二、系统的动力内因——地理梯度

　　十分清楚，与激励变量一道，推动地理过程发生发展的基本原因，在于地理面内部、地理面与环境之间的能量交换和物质交换。从地理面的外环境和内环境所输入的能量和物质，经过地理面这个系统的变换（或映象）后，即呈现出当时或随后所看到的相应的地理现象，其中当然也有反馈和存贮，但那只不过是使此种从输入到输出的流通路径更加复杂而已。这种物质与能量交换的特性，决定着地理系统的性质，决定着地理过程的强度和方向，规定了各种地理要素的存在条件与存在方式，制约着各地理要素间的动态联系与空间分布，反映了地理基本规律的内在实质。现在的问题是，究竟是一种什么样的机制，制约着能量和物质的交换，即地理系统赖以存在的基础原因是什么。我们认为，可以从地理梯度的分析中找到答案。

　　梯度是一种广义的非均衡，它的存在成为产生一切运动和一切过程的基础。所谓地理梯度，是指在地理空间中（包括自然、经济和社会三大范畴）引起能量、物质运动或地理过程进行的存在不均一。这种存在上的差别，就是产生交换流通的根本原因，也是制约与过程相伴随的速率、强度和方向的基础。就一个地理系统而言，它之所以可能不停地运转，而且所表现出的行为又是如此复杂多样，地理梯度的存在以及地理梯度的作用，不能不视作为维持系统存在的动力。

（一）重力学梯度

　　举凡地表物质的迁移、转换和循环，地理梯度内的主要表现形式之一——重力学梯度，在其中起到相当重要的作用。

　　牛顿定律对于引力的表述，是讨论重力学梯度的基础。该定律描述了m1和m2两个质点间的互相作用力，正比于二者质量的乘积，反比于二者质量中心之间距离的平方，即

　　式中负号（-）说明力总是吸引的，r为m1到m2之间的距离，γ为万有引力常数，其数值等于6.67×10-8达因·平方厘米/平方克，正好符合于：若m1和m2分别为1克的小球，球心距离为1厘米时所产生的吸引力。R1为从m1指向m2的单位向量。

　　显然，引力是存在于自然界中的4个自然力中的一个。最近的研究又指出，万有引力常数γ的数值并非常数，而是随着时间有着很缓慢的减小，这将对地球上的一切事物，产生深刻的影响。

　　由于m1的存在，致使m2所产生的加速度，可以通过F除以m2求得。尤其是当m1代表地球的质量时（用Me表示），在地球表面上的任何物质的质量m2的加速度即可计算出来，它是衡量在地理面中物质迁移的重要度量之一：

　　式中re为地球的平均半径；R1为从地心沿着半径的向外延伸；g为重力加速度，平均值等于980厘米/秒2，为了纪念其测量者伽利略，又将1厘米/秒2定为单位“伽”。现代的重力仪，可以测出重力加速度的极微小的变化，其灵敏度可达10-5伽。地球表面上的重力加速度值，在各处并非常数，取决于质点在地理面中的位置。影响其变化的因子主要是地球的转动和地表的海拔高度。

　　通过势函数W的梯度分析，得知海平面上的重力加速度g为地理纬度的函数，这样正常的重力加速度数值，在国际上的通用表达式是：

　　g=9.7803185（1 0.00530233sin2φ-0.00000589sin22φ）(3.4)

　　至于地表高度对于重力加速度的影响，可以通过如下的考察：一个球体的质量为M，吸引力的计算（此处暂时忽略向心力）是从中心到某一距离a，并且表示为：

　　g=GM/a2 (3.5)

　　式中的G为重力常数。这样，g将随着地表起伏的实际高度而变化，即