地理科學的學科性質、功能和未來十年研究的戰略方向

孫中偉

一、地理科學的學科性質

1.地理學的研究對象

全國科學技術名詞審定委員會（2007）給出的地理學定義為：研究地球表層自然要素與人文要素相互作用及其形成演化的特征、結構、格局、過程、地域分異與人地關系等，是一門復雜學科體系的總稱。我國著名地理學家鄭度院士和陳述彭院士（2001）認為，地理學是一門研究地球表層自然要素與人文要素相互作用與關系及其時空規律的科學。其面對的是復雜的地球表層巨系統，是由大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈與人類圈所構成的統一整體，是由各種自然現象、人文現象組合在一起的復雜體系。我國著名地理學家、中國地理學會原理事長陸大道院士（2011）認為，地理學是一門研究地球表層的科學（學科體系），其對象是研究地球表層地理環境的結構、演化過程、區域分異及人類對地理環境的利用和適應。地理學方法論的精髓在于把握區域的差異性及區域之間的相互依賴性，這也是地理學與其它研究資源、環境和生態的學科的重要差異。通過上述三個筆者能找到的國內最權威的地理學研究界定可知，地理學的研究對象是地球表層，且該表層具有圈層結構特征；地理學是研究地球表層環境與人類活動關系的一門學問；地理學是認識地球表層環境的經驗總結，同時也是認識、利用地球表層環境并與之和諧共處的指針。

2.地理學的研究核心

對人地關系的認識，素來是地理學的研究傳統之一，也是地理學理論研究的一項長期任務，并始終貫徹在地理學的各個發展階段。事實上，涉及人地關系綜合研究的學科，不僅限于地理學，但以地域為單元，著重研究人地關系地域系統的惟有地理學，即從地理學入手研究人地關系，是明確以地域為基礎的。為此，我國已故人文地理學泰斗吳傳鈞院士（1991）就明確提出地理學的研究核心是人地關系地域系統。人地系統是由地理環境和人類社會兩個子系統交錯構成的復雜的開放的巨系統，內部具有一定的結構和功能機制。在這個巨系統中，人類社會和地理環境兩個子系統之間的物質循環與能量轉化相結合，就形成了人地系統發展變化的機制。具體地說，人地關系地域系統是以地球表層一定地域為基礎的人地關系系統，即人與地在特定地域中相互聯系、相互作用而形成的一種動態結構。人地關系系統研究的中心目標是協調人地關系，重點研究人地關系地域系統的優化，并落實到地區綜合發展上。任何區域開發、區域規劃和區域管理必須以改善區域人地相互作用結構、開發人地相互作用潛力和加快人地相互作用在地域系統中的良性循環為目標，為有效進行區域開發和區域管理提供理論依據。研究人地關系地域系統的總目標，是為探求系統內各要素相互作用及系統的整體行為與調控機理，從空間結構、時間過程、組織序變、整體效應、協同互補等方面去認識和尋求全球的、全國的或區域的人地關系系統整體優化、綜合平衡及有效調控的機理。

3.地理學的學科視角

美國國家研究院在1993年專門成立了“重新發現地理學委員會”，其主要針對此前10年地理學這門學科在美國經歷的一場復興，首次對30年間美國地理學發展進行了綜合評估，并于1997年出版研究報告《Rediscovering Geography： New Relevance for Science and Society》。我國學苑出版社在2002年12月出版了中譯本《重新發現地理學：與科學和社會的新關聯》。該報告指出，地理學像其它科學分支一樣，具有一套發育完善的視角（見圖1）：①通過地方（place）、空間（space）和尺度（scale）的動態觀察世界的地理學方法；②地理學的綜合領域：環境—社會動態把人類活動與自然環境、環境動態與自然系統、人類社會動態與經濟、社會和政治系統聯系起來；③應用圖像、語言、數學、數字和認知方法的空間表達。換言之，地理學觀察世界的視角是通過對地方和尺度（橫坐標）的聚焦，穿越環境動態、環境—社會動態、人類—社會動態（縱坐標）三個綜合領域，而空間表達（矩陣的第三維）則加強并驅動其它地理學分支的研究。

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4.地理學的學科地位

我國著名科學家錢學森（1994）從整個人類認識世界的高度上研究了科學體系，提出地理學應與自然科學、社會科學、數學科學、建筑科學、軍事科學、人體科學、思維科學、行為科學、系統科學與美學并列，是一大科學體系，故稱為“地理科學”。地理科學不是一門科學，而是一系列的科學，是介于自然科學與社會科學之間的“橋梁科學”。錢老還認為，應將地理科學分為基礎理論（基礎科學）、技術理論（技術科學）和應用技術（工程科學）三個層次。基礎理論層次包括理論地理學、地球表層學、區域地理學、部門地理學（人文地理學、自然地理學及其分支）；技術理論層次主要研究應用的地理理論，如建設地理學、國土經濟學、生態經濟學、應用地貌學、應用氣候學等；應用技術層次包括災害預報、生態設計、規劃、遙感、計量、制圖等方面實際應用技術。從地理學的科學性質上看，它是受哲學指導的自然科學與社會科學的匯合；從層次上看，其是一個從基礎理論—技術理論—應用技術的完整體系。

二、地理科學的學科功能

某門學科之所以存在并擁有立足之地，繼而具有獨立甚至崇高的學科地位，很大程度是由它無以替代的“功能”所決定的。地理學的學科功能包括科學功能和社會功能兩方面。科學功能是指地理學對人類科學的發展所做出的貢獻，即對人類知識體系有用。社會功能是指地理學對促進人類社會經濟發展所具有的作用，即對指導社會實踐有用。北京大學著名地理學家蔡運龍教授（2011）將地理學的科學功能歸納為“究天人之際”，社會功能總結為“經世致用”。“究天人之際”出自司馬遷《報任安書》中的“亦欲以究天人之際，通古今之變，成一家之言”，所謂“究天人之際”就是要探究地理環境和人類社會之間的相互作用關系，即研究人地關系。《辭源》中對“經世”的解釋為治理世事，“致用”為盡其所用。后來“經世致用”一般指學問必須有益于國事。地理學“經世致用”的社會功能即是能夠指導國家社會經濟發展實踐。

蔡教授具體總結了地理學科學功能的獨特性，即重視細節而忽略整體的特征，認識地球表層的復雜性、景觀的多樣性及其中文化傳統的豐富性，從不同的時空尺度解讀格局與過程，強調實地調查，依賴精確觀測、遙感等技術，地圖學等可視化表達方式，“基礎理論—應用理論—應用技術”的學科構成。地理學社會功能的獨特性是指將自然與人文、時間與空間、區域與全球、分析與綜合、普遍性（空間）與獨特性（地方）、定量與定性有機融合。地理學所關注的科學問題直接指向當前決策者和公眾的迫切需求。地理學家主要通過以科研成果直接影響決策和為專門用戶提供咨詢從而成為決策過程的一部分，對解決實際問題做出貢獻。因此，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著獨特作用。今后，其將通過幫助預測、規劃、決策和優化未來而進一步加強對社會的貢獻。

三、地理科學未來十年研究的戰略方向

1.主題一：怎樣理解和響應環境變化

持續增加的人口、城市化、工業化和氣候變化改變了地表環境并大量消耗自然資源。雖然研究已證明氣候變化、土壤侵蝕、棲息地喪失和水質退化愈發嚴重，但對人類自身在其中所起的作用未曾充分考慮。地理學家正采用 GIS、遙感和地理空間可視化等技術來分析自然過程和格局隨時間的變化，以弄清自然和人類對環境變化的各自影響。更全面地了解自然和人為因素引起的地表變化、物種和基因多樣性的分布以及不同生態系統在環境變遷中不斷變化的脆弱性，是開展環境科學研究、風險管理和生態修復的基礎，同時也可指導旨在提高環境可持續性的政策制定。該主題下包括3個戰略方向，即①如何改變地球表面的自然環境；②如何更好地保持生物多樣性與保護瀕危的生態系統；③氣候和其他環境變化將如何影響人與環境耦合系統的脆弱性。

2.主題二：如何促進可持續發展

據預測，到2050年地球上的人口將達到80~120億人，其中絕大多數人口增加將出現在城市。許多城市將為容納快速增長的人口不懈努力，而城市向農村地區的擴張將改變生物地球化學循環、水文系統、氣候、野生動物棲息地以及生物多樣性。人口空間分布的變化、不同聚落形式的形成過程、日益增加的城市人口面臨的可持續性的挑戰等方面的研究對于認識更加擁擠的世界所面對的挑戰十分關鍵。確保地球上不斷增長的人口可獲得相應食物資源是其中的挑戰之一。由于當前出現的饑餓不是因為全球的食品匱乏，而是因為地理環境的不同和食品分配制度的低效或不公平，要解決100億人口的吃飯問題，需要更好地認識地理要素對農業生產和分布系統、變化的食物消費偏好等方面的影響。人口數量的擴張和流動性的日益增加會使衛生保健的戰線拉長，對疾病的治療和預防的標準會隨居住地的不同而有所變化。利用空間分析、GIS和疾病擴散空間模型，地理科學有助于理解全球化、人口遷移、環境條件、土地利用、經濟狀況以及政府政策對健康和傳染病擴散的影響。通過人們的日常生活分析疾病和衛生保健方式，對認識和理解不同人群的疾病行為和變化的脆弱性非常重要，這些信息對制定能夠改善全人類福利水平的政策十分必要。該主題下包括3個戰略方向，即①100億人在地球上如何生存和分布；②如何在未來10年和更長時期內可持續地養活每一個人；③人口居住地如何影響人類健康。

3.主題三：如何認識和應對經濟與社會的快速空間重組

在過去數十年內，從人口遷移到貨物運輸，全球流動性明顯增強，并對交通運輸、通信、經濟甚至政治沖突的形式產生影響。現在迫切需要通過深入評估單個地方的發展，以及利用 GIS 和地理空間信息等開展大尺度的空間研究，了解流動性增強的原因和后果、流動性的地區差異、虛擬（如互聯網及其他媒介）流動性與實體流動性之間的關系。全球化加劇了地區間的經濟差距，提高了人們對貧困和社會動蕩狀況的關注。地理學闡明這種不平等格局以及在不同的空間尺度上產生這些格局的過程的研究，可以為理解貧困和消費方式之間的聯系以及變化的社會經濟環境的不平等影響提供解釋。面對經濟和社會的劇變，主導二戰后時代的地緣政治架構已然崩潰，現實提出了對強勢政府和團體的領土議程、邊界變化的重要性，以及資源匱乏在合作與沖突中的作用等開展擴展研究的需要。該主題下包括3個戰略方向，即①人口流動、物資交流及思想傳播如何改造世界；②經濟全球化如何影響不平等；③地緣政治變化如何影響和平與穩定。

4.主題四：如何使技術變化更有利于社會和環境

自古代起，觀察、制圖和描繪地表環境一直是地理學研究不可或缺的一部分，在今天的地理學研究中仍占據著中心地位。提供地理信息的網址已成為人們日常生活的重要部分，它使得公眾既是地圖繪制的來源又是地圖繪制的對象，但地理信息的激增又引發了公眾對個人隱私保護的擔憂。地理學觀測、分析和可視化地球表面的人類與自然特征變化的技術和工具的最新進展，將在解答上述科學問題以及推動地理科學發展中發揮重要作用。該主題下包括2個戰略方向，即①人類如何更好地觀察、分析和可視化這個不斷變化的世界；②公民制圖和繪制公民地圖的社會影響是什么。