3．1．1 地球系统的基本概念
（1）系统思想由来与定义：早在我国古代的《易经》、《老子》及中医著作中，就有整体思想，已经包含了系统观念的雏形。恩格思的《自然辩证法》的普遍联系观点，是系统思想的核心。但是，作为一门科学，还要推系统论（System theory）的创始人美籍奥地利学者Bertatainffy L．Von，他首先提出了“任何一个客观过程，不是单一个要素决定的，而是有多个要素相联结的系统状态所决定的。这个系统是具有层次的、从属结构的，而且还是动态的。”他进一步指出：“系统是指相互作用的诸要素的综合整体”。控制论专家、美国学者Staffordbeer给系统下的定义是：“系统是指由相互联系的，各部分组成的任何事物”。后来，Rober E．Machal根据很多学者对系统的看法，作了如下的总结和归纳：“系统（System）是指由两个以上，相互联系、相互制约的要素或过程所组成的，并具有特定功能和行为的，而且与外界环境相互作用，能自动调节和具有自组织功能的整体。”
钱学森明确指出：“所谓系统，是由相互制约的各个部分组成的具有一定功能的整体。”根据这个定义，从小到细胞、大到宇宙，从一个人到整个人类社会，都可以看作系统。
（2）地球系统的定义：地球系统是指某一特定时间、特定空间的，由两个以上或无数个相互区别、又相互联系、相互制约的地理要素或过程所组成的，具有特定功能和行为，与外界环境相互作用，并能自动调节和具有自组织功能的整体。地球要素指资源、环境、经济和社会等，或地质、地形、气候、植物、耕地、水文、经济与社会等要素。地球系统研究内容包括系统结构，尤其是空间结构、空间有序（规律）和空间行为与空间功能，时间隐含在空间中。
（3）地球系统的数学描述：设x1，x2，x3，…，xn为n个不同类的地球要素，用R{x1，x2，x3，…，xn}表示它们之间的相互联系，相互制约的关系，并用Ω＝{x1，x2，x3，…，xn}表示系统各要素的集成，于是地球系统S为：
S={Ω，R}
（4）地球系统的实例：如生态系统（包括草原生态系统、森林生态系统、湖泊生态系统、沼泽生态系统、沙漠生态系统、城市生态系统，等等）、地貌系统（如：河流地貌系统、坡地地貌系统、冰川地貌系统、冻土地貌系统、喀斯特地貌系统、沙漠地貌系统，等等），以及区域系统、城市系统等等。
（5）地球系统的性质与特征：组成各地球系统的要素之间，具有相互联系、相互制约的性质，因此系统的各要素或各部分之间具有相关性和整体性的特征和有序性与层次性的结构特征；同时，地球系统还具有时间和空间两大特征，因此它具有动态性和区域性的特征、共性与个性的特征等。
3．1．2 地球系统的功能与结构模型
地球系统的功能主要原理有：
（1）“整体功能大于各部分功能之和”原理；
（2）“地球系统具有自动调节与自组织功能”原理；
（3）“系统功能取决于系统结构”与“系统优化结构”原理；
（4）“地球系统的自相性”原理。
上述地理系统功能的原理是由物质流、能量流和信息流三者决定的。
地球系统研究的核心是：“系统的优化结构”与“优化配置”问题。地理系统结构的优化程度可以用系统的熵来衡量。根据目的和任务，因地制宜地提出地理系统的优化结构的设计方案，及系统发展方向的人工诱导问题。如经济系统的产业结构优化模型是：第一产业人口占10％，第二产业人口占20％，第三产业人口占70％。美国产业的变化：农业劳动力占总劳动力1970年9.0％，1980年3.6％；工业劳动占总劳动力：1950年35.7％，1980年23.6％。一个区域系统的优化结构模型是：森林占区域总面积的30％，耕地占40％，水域占20％，建筑占10％。
地球系统模型：地球系统模型是对真实地理系统的抽象和简化。根据系统的目的和要求，撇开对象系统中的大量非本质要素，确定少数主导要素，建立一个与真实系统有相同结构，但简单明了，仍能保持其性能的概念的、或数学的表达方式。
地球系统建模的内容：包括系统空间行为模型、系统时空耦合模型、系统过程的节律模型及各种生产应用模型等。
地球系统熵：地球系统熵（Entropy）是地理系统状态的定量描述。它表征了地理系统的复杂程度、有序程度、稳定程度和优化结构状态，是实现地理系统预测和调控的依据。
地球系统的调控：地球系统调控的目的是使系统能够持续发展。对于一个区域来说，就是要使该区域内的资源、环境、经济和社会协调发展。系统调控的方法是使地理系统处于优化结构状态和有序状态，具体做法是有明确目标和正确的信息科学的手段，包括集中控制、分散控制和多级递阶控制等。
3．1．3 地球系统分析/方法论原则
L．V．Bertalan提出了对任何系统进行分析时，要素有三个观点：第一，系统观点；第二，动态观点；第三，层次观点，才能顺利地解决任何复杂问题。美国Rand公司也提出了自己的系统逐级分解法，将复杂的高级系统分解、简化成次一级的子系统，从而定量地研究各级子系统及其要素间的相互联系过程，就能弄清其复杂的基本规律。林耀指出：“地理系统分析是指把复杂的高级地理系统，分解简化成次一级的，甚至简化的系统……”。徐建华则认为：“地球系统分析是地球系统分解、简化，并进行要素分析、模型化分析、地理系统模拟及系统最优化到系统评价等一系列过程的所有内容”，包括系统分析法、层次分析法、结构分析法、功能分析法及信息反馈法。曲东升（1990）将其总结为整体性原则、有序相关原则、动态性原则、相标优化原则与可行性原则。
地球系统的网络分析：地球系统是由大量要素或子系统所组成的，它们之间存在着错综复杂的关系，包括不同要素或子系统间的相互依存、相互制约、相互协作，在时间上有同时并进、或前后衔接、或交互进行的关系等，将这些关系用网络模型表示系统的结构和功能，并用图论方法进行分析。钱学森指出：“网络是某些系统最形象、最简洁的表达形式”。网络分析方法有关键路径法和计算评审技术（PERT）等。