导致了区域能源合作系统的系统状态发生了一个单位的改变,此时tga=1。

在合作熵S处于一个较高值的状态时,如果有0≤ω＜1存在,即某一时刻的区域能源合作状态点的切线斜率tga∈[0,1),那么根据前面给出的区域能源合作演化率的概念可知,此时的一个单位的合作熵的改变量所引起的区域能源合作的系统状态的改变量小于一个单位。显然此时的合作系统发展速度还很缓慢,其增长速率小于1。从区域能源合作系统的演化过程来看,本文将其定义为区域能源合作系统的形成期。当合作熵S从高熵状态趋于减小时,如果有ω≥1,即某一时刻的区域能源合作状态点的切线斜率tga∈[l,+∞),同样根据前面的定义可知,此时的一个单位的合作熵的改变量所引起的区域能源合作系统状态的改变量大于一个单位,其增长速率大于1,这时的区域能源合作系统的发展速度明显加快,而且随着区域能源合作演化率ω的增大,区域能源合作的发展速度也不断增大,将这一状态下的演化阶段定义为区域能源合作的成长期。当合作熵S进入低熵状态后,也就是最小熵产生阶段时,如果有0≤ω＜1存在,这时尽管从区域能源合作演化率看和形成时期的情况类似,但由于此时的合作熵处于最小熵的状态,也就是说系统的有序化程度达到了最高,所以此时虽然一个单位的合作熵的改变带来的区域能源合作系统状态的改变小于一个单位,但区域能源合作系统已经趋于发展成熟,进入了一个相对稳定的阶段,将这一阶段定义为区域能源合作的成熟期。同时,这一阶段中当ω=0时,区域能源合作系统发展到了顶点,此时区域能源合作处于最稳定的状态,也就是耗散结构理论中提到的最小熵产生点,此时合作熵不再减小,系统内的产业内分工专业化程度、信息量、收益率都达到了极大值,从而形成了远离平衡态的一种动态稳定。随着进一步的演化,由于熵减机制的结束,系统的合作熵开始增加,此时的区域能源合作演化率ω＜0,即随着合作熵一个单位的增量,区域能源合作的系统状态呈下降趋势,将这一阶段定义为区域能源合作的衰退期。

表1 区域能源合作系统演化阶段的特征值

二、区域能源合作系统演化阶段分析

在区域能源合作系统的形成阶段也即是区域能源合作的初期,从系统的角度来看,它的内部的无序程度很高,也就是说合作熵S处于一个高熵的状态。如果这一时期区域能源合作系统所属的区域处于一个相对封闭系统,那么根据熵的性质,知道熵产生在系统内是一个不可逆的过程,也就是始终有diS＞0存在,另外由于系统的封闭性,这时不会有熵流的存在,而根据dS=diS+deS可知,当deS不存在时,有dS=diS＞0,随着熵的不断增加系统会越来越无序,最终形成完全无序的定态。但正如耗散结构理论所言,由于系统的开放性,它在熵增的同时,会通过与外界的物质、能量和信息的交流,形成负熵流,当diS＜deS时,会出现dS＜0也就是说总的熵增加为负,这样就会使得合作熵S开始减小,使系统由无序状态趋向于新的有序状态,并最终在远离平衡态的区域形成动态稳定的有序结构,这实际上也就是自组织的过程。

全球化的时代背景,使区域能源合作系统必然是一个开放系统,因此区域能源合作系统是有可能出现熵减机制的,是有负熵流存在的。所以从区域能源合作系统的形成阶段过渡到区域能源合作系统的强合作阶段,可以看作一个熵减的过程,这个过程实际也是一个突变的产生并维持下来的过程。(如图2所示)

图2 区域能源合作系统演化阶段

(一)形成阶段：区域能源合作初期

在区域能源合作系统的形成阶段,系统处于一个远离平衡的无序状态,即系统内各合作因子以及子系统之间与外界环境尚未构成有序结构,而是一种无序的混乱状态,这时区域能源合作系统中的子系统表现出形成过程中信息的非透明性和较低的信任度。由于这一时期系统内部的有序合作组织尚未建立起来,而且在这一阶段也没有与外界环境形成有利的交互作用,所以此时的合作熵S相当高,而且这个时候的系统的总的熵增加dS＞0。因为此时的熵流deS主要为正的熵流,说明区域能源合作系统所在区域的各种外界影响因素尚未对系统发生有利影响,甚至还存在负面的影响,因此有deS＞0,而系统本身又不断有熵产生即diS＞0,所以根据前面的普里戈金的平衡方程知道此时的dS＞0,系统处于一个高熵状态。

随着区域能源合作系统合作强度的不断提高,区域能源合作系统开始与外界形成有利的互动关系产生了负熵流,即有deS＜0,此时各种外部影响因素开始对区域能源合作系统发生积极影响,但在初期来讲,这种影响的力量还很小,一般不足以抵消系统内部的熵产生,所以此时的dS＞0仍然存在,即总熵S还在增加,只是增长放慢。随着负熵流的不断增大,也就是说与外界的有利交换作用的强化,开始出现了diS＜deS,此时的总熵增加变为负增长,所以总熵S开始缓慢减小,这样就进入了区域能源合作系统演化的突变过程(如图3)。

图3 区域能源合作系统演化轨迹(突变过程)

区域能源合作系统由无序到初步合作再到无序再到强合作,这样不断地循环的系统螺旋式运动轨迹。图中横轴表示区域能源合作系统由于与外界环境存在着负熵流而出现的熵减趋势,纵轴表示区域能源合作系统的合作程度由低到高的变化,S曲线是区域能源合作系统的一个状态特征。

(二)成长与成熟阶段：区域能源合作中后期

区域能源合作系统发展到一定时期后,随着系统内合作因子的作用增强,系统内部开始出现有序的组织形式。如果出现无序的组织形式,则区域能源合作系统在形成初期就会终结,在实践中表现为各子系统交互关系没有完成,也就是各行为主体没有建立良好的交流机制,无法形成区域能源合作系统。如果是有序结构,是通过系统和外界不断进行信息、能量和物质的交换实现的,此时区域能源合作系统与外界环境的影响因素之间的良性互动关系不断强化,负熵流的绝对值deS不断增大,合作熵从高熵走向低熵。在通常的社会经济系统的形成演化分析中,各个学者往往注重的是系统的连续性演变,但区域能源合作系统的演变是一种连续性和非连续性交织的过程。正如阿诺德所言“对世界的数学描述依赖于连续性的和不连续性的、离散的现象之间巧妙的相互作用。……从光滑、连续的结构中会出现离散的结构。”

(三)衰退阶段

在成熟期后,信息量增长变得越来越慢,原有的产业内分工受环境影响无法深化,越来越接近利益需求的极限值,区域能源合作系统的发展必然出现由盛到衰的转变,从系统的角度来看,系统的发展始终是熵增的,即合作熵S当熵减机制结束后,还会趋于增加,也就是说区域能源合作系统会从有序向无序过渡,此时的区域能源合作系统演化率ω＜0。在这一时期,信息量减少,专业化程度会有所降低。此时必须建立新的系统熵减机制,推动区域能源合作系统的再生。从区域能源合作系统环境来看,尽管区域能源合作系统进入衰退期,但这些基础环境和人文因素的变化不是十分明显,而且在系统的再生过程中,可以充分利用这些优势,尽快使区域能源合作系统从衰退期突变到下一个区域能源合作系统演化周期中去。

三、区域能源合作系统演化过程分析

通过上述的区域能源合作系统演化阶段的分析,本文运用耗散结构理论和突变理论来解释区域能源合作系统的这种非连续性的区域能源合作运行机理。当区域能源合作系统进入熵减状态后,系统开始从无序状态向有序状态过渡,此时区域能源合作系统状态变量会沿着图3中的曲线从o点向a点移动,它的状态演化方程可简单描述为y=f(x)。区域能源合作系统的合作熵趋于减小,合作强度增大,系统的有序状态也不断增强。区域能源合作系统开始出现质量上的发展,它能够反映在系统合作强度增地大,也即各子系统之间交互关系的建立,而这实际就是系统趋于有序的一个表象特征。

在图3中从o点移动a点之前,区域能源合作系统的状态变量都呈一个连续的光滑变化,此时的系统尽管尚未进入有序状态,但已开始出现有序的结构,也就是形成真正的远离平衡的有序状态,关键在于a点附近的变化,此处的a点就是一个重要的临界点。在到达临界点a之前,区域能源合作系统随着合作熵的减小,当o推移到a附近时,系统的演变即进入了耗散理论中的阈值变化,这一阈值即临界值对于系统性质的发展变化有着根本的意义。在阈值附近,系统内部的长程关联作用产生相干运动时,反映系统动力学机制的非线性方程具有多重解的可能性,自然的提出了在不同结果之间进行选择的问题,在这里瞬间的涨落和扰动造成的偶然性将支配这种选择。当oa继续向前推移越过a时,此时显然旧的系统演进过程会中断,这样的一种可能结果就是区域能源合作系统的演进到此结束,尽管熵减机制能够导致系统趋于新的有序状态,但在阈值附近,由于一个微小的涨落却会导致原有的系统失稳,从而使得本来渐趋有序的系统进入新的无序状态。从现实情况来看,这种演变是存在的。由此可见,在区域能源合作系统的演进过程中,尽管熵减机制能够促使系统趋于有序,但在阈值附近由于涨落的存在,旧的系统状态会失稳,从而有可能导致系统从渐趋有序的状态重新进入无序状态。

前面所说的仅是在阈值附近的一种可能选择,而实际上在此处根据系统动力学方程来看,是有多个解存在的。当oa越过a这个阈值时,尽管旧的系统状态被破坏,但在此处的微小涨落,有可能被不稳定的系统给放大,从而促使系统在新的宏观状态下实现稳定,这就是普里戈金所说的耗散结构状态。从图中可以看出,在oa越过a后,系统未必由于这个微小的涨落而进入无序的平衡态,在这个微小涨落被放大的情况下,系统会在阈值附近发生突变,即会突跃到b,并从那点开始进入新的系统演化过程。这一突变过程,使得区域能源合作系统可以继续存在,并进入新的发展演化过程,而不是如前面所述使得区域能源合作系统进入无序状态并最终消亡。事实上正是区域能源合作系统的这一突变,才使得真正意义上的区域能源合作系统得以形成,也即是实现高强度区域能源合作,使得区域能源合作系统进入良性发展轨道。

从图3中可以看到,这一突变导致了区域能源合作系统的状态变量出现了间断性的跳越,这一间断性过程实际也是前面所说的质变的过程,从前面的分析可知,区域能源合作系统的形成初期其系统的状态变化主要是量上的变化,但区域能源合作系统的运行过程则是一个质变的过程,尽管这种质变也是以量变为基础的,但却区别于量变时的那种渐变性,即它是以数量上的间断性变化为基础的。在这一质变过程中,系统内由低度合作实现了高度合作,并使区域能源合作系统实现了涌现。这充分证明区域能源合作系统的演化,不是简单的连续性演化过程,而是连续性和间断性相结合的演化过程,在其演化的大部分时间是一个连续性的渐进过程,但在每个关键点又会出现间断性的突变演化过程。

由此可知,从理论上讲,是可以对区域能源合作系统的运行路径进行主观引导的,即在上述的阈值附近给予适当的外部力量的干预,从而触发突变的产生,但关键是这一干预的结果并不是唯一的,因为这种微涨落被放大后的结果存在多重解,而目前来看是很难控制这种选择机制的,这正是为什么东北亚难以形成区域能源合作系统的原因所在。因此,对于区域能源合作系统来讲,认识其内部演化规律,并以此作为系统机制设计的主要原则,才能真正有效的对区域能源合作系统进行控制。

可以这样认为,区域能源合作系统的合作演化过程不是简单的路径演化,而是在路径演化的过程中伴有离散性的多路径选择,而区域能源合作系统正是在这种不断的选择中演进的,这种选择往往通过系统内部的偶然性的微涨落来实现。

当今世界能源问题日益成为各国、各地区关注的重要问题,国家间、区域间的合作是大势所趋。本文对区域能源合作系统演化机理进行理论上的研究和探讨,为进一步研究区域能源安全合作的运行机制、控制机制等理论提供前提保障,为东北亚区域能源合作的实践提供一定的理论依据。

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国家软科学重点研究项目“东北亚区域能源安全合作机制研究”(编号：2005DGS3D068);吉林省科技厅项目“吉林省重大项目合作机制与实证研究”(编号：20080609)。

吴琼(1983-),女,管理学硕士,长春工业大学计划财务处助理会计师,主要从事区域经济研究。刘明艳(1986-),女,长春工业大学工商管理学院管理科学与工程专业2007级硕士研究生,主要从事区域经济研究。郭晓立(1960-),女,长春工业大学科研处处长,工商管理学院教授,硕士生导师,主要从事区域经济研究。