新时代自然地理学发展的思考

自然地理学是地理学的基础学科,也是地理学综合研究的基石。本文在梳理自然地理学主要研究进展的基础上,思考了新时代自然地理学的发展方向。在全球环境变化驱动下,自然地理学及其分支学科在传承中得到新的发展。自然地理学近年来的研究进展主要表现为自然地理过程综合与深化、陆地表层系统集成、陆海相互作用和区域生态环境管理应用等方面。自然地理学及其分支学科的发展需要面向全球环境变化和人类需求,探索应用新技术新方法,开展多要素多过程集成研究,发展并完善地理模型,模拟和预测环境变化与可持续发展,服务于国家重大需求和政府决策。在发展过程中,亟待关注以下前沿领域与方向：①地貌学需要重点加强地貌学与全球环境变化及人类活动关系研究;②生物地理学有待深化属性地理学、全球变化生物地理学等前沿领域的探索,连接变化背景下的生物地理空间分布与人类需求;③水文学需要开展多要素、多过程、多尺度的综合集成研究,发展生态水文学、社会水文学、水文形态学等新兴学科领域;④自然地理学有待全方位介入气候变化研究,在气候变化国际重大研究计划、气候变化框架公约等方面发挥更加积极的支撑功能;⑤综合自然地理需要面向国家重大需求,聚焦人地系统耦合研究,在资源环境承载力评估、生态安全格局与生态文明建设等领域作出积极贡献;⑥自然地理学需深化耦合自然与人文要素及过程研究,建立发展复杂系统模拟模型,分析和模拟变化环境下的自然、人文要素耦合机制和陆地表层系统动态变化规律。     

自然地理学研究前沿

自然地理学的研究前沿是在学科发展和社会需求的共同驱动下形成的.对资源环境问题的全球性关注和我国可持续发展面临的重大问题对自然地理学提出了一系列需求.国际地圈生物圈计划、全球环境变化人文因素计划、世界气候研究计划、生物多样性计划以及地球系统科学联盟中的许多领域包含着自然地理学的研究前沿,我国国家重点基础研究发展计划、国家自然科学基金委员会地球科学部优先发展领域、科技支撑计划等也提出了一系列自然地理学的研究前沿.若干自然地理学的新方法和技术已被应用于数据采集、模型模拟、实验室分析、自然地理过程研究、环境变化研究、全球自然地理学研究.本文概括了所有这些前沿领域和论题.     

当代自然地理学态势

认识自然地理学的发展态势,有助于把握学术前沿。当代自然地理学不仅研究组成自然环境的各个要素及其相互作用,研究空间过程和区域差异,也研究随时间进程而发生的各种过程及其中的各种关系,将一定时间或空间尺度上获得的结果推演到其他尺度,将自然地理学的研究成果应用于解决实际的资源、环境管理问题。国际自然地理学的新领域可以概括为自然地理系统、自然地理过程、景观与环境变化、人类活动与环境变化、全球自然地理学和文化自然地理学。中国现代自然地理学源于本土地理学并受欧美地理学和俄罗斯地理学的影响,在满足国家和社会需求方面表现突出,但在学术思想、理论和方法方面,独立的建树和自主创新尚待加强。我国自然地理学未来发展趋势是走向更加综合、站在全球变化的高度、走向更深入地揭示关键过程及其动态变化的机理机制、更加重视高新技术的运用、更加密切地为实现区域可持续发展服务,并需要加强科学思维、科学方法和科学工具的研究和创新。     

城市自然地理学的理论、实践和发展

在全球快速城市化背景下,城市成为经济高速发展、人类活动高度集中、人地相互作用最强烈的区域,人工环境下“第二自然格局”的形成以及剧烈的城市土地利用/覆被变化效应使得城市自然地理学在城市复杂系统的研究中具有重要的理论和应用价值。本文通过对城市自然地理学的缘起、学科发展的综合分析,从学科理论体系、研究内容以及前沿发展领域等方面进行了论述,以期丰富和深化城市自然地理学研究内容,并进一步推动城市自然地理学的研究和发展。未来,城市自然地理学的研究应从以下方面开展：①关注基础理论研究,深化学科理论体系;②发展多学科的交叉视角,深化城市地表系统多要素变化研究;③聚焦城市自然—人文复杂系统,揭示自然和人文多要素间耦合机理及驱动机制;④拓宽城市服务应用领域的研究,提供城市可持续发展的多目标决策。     

自然地理学创新发展与展望

自然地理学自中国科学院地理科学与资源研究所建立以来一直是立所的核心学科,长期以服务国家重大需求为使命,在综合自然地理、气候、地貌、水文、土壤地理、生物地理、化学地理等各学科领域取得一批重要科技成果和进展,奠定了自然地理各分支学科在国内外的优势,为国家科技创新、区域经济社会可持续发展做出了重要贡献。本文回顾了中国科学院地理科学与资源研究所自然地理学的创新发展历程,总结了自然地理学取得的学术成就与标志性进展,并展望了中国科学院地理科学与资源研究所自然地理学未来发展,提出以陆地表层要素—过程交互作用机制,陆地表层格局动态研究,陆地表层系统过程的综合集成与模拟,陆地表层系统有序人类活动的可持续范式和调控机制为核心的发展战略。     

北京大学综合自然地理学研究的发展与贡献

北京大学的综合自然地理学缘起于1952年全国院系调整时在本校设置的自然地理学学科,在半个多世纪的发展历程中,经历了学科初创和完善等阶段,逐渐形成了面向学科前沿和国家需求的综合自然地理学学科体系。针对日趋严峻的气候变化、资源环境和社会经济发展问题,北京大学综合自然地理学在陆地表层过程及机理、土地利用/覆被变化及其生态环境效应、生态系统服务与人类福祉、生态风险评价与安全格局构建、自然地域系统划分等方面进行了开拓创新,取得了丰硕成果,引领了中国综合自然地理学的发展。展望未来,北京大学综合自然地理学将持续进行水、土、气、生等自然地理要素与过程的综合研究,认识人类活动与全球环境变化对主要自然地理过程和格局的影响机理,通过构建观测数据与地表系统模型融合系统,定量评估要素与过程耦合的区域资源环境效应及其对社会经济的影响,在生态文明建设、主体功能区划、国土开发整治和流域综合管理等国家战略服务方面做出更大贡献。     

中国自然地理学的发展趋势与优先领域

科学研究需要把握学科的发展趋势和优先领域。影响自然地理学发展的主要因素包括社会需求、学科自身性质和其他学科的影响。自然地理学当前发展态势包括积极参与多学科研究计划、新思维和新领域的出现、模式(model)作为重要手段、在认识自然演变机理的基础上解释空间格局、成果得到更广泛应用等。未来自然地理学将出现更加综合、在全球变化的高度上进行研究、更深入地揭示过程及其动态变化的机理机制、更多运用高新技术武装、更加密切地为实现区域可持续发展服务等趋势。中国自然地理学未来的优先领域是:人类活动对全球变化的影响及适应,土地变化过程及其生态环境效应与调控,城市化过程及其资源环境效应与调控,流域地表过程与综合管理,土壤演变过程及其对土壤质量的影响,资源与生态的可持续性,污染物的区域环境过程、健康风险与控制,灾害形成机制与综合风险管理,生态系统服务功能综合评估。要加强特殊自然地理区域的综合研究,包括区域综合理论研究,寒区现代地表过程对气候变化的响应,干旱化过程与人地关系演化,湿地生态过程、服务功能与恢复模式,风成环境与风成过程及其调控,喀斯特生态系统的演变过程与可持续性,青藏高原生态屏障作用及区域生态安全,山地灾害与环境相互作用及区域生态安全。     

论地理学面临的挑战与发展

地理科学研究地球表层系统特定时空层次下的系统有序度和变化。其发展正面临着几大挑战:①地球表层系统的复杂性难以精确定量描述;②人地关系变化速度超过人类认识与预警能力;③地球表层系统的模糊性与科学价值精确性存在矛盾;④地理学与其它学科的竞争剧烈;21世纪地理学研究主要趋势:①地理学研究人文化;②界面研究将成为自然地理研究热点;③全球研究是地理学重大题材;④地理学研究生态化;⑤山地研究将成为地理学重大领域;为着地理学的顺利发展,建议:①造就地理学思想家和战略家;②进行地理学方法论的集成和创新;③寻找适合各时代认识水平的定量化方法;④重点突出与人类命运攸关的重大课题,创立有震撼性、权威性的理论和成果。     

中国综合自然地理学的近今进展与前瞻

综合自然地理学及相关的景观生态学是自然地理学的重要分支学科。本文综述了近年来综合自然地理学在学术和应用方面取得的重要进展,由3部分组成：(1) 学科发展回顾;(2) 近今主要进展,包括在基础研究理论与方法技术方面的学科进展和研究成果应用方面的贡献;(3) 学科未来展望,包括机遇与挑战分析和重点研究领域。综合自然地理学的未来发展应注意以下方面：进一步促进更高层次的综合与集成,加强多学科间的交叉融合,共同探究地表系统复杂性问题及机制;进一步提高观测技术和模型模拟的水平,以解决空间与时间上更为复杂的生物地理过程和格局问题;进一步拓展应用领域,为国家资源、环境和社会经济的可持续发展提供科技支持。     

我国综合自然地理学的建立与理论拓展

回顾和评述了中国综合自然地理学的建立和发展过程。中国综合自然地理学经过几代地理学者的不断实践和理论概括,逐渐形成和蓬勃发展起来。相对于国外研究,中国综合自然地理在土地系统分级、结构、演变、系列制图、综合自然区划、自然地带划分、自下而上组合自然小区等方面有长足的进步与拓展。今后,现代综合自然地理学应在自然地域系统方面,把自然、人文、生态经济等各个要素进行系统综合,开展综合地理区划研究,进一步提高区划的理论性和实践性;在土地系统方面,把尺度、结构、过程结合起来,开展土地结构与演变研究,加强土地利用/土地覆被特点、驱动力和生态效应研究;在自然地理过程方面,把物理、化学、生物过程综合到土壤—植被—大气连续系统界面研究上来。     

地理学：从知识、科学到决策

地理学是研究地理要素或者地理综合体空间分布规律、时间演变过程和区域特征的一门学科,是自然科学与人文科学的交叉,具有综合性、交叉性和区域性的特点。随着地理信息技术发展与研究方法变革,新时期的地理学正在向地理科学进行华丽转身,研究主题更加强调陆地表层系统的综合研究,研究范式经历着从地理学知识描述、格局与过程耦合,向复杂人地系统的模拟和预测转变。在服务国内重大需求和国际全球战略过程中,地理学正在扮演愈发重要的角色,在新型城镇化、生态环境保护、水土资源管理、地缘政治等领域拥有广阔发展前景。中国地理学正面临前所未有的机遇,需要紧紧围绕国家重大需求,创新发展综合性的理论、方法和技术,逐步形成具有鲜明中国特色、深远国际影响的地理科学体系,为中国和全球的可持续发展服务。     

新时期地理学的特征与任务

地理学是“探索自然规律,昭示人文精华”的一门学科,具有综合性、交叉性特点。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。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。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,逐渐走向综合性、定量化;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,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。新时期的地理学正在走向地理科学。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,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,需要加强全球性问题的研究,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社会服务价值,促进中国从地理学大国走向地理学强国。     

当代地理学之人地相互作用研究的趋向——全球变化人类行为计划(IHDP)第六届开放会议透视

在扼要介绍了全球变化人类行为计划 (IHDP) 第六届开放会议主要内容的基础上,综合当前ESSP开展的主要研究项目、IHDP已实施的主要科学研究计划等,阐述了当代地理学之人地相互作用研究的主要领域和发展趋势。作者认为：人地系统除具有区域性和综合性特征外,还具有脆弱性、风险性、恢复性与适应性特征。当代地理学从地理要素与格局的综合研究转向现代地理过程的综合研究;从自然地理与人文地理的集成研究转向现代资源与环境的系统研究;从地理环境重建研究转向现代综合灾害风险管理研究;从地理格局与过程的动力学研究转向资源保障与区域安全系统仿真研究;从区域人地系统相互作用机制研究转向全球人地系统相互作用机制研究。     

Integrated studies of physical geography in China: Review and prospects

Modern physical geography in China grew from Chinese traditional geography and has been profoundly influenced by the geographical disciplines of Euro-America and Russia. Since the 1950s, integrated studies of physical geography in China have made remarkable progress in the fields of comprehensive physical geographical regionalization, land studies, landscape ecology, and land surface geographical processes. During the past few decades, under the background of global change and rapid socio-economic transformation, a series of environmental and resources problems have boomed in China. To solve these problems and promote the development of integrated studies of physical geography, the following issues were proposed as research priorities: (1) coupling of land surface patterns and processes; (2) integrated research on regional responses and adaptation to global change; (3) analysis of human dimensions of the earth system; (4) ecosystem service research from a geographical perspective; (5) integration of multi-source data and model development; (6) integrated studies on unique geographical units; and (7) important global issues and relevant international programs.     

地理系统模型研究进展

地理系统是多圈层交互的复杂巨系统。地理系统模型是理解和预测不同尺度地理系统格局和过程变化最重要的研究方法。地理系统模型作为可持续发展科学决策必需的工具,是自然地理学重要的研究方向。过去几十年来,在全球变化等全球性重大环境问题和人类科学决策需求的推动下,地理系统模型虽然发展迅速,但还不足以准确地模拟和预测复杂人地耦合系统。本文分别从模型原理、框架和尺度等方面回顾与梳理了地理系统模型从单要素到多要素、从统计到过程、从静态到动态、从单点到区域和全球尺度模拟等发展历程,并总结了地理系统模型对发展人类—自然耦合系统以及模型—数据融合系统的趋势。发展中国的地理系统模型将有助于中国和全球可持续发展的科学决策。     

中国自然地理学综合研究的回顾与展望（英文）

Modern physical geography in China grew from Chinese traditional geography and has been profoundly influenced by the geographical disciplines of Euro-America and Russia. Since the 1950 s, integrated studies of physical geography in China have made remarkable progress in the fields of comprehensive physical geographical regionalization, land studies, landscape ecology, and land surface geographical processes. During the past few decades, under the background of global change and rapid socio-economic transformation, a series of environmental and resources problems have boomed in China. To solve these problems and promote the development of integrated studies of physical geography, the following issues were proposed as research priorities:(1) coupling of land surface patterns and processes;(2) integrated research on regional responses and adaptation to global change;(3) analysis of human dimensions of the earth system;(4) ecosystem service research from a geographical perspective;(5) integration of multi-source data and model development;(6) integrated studies on unique geographical units; and(7) important global issues and relevant international programs.     

2021年度自然科学基金申请书关键词透视地理科学研究前沿热点与发展方向

地理科学是提升人类对地球表层认知、探索人地关系、解决资源、环境、发展所面临的复杂问题的重要支撑。引领科学发展,支撑领域人才队伍的建设与培育,是国家自然科学基金委员会的使命与职责。追踪地理科学领域前沿,优化学科布局并开展战略引导是基金委地理科学学科工作的重要任务。以2021年国家自然科学基金地理科学领域4 479项申请书为样本,运用词云分析方法,对申请书的关键词进行统计分析,剖析了地理科学及各分支学科的研究热点。结果表明：“深度学习”“气候变化”“生态系统服务”“高光谱遥感”“青藏高原”“可持续发展”等是2021年地理科学研究内容与方法的热点关键词。在分支学科间交叉融合方面,信息地理学与人文地理学的共现关键词主要有“空间分析模型”“地理信息系统”“遥感”“机器学习”等;自然地理学与人文地理学的共现关键词主要有“生态系统服务”“土地利用”“土地利用变化”“可持续发展”“情景分析”等;自然地理学与信息地理学的共现关键词主要有“遥感监测”“尺度效应”“机器学习”“数字土壤制图”等。未来,国家自然科学基金委员会将从关键词设置、学科间交叉融合等途径入手,进一步从战略层面优化地理科学研究布局,引导科学家聚焦地理学基础理论与热点前沿问题,服务碳中和、乡村振兴等国家重大战略需求。