蔡運龍
(北京大學地理科學研究中心 北京大學城市與環境學院 北京 100871)
以人類環境、人地關系和空間相互作用為主要研究對象的地理學,旨在揭示環境變化的規律,協調人類生計和發展與資源、環境的關系,促進人與自然之間的和諧,促進人與人之間的相互理解和交流,因地制宜、因時制宜地謀劃可持續發展路徑。
地理學已成為一門融匯自然科學、人文社會科學和工程技術科學的綜合性學科。錢學森認為地理科學是與自然科學、社會科學、數學科學、系統科學、思維科學、人體科學、文藝理論、軍事科學、行為科學等相并列的科學門類,并且充當自然科學與社會科學之間橋梁的角色。地理科學是一個由“基礎理論—技術理論—應用技術”構成的完整體系[1]。地理學是用以分析世界上形形色色現象的一套獨特而自洽的學科體系,是一個由動態觀察世界的方法、綜合的領域、空間表述組成的三維學科矩陣[2]。
地理學具有自然科學傳統,不斷提出新的科學問題,遵循一套從觀測、度量、實驗、假設、證實(或證偽)到理論概括、邏輯推導和實踐檢驗,并不斷反饋、往復的科學方法鏈,注重實地調查和直接的現實經歷,依賴精確觀測、實驗分析、地圖、遙感技術和地理信息系統等科學手段。地理學緊密聯系社會科學,關注社會和人類活動,力圖揭示不斷變化著的經濟、社會和政治關系,特別注重這些關系的空間組織和空間結構,采用多樣的社會科學理論和方法。地理學充滿人文關懷,在歷史和現實的背景中,在物質和精神的領域內,關注人對地理環境的感覺、情感、經驗、體驗、信仰、價值、思想和創造性[4]。
地理學的研究對象很廣泛,其研究主題、所用方法、所持哲學及倫理立場都很多樣,不像其他學科那么集中和清晰,關鍵在于駕馭這種多樣性而不是被其淹沒,這正是地理學充滿活力又令人神往的魅力所在[3]。地理學以綜合性和區域性為主要特色;對人類與環境的相互作用、對復雜世界及不同類型現象間的關聯具有獨特的洞察力和更全面的理解;在不同空間尺度上研究事物之分布及其變化過程,著力解讀因為專注細節而忽略了的整體特征和相互關系[5]。
地理學在整個人類知識體系中占有重要地位,并在社會實踐中發揮獨特的作用。地理學長期關注的地球表層重要特征和空間結構變化,以及人類與環境之間的相互關系,正逐漸成為科學和社會的核心議題,地理學將在應對21世紀人類和地球面臨的挑戰中做出越來越重要的貢獻,我們生活在“地理學家的時代”[6]。
研究地球各組成要素及其相互關系的自然科學和研究人類活動的社會科學,對于認識和應對全球環境變化同等重要。這種共識成為建立和發展地球系統科學的主要依據,因為地球系統是一個自然和社會綜合的系統[7]。作為自然科學和社會科學橋梁的地理學,應該在認識和應對全球環境變化、發展地球系統科學中發揮重要作用,甚至是核心作用[8]。地理學廣泛地參與地球系統科學國際研究計劃國際地圈生物圈計劃(IGBP)、全球環境變化人文因素計劃(IHDP)、世界氣候研究計劃(WCRP)和生物多樣性計劃(DIVERSTATS)和地球系統科學聯盟(ESSP)[9]。
可持續發展的理念已在全球達成普遍共識。可持續發展研究著重其實施途徑,地理學在其中是非常活躍的學科。相關研究涉及很多方面,例如,區域發展的可持續性,自然系統的可持續性與敏感性,自然資源的可持續利用和管理、可持續發展與公眾參與,可持續發展與政府作用,能源及其可持續性,經濟增長與資源環境可持續的矛盾,國際問題與可持續發展等等,都是與可持續發展有關的地理學論題。
地理學“本質上是關于地球表面區域和分布的科學,其根本基礎在于研究與區域相關的地球表面現象[10]。地理學以現代科學的眼光,把對自然和人文現象的區域綜合描述傳統改造成對空間分異和地域結構的規律探討。區域分異規律和區域綜合研究是地理學的基本認識途徑,是因地制宜、因時制宜謀劃可持續性的基礎。
地球系統不僅是一個自然系統,不僅是一個生態系統,更是一個人類生態系統。正是地理學家的工作,使得當代地球系統科學中引入了人類的作用。地理學家們早就敏銳地指出,工業革命以來人類活動顯著改變地球面貌的事實并發出先知式的警告[11]。地理學也開現代自然資源、自然災害和人類環境綜合科學研究的先河[12],至今仍是地理研究的主流方向之一[13-15]。IGBP及IHDP中,地理學家都有突出的表現[16],IHDP項目中多數由地理學家領銜。人類參與的地球系統與人地關系是地理學的基本認識對象。
戰后世界政治地理格局逐漸由“兩個陣營”、“三個世界”演變到“全球化”和“只有一個地球”,總的趨勢是多元化和互相依存都在增強。經濟上開放的需要與對國家安全的擔心并存,地緣政治分析與地緣經濟分析并重[17]。從計量革命的新古典經濟學模型解釋,到政治經濟學派的社會結構剖析(社會-空間辯證法),再到新區域主義對區域發展獨特性和創新能力的分析 (如產業氛圍、生產網絡、產業區等),地理學關于社會空間研究的每一次轉變都從更深層次上揭示了經濟社會的空間重組過程和規律。全球經濟社會的快速重組以及相伴出現的研究方法和視角的轉變,為地理學創造了眾多新的、充滿著思維爭辯的研究領域[18]。
隨著社會發展的進程,社會和文化地理研究逐漸顯得重要,地理學的人文化和社會化,成為當今地理學發展的重要特征之一。橫跨地理學和社會科學的邊緣學科——社會地理學,正成為地理學的重要分支之一。社會地理學是研究人類社會及其基本功能的空間組織形態與空間結構形成過程的學科,已形成鄉村社會地理學和城市社會地理學兩大分支。解釋人文地理現象的視角從自然因素、經濟因素等轉向社會因素、文化因素、個人因素等,人與環境相互關系的研究重點也從環境(特別是自然地理環境)對人(特別是自然人)的影響研究轉向人(特別是社會人)與環境(特別是社會地理環境)的互動研究[19]。
對地觀測技術和現代空間信息技術的發展極大地推動了地理學的深入研究。地理學從地、空、海多視角觀測地球,從空間信息流角度認識地球,而地球科學與現代空間信息科學技術的緊密結合,則促使地球科學的研究領域不斷產生出新的生長點。遙感信息科學的發展使得地理學家能在廣泛的尺度范圍內采集地理研究所需要的信息,地理信息科學應用計算機技術對地理信息進行處理、存貯、提取以及管理和分析,都大大推進了地理學研究的開拓和深入。隨著遙感、全球定位系統、地理信息系統以及因特網等空間信息的采集、處理、可視化表達和傳播技術的發展及其相互間的滲透,逐漸形成了以地理信息系統為核心的集成化地球空間信息技術系統,這就為解決區域范圍更廣、復雜性更高的現代地球科學問題提供了新的分析方法和技術保證;同時,這些空間信息技術的綜合發展及其應用的日益深廣,促使了“地理信息科學”的產生。
傳統地理學是以空間差異為基礎的綜合學科,方法論基本上是經驗主義的。1960年興起的“數量革命”開始了“科學的”地理學階段,力圖建立普適性規律,著重科學理論結構的邏輯分析,又以經驗證據來解釋科學的概念和理論;著重理論、模型和計量化,推求因果關系,尋找普遍性抽象法則,追求地理學的“科學”化,即精確性、可重復性和確定性。其主要表現是系統論思想和方法得到廣泛認同和應用,以及地理信息系統的發明和發展。
“人本的”地理學是反思“科學的”地理學之缺失的產物。從科學哲學和方法論層面看,實證主義方法論是為基礎科學定義的,而象地理學這樣的綜合科學,因其太復雜,以至于難以用這樣嚴格的科學觀限定。從地理學與社會實踐的聯系看,“科學的”地理學缺少社會內涵,解決不了諸如福利分配、均衡發展、社會公正、政治決策等重要社會問題;此外,實證主義關于“社會和人的模式”以及 “市場經濟中的人是有理性的經濟人”這兩種簡單假設,遠不能反映現實的復雜性。針對這些缺失,地理學中發展出兩種新的思想和方法途徑。一是從“關注社會公正”的宗旨出發,在馬克思主義中尋求思想和方法武器。二是傾向于在人本而不是科學的范疇內來討論人的話語權,著重知識的主觀性,主張包容性,旨在增進認識和理解,將焦點集中在“人對空間和大地的經驗”上。
地理學開始不僅以理性來解釋世界,也重視人類感知和地方的復雜性,更加關注知識的條件、論述的角色及社會狀況的文化方面,注重探索人的思維體系,強調人地關系的多樣性,重視“空間”也重視“地域”,探索“認同(identity)”及其與地域的聯系,以文化的視角認識經濟轉型的動力,并涉及感知、表征和意象,重視倫理和信仰對社會邏輯的作用,并導致了區域研究興趣的再興[20]。
地理學方法論的進展,加強了對科學之社會功能的認識,加強了自然科學與社會科學的融合。
以國家一系列重大需求為導向,充分發揮作為“第一生產力”的科學技術的作用,為解決國家發展中的重大地理學問題做出貢獻。另一方面,地理學也在滿足國家需求的過程中,不斷提高認識問題和解決問題的能力。在從片面強調經濟增長轉向重視科學發展觀、實現(人與自然、城市與鄉村、區域之間、經濟與社會、對內與對外)“五統籌”的國家發展進程中,根據地理學的特點,發揮優勢,選好主攻方向,組織綜合性研究項目,并不斷提高解決綜合性問題的能力和水平,參與國家宏觀決策的論證和制定。
加強基礎研究,進一步強調地理學的理論建設,深化地理學理論和方法。瞄準國際學術前沿,結合中國國情和特點,“有所為,有所不為”,有選擇地在某些領域集中攻關、突破。適應現代科學技術綜合化、整體化和系統化的發展趨勢,結合中國的地理特點,加強地理學內部的聯系,改善研究方法和手段,在環境演變、人與自然關系、空間格局與過程、城市與區域發展等方面建立完善的地理學基礎理論,占領國際學術前沿陣地。
我國幅員遼闊,地理位置特殊,景觀類型復雜多樣,具有“地利”條件;我國人口多,歷史文化悠久,典籍豐富,民族眾多,文化多樣,人類活動對環境的影響深刻,具有豐富而獨特的社會文化研究素材;我國又處在經濟高速發展時期,經濟社會發展很不平衡,人口、資源、環境和發展的沖突尖銳,為研究人類活動與環境的關系、為促進自然科學與社會科學的融合提供了很好的條件。例如,青藏高原、黃土高原、西南喀斯特地區、農牧交錯帶、黃河流域、長江流域等我國特有或在我國表現最為典型、開發歷史悠久的區域,既是研究環境變化、人地關系、可持續性等國際地理學重點領域的“地利”條件,又是國家發展中迫切需要研究的地區。基于我國多年的地理學研究積累和儲備,并不斷進行源頭創新,形成具有較大國際影響的中國地理學成果。
加速高新技術在地理學中的應用與研發,引進和開發新的觀測、探測、實驗、分析、表達技術和設備,加強遙感技術與地理信息系統的開發和應用,建設中國資源環境信息工程,建立城市與區域發展決策支持系統,適應國家信息網格、新一代互聯網、物聯網等新技術的發展浪潮。整合和提升現有地理教學與研究資源,建成若干實力雄厚的地理研究和教育基地,促進中國地理學研究的整體發展。完善定位實驗站和觀測網絡的空間布局和設備設施,加強第一手數據的采集,為地理學的源頭創新提供基本條件。
新中國建立以來,通過參與完成國家一系列重大的調查研究任務,我國地理學界已經具有豐富的科學積累,形成了較為合理的研究機構格局和強大的人才隊伍,為今后進一步滿足國家需求和占領國際學術前沿奠定了扎實的基礎。要對已有的科學積累、研究機構和人才隊伍進行整合和提升,造就一批在基礎研究、理論創新、新技術開發等方面卓有建樹的優秀地理學家群體。要培養一批中青年學術帶頭人和骨干研究隊伍。特別強調培養具有扎實的綜合地理學基礎,有理論開創能力,能將現代科學技術移植到地理研究中的新型綜合人才。
針對我國未來面臨的重大挑戰和國家需求,地理學各分支都可以提出自己的研究領域。本文從地理學整體的角度,提出需要各分支協同的未來重大研究領域。
全球環境變化的動因:各種時空尺度環境變化的表現及其對全球氣候變化的貢獻;各種時空尺度環境變化的自然和人為成因;影響溫室氣體源-匯的區域自然-人文過程及其對全球的貢獻;土地利用對全球氣候變化和區域氣候變化的影響;沙塵和化學氣溶膠人為排放的過程和格局及其對氣候和大氣環境質量的影響;大型工程建設的環境效應,全球環境變化對大型工程設施的可能影響。
對全球變化的響應和適應:全球變化對中國區域和生態系統服務功能的可能影響及其閾值;農業、水資源、人體健康、食物安全等系統對全球和區域氣候變化的脆弱性和風險評估;全球氣候變化和減排壓力對我國能源結構和社會經濟發展的影響;應對全球氣候變化的技術-經濟-社會適應對策和風險防范對策;過去環境變化對中華文明發展的影響及其對認識和適應當前全球變化的啟示;支持我國參與溫室氣體減排國際談判的科學數據和基本結論。
區域可持續發展機理研究:區域可持續發展主控因子的時空分異特征,全球化、城市化進程中資源環境和社會經濟協調系統演進的動力機制;區域資源環境與社會經濟發展的壓力-狀態-響應過程;不同區域發展可持續性類型差異特征和演變機理;區域類型導向的區域發展可持續性關鍵參數。
區域可持續發展情境預測與模式構建:區域自然系統和社會系統的互動趨勢;生態系統功能區域分異和人類生產生活空間格局之間的耦合機制和效應;人地相互作用地域復合系統演化的情境預測;不同類型的區域可持續發展路徑和模式。
區域可持續發展模擬技術研發:不同區域可持續發展過程的數學模型;大尺度區域可持續條件評價、動態過程模擬的可視化表達方法;支持人機互動的輔助決策模型;用于政策評估、規劃效果模擬的人機互動決策支持系統。
區域可持續發展研究平臺建設:數學模擬分析與可視化表達結合的人機交互聯合決策支持系統;跨越自然科學和人文科學的可持續發展輔助決策平臺,如政策實驗室或虛擬決策研討廳。
地域功能的識別方法:識別地域功能和進行地域功能區劃的指標體系;不同尺度地域功能區的銜接關系;區域發展空間結構的耦合方式。
地域功能的生成規律及其格局演變:地域功能的生成規律;區域發展的空間均衡模型;地域功能的發育過程。
地域功能區動態監測與跟蹤評估研究:地域功能空間信息獲取處理和動態監測評價技術;地域功能區劃、動態監測和輔助分析的決策支持系統和信息平臺;基于多源數據的動態監測和評估的軟件包。
地域功能區規劃管理空間輔助決策支持系統:功能區規劃空間分析和模擬系統;地域功能區規劃動態監測評價、管理和區域政策制定一體化的輔助決策系統。
土地變化的資源與生態效應:土地變化對地表物理特征參數、地表物質能量循環、區域氣候和極端天氣事件發生頻率的影響;土地變化對水土資源數量和質量、土地生產力和食物安全的影響;土地變化對陸地生態系統結構和物質能量循環的影響,對自然災害、生物多樣性、區域生態服務功能的影響;土地利用對污染的影響機理和調控機制;主要陸地生態系統的碳儲量變化;土地變化對區域和全球變化的影響和響應。
土地退化防治與可持續管理:土地荒漠化、濕地退化、草地退化、水土流失和土地污染等的演化機理;退化土地修復的原理、技術研發和集成推廣;土地利用優化配置和調控機制;生態脆弱地區土地利用的生態安全格局與可持續利用方式。
城市化過程:城市實體地域和城市功能地域的空間識別;城市化演變過程與未來情景。
城市化的資源環境效應:城鎮化和交通建設快速發展對自然環境的影響;城市熱島效應的機理與城市熱島效應的區域差異規律;城市化過程的氣候、水文與生態效應;快速城市化過程對區域生物地球化學循環的影響;城市發展過程中生態服務功能演變與生態脅迫效應;城市土地利用和景觀格局演變規律與功能優化;城市環境變化的生態健康效應和風險防范。
城市化及其效應的調控:城市復合生態動力學機制、控制論模式和決策支持;城市與區域發展可持續性評價指標體系;城鎮和交通系統的資源和環境安全保障;城市化地區資源環境優化調控機制。
自然資源格局與演變過程:自然資源的空間分異與演變過程;人類活動與資源利用和生態安全及環境之間的相互關系;水循環演變規律及水資源、水環境動態評價的理論方法,水資源高效利用途徑及優化配置決策;土地質量演變機理及其可持續利用,水土資源的耦合機理及其調控;典型區域生態與環境的定位動態監測與趨勢預測;生態地理區劃及環境脆弱區域的研究;重點區域(如青藏高原、黃河流域、西北干旱區、東南沿海快速發展區等)生態與環境演變機理及調控。
區域發展的自然資源基礎評價與生態環境效應診斷:自然資源組合的地域特征,資源價值化及相互耦合關系的空間表征和比較優勢;替代資源的可行性與潛力,資源高效利用對策;公益性生態與環境功能的表達及價值核算,區域發展對公益性功能損害的補償機制。
區域可持續發展的關鍵資源保障:虛擬水量供需平衡的定量評價與計算;社會資源對虛擬水戰略的適應性能力,虛擬水戰略對國家或地區的水資源、生態、經濟、社會和文化的影響,虛擬水戰略下國家或地區應對策略選擇;城市和區域產業結構演進與能源結構多元化發展的協調機理。
水資源安全:全球氣候變化下流域水文循環的響應機理、程度及時空變異特征;氣候變化對主要流域水資源脆弱性和可持續性的影響,氣候變化下極端天氣、氣候事件對我國主要流域洪水和干旱的可能影響;未來防洪、抗旱對策,大型水利工程的安全運行管理的對策,水資源的綜合管理對策。
“本我”處于金字塔的低端,“超我”則與“本我”形成一個對立面,處于金字塔的頂端,其作用是抑制“本我”中不合理的沖動和原始欲望,按照社會倫理、道德規范行事,是理想狀態中的自己,并追求完美的境界。根據弗洛伊德學說,“超我”是父親形象與文化規范的符號內化,由于對客體的沖突,超我傾向于站在“本我”的原始渴望的反對立場,而對“自我”帶有侵略性,“超我”是一種理想狀態,完全遵守社會道德,“超我”的形成發生在戀母情結的崩解時期,是一種對父親形象的內化認同。
生物多樣性結構、分布與演化:氣候變化對物種分布格局的影響及歷史氣候下物種分布關系的重建;生物種或類群間相互關系對氣候變化的響應與適應性;氣候變化對關鍵、瀕危物種的影響及保護規劃;氣候變化對生物災害發生的影響及控制策略;生物多樣性的生態系統功能對全球氣候變化的適應和減緩;氣候變化下的生物多樣性保護對策與預警機制。
區域水-土地-生物資源的服務功能以及對社會經濟活動的承載能力:區域資源、環境和生態安全的臨界閾值;水-土地-生物資源合理、高效和可持續利用的技術體系;與區域資源環境背景,技術經濟條件、經濟和社會結構相適應的可持續資源管理模式。
生態系統服務功能綜合評價的理論與方法:生態系統服務功能及其與生態系統結構、生態過程復雜性和關聯性的定量分析,生態系統服務功能物理量與價值量評價的標準化方法,生態補償評價方法。
生態系統服務功能對脅迫的響應與反饋:人類活動、氣候變化等脅迫下生態系統服務功能的響應與反饋機制。
生態服務功能的空間轉移與生態公平:生態服務功能空間轉移產生的社會效應和經濟效應,生態系統服務功能區域分配與生態公平,生態系統服務與消除貧困。
政策或管理措施對生態系統服務功能的影響:政策對生態系統服務功能的影響機制;人類消費方式或價值取向對生態系統服務功能維持與保育的作用。
國家生態安全格局:生物多樣性保護布局;生態基礎設施布局;生態恢復工程規劃。
生命元素、污染物質、重金屬和稀土的環境生物地球化學過程及其健康效應;疾病的空間分布和變化趨勢研究;人口健康與環境的平衡機理研究;健康與發展研究;環境、健康與發展的調控措施研究;環境、健康與發展研究的技術,包括疾病監測方法、疾病預警預報和醫學地理信息系統等。
地表自然功能區劃:地表自然功能的辨識和現狀評價,地表自然功能區域劃分方法;地表自然功能的社會經濟屬性辨識;地表自然功能區劃與表達技術,中國地表自然功能區劃方案。
區域綜合研究方法體系:陸地表層過程的多元數據支持系統;自然和人文因素的相互作用;不同尺度的自然地理過程與尺度綜合方法;區域自然和人文多要素綜合評價。
我國獨特的區域如青藏高原、黃土高原、西南喀斯特地區、黃河流域、西北干旱區、長江流域等的綜合研究;中國海洋和沿海地區地理綜合研究;東亞季風動態及其環境影響的綜合研究;我國農林牧交錯帶的綜合研究;我國干旱區的綜合研究。
基于S/C結構,具有統一門戶、統一空間數據資源、統一身份認證管理,能滿足地球表層科學主要應用領域基礎性時空數據分析需求的信息化研究平臺;領域性重大應用項目示范性信息化研究環境。
基于廣域分布式高性能計算環境(GRID)的信息化研究平臺;開展陸地表層系統水土及生命物質演化、國土資源優化配置與生態環境建設、生態系統監測、演化機理與綜合評價、人地系統機理與區域社會經濟發展4個領域性應用示范研究環境建設,提升系統的通用性。
依托中科網、國務院電子政務工程網等,建立基于廣域分布式高性能計算環境的信息化研究平臺,以及能滿足地球表層系統科學各領域研究需求的通用性研究平臺。
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