三 城市系統復雜性的時空表現

復雜系統的主體都具有自主性，并且存在非線性相互作用。從時間上來說不同的時刻具有不同的狀態，從空間上來說不同的空間也具有不同的狀態。時間上呈現的系統涌現性表現為不斷有新結構、新功能或新狀態出現；空間上呈現的系統多樣性表現為在不同的空間，系統的結構、功能或狀態也不一樣。城市作為一個開放的復雜系統，其復雜性主要表現在以下幾個方面。

（一）城市子系統數量巨大、層次眾多、緊密關聯

隨著城市的演化，一方面城市內部的子系統不斷增多，子系統下還有次一級的子系統；另一方面，城市越來越趨向綜合，各子系統更加密切相依、緊密協作，不僅使城市這個大系統得以協調發展，而且也使各個子系統得以順利運轉?！俺鞘袑訉盈B疊的大系統中套著小系統，既有串行樹枝狀結構，也有橫向蔓延的網絡狀、鏈狀、原子結構狀的‘系統元’；各子系統之間既有統一性，又有非均質性和各向異性，如經濟系統、生活系統，實際上都是一種以人的活動和意識作為子系統而構成的社會系統，可算是一種特殊復雜的系統?！?img alt="周干峙．城市及其區域——一個典型的開放的復雜巨系統［J］．城市規劃，2002（2）." class="qqreader-footnote" src="https://epubservercos.yuewen.com/4650D4/11228657403633006/epubprivate/OEBPS/Images/note.png?sign=1749529644-yNZR5N3oAdFjAIYft4aFcGGFjoG5WfYa-0-bea7321d9f85060e1ba93478da653448">在城市系統中，各個層次之間、各個子系統之間不是獨立的，而是一個相互聯系相互包容的整體，而城市的每一個子系統（或更小的子系統）、每一個層次、每一種關聯都代表著城市的某一個方面。利用數學分析的方法，如果將城市中每一個子系統、每一個層次、每一種關聯都看作城市的一“維”，那么，城市就是一個“N維”的巨大系統。

構成復雜系統的眾多要素并非是單一同質的，它們有各自的結構和功能，從城市要素的組成看，主要包括物質要素和非物質要素兩大類。這兩大類要素包含廣泛，其中物質要素包括生態的各種要素如土壤、空氣、陽光、水和生物體等一系列復雜的子要素，而非物質要素則包含了思想、意識、信仰、宗教、社會和經濟等同樣復雜的子要素。這些要素不但種類繁多，而且相互之間都有著千絲萬縷的聯系，形成了各種各樣的耦合機制，共同服務于城市這樣一個大系統。

城市的子系統結構上呈現多層次性，各種層次錯綜復雜、聯系緊密，層次越多，復雜性的標度就越大。如果我們把細胞作為最基礎的層次，由若干個細胞組成了器官這樣一個系統，在器官這個層次又由若干個器官組成了人體，而“人—家庭—鄰里—街道—社區—功能區—城市”這樣一個過程又經歷了若干的層次，形成了若干的系統，最后組合成城市這樣一個系統。

（二）城市系統演化過程復雜多變，充滿不確定性

城市系統的演化是有序與無序的統一，影響城市發展的諸多因素都具有隨機性和偶然性。由于社會類型、國家、民族和地域環境等諸多的不同，各個城市產生、發展的條件和過程也不同，因此而形成了不同的城市風貌、職能、形態和城市文化，所以在世界上不可能有兩個相同的城市。城市作為一個群體也具有共同的本質和特征，有類似的內在發展規律，在系統構成、功能和信息等方面具有自相似性，城市系統內部有著自組織的規律性，對外部環境有自適應的能力。

城市系統的演化所達到的階段和進程不同，對應的性質和規律也不同，因此城市有著各異的結構和形態。這些階段和進程、性質和規律、結構和形態并非全是系統自身演化的結果，而是與更高層次的系統和并列的其他系統相互包含、相互制約和相互影響的結果。每個層次的不同系統或每個系統的子系統在演化過程中均具有不同的尺度、方向和速度，正是這樣形成了城市系統演化的多樣性和復雜性，形成了難以簡單描述的復雜演化機制。

（三）城市系統對外部環境產生反饋，具有永恒的開放性

城市的生成和發展都是建立在與外界（或一定區域）聯系的基礎上的，是一定區域內能量、物質和信息的聚集和淀積，是人類社會生活中人口、權力、文化和財富等在地球表面聚集的節點。城市每時每刻都與所處的自然環境、社會環境和工程技術環境發生著千絲萬縷的聯系?！俺鞘胁粌H僅是個容器，還是一個形態和結構不斷變化的核反應堆?！?img alt="段漢明．城市界殼的構成與城市系統的關系［A］．葉樹華．資源·環境·城市研究［C］．西安：西北大學出版社，1997." class="qqreader-footnote" src="https://epubservercos.yuewen.com/4650D4/11228657403633006/epubprivate/OEBPS/Images/note.png?sign=1749529644-yNZR5N3oAdFjAIYft4aFcGGFjoG5WfYa-0-bea7321d9f85060e1ba93478da653448">當外部的能量、物質和信息不停地輸入城市這個反應堆時，會引起城市內部能量、物質和信息的振蕩、漲落和激化，生成新的能量、物質和信息，并向外部系統輸出和輻射。城市越大，需要與外界交換的物質、能量和信息就越多，其聚集和輻射能力就越強。這種交換量的大小是城市生命力強弱的標志之一。

城市系統同時具備內開放與外開放兩個特性。城市內部各子系統的不斷交流與協作可以看作城市系統的內開放；而城市系統與外部生態環境、社會環境和文化環境之間不斷進行的物質、能量和信息的交換等，是城市的外開放。城市系統正是如此日夜不息地進行開放活動，不斷自我調整和自我整合，使得新事物、新聯系和新信息不斷涌現，才能保持其正常發展。城市和圍繞城市的腹地有著密不可分的骨肉關聯，隨著城市化的演化，城市腹地區域與城市的結構區別將進一步弱化，它們不再是城市發展的鄉村背景，而是由多個城鎮群組成、由各類網絡相連接的龐大的發展實體。