地理学概论地理科学研究的基本方法

三、地理科学问题的构成
1、地理科学问题的重要性
地理科学问题 Vs. 地理常识问题
林定夷：科学研究始于科学问题 《问题与科学研
究——问题学之探究》；
爱因斯坦：提出一个问题比解决一个问题重要； 希尔伯特：只要一门科学分支能提出大量的问题，
它就充满着生命力；
海森伯：提出科学问题就等解决了问题的大半。
三、地理科学问题的构成
0.0395 0.5394 0.254 0.4921
0.5129 0.1846 0.3598 0.0215
0.0667 0.0532 0.0006 0.0027
0.1652 0.3938 0.109 0.2519
0.3618 0.6892 0.679 0.1913
土地覆被对河流水质影响规律的模拟
不同影响范围效应分析：半径为500 m的缓冲区
第五章 地理科学研究范式
课堂任务
地理科学研究的基本方法 地理研究的基本过程 地理科学问题的构成 地理研究维度 地理科学研究维度
一、地理科学研究的基本方法
地理科学认识问题的基本形式 运用概念、判断、推理等方式对客观对象作出的 一种间接的、概括的反映过程，是地理科学认识 的一种普遍的、基本的形式。
Sea level rise due to global warming
Over the last 100 years, global sea level has risen by about 10 to 25 cm.
时序特点
Land Use Land Cover Change: Examples
中纬度多雨带
高纬、极地少雨带
地理科学研究对象的基15~3本0° N认少雨带识
区域特点
赤道多雨带 15~30°S少雨带
区域特点
Global Climate Change
Global warming
The mean global surface temperature has increased by about 0.3 to 0.6°C since the late 19th century and by about 0.2 to 0.3°C over the last 40 years.
课题所需主要数据（及来源）：
（1）长株潭2001—2010年SO2、PM10、PM2.5重要污染源普查数据（湖南 省环保厅）；
（2）长株潭2001—2010年地表和探空气象数据（湖南省气象局）； （3）长株潭2005年DEM数据（美国地质调查局）； （4）长株潭2010年SO2、PM10、PM2.5观测数据（湖南省环保厅）； （5）长株潭2010年医院呼吸疾病死亡数据（湖南省卫生厅）； （6）长株潭2001—2010年人口统计数据（湖南省统计局）； （7）长株潭2001—2010年经济统计数据（湖南省统计局）； （8）长株潭2001—2010年道路交通数据（湖南省基础地理信息中心）； （9）长株潭2001—2010年土地利用类型数据（湖南省基础地理信息中心 ）； (10) 长株潭2001—2010年夜间灯光遥感数据（美国国家地理数据中心） 。
Island-Continued
可调控的
Simultaneous Evacuation vs. Staged Evacuation on Actual Road Network: Galveston
Island-Continued
IH-45 Galveston Island
可调控的
% of Evacuees Leaving
Source: CCSM Brochure. Available at
多因素作用 http://www.ucar.edu/communications/CCSM/overview.html
Simultaneous Evacuation vs. Staged Evacuation on Actual Road Network: Galveston
1、地理研究维度的依据
（1）根据Ⅰ：客观存在的发展历史
a、鲜明的区域特点——作为“分布规律的空间秩序” 及其所决定的作为分布规律具体表象的“分布格局的 空间秩序”和“分布实况的空间秩序”，b、鲜明的时 序特点——作为“变化规律的时间序列”及其所决定 的作为变化规律的具体表象的“变化现象的时间序列” 和“变化格局的时间序列”，c、区域特点和时序特 点——都是一系列因素综合作用的结果，d、它们与 人们期望的之间的差距是存在的，并可以适度调控的。
已知 领域
科学问题出处 Example: 空气污染&LBW
三、地理科学问题的构成
2、地理科学问题的基本属性
2.2 地理科学问题的基本属性
（1）地球表层空间系统属性：不是发生在……的 问题不是地理科学问题（举例提问：宇宙、地 震 Vs.洪涝灾害）。
（2）人地关系地域系统属性：人地关系和地域系 统两个子方面（举例提问：个别农民增收问题 Vs.全体农民增收的区域差异）。
Classified 1993 land use land cover of the Lower Rio Grande Region using a MLC classifier
Classified 2002 land use land cover of the Lower Rio Grande Region using a MLC classifier
0.5 R2 = 0.5129
0.4 0.3
0.2
0.1
0 0
20 40 60 80 (%)
裸地地与BOD污染指 数之间的关系
建筑用地与Pb污染指 数之间的关系
0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1
0
0
R2 = 0.5128
20
40
60(%)
实例2：区域发展策略与空气污染危害
时序特点
SRES A1B Scenario Presented by CCSM3 Simulation Results
SRES A1B Scenario: Atmospheric CO2 concentrations reach 720 ppm in
the year 2100 in a world characterized by low population growth, very high
Community Climate System Model (CCSM)
The Community Climate System Model (CCSM) is one of the GCMs. It was developed and maintained at the National Center for Atmospheric Research (NCAR). It runs on some of the world’s most powerful supercomputers, simulates the many interconnected events that drive Earth’s climate, including changes in the atmosphere and oceans, the ebb and flow of sea ice, and the subtle impacts of forests and rivers.
1、地理科学问题的重要性
续观点： 个人理解：科学问题的明确是科学研究的起点和
终极目标。
如何提出和把握科学问题呢？
三、地理科学问题的构成
2、地理科学问题的基本属性
2.1 科学问题的基本属性 是人们对既有科学知识及其最新发展动态的把 握为基础而形成的（何为已知、何为未知）
可能的认识对象
现实的认 识对象
Precipitation changes
Precipitation has increased over land at high latitudes of the Northern Hemisphere, especially during the cold season. Decrease in precipitation occurred in steps after the 1960s over the subtropics and the tropics from Africa to Indonesia.
或创新性科学问题转化）
三、地理科学问题的构成
3、地理科学问题的构成原则
3.2地理科学问题构成原则
（１）学科原则Ⅰ：地球陆地表层（空间）系统 （空间）系统化原则（举例：全球气候变化， 物理、化学、地理）
（２）学科原则Ⅱ：人地关系地域系统化原则（举 例：农民增收问题、义务教育发展问题）
四、地理研究维度
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
5
6
7
8
Hour
9 10
Long Response Rapid Response
可调控的
2 4 1 3
四、地理研究维度
1、地理研究维度的依据
（2）根据Ⅱ：Leabharlann Baidu学认识的发展历史 a、地理学家重视整体性、差异性和人地性，在不断
探索分布实况、分布格局、变化现象、变化格局和因 素作 分布规律和变化规律及其支配或决定着它们 的因素的作用机制，b、地理科学理论知识
区域问题特别是区域发展问题——区域发展的空 间战略、区域规划的空间战略——的科学决策，或通 过向受教育者和政府官员传播地理科学知识而间接地 服务于地球陆地表层系统……
举例：土地利用Vs河流水质
实例1：区域土地覆被格局对河流水质影响分析
水
质
资
数
料
据
收
整
集
理
数
据
选 择
建 立
遥
不
感 影 像 预 处
影 像 分 类
同 半 径 缓 冲
理
区
建
分
立
析
回
总
归
结
模
规
型
律
数据收集
遥感影像数据
Landsat 7 TM卫星影像
利用湖南省环保局1996～2000年水质监测数据、 环境质量报告书和环境统计资料,选取湘江超标严 重和危害较大的10种主要的污染物监测数据:总大 肠菌群、高锰酸盐指数、挥发酚、石油类、总磷、 氨氮、总汞、总镉、总铅和总砷。
三、地理科学问题的构成
3、地理科学问题的构成原则
3.1科学问题构成原则（基本属性决定）
南开胡国定：《信息论与或然逻辑》科学问题构成元素
SP＝ｆ（a ，X， R， Q）
（SP）：科学问题 “已知条件（a）”； “未知项（X）” “‘已知条件（a）’与 ‘未知项（X）’之间的关系（R）” “已知有关知识库（Q）”（促进科学问题向一般问题转化
地理学具体研究中三种最基本的方法
归纳（主导）、演绎、类比
类比
二、地理科学研究的基本过程
传统的经验归纳模式
波普尔的猜测反驳模式 （四步：问题—试探性理论—验证和纠错—新问 题）
库恩的范式更替模式 （神秘的灵感、想象的直觉，科学难题的解决往 往在于年轻人）
二、地理科学研究的基本过程
传统的经验归纳模式 （1）科学选题 （需要性、可能性、可行性、发展性、优势性原则） （2）积累知识与搜集资料 （理论、方法、类似案例） （3）观察、实验 （科学观察、比较、定量实验） （4）抽象、概括、判断、推理（定律、定理） （5）提出假说理论（直接验证）
土地覆被对河流水质影响规律的模拟
不同影响范围效应分析
半径为500 m的缓冲区
BOD TP
N-NH4 N-NO2 Pb
Hg
石油类 大肠菌群
建筑用地 林地 耕地 裸地
0.0775 0.1013 0.1587 0.5128
0.10074 0.0764 0.4209 0.1443 0.3219 0.5057 0.234 0.2677
Year 2095 Temperature Changes
Source: EOS – WEBSTER. Available at http://eos-webster.sr.unh.edu/climate_visualizations.jsp
时序特点 SRES: Special Report on Emissions Scenarios of IPCC
GDP growth, very high energy use, low land-use changes, medium
resource availability, and rapid introduction of new and efficient
technologies.
多因素作用
Year 2025 Temperature Changes