当代自然地理学的前沿领域

自然地理系Βιβλιοθήκη Baidu模型： 自然地理系统模型：
生态学第一代模型——从对林德曼 生态学第一代模型——从对林德曼1942年提 从对林德曼1942年提 出的能流和营养动态概念的发展而产生； 出的能流和营养动态概念的发展而产生； 土壤侵蚀第二代模型——美国农业部 土壤侵蚀第二代模型——美国农业部（土壤 美国农业部（ 保护局和农业研究局） 1980年代发起的一 保护局和农业研究局）在1980年代发起的一 系列模型； 系列模型； 水文学模型——包括对水文系统的现代大尺 水文学模型——包括对水文系统的现代大尺 度模拟； 度模拟； 新一代模型——包括跨界层模型、 新一代模型——包括跨界层模型、全球模型 包括跨界层模型 和区域模型、演化模型， 和区域模型、演化模型，模拟被忽视的过程 如地貌-植被覆盖的相互关系）， ），模拟人类 （如地貌-植被覆盖的相互关系），模拟人类 影响。 影响。
全球变化情景：例如，自然地理学家从气候模 全球变化情景：例如， 从地表空气温度和降雨量变化、 型、从地表空气温度和降雨量变化、不同季节 土壤水份的世界格局的情景中得出有意义的新 研究结果 关键切入点
提供与全球变化相关的数据（特别是遥感数据）； 提供与全球变化相关的数据（特别是遥感数据）； 建立大气环流模式与环境系统各部分模型之间的联 系； 进一步发展关于全球变化空间影响的研究和调查； 进一步发展关于全球变化空间影响的研究和调查； 开展多学科和跨学科研究，包括建立与社会科学间 开展多学科和跨学科研究， 的联系。 的联系。
流域管理的“人与自然协调” 流域管理的“人与自然协调”概念
专业术语 恢复（ 恢复（recovery） ） 重建（ 重建（re-establishment） ） 改善（ 改善（Enhancement） ） 康复（ 康复（rehabilitation） ） 定义 （把河流）恢复到一种改进状态或原来状态的行动 把河流） 使（河流）稳定在原来状态 河流） 结构或功能属性的任何改善 环境质量的任何改善 帮助（一条河流） 帮助（一条河流）适应新环境 部分结构或功能回复到被干扰以前的状态 部分回复被干扰以前的结构或功能 （把河流）恢复到原来状况 把河流） （把河流）修复到原来状态或原始状态的行动 把河流） 生物自然系统的结构和功能回复到被干扰前的状态
文化自然地理学 自然地理学的文化性：决定把什么看成环境 自然地理学的文化性： 、决定科学研究结果怎样被接受 文化自然地理学的研究论题包括
如何鉴赏自然或景观 以综合的地理观研究技术、文化和自然资源之间 以综合的地理观研究技术、 相互联系 生态系统和人类社会系统之间的复杂相互作用 文化景观，环境文化，环境设计 文化景观，环境文化，
研究技术
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时间尺度
多学科趋势
广泛采用相似的模型和概念方法， 广泛采用相似的模型和概念方法，加强了自然地理 学内部的联系：例如提倡流域生态系统的概念， 学内部的联系：例如提倡流域生态系统的概念，鼓 励了生物地理学、 励了生物地理学、地貌学和水文学之间的联系 更广泛地联系与环境变化相关的其他学科。自然地 更广泛地联系与环境变化相关的其他学科。 理学各分支研究议程的主题在其他地球科学中已经 凸显。多学科计划，包括国际地质关联计划（ 凸显。多学科计划，包括国际地质关联计划（IGCP ），全球变化计划 IGBP和IHDP）， 全球变化计划（ ），包含大量涉 ），全球变化计划（IGBP和IHDP），包含大量涉 及自然地理研究的跨学科研究和跨国家调查。 及自然地理研究的跨学科研究和跨国家调查。
景观变化
LUCC 戴维斯方法和景观演变模型基础上的剥蚀年代学 地貌轮回 土壤侵蚀 景观生态格局变化 ……
第四纪科学： 第四纪科学：联系全球环境变化研究第四纪 环境变化。 环境变化。主题有
海平面变化 第四纪景观变化 第四纪生态学 更新世和地形 冰川景观 干旱景观 其它地区的研究
时间变化
技术进步和第四纪多学科综合研究的发展导致了两个重要的 相关方向： 相关方向：
自然地理过程研究途径
采用（有时也需要革新设计）适宜度量过程 采用（有时也需要革新设计） 的技术。 的技术。 设计度量实际过程速率或模拟过程运作速率 的方法，并获取相应数据。 的方法，并获取相应数据。 用基本自然科学原理来分析和解释结果。 用基本自然科学原理来分析和解释结果。
过程的格局
建立在动态研究基础上的地表分异取代了以前使用的 相对静态的功能处理 在生物地理学领域， 在生物地理学领域，世界植物图被用来尝试使某些气 候分类与植物分布格局相匹配， 候分类与植物分布格局相匹配，关于生态力能学或营 养循环以及种群动态的研究发展到广泛采用净第一性 生产力（NPP） 生产力（NPP）概念取代这些地图的静态特征 土壤地理学中地方尺度受到更多重视，重点放在土壤 土壤地理学中地方尺度受到更多重视， 演化而不是土壤动态上， 演化而不是土壤动态上，这就与土地生产力联系起来 在地貌学中，注重侵蚀速率、沉积量的研究， 在地貌学中，注重侵蚀速率、沉积量的研究，可以用 湖泊沉积、 湖泊沉积、流域试验以及时空构成等来源的证据弥补 长期纪录的缺乏 自然地理分区发展为系统方法，将能量与水分的支配 自然地理分区发展为系统方法， 关系与植物类型、原生土壤类型、 关系与植物类型、原生土壤类型、地貌地带性相联系
城市自然地理学
城市气候 土地向城市利用的转化对自然环境的影响 城市水文：例如排放物分析、泥沙量调查、 城市水文：例如排放物分析、泥沙量调查、水质和 污染物处理现场、 污染物处理现场、城市地区下游河道变化的分析 城市生态系统
地球灾害
研究各种极端事件 研究自然灾害与社会经济的关系 研究环境感知影响决策因而影响管理的方式
人类活动与环境变化
人类影响研究的主要途径
Marsh： 人与自然——人类活动改变了的自然地理 Marsh：《人与自然——人类活动改变了的自然地理》 人类活动改变了的自然地理》 关于人类活动影响的警醒以及关于地球资源有限程度的 争论 人为地貌学（anthropo-geomorphology） 人为地貌学（anthropo-geomorphology） 研究人类影响的程度：比较已改变地区和尚未改变地区 研究人类影响的程度： 以空间换时间） （以空间换时间） ，或者度量一个地区在受到人类影 响之前、之中、 响之前、之中、之后的状况 自然灾害研究和社会经济视角的自然地理学研究 与大气圈有关的若干国际研究计划
全球自然地理学
联系全球化的自然地理学两大基本问题： 联系全球化的自然地理学两大基本问题：
全球气候变化将如何影响各国的自然资源、 全球气候变化将如何影响各国的自然资源、环境变 化和人类发展？ 化和人类发展？ 指向政策响应的各种国际压力，特别是减少温室气 指向政策响应的各种国际压力， 体排放的国际条款，将如何影响各国的产业、 体排放的国际条款，将如何影响各国的产业、经济 和社会发展？ 和社会发展？
当代自然地理学 的前沿领域
蔡运龙
北京大学 地理科学研究中心
城市与环境学院 城市与环境学院
当代自然地理学的主要学术指向 国际重大科学研究计划及其与自然地理 学的关联 与自然地理学有关的国家重大科学研究 计划 未来我国自然地理学的优先领域 我国特殊自然地理区域的综合研究
主要学术指向
自然地理系统
科学中的系统研究
时间过程
过程强度和频率。 过程强度和频率。 新灾变论是修正的灾变论，承认高强度和低 新灾变论是修正的灾变论， 频率事件（极端自然事件）的重要作用， 频率事件（极端自然事件）的重要作用，有 时甚至是主导作用。 时甚至是主导作用。 非线性过程。 非线性过程。
环境变化：环境变化、 环境变化：环境变化、景观演化和景观年 代学一直是自然地理学长期研究的论题， 代学一直是自然地理学长期研究的论题， 侧重于重建过去的自然景观演化序列和建 立环境变化年代学。 立环境变化年代学。
评价人类活动的影响
生物地理学：人类影响的历史时序， 生物地理学：人类影响的历史时序，生物地理系统 演变的效应（与考古学联系） 演变的效应（与考古学联系） 土壤地理学：土壤剖面及其演变、土壤侵蚀与土地 土壤地理学：土壤剖面及其演变、 利用变化 气候学：城市气候，大气污染，研究人类活动对地 气候学：城市气候，大气污染， 球表面的热量、 球表面的热量、水分和粗糙度等参量以及大气化学 组成的影响 地貌学和水文学：人类活动在沉积年代学过程中的 地貌学和水文学： 影响，几十年尺度上人类对地貌（例如河道） 影响，几十年尺度上人类对地貌（例如河道）的影 响，人类活动影响地貌过程 综合自然地理学：土地利用/覆被变化，人类活动的 综合自然地理学：土地利用/覆被变化， 世界性影响（例如荒漠化）， ），生态服务功能及其变 世界性影响（例如荒漠化），生态服务功能及其变 化
全球自然地理学研究技术
遥感、地理信息系统、全球数据库、 遥感、地理信息系统、全球数据库、全球定位系统 、地统计学、地理计算、地理模拟等 地统计学、地理计算、 这些技术的进步大大扩展了自然地理学研究的时空 尺度
尺度综合
尺度上联（upscaling）：例如，需要联系土壤-植 ）：例如 尺度上联（upscaling）：例如，需要联系土壤大气模型（SVAT），以便将地表模型、 ），以便将地表模型 被-大气模型（SVAT），以便将地表模型、生物 自然模型和生物化学模型与全球气候模型关联起 来 尺度下联（downscaling）：例如，对GCMs的输 ）：例如 尺度下联（downscaling）：例如， GCMs的输 出进行尺度下联， 出进行尺度下联，以探索大尺度环流与地方尺度 和区域尺度上当前和未来气候条件之间的关系 气候模拟与气候影响评估之间，存在信息鸿沟， 气候模拟与气候影响评估之间，存在信息鸿沟， 尺度下联和下联技术的出现在此鸿沟上架设了一 座桥梁
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更强调年代学和过去环境的重建 更加以过程或模型的研究为基础，而且与全球变化研究联系起来 更加以过程或模型的研究为基础， 测年新方法 不断改进的实验室和沉积物分析技术 GIS、 GIS、数字化高程数据和分形数学的应用 现世尺度（secular scale），具有约100公里的空间维和约100年的时 scale），具有约100公里的空间维和约 年的时 ），具有约 公里的空间维和约100 现世尺度（ 间维； 间维； 千年尺度（ scale），至少覆盖后更新世时期和1,000公里 ），至少覆盖后更新世时期和 千年尺度（millennial scale），至少覆盖后更新世时期和1,000公里 的空间尺度，气候和海平面变化是主要的运作因素； 的空间尺度，气候和海平面变化是主要的运作因素； 进化时间或系统发生尺度（ scale） 进化时间或系统发生尺度（evolutionary time or phylogenetic scale） 时间尺度可达5亿年，空间范围可达40 000公里 公里， ，时间尺度可达5亿年，空间范围可达40 000公里，因此大陆位移很 重要。 重要。
系统科学， 系统科学，用各门科学中的理论对系统进行 科学研究； 科学研究； 系统方法和技术，即将相关理论（例如博弈 系统方法和技术，即将相关理论（ 和计算机操作应用于解决各种问题； 论）和计算机操作应用于解决各种问题； 系统哲学，即科学思想和世界观的重新定向 系统哲学，
系统分析的四个阶段： 系统分析的四个阶段：
自然地理过程
什么是自然地理“过程” 什么是自然地理“过程”
戴维斯的形态、过程、演变三分法， 戴维斯的形态、过程、演变三分法，重点在演 对过程关注很少。 变，对过程关注很少。 不仅回答是什么、在何地、在何时等问题， 不仅回答是什么、在何地、在何时等问题，更 要回答为什么、怎么样的问题。 要回答为什么、怎么样的问题。 探索隐藏在观察到之规律性背后的相互关系， 探索隐藏在观察到之规律性背后的相互关系， 探寻决定环境过程运作的机制和蕴藏的结构； 探寻决定环境过程运作的机制和蕴藏的结构； 以定量观测来检验理论，关注普适化理论。 以定量观测来检验理论，关注普适化理论。 只有精通了自然科学已建立起来的原理时， 只有精通了自然科学已建立起来的原理时，自 然地理学才能成为一门显赫的学科。 然地理学才能成为一门显赫的学科。要运用数 学、物理和化学等基本学科里已建立的原理和 法则。 法则。
概念界定，包括界定系统组分； 概念界定，包括界定系统组分； 结构分析，包括建立系统组分间的关系； 结构分析，包括建立系统组分间的关系； 模型模拟，建立系统模型，解释模型中的 模型模拟，建立系统模型， 联系，并修正模型； 联系，并修正模型； 解题应用，力图对系统模型求解。 解题应用，力图对系统模型求解。