新时期地理学的特征与任务，本文主要内容关键词为：地理学论文,新时期论文,特征论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
中图分类号：P9 文献标识码：A 文章编号：1000-0690(2015)08-0939-07 地理学是研究地理要素和地理综合体的空间分异规律、时间演变过程及区域特征的学科，具有综合性、交叉性特点，其研究内容是地球表层人与环境相互作用的机理，研究过程需要耦合自然要素和人文要素，因此地理学是“探索自然规律，昭示人文精华”的一门学科。地理学的区域性通过地理分异以“格局”来表现，“地理过程”则显示出地理现象的时空演变，耦合“格局与过程”是地理学综合研究的重要途径和方法，也是地表过程研究的突破点[1]。地理学是经世致用的学科，其综合性与交叉性的学科特点，决定了其理论与方法对解决人类社会面临的资源环境等问题具有其他学科无法比拟的优势，20世纪80年代以来，地理学在全球环境变化研究计划中扮演了重要角色，地理学的理论、方法和技术已经成为解决人类社会面临的可持续发展问题的基础。在这样的研究背景下，新时期的地理学已经不再是单纯描述山川、河流等分布的学科，而是要探究格局与过程之间的关系，以及其分布特征在人类活动影响和自然环境驱动下的变化及其与人类社会可持续发展之间的关系，地球表层系统的变化和预测成为地理学研究的主要内容，而这正是“未来地球”研究计划的核心。 起源于全球环境变化研究，并结合了社会科学研究的“未来地球”研究计划代表了新时期地理学发展的方向。全球环境变化受到自然因素与人文因素的共同驱动，影响了人类未来的可持续发展，“未来地球”研究计划的研究目的是在局地、区域和全球尺度寻求通向可持续发展的途径和解决方案，其研究重点在于监测和预测地球系统变化，包括气候、碳、生物多样性、生态系统服务和人类活动；在地球生命承载能力极限和临界点，全球环境变化如何影响满足人类对食物、水、健康和能源的需求等领域填补知识空白和进行早期预警；通过对政策、行为和技术选择潜在影响等的研究，有效连接科学知识和政策实践[2]。“未来地球”研究计划强调多学科交叉、多部门参与，建设高质量的研究合作机制和行动，共同设计、共同执行，共同应用；支持新一代研究者的发展，培育跨学科研究以提高面向可持续性发展的综合方法。“未来地球”计划是地理学近年来发展的缩影，因此新时期地理学的发展体现在岩石圈、水圈、生物圈、大气圈和人类社会圈交互作用和过程不断深化、研究范式从过程研究深化到对复杂环境系统的模拟和预测、加强RS、GIS等相关技术的发展和应用、更深刻的认识和耦合社会和文化在地表环境系统变化中的作用及驱动机制等方面。 1 学科特点与走向：地理学正在走向地理科学 地理学从其形成之初就具备了可持续发展的先进理念，用一种综合的多维视角来研究地球表层人与环境相互作用的机理(图1)[3]。针对这一研究对象，地理学不仅从自然角度研究环境的动态、从社会角度研究人类社会的动态，还从综合的角度研究环境和社会相互作用的动态，通过区域的综合，区域间的依赖、尺度间的相互作用等视角分析其动态演变过程，并利用图像、语言、数学、数字等多种方式进行空间表达。地理科学以解决资源、环境、发展面临的复杂问题为使命，不仅在于解释过去，更重要的在于服务现在、预测未来，地理学的综合性和系统性理念引领着现代地球系统科学和可持续发展研究的趋势。
图1 地理学的视角矩阵 Fig.1 The matrix of Geography perspective 1.1 地理学研究方法与技术 当代地理学研究方法已经从勘察、观测、记录、制图等传统的研究方法向空间统计、对地观测、GIS、室内外模拟、建模、决策系统等现代科学方法转变，继承了地理学原有的传统优势，并逐渐走向综合性、定量化，最接近地球系统科学理念。比如：建立流域科学决策支持系统，需要通过野外观测、遥感观测等不同的观测手段，建立数据库、模型库和知识、经验组成的决策支持系统，对流域的可持续性提出未来预测，并将不同的情景和决策结合起来。目前，地理学的3S技术、地面观测、数据融合与同化等研究方法为地球系统科学研究提供了数据获取方法，同时地理学特有的时空尺度原理也作为地球系统科学的重要概念基础融入到地球系统模式概念中。 当代地理学研究已经从概念模型走向定量表达，从概念模型的提出到决策支持系统的建立与应用，地理学的综合思维贯穿始终(图2)。比如：从地理学早期的气候地理地带性分布到柯本气候分带，再到气候模式格点化划分，并从简单的自然要素和人文要素的耦合发展到对地球系统或地球表层系统多圈层相互作用的描述。20世纪70年代，气候系统模式只是简单地考虑大气、陆表和海冰3个要素，IPCC第一次评估报告中考虑了大气、陆表、海冰和气溶胶4个要素，但在第二次、第三次乃至以后的IPCC评估报告中逐渐增加了碳循环、动态植被、大气化学以及陆地冰冻圈等因素，未来还要把社会经济的发展对气候系统的影响叠加进去，这分明就是地理学综合研究的过程。所以综合性和整体性是地理学理念的“数值化表达”。在未来的气候变化研究中，地理学家将会扮演越来越重要的角色。
图2 “概念—模型—决策”流程中的地理学之“魂” Fig.2 The "soul" of Geography in the "Concept-Model-Decision" process 1.2 地理学对其他学科的影响与贡献 从地理教育的层面来看，地理学对别的学科有很大的影响。例如：加州大学洛杉矶分校(UCLA)，地理系为城市规划、政治研究、地球科学、统计学、经济学、人类学、社会学等其他院系开设的必修和选修课多达26门，占UCLA地理系全部课程的15.6％，涉及共同开课的院系单位11个。其他院系自身开设的地理、区域类课程共15门，开课院系单位8个。在英国的罗素大学集团将地理学列为进入学位学习所必需的“重点科目”(facilitating subjects)之一，除地理科学，像环境、规划、师范教育、社会学、考古学、地质学、土木工程等均要学习地理学的相关课程。 1.3 地理科学研究主题的变化 随着地理学面临的问题更加复杂、更加综合，地理学研究议题变得更为综合和多元，以问题导向的综合性研究越来越突出，吸引了更为广泛的学科参与，地理学视角在越来越多的领域得到重视，概念和工具所属的学科边界正变得模糊。例如：英国自然环境研究理事会(NERC)资助项目涉及的范围越来越广泛，研究主题的数量呈增加趋势。陆地表层(Terrestrial)是NERC的重点资助领域，也是增长最快的研究领域，NERC在气候变化、生物地球化学循环等重点研究方向保持较大的支持力度。美国科学基金会近年来把综合气候、陆地(土地利用与生态系统)、水资源和人为活动的大尺度地表变化过程研究作为资助重点，资助研究一律强调对地理科学、地球科学、生命科学、社会科学和工程学研究视角与方法的综合，特别是在地理学和空间科学、宏系统生态学、自然和人文耦合系统、不可持续性与气候、长期生态研究等专项研究领域，部分项目通常以重点项目群进行资助。总体来看，美国科学基金会项目研究从“多元”走向“系统”，强调以地球表层的变化为起点，运用地理科学的系统视角与科学工具分析和理解当今人类社会面临的重大问题。此外，美国科学研究基金会还关注地理信息技术在公共健康问题中的运用，通过可视化来解决重大的决策问题。德国基金会(DFG)资助项目涉及的范围日益广泛，但全球变化、可持续发展、古代地理环境等是近10余年来主要的资助方向。德国联邦教育与科研部(BMBF)资助的地理学研究项目以社会与经济、能源、全球变化、资源与可持续、地球系统和未来城市为主题，与DFG相比，其项目更加强调与德国的现实紧密结合，以解决德国的问题为重要导向。中国国家自然科学基金委员会的地理学科发展越来越快，重点支持全球变化(气候变化、环境变化、温室气体)、生态环境(生态系统、LUCC、城市化、人地关系等)、土壤(微生物、污染、水分、侵蚀等)、碳(碳循环、有机碳、生物碳、森林碳等)和工具/技术(GIS、RS、数值模拟、空间分析等)，资助课题关注国际上地理学研究的热点和领域，同时注重加强研究方法和手段。研究领域不再限于传统的地理学，地理学的发展已经进入地理科学的阶段。此外，通过地理学期刊论文关键词频率变化趋势来看，2000年以来气候变化、全球化、生物多样性、土壤、水、城市化等关键词的使用频率越来越高，成为地理学重要的、持续的研究主题，另外，中国、美国也成为研究的热点地区，两个国家在全球经济一体化发展中的作用已成为人文和经济地理学研究的热点之一。 从上述中、美、英、德国研究主题的变化可以看出，自然地理领域，中外的研究热点大体一致，国内研究的区域性特色更加明显，即中国主要研究国内区域，很少走出国门，而西方发达国家研究全球尺度。人文地理学领域中外研究热点有所不同，而美、英之间较为相似，国内外同样关注城市、增长、网络结构等主题，国内研究更专注人口、土地利用、城市化、旅游等主题，更多关注与经济密切结合的问题，国外研究更注重政治、健康、创新和知识、休闲、性别等主题，更多研究社会问题。 2010年，美国国家科学院研究理事会出版了《理解正在变化的星球》[4]，该书指出“地理科学是数据、技术和思维方法嫁接到地理学基石上一个成功繁殖的结果”，并认为地球表层的快速变化，为地理科学战略方向的研究提供了一个逻辑起点，目标是理解地球表层是如何变的；在哪里发生，为什么会发生，以什么样的速率发生变化；这些变化又可能产生什么影响。这是当代地理学需要关注的重点。结合地理科学未来发展方向，该书提出了10多个战略研究问题，包括如何改变我们，如何改变地球表面的自然环境，我们如何更好地保持生物多样性与保护濒危的生态系统，气候和其他环境变化将如何影响人与环境耦合系统的脆弱性，100亿人在地球上如何生存和分布，我们如何在未来10 a和更长时期内可持续地养活每一个人，人口居住地是如何影响人类健康的，人口流动、物资交流及思想传播如何改造世界，经济全球化如何影响不平等，地缘政治变化如何影响和平与稳定，我们如何更好地观察、分析和可视化这个不断变化的世界，公民制图和绘制公民地图的社会影响是什么。 1.4 地理科学项目组织方式的转变 日益复杂的人—地关系这一重大需求为地理科学发展提供了新的机遇，随着研究主题的变化，地理科学项目组织方式也在发生转变，多学科交叉、多单位联合已成为当前地理科学项目组织的典型特点，区域研究项目一般有研究对象区域的科研人员参与。以International Partnership for Collaboration and Training in Earthquake Hazard Assessment and Mitigation in the Alpine-Himalayan Belt and Central Asia项目为例，参与方包括中国、意大利、哈萨克斯坦等国科学家，涉及学科包括地球科学、地质灾害、构造过程等。 2 现代技术与方法支持下的地理科学 目前，定性描述的地理学已经向具有独特研究手段的定量化地理科学华丽转身。全球定位系统(Global Positioning System)已经从传统定位走向基于移动网络的位置服务，极大改善了人为活动数据的获取性。遥感(Remote Sensing)技术已经从航空遥感走向多卫星组网的多分辨率、全天候、全波段、多要素地球立体观测，实现了从点观测到不同分辨率的面观测，提高了数据尺度的多样性。随着地理信息系统(Geographical Infomation Science)技术的发展，地理学空间分析逐渐从“看”地图发展为空间实体与空间关系可表达的GIS，正迈向多分辨率海量数据、多维显示的数字地球系统。总体来看，“3S”技术已贯穿解决地理学问题的各个关节，而且已经融入到地理科学研究的重要内容中，实现了地理现象的可表达、可观测、可计算与可服务。基于“3S”技术的支持以及计算机技术的发展，野外台站观测与室内控制实验逐渐从单点观测向网络化发展，逐渐深化了对地理现象过程与机制的认识。此外，地理学分析方法也逐渐从统计模型走向模式模拟，这使得面向预测的多圈层要素耦合的地球系统模式成为可能，而多圈层要素耦合的地球系统模式推动了地理科学的“虚拟实验”。 2.1 定位技术在地理学中的应用 地理数据的重要特征之一就是具有空间位置信息[5]，GPS的出现为精确定位各种地理现象的空间移动变化特征提供了精确的度量手段。由于GPS具有全球覆盖全天候连续导航定位、抗干扰性能好、保密性强且精度高的特点，随着人们对GPS的认识逐渐加深，其具有的定位测量、实时导航、测速与测时等功能已经被广泛地应用于地理学研究之中。例如，在对野生动物研究中，应用GPS定位导航仪可以精确记录标本的采集地点、可以根据其测距功能科学设计野外调查样线长度和路径、可以根据其测速功能测定动物的运动速度、可以根据考察中存贮的定位信息导向回到任意样点位置[6]。另外，GPS技术可为遥感提供精确的地图坐标数据，提高遥感的校正精度而且在野外应用GPS选择遥感解译样地、测控点、测定遥感图像的动态变化面积等方面有着重要的作用[7]。例如，GPS在森林资源调查、动态监测、林业专题图的编制、森林火灾的监测等方面有着重要的应用[7,8]。GPS可从空间上获取调查样地的位置信息，并且可以把这些调查结果直接以数字方式编辑和连接到相应的数据库中，最后通过GIS把遥感监测图件、调查样地空间位置信息和资源调查属性数据全部融合在一起。GPS的这些特征极大地提高了传统的手工作图与校正作业方式，使得调查的作业步骤变得简单、周期缩短、劳务量等成本成倍降低等优点[9]。 2.2 遥感技术在地理学中的应用 RS是通过不接触被探测物体，利用特定传感器获取地表信息，并通过数据的传输和处理来揭示地面物体的形状、大小、位置、性质及与环境的相互关系的一门科学[10]。随着遥感平台、传感器以及数据处理技术的发展，各类对地观测卫星的发射与新型传感器的不断推出，小卫星系统、无人机系统以及艇基技术的发展，极大地拓展了遥感的观测尺度以及对地物的分辨识别能力[11]，为地理学研究提供了全新的研究手段。遥感技术已经从最初的航空遥感走向多卫星组网的多分辨率、全天候、全波段、多要素地球立体观测，实现了从点观测到不同分辨率的面观测，提高了数据尺度的多样性。如今，遥感技术作为重要的数据获取技术，已经在地质勘查、林业调查、国土资源调查、土地利用变化监测、作物估产及生态保护与恢复评价等方面有着广泛的应用[7,11～13]。此外，将野外调查数据与遥感数据提供的信息相结合建立的分析模型已经成为地理—生态过程综合研究的重要方法[1,14]。 2.3 GIS技术在地理学中的应用 GIS是处理地理数据的输入、存储、管理、查询、综合分析各种地理空间信息、辅助决策并以多种形式输出数据或图形产品的计算机系统[15]。GIS具有强大的数据库管理功能、精确的统计量算功能以及空间分析功能，这些功能使得GIS能对研究区域进行高效率、高精度及定量化的空间分析和过程模拟，成为一个区域空间研究决策支持系统[5,15,16]。例如，将生态模型与GIS相结合研究宏观生态与地理景观的时空格局与动态过程变化特征[14,17]，随着现代地理信息获取与传输技术的发展，如RS，GPS以及计算机网络技术的发展，使得GIS有了全新的数据来源和表达形式，地理学空间分析也逐渐从“看”地图发展为空间实体与空间关系可表达的GIS，正迈向多分辨率海量数据、多维显示的数字地球系统。总体来看，“3S”技术已贯穿解决地理学问题的各个关节，而且已经融入到地理科学研究的重要内容中，实现了地理现象的可表达、可观测、可计算与可服务[15,18～20]。 2.4 生态观测方式转变对地理学研究的影响 传统的生态观测方式多是以基于野外台站观测与室内控制试验来获取研究区域的生态环境特征数据。当前，国际生态系统观测研究网络的观测尺度从站点走向流域和区域，关注的对象从生态系统扩展到地表系统，逐渐将自然生态要素与社会经济相结合，深化了联网观测和联网研究；在观测手段上实现了地面观测和遥感多尺度观测的有机结合，日益注重数据共享和集成，促进了科学知识的产生[21]。在2000年，由美国国家科学基金会(NSF)提出建立的美国国家生态观测网络(NEON)由17个区域网络组成，其希望通过网络式的观测、实验、研究和综合分析来揭示环境变化的因果关系，预测环境变化的发展区域并提出针对性的对策建议[22]。在2001年，中国也创建了中国陆地生态系统通量观测研究网络(China FLUX)，并开始了长期联网观测。经过多年发展，在数据积累、过程机理、模型模拟和区域评价等方面均取得了重要进展，推动了中国通量观测研究事业的发展与壮大[23]。基于“3S”技术的支持以及计算机技术的发展，以往的通过野外台站观测与室内控制实验来研究地理要素变化特征的方式已逐渐从单点观测向网络化发展，更加着重于深化对地理现象过程与机制的认识。 3 对中国地理科学发展的启示 3.1 地理科学发展的国家战略需求和未来发展的战略方向 3.1.1 中国地理科学发展的国家战略需求 目前，中国是世界上经济发展最快的国家之一，也是环境和资源利用最强烈的国家，不仅面临应对全球环境变化、全球经济一体化以及全球地缘政治结构变化等国际背景，国内还有推进新型城镇化进程、产业优化升级、缓解资源环境压力、优化国土资源利用、实现可持续发展等现实需求，所以中国是研究人类社会的可持续发展问题的一个理想的地理科学试验场所，把中国的问题解决了，就等于为未来人类可持续发展提供了一个比较好的范例。 中国人口总量大、环境压力大，人均资源占有量不足世界人均水平的1/2、百万美元GDP的能耗却是世界平均水平的3.4倍。2011年中国原油进口超过2×10[8]t，对外依存度超过55％，2014年达到59％。预计至2030年，中国人口将达到峰值15亿人，人均资源消耗量将继续增加，资源短缺将严重制约中国未来发展。同时，中国还存在资源分布不均衡、环境污染的旧账和新账共存等突出问题。西方发达国家早在1900年已解决粪便污染，1940年解决了微生物和耗氧有机物污染，1980年解决了光化学、酸雨、重金属、核素和生源要素污染，现在面临黑炭、气溶胶、温室气体、有机金属污染物、环境内分泌干扰物、持久性有机物污染和二次污染物。而中国100多年以来的污染问题都叠加在一起，集中在这30多年显现出来，这是必须面对、必须解决的。2009年世界银行评估世界各国自然环境退化占GDP的比例，结果显示中国数值最高，占GDP的比例为9％，其中环境污染占3.8％，资源的消耗占4.1％。要实现绿色发展，环境污染和资源消耗分别要降到0.3％、2.2％，由此可见，实现绿色发展，中国还有很长的路要走。 3.1.2 中国地理科学未来发展的战略方向 针对上述问题，在十三五期间，中国地理科学应该关注综合性的大问题，使中国地理科学实现系统的综合和耦合。具体包括：①典型区域人文—自然复合系统的演化；②气候及其他环境变化的区域响应与适应；③新型城镇化过程及资源环境承载力预警；④水、土资源可持续利用与食物供给安全；⑤城市密集地区的环境污染与人类健康；⑥生物多样性及生态系统服务与管理；⑦大数据时代的地理学分析以及可视化方法；⑧资源环境大数据处理方法与地学知识新发现；⑨全球化时代的世界地理与地缘政治经济研究。 3.1.3 中国地理科学综合与耦合的研究示例 1)气溶胶及其效应综合研究：从排放、行为、效应、应对等角度出发，理清哪些是工业源、生活源、交通源以及自然源，分析其液相反应、气相反应、长距离运输、归趋模拟以及源汇关系，研究其对空气质量、酸沉降的影响及其辐射效应、气候效应和健康效应，最终通过情景预测、预警等方法探讨其控制、防治与减排对策。 2)生态系统过程与服务：采用观测、GIS、RS和模型开展跨尺度综合耦合集成的生态系统和生物多样性研究，从小尺度通过观测对机理进行识别，从中尺度研究其时空格局和过程的相互关系，大尺度上进行综合性评估，建立模型对未来情景进行模拟。 3)新型城镇化过程及资源环境承载力预警：这是跨基础研究、技术模式与政策咨询的综合研究，跨人文要素与自然要素的综合城镇化过程既涉及人口、经济、产业等人文要素的综合分析，还涉及水、土、大气、生态等自然要素的综合评估，另外还需模拟不同发展水平下的城镇化区域分异与模式，从而为推进新型城镇化提供决策依据。 4)基于模型的格局—过程耦合：把自然要素、人文要素进行耦合，并与观测结合起来，将点的过程和面的过程结合起来。目前，将水文模型与生物地球化学模型的耦合，就是将面与点的过程进行有效的整合过程，这样可以更好地模拟过程和格局之间的相互作用。通过在模型中耦合人口、农业、基础设施等相关人文过程，模拟气候变化和社会经济发展背景下水土资源和粮食生产潜力变化。 3.2 对中国高校地理科学人才培养体系的启示 通过对中外高校地理科学课程体系分析，可以看出目前中国高校地理科学人才培养体系存在以下问题：①学科批判性思维、理论构建等方面的训练还十分薄弱，国外从初中开始鼓励学生进行批判性思维和思考；②课程多样化水平还不够高(选修课类型与数量)；③虽然专业设置上兼顾了实践性，但在课程设置上紧密结合全球重大问题，以及社会发展动态变化的课程偏少；④在世界地理科学关注全球体系、热点区域、差异化地方的今天，中国高校的世界地理与区域地理课程却严重萎缩；⑤地理科学的研究分别走向宏观与微观，中国的课程教育却还集中在中观尺度；⑥教师背景的相对统一，加之学生指导方面分明的院系分割，难以适应地理科学日益明显的交叉学科特征的要求。美国大学地理系为别的系开设许多课程，但别的系也给地理系开设许多课程。 3.3 中外地理科学论文发表情况对比 中国在近15 a发文量的增长趋势最快，自然地理发文总量跃居第二位，人文地理发文总量跃居第三位。在中、美、英、德四国的对比中，自然地理方面中国与美国仍然存在较大差距，在人文地理方面中国与美国和英国的落差仍然明显。目前，全球研究热点集中在全球化、全球气候变暖、全球变化三大研究方向，全球气候变暖以气候变化、碳循环为主要特征，全球变化以生物多样性、植被覆盖、变化响应为主要特征，全球化以增长、尺度、热点区域为主要特征，而中国在这三大研究方向还处于星星点点状态。整体来看，目前中国地理学对国际热点问题的研究仍处于“跟踪式”研究状态，例如：在全球化的研究方面，中国目前还处于起步阶段，但是美国和英国关于这方面的研究已很多，并开始走向下坡；气候变化方面，中国近几年才开始，此外城镇化、碳的研究都处于跟踪式的研究状态。 3.4 中国地理科学未来发展展望 综合以上国家战略需求以及中国地理学发展中面临的问题不难看出，中国地理科学未来的发展需要以综合的角度加深对人地复杂系统全面而综合的理解，需要加强中国科学家对国际重大研究计划的引领和参与，推动地理科学发展，需要加强全球性问题的研究，从地理学大国走向地理学强国。全面提升中国地理科学国际化水平，普遍提高先进技术解析地理现象的能力，系统实现地理科学的服务价值。 致谢：贺灿飞、朴世龙、李本纲、刘卫东、汤秋鸿、陶福禄、裴韬、高锡章、薛德升、效存德、田立德、陈晋参加了国际地理学发展调研，特此致谢。 收稿日期：2015-04-21；修订日期：2015-07-26
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