对地理学前沿发展的认识


    对地理学前沿发展的认识 摘 要 地理学是一门研究地球表层自然要素与人文要素相互作用与关系及其时空规律的科学,现代地理学不仅包括自然地理学和人文地理学,也涵盖了地理信息科学。其在学术科研、理论研究、国家建设和地理信息系统的建立与应用方面取得了巨大成就。其发展趋势是:相邻学科的交叉、渗透与融合、人文地理和自然地理高度综合 、地理过程的微观研究进一步深化、进一步拓展地理学的应用研究领域、 实验与研究手段的现代化。地理学应在陆地表层过程与格局、全球环境变化及其区域响应、自然资源保障与生态环境建设、区域可持续发展及人地系统的机理与调控、地球信息科学和数字地球战略等前沿领域开拓创新,为促进地球系统科学的发展、协调人地关系等做出积极的贡献。 关键词:主要成就;发展趋势;前沿问题 地理学是一门研究地球表层自然要素与人文要素相互作用、关系及其时空规律的科学。它包括自然地理、人文地理以及地理信息科学三大分支学科,具有跨越自然科学和社会科学的性质,向来以综合性和区域性为其特色,在当前的大学科体系中占有重要地位。地理学经历了2 0世纪近代地理学的发展阶段和第二次世界大战结束以来现代地理学的发展阶段,取得了显著进展和巨大成就。 1 地理学主要成就 1.1 学术科研上取得重大进展 编纂了一系列大型学术著作,如《中国自然地理丛书》、《中国自然地理图集》、《中国自然地理丛书》、《中国自然地理图集》、《国土地利用图》、《中国人文地理丛书》等;一批中国有特色的高等学校地理教材和专业理论著作也陆续问世;发表了一些在国际上有影响的论文,如竺可桢1972年在《中国科学》上发表的《中国近五千年来气候变迁初步研究》,奠定了中国近代气候变化的基本框架,这一研究成果对于认识自然环境演化、第四纪环境变化、人类进化、生物变化等诸多领域都具有重大意义,受到国际地理学界的高度重视,至今仍被广泛引用。 1.2 理论研究在某些领域取得重要进展 20世纪50—60年代,提出了水热平衡、化学元素迁移和生物地理群落等自然地理学三个新方向,在青藏高原隆起及其影响、环境生物地球化学、环境背景值和环境健康、区位论和空间结构理论、城市与区域可持续发展、专题地图学和综合制图的理论方面取得了一系列重要成果。近年来对地球表层系统理论、地理信息系统与地图图谱、城市与社会地理理论的探讨等方面取得突出进展[1]。 1.3 对国家建设的贡献 中国地理学家组织和参与完成了国家一系列重大的关于我国自然条件、自然资源、农业发展、工业布局方面的调查研究任务,包括大规模的地区综合考察、综合自然区划、农业区划、城市经济区划、黄淮海平原的综合治理、国土规划和发展战略研究等。为政府和社会提供了大量的决策建议和科学依据,产生了巨大的经济效益和社会效益,在国家建设(尤其是农业生产条件分析、国土调查、资源开发、生产力布局、环境整治、区域规划、城市规划等)中起到了独特而重要的作用。同时也大大提高了地理学应用价值和科学水平,促进了大量分支学科的发展。中国地理学面对新时代的国家需求,又在“区域可持续发展”(尤其是人与自然关系、国土整治和资源保育诸方面)的研究中不断作出新的贡献。近年来全国从中央到地方的区域发展规划、生态与环境建设与保护规划、自然资源开发规划、旅游发展规划、城市发展规划,以及土地资源的详查、减灾方案的设计、城乡信息管理系统的建设等各种报告和方案中,到处可以看到地理科学工作者的劳动成果[2]。 1.4 地理信息系统的建立与应用 地理信息系统是采集、存储、分析和显示地理信息的计算机系统,是处理和分析大量地理数据的综合性技术系统。地理信息系统与遥感、全球定位系统、计算机相结合,具有对时空信息的综合处理能力、对现实世界的模拟能力,并能产生和发现新的信息,为区域开发和宏观决策服务。从学科发展趋势看,正逐步形成一门地球信息科学。地理信息系统的发展,不仅使地理学传统的区域性、综合性得到充分的技术保证,更重要的是在社会上形成了为地理战略咨询与地理工程建设服务的资讯产业,其成果广泛应用于资源清查与评估、城市规划与管理、环境监测与评价、农作物估产、灾害预警与损失评估等许多方面,成为地学、宏观生物学、环境科学等许多研究单位和部门的重要手段。地理学亦迅速、深入地切入信息时代,显现出蓬勃生机。 2 地理学发展的趋势     作为可持续发展战略科学基础的地球系统科学,跨越一系列自然科学与社会科学,将全球尺度和区域尺度研究相融合。地理学传统的地球整体观被赋予全新的内涵,地理学虽然包括了自然和社会两方面的内容,但要实现跨学科的综合集成却面临着新的挑战。各国地理学家都在不断追求,以期使地理学的研究水平逐步提高,为建立现代地理学而努力。从近期的发展看,现代地理学有如下一些明显的动态和趋势[3]。 2. 1  相邻学科的交叉、渗透与融合     现代科学发展的基本特点之一,是从单一运动形态的研究走向多运动形态及其相互渗透、相互联系的综合研究。相邻学科之间的横向交叉、渗透和融合成为明显的趋势,跨学科、多层次、多兵种的综合研究势不可挡。地球的整体观念和圈层相互作用的研究,极大地推动了地球系统科学的发展。系统论、信息论、控制论、协同论、耗散结构和突变论等横断科学的概念、理论和方法与地理学综合性、整体性的认识论和方法论不谋而合。它们为地理综合体的研究提供了理论武器,促进了地理学的现代化。地球表层是地理学的传统研究对象,以地球表层为研究客体的基础学科主要有地理学和生态学,应用领域则有环境科学与资源科学,大型项目计划和任务如国际地圈生物圈计划、人与生物圈计划、国土开发整治等。这些必然促进相邻学科之间的汇合、交叉和渗透,淡化传统的学科界线。学科的汇合、理论和方法的移植,提高了地理学的水平并不断开拓新的研究领域,形成新的边缘学科和交叉学科。 2.2 人文地理和自然地理高度综合      长期以来,自然地理和人文地理割裂对立的二元论阻碍了地理学整体综合研究的发展。随着社会经济的发展和科学技术的进步,人类活动对自然环境的作用越来越大,其影响也愈加显著。地理学应十分重视人文因素的影响及其反馈的研究,重视和发展与人文因素有关的分支学科,并促进其与自然地理学各学科间的渗透和融合。在人类对自然环境影响日益强烈的今天,人地关系更紧密地交织在一起,并且扩展成为全球环境变化问题。自然地理研究不应该是纯自然主义的,它也研究人对自然环境的作用及其反馈,人文地理研究也离不开自然系统和生态学的基础。多数学者认为,无论从地理学发展史、地理思维和社会实践看,统一的地理学或综合地理学是客观存在的,并且是社会发展所需要的。这种综合在地理学内部表现为人文地理与自然地理的相互渗透,重大的自然地理过程纳入了人类活动因素的驱动力研究,而人文地理研究也将资源环境作为作用因素和决策目标的有机组成部分。在地理学外部则更多地强调地球4大圈层的相互作用关系研究,人类发展与环境问题成为新世纪地球系统科学的共同主题,表现在以人地协调发展为目标,以区域为主要研究对象,实现资源、人口、环境、社会、经济的持续发展。  2. 3  地理过程的微观研究进一步深化     从发展趋势看,微观研究的深化主要表现为由静态、类型和结构的研究转变为动态、过程和机制的研究及其进一步的动态监测、优势调控及预测预报。从总体上看,地形发育、径流形成、元素迁移转化、土壤发生形成、植被演替、土地退化、城市化等都属于地理过程的研究。历史过程和现代过程的研究是预测未来的根据。例如冰川、冻土、沼泽和湖泊等特殊自然综合体与周围自然环境的变化密切相关,作为古地理重建历史过程研究对象的冰芯、湖岩芯、树轮等是全球环境变化的信息载体,其地球化学研究和精确测年断代将提供指标可靠、信息全面的环境与气候变化的连续记录和模式,并为全球环境变化预测提供依据。地理系统中界面过程的研究综合性更强、难度更大。随着人口增长和人类活动的加剧,人文地理过程越来越重要。如发展中国家普遍存在的、伴随工业化而出现的城市化过程,由人类不合理活动导致的土地退化过程及其整治等。   2.4 进一步拓展地理学的应用研究领域      地理学,尤其是中国的地理学,属于应用性较强的学科。特别是在地理信息系统快速发展的最近20多年,地理学不仅在决策支持方面,在涉及区域和空间问题的管理方面也拓展了许多应用领域。20世纪80年代以前,地理学的决策支持研究在我国主要集中在农业发展、工业的资源开发和利用、重大项目的选址、区划和区域规划领域。随着环境问题越来越受到政府和社会的重视,资源保护、环境建设、灾害防治、城市和农村发展等问题成为地理学应用研究的热点,以GIS技术应用为龙头的地理信息和3S技术应用产业化也以前所未有的速度发展起来,有力地增强了地理学研究成果的应用价值[4]。 2. 5  实验与研究手段的现代化     当代科学技术的重要进展,对地球科学的发展产生了巨大的影响,如计算机技术、空间技术、分析测试技术等。遥感、遥测技术,特别是对地观测系统、全球定位系统和卫星网络通讯系统的建立和应用,大大地提高了地理研究的效率和质量。现在可以进行大区域的综合研究,分析地理综合体的性质、结构、空间分布和时间演化。关于物质能量的定量测试、测年技术手段等各个环节的任何新进展,都为地理学研究水平的提高带来新的契机。如通过对冰芯、树轮的精确分析,不仅建立了高分辨率的气温降水变化序列,还监测到有关大气污染的动态变化。要了解某些自然过程的规律性,常常需要在室内进行模拟实验研究。如风化作用、河床演变过程、坡面沟谷发育、径流形成、风砂移动、冰川变化、低温冻土实验模拟与动力学模型的建立等。模拟实验研究领域不断拓展,使我们对自然界的认识也日益深化。随着经验的积累和方法的逐步完善,数量化方法将得到普遍的应用并逐步走向精密化。数学模式可表达经验概念和实验结果,也可揭示内在关系和规律。计算机和空间技术相结合,使地理信息系统成为现代地理学的强大技术手段。随着地理信息系统朝着具有统一标准、多层次分布式系统的方向,同遥感技术紧密结合与直接接口,以及具有专家系统水平的智能分析、决策等方面的深入发展,必将为地理研究带来新的突破。   3  地理学研究前沿与重点问题    21世纪的时候,人类社会面临着全球环境变化和可持续发展的一系列问题。如控制人口增长,提高人口素质;合理利用自然资源,开发新能源;抑制生态环境恶化,提高生存环境质量;促进社会进步和可持续发展等。地理学家要根据学科特点和优势领域,抓住机遇,迎接挑战,在陆地表层过程与格局、全球环境变化及其区域响应、自然资源保障与生态环境建设、区域可持续发展及人地系统的机理与调控、地球信息科学与数字地球战略研究等前沿领域开拓创新,为促进地球系统科学的发展,为人类家园的美好未来做出积极的贡献  [5]。 3.1 陆地表层过程和格局的综合研究      陆地表层系统包括与人类密切相关的环境、资源和社会经济在时空上的结构、演化、发展及其相互作用,是地球表层最复杂、最重要、受人类活动影响最大的一个子系统。因此,对它的研究是地理科学未来发展的重要领域。当前,人们日益关注与人类生存密切相关的陆地表层环境的状况和变化趋势。从本质上看,陆地表层的环境变化是特定地域上地表过程的方式和强度在人为或自然因素作用下发生改变的结果。陆表过程的研究将朝微观深化和宏观综合两个方向发展,关键在于地理系统中界面过程的综合研究。其主要意义在于能有效地研究开放系统间物质、能量和信息交换,从而促进地理学向理论方面深入;界面过程研究实际上是系统之间接口的研究,将促进发展地理学的综合方法,导致跨学科、跨部门的相互渗透和相邻学科成就的引进。      陆地表层系统具有时空分布不均匀性的显著特点,对全球问题的认识水平在很大程度上取决于对其地域分异的了解和研究的深度。将陆地表层划分为不同的地域类型,研究不同地域类型的过程、结构和演化,比较其间的异同,是陆地表层格局研究的重要内容。在研究陆地表层过程中,也要关注海陆相互作用,特别是海洋对陆地过程的影响和作用。从全球环境变化领域、地球系统科学和全球经济一体化的形势看,也需要一个比较好的、便于应用的、兼顾自然和人文两方面的区域框架,并根据客观实际变化而及时更新。我国幅员广袤,东临太平洋,西靠欧亚大陆腹地,南北跨越热带、亚热带和温带,山地高原众多,季风气候显著,既有湿润的森林又有极端干旱的荒漠,形成三大自然区并列的独特格局。复杂多样的自然环境为不同区域、类型和自然过程的比较研究提供了广阔的舞台。对地表过程和格局相互关系的综合研究,将促进全球环境变化区域响应的研究,成为发展陆地表层系统科学的基础理论。 3.2 全球变化及其区域响应研究      全球变化研究是20世纪80年代国际学术界为迎接人类所面临的资源、环境和发展问题而设计和实施的研究计划,是人类历史上最为庞大的超级科学计划。研究学科涵盖大气、海洋、地理、地质、地球物理、环境、生物、生态、能源、人口、经济等诸多学科,研究人员涉及自然科学界和社会科学界的科学家以及政府和企业界的管理人员,研究方法强调学科的交叉和理论的集成,并将地球系统科学作为其研究的新方法。全球变化研究目前由世界气候研究计划(WCRP)、国际地圈生物圈计划(IGBP)、全球环境变化人文因素计划(IHDP)、生物多样性计划(DIVER SITAS) 等4个正在执行的研究计划组成,每个计划包含有一系列核心计划和交叉计划。为保障各项计划的顺利进行,相应地设计了一系列数据观测与采集系统作为技术支撑,主要有:地球观测系统(EOS)、全球气候观测系统(GCOS)、全球海洋观测系统(GOOS)、全球陆地观测系统(GTOS)、全球环境监测系统(GEMS)、全球环境调查系统(GOES)等。      全球变化研究在过去、现在和未来,都是地理学的重要研究领域,在国际地圈生物圈计划和国际全球变化人文因素的推动下,不断开拓新的研究领域。全球变化及其区域响应涉及古地理环境演变、土地利用和土地覆被变化、减轻自然灾害、典型区域环境定位研究以及全球环境变化的对策等众多领域。我国的青藏高原、黄土高原等区域和全球环境变化关系密切,正是地理学研究可以发挥特长、显示才干的领域。  3. 3  自然资源保障与生态环境建设       水资源、土地资源和生物资源是地球人类家园支撑系统的重要组成。我国自然资源的人均占有量少、空间分布不均衡,经济高速发展对自然资源的压力加大。长期以来掠夺式的开发和不合理的经营管理,导致自然资源枯竭、环境退化和生物多样性丧失等一系列问题,成为制约我国社会经济可持续发展的严重障碍。可持续发展要求在不同尺度的区域内,社会经济发展与人口、资源、环境保持和谐、协调的关系。     因此,应综合研究我国各类自然资源的格局、过程和动态,从整体性出发,研究各类自然资源之间的相互关系,揭示其组合特征和演变规律。研究自然资源和生态环境之间,不同区域的资源与环境之间,特别是人类活动与资源、环境之间的相互关系,揭示自然资源的时空变化规律并评估自然资源开发利用的环境效应,阐明人类经营活动对自然资源和生态环境的影响,提出其调控机制与对策。土地退化和生态环境恶化具有明显的区域差异,要划分不同的地域类型,对其成因机制、动态过程及发展趋势进行全面系统的研究,提出宏观整治战略及生态环境建设的总体部署与途径。  3.4 区域可持续发展及人地系统的机理和调控研究      可持续发展是整个人类社会发展的目标,协调人与自然的关系是实现这一目标的基本手段,而人地关系的协调需要从全球、国家和地区等不同尺度和层次上进行。人口、经济发展、资源、环境和生态等可持续发展的核心问题以及它们之间的相互关系,无不表现出明显的区域差异。不同的地域,其人口、资源、环境和发展的内涵也不同。区域尺度的可持续发展研究是地理学更能发挥优势的领域。      地球上凡是有人类居住的地区,以人类和人类的经济社会活动为一方,以地球表层包括岩石、大气、水、土壤、生物为主体的,人类赖以生存的地理环境为另一方,组成相互联系、相互作用的综合体,即人地系统。人地系统包括人对地的依赖性和人的能动作用,它随着人类社会的发展而变化。历史经验表明,人和地之间应保持和谐、协调的关系,人类应当自觉地按照客观规律去利用和改造“地”,妥善处理好两者的关系,才能达到可持续发展的目标。人地系统研究具有跨学科的特点,人地系统是一个动态的、开放的、复杂的巨系统,为此要从空间结构、时间过程、组织序变、整体效应、协同互补等方面去认识和寻求全球的、全国的或区域的人地关系的整体优化、协调发展及系统调控的机理,为区域可持续发展和区域决策与管理提供理论依据,其中心目标是协调人地关系,重点研究人地系统的优化,并落实到区域可持续发展上。在人地关系协调中,人口与经济社会发展同自然资源和环境之间,存在着直接和间接的反馈作用并相互交织在一起。自然资源与自然环境对人类活动有促进与抑控作用;人类对自然系统投入可控资源、治理自然灾害、改善环境质量、开发各种资源,从而实现产出并予以优化。任何区域开发、区域规划和区域管理都必须以改善区域人地相互作用结构、开发人地相互作用潜力和加快人地相互作用在地域系统中的良性循环为目标。  3. 5  地球信息科学和“数字地球”战略研究        地球信息科学是地球系统科学、空间技术和信息科学等交叉融合的产物。它以信息流为手段,研究地球系统的物质流、能量流和人流的运动状态和方式。由于地球信息科学的多学科性,它能够为地球系统中许多研究领域的综合集成、大型地学问题的研究和解决提供强有力的支持,甚至全新的研究和解决方案。地球信息科学的形成和发展,作为信息时代地理科学的研究方向,有着广泛的社会需求[6]。 对地观测与信息技术的发展,使人类有能力对全球性问题进行系统研究,促进了地球系统科学研究的现代化与信息化。“数字地球”的核心思想是用数字化的手段,整体性地研究解决全球问题和最大限度地利用信息资源。它不仅为地球的可视化提供平台,而且为地球科学实验提供一个基本模型框架。利用这个框架,可以重演地球整体各圈层的演变与相互作用的历史,评价现状,预测未来。地球信息科学研究则为“数字地球”关键技术的解决奠定了科学基础,其发展将有助于推动“数字地球战略与中国对策”的研究。                                    参考文献 [1] 黄莉敏,曹晓滨.中国地理学的发展及其方向演变[J].**学院学报,2006,       26(3):160. [2] 蔡运龙,陆大道,周一星,王缉慈,秦其明,李有禾,柴彦威,镱锂,刘**,王劲峰,宋长青,冷疏影,王民 .科学的中国进展与国际趋势[J],地理学报,2004,59(6). [3]任美锷.最近十年来中国地理科学的进展[J]. 地理学报,1990, 45(2):132-138. [4] 秦瑞英,姚华松,张志强.代地理学研究前沿及研究思想发展[J].中山大学研究生学刊,2006,27(3). [5] 李  爽.人地关系研究新模式与地理虚拟创新环境[J] .地球信息科学,2004 ,6(4):15-18.    [6] 郑  度,陈述彭.地理学研究进展与前沿领域[J].地理学报,2004,12(5).

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