1、迈向新时代的地理学,中国科学院生态环境环境研究中心,报告人：傅伯杰,地理学基本特征,地理学是研究地理要素和地理综合体的空间分异规律、时间演变过程及区域特征 研究地球表层人与环境相互作用的机理 具有综合性、交叉性和区域性的特点 “探索自然规律，昭示人文精华”。,地理学特征与任务,地理学从建立之初就研究自然科学和人文科学交叉界面上的现象，是一门综合性学科 地理学通过学科多样化来体现综合。随着分支学科的发展和深化，地理学呈现出空心化现象 发展地理学综合研究的理论方法，是防止地理学空心化、建立地理学核心理论的重要任务。 英国皇家地理学会主席 Ronald Cooke 指出：“地理学家要加强基础研究，要
2、形成地理学的核心理论基础。要在交叉学科的研究中守住自己的阵地，并继续通过应用为社会做贡献，加强基础研究是唯一的途径”。,地理学特征与任务,自然环境和人类活动特征均表现为空间异质性，研究这些异质性环境下的区域地理过程和效应是地理学研究的前沿。 地理学的区域性通过地理分异以“格局”来表现，“地理过程”则显示出地理现象的时空演变，耦合“格局与过程”是地理学综合研究的重要途径和方法，也是地表过程研究的突破点。 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.,新时期地理学发展-未来地球研究计划,新时期地理学发展- Future Earth,Proposed integrated
3、 research themes,Dynamic Planet - Understanding how the system works & predicting how it will change Global Development - Addressing the most pressing needs of human development (food, water, health, energy) Transformation towards Sustainability - Focusing on long term transformations needed to move
4、 to a sustainable future,研究重点,监测和预测地球系统变化，包括气候、碳、生物多样性、生态系统服务和人类活动，在地球生命承载能力极限和临界点、全球环境变化如何影响满足人类对食物、水、健康和能源的需求等领域填补知识空白和进行早期预警。通过对政策、行为和技术选择潜在影响等的研究，有效连接科学知识和政策实践。 多学科交叉、多部门参与，建设高质量的研究合作机制和行动，共同设计、共同执行，共同应用。支持新一代研究者的发展，培育跨学科研究以提高面向可持续性的综合方法。,新时期地理学的发展,岩石圈、水圈、生物圈、大气圈和人类社会圈交互作用和过程不断深化。 研究范式从过程研究深化到对复
5、杂环境系统的模拟和预测。 GISRS等相关技术的发展和应用，促进了地理学的发展。 更深刻的认识和耦合社会和文化在地表环境系统变化中的作用及驱动机制。 更加综合、更加前瞻、更加定量。,学科特点与走向：地理学正在走向地理科学,地理学视角,地理学理念的综合性,地理学的视角矩阵,（据美国国家研究院等， 2002）,多维视角综合理念人-地关系,理念从一开始就具备先进性,地理学方法的演变,地理学理念的综合性,传统,当代趋势,勘 察,观 测,记 录,制 图,区划与规划,空间统计,对地观测,GIS,建 模,决策系统,传统地理学缺陷：记述性为主，缺少定量工具 现代地理科学趋势：继承原有优势，且走向综合性、定量化
6、，最接近地球系统科学理念,地理学时空尺度原理融入到地球系统模式概念中,地理学提供概念基础,地理学提供获取手段,3S技术, 地面观测, 数据融合，数据同化,地理学理念的综合性,当代地球系统科学的时空表达来自地理学,时 间 尺 度,地理研究,空 间 尺 度,地理研究,地理学方法、手段：从描述性到野外试验、室内外模拟及区域综合,地理学研究方法与技术,“概念-模型-决策” 流程中的地理学之 “魂”,流域科学决策支持系统,地理学研究方法与技术,小流域模型,土壤侵蚀坡面实验,小流域模型,风洞试验,实验和试验技术,地理学研究方法与技术,气候的地理地带性,柯本气候分带,气候模式格点化划分,从地带性概念-柯本分
7、带-模式格点,从概念模型走向定量表达,地理学研究方法与技术,GIS: 自然-人文要素在地理空间的叠加,地球系统模式：多圈层要素耦合,从概念模型走向定量表达,地理学研究方法与技术,地理学方法与技术发展,模式的发展越来越注重多要素耦合。综合性和整体性，是地理学理念的“数值化表达”,气候模式的演变,UCLA地理系为其他院系开设的必修和选修课共26门，占UCLA地理系全部课程的15.6%。涉及共同开课的院系单位11个。,地理学对其他学科的影响与贡献,教育层面：其他学科中的地理学教育加州大学洛杉矶分校,UCLA其他院系自身开设的地理、区域类课程共15门，开课院系单位8个。,地理学对其他学科的影响与贡献,
8、教育层面：地理学对英国学位课程的贡献,罗素大学集团将地理学列为进入学位学习所必需的“重点科目 (facilitating subjects) ”之一。,地理学为就读该专业的必修课程,地理学为就读该专业的选修课程,陆地表层(Terrestrial)是英国自然环境研究委员会（NERC）的重点资助领域，也是增长最快的研究领域。,地理科学研究主题变化英国,NERC资助主题变化,地理科学研究主题变化英国,NERC资助项目涉及的范围越来越广泛，但气候变化、生物地球化学循环等重点研究方向保持较大的支持力度。,综合气候、陆地（土地利用与生态系统）、水资源和人为活动的大尺度地表变化过程研究是NSF近年来资助的重
9、点。资助研究一律强调对地理科学、地球科学、生命科学、社会科学和工程学研究视角与方法的综合。,地理科学研究主题变化美国,地理科学研究主题变化美国,总体变化特征：从“多元”走向“系统”，强调以地球表层的变化为起点，运用地理科学的系统视角与科学工具分析和理解当今人类社会面临的重大问题。,对可持续发展问题进行广泛探讨,对人地复合系统进行深入研究,图 NSF资助人地复合系统相关研究数量与额度分布 （2000-2013）,图 NSF资助可持续发展相关研究数量与额度分布 （2000-2013）,地理科学研究主题变化美国,关注地理信息技术在公共健康问题中的运用,重视可视化研究及其为重大问题决策的支持,图 NS
10、F资助可视化相关研究数量与额度分布（2000-2013）,图 NSF资助公众健康相关研究数量与额度分布（2000-2013）,地理科学研究主题变化德国,DFG资助主题变化,DFG资助项目涉及的范围日益广泛，但全球变化、可持续发展、古代地理环境等是近10余年来主要的资助方向。,2002-2013年德国基金委（DFG）资助的项目数量,地理科学研究主题变化德国,BMBF资助项目的主要方向,BMBF资助的地理学研究项目以社会与经济、能源、全球变化、资源与可持续、地球系统和未来城市为主题。 与DFG相比，其项目更加强调与德国的现实紧密结合，以解决德国的问题为重要导向。,BMBF资助地理学研究,社会与经济
11、,能 源,全球 变化,可持续发展,地球 系统,未来 城市,适宜环境与社会的能源体系转化,气候保护与气候变化的社会维度,从知识到行动,能量存储与网络技术,可靠、可支付的能源供给,太阳能使用,气候变化,生物多样性,可持续水管理,原材料高效技术,可持续土地管理,海洋研究,极地研究,地理科学技术,关于可持续的城市发展,策划可执行方案,地理科学研究主题变化中国,中国国家基金委地理学课题领域趋势,资助课题关注国际上地理学研究热点和领域，同时注重加强研究方法和手段。,地理科学期刊论文频率位居前列关键词时序特征,自然地理、人文地理、生态等12个领域 452个期刊 729658篇文献,地理科学研究主题变化基于期
12、刊关键词,自然地理： 中外研究热点大体一致； 国内研究的区域性特色更明显一些。,中、美、英、德研究主题对比,地理科学研究主题变化基于期刊关键词,人文地理： 中外研究热点有所不同，而美、英之间较为相似； 国内外同样关注城市、增长、网络结构等主题； 国内研究更专注人口、土地利用、城市化、旅游等主题； 国外研究更注重政治、健康、创新和知识、休闲、性别等主题。,地理学面临的问题更复杂、更综合,多元的学科议题、模糊的学科边界,问题导向与综合性：研究议题变得更为综合和多元，地理学视角在越来越多的领域得到重视。 概念与工具的学科交叉：概念和工具所属的学科边界正变得模糊，吸引了更为广泛的学科参与。,“地球表层
13、的快速变化，为地理科学战略方向的研究提供了一个逻辑起点，目标是理解地球表层是如何变的；在哪里发生，为什么会发生，以什么样的速率发生变化；这些变化又可能产生什么影响。” 理解正在变化的星球，2010,“地理科学是数据、技术和思维方法嫁接到地理学基石上一个成功繁殖的结果。” 理解正在变化的星球，2010,地理科学战略研究问题,我们如何改变地球表面的自然环境 我们如何更好地保持生物多样性与保护濒危的生态系统 气候和其他环境变化将如何影响人与环境耦合系统的脆弱性 100亿人在地球上如何生存和分布 我们如何在未来10年和更长时期内可持续地养活每一个人 人口居住地是如何影响人类健康的 人口流动、物资交流及
14、思想传播如何改造世界 经济全球化如何影响不平等 地缘政治变化如何影响和平与稳定 我们如何更好地观察、分析和可视化这个不断变化的世界 公民制图和绘制公民地图的社会影响是什么,理解正在变化的星球，2010,地理科学项目组织方式,学科交叉、多单位联合的项目组织特征,注重多学科交叉，区域研究项目一般有研究对象区域的科研人员参与,University of Cambridge, 英国 (Lead Research Organisation) China Earthquake Administration, 中国 (Project Partner) International Ctr for Theore
15、tical Physic, 意大利 (Project Partner) Government of Kazakhstan,哈萨克斯坦 (Project Partner) NERC British Geological Survey, Earth Hazards & Observatories University of Leeds, School of Earth and Environment NERC British Geological Survey, Executive Professor AL Densmore - Durham University, Geography,James
16、 Jackson (Principal Investigator) Alexander Logan Densmore (Co-Investigator) John Ludden (Co-Investigator) Richard Thomas Walker (Co-Investigator) Barry Parsons (Co-Investigator) Susanne Sargeant (Co-Investigator) Brian Baptie (Co-Investigator) Philip England (Co-Investigator) Timothy John Wright (C
17、o-Investigator),组织与参与单位：,参加人员：,Geosciences Geo-hazards Tectonic Processes,涉及主题：,案例：International Partnership for Collaboration and Training in Earthquake Hazard Assessment and Mitigation in the Alpine-Himalayan Belt and Central Asia,地理科学研究的目标,(by NASA),地理科学使命：解决资源、环境、发展面临的复杂问题； 地理科学研究的目标：不仅在于解释过去，更重
18、要的在于服务现在、预测未来,地理学的综合性和系统性理念引领现代地球科学发展趋势日益复杂的人-地关系这一重大需求为地理科学发展提供了新的机遇地理科学未来发展：服务当代，预测未来,学科特点与走向：地理学正在走向地理科学,现代技术与方法支持下的地理科学,从“看”地图发展为空间实体与空间关系可表达的GIS，正迈向多分辨率海量数据、多维显示的数字地球系统,地理信息系统,遥感技术,尺度问题,从点观测到不同分辨率的面观测：数据尺度多样，尺度匹配、转换仍然面临挑战。,点观测,不同空间分辨率图像,空间响应函数： 点观测与面数据的对应关系,琴生不等式： 尺度转换中的非线性效应,尺度特征： 不同分辨率显示不同信息量
19、,多尺度综合,数据同化技术,尺度效应本质,从定位走向基于移动网络的位置服务,全球定位系统,地理现象的过程与机制认识逐步深化,野外台站观测 与室内控制实验,从统计模型 走向模式模拟,面向预测的多圈层要素耦合的地球系统模式成为可能,传统的调查-人工绘制,基于遥感的土地覆盖制图,基于GIS的数据管理和分析,人地系统 空间格局时间动态转换类型驱动机制,可持续发展生物多样性保护城乡规划粮食/水危机,地理新技术、新方法的成功示例-土地利用/覆盖变化研究,应对全球变化 土地覆盖变化的辐射效应土地覆盖变化的大气化学效应,3S技术已贯穿解决地理学问题的各个环节,结论,“3S”技术实现了地理现象的可表达、可观测、
20、可计算、可服务； 野外台站观测与室内控制实验深化了地理现象的过程与机制认识； 多圈层要素耦合的地球系统模式推动了地理科学的“虚拟实验”,定性描述的地理学向具有独特研究手段的定量化地理科学的华丽转身,对中国地理科学发展的启示,地理科学发展的国家战略需求,区域和全球尺度上的环境、资源利用和可持续发展问题正逐渐成为人类社会发展的重要挑战。,国际背景 应对全球环境变化、全球经济一体化，以及全球地缘政治结构变化的决策需求。,国内现实 推进城镇化进程、产业优化升级、缓解资源环境压力、优化国土资源利用，实现可持续发展的理论准备与政策支撑；,预计至2030年，我国人口将达到峰值15亿，人均资源消耗量将继续增加
21、，资源还将持续下降。资源短缺将严重限制我国未来发展。,人口总量大, 环境压力大，人均资源量少、环境利用率低 是我国发展的主要制约因素。 我国主要人均资源占有量不到世界平均水平的1/2， 百万美元GDP的能耗却是世界平均水平的3.4倍。,人口 资源 环境,战略性资源供求关系比较紧张部分战略资源对外依存度高,如果我们不能及时建立战略性资源的合理使用、有效替代、 动态优化和安全保障体系，一旦战略性资源供需矛盾超出 一定的限度，势必对我国的经济社会发展全局和国家安全 产生严重影响,2011年,中国原油净进口量首次超过2亿吨 对外依存度超过55%,人口和资源分布不均衡,生态环境本底脆弱,我国自然条件复杂
22、，自然资源种类丰富，生态系统类型多样，但总体生态环境较为脆弱。,高寒缺氧的青藏高原达200万平方公里,水土流失严重的黄土高原面积64万平方公里,干旱半干旱地区占国土面积52,石漠化的岩溶地区面积90万平方公里,生态环境本底脆弱,环境污染的旧账新债叠加共存,粪便污染,1900,1940,1980,2010,微 生 物 污 染耗氧有机物,光化学烟雾 酸雨 重金属 核素 生源要素,黑碳、气溶胶 温室气体 有机金属污染物 环境内分泌干扰物 持久性有机物污染 二次污染物,世界环境与资源退化占GDP比例 (2008),Carter Brandon，World Bank,“绿色”发展，中国仍有很长的路要走,
23、中国地理科学未来发展的战略方向,典型区域人文自然复合系统的演化 气候及其他环境变化的区域响应与适应 新型城镇化过程及资源环境承载力预警 水、土资源可持续利用与食物供给安全 城市密集地区的环境污染与人类健康 生物多样性及生态系统服务与管理 大数据时代的地理学分析及可视化方法 资源环境大数据处理方法与地学知识新发现 全球化时代的世界地理与地缘政治经济研究,走向地理科学 实现系统综合与耦合,综合与耦合的实现示例一：气溶胶及其效应综合研究,工业源 生活源 交通源 自然源,液相反应 气相反应 长距离传输 归趋模拟 源汇关系,排放,行为,效应,应对,情景预测 预警 控制与防治 减排,人为活动/自然过程、
24、监测观测/实验模拟/数值模拟/管理政策,空气质量 酸沉降 辐射效应 气候效应 健康效应,综合与耦合的实现示例二：生态系统过程与服务,采用观测、GIS、RS和模型开展跨尺度综合耦合集成研究,综合与耦合的实现示例三：新型城镇化过程及资源环境承载力预警,综合与耦合的方法示例：基于模型的格局-过程耦合,人类活动,自然条件,考虑人类活动的 陆地表层模型,模拟预估环境变化,通过在模型中耦合人口、农业、基础设施等相关人文过程，模拟气候变化和社会经济发展背景下水土资源和粮食生产潜力变化。,中国地理学家发起的国际研究计划对地理科学的推进,季风亚洲区域集成 研究（MAIRS） (2006-）,第三极环境(TPE)
25、 国际计划 (2011-）,综合风险管理 （IRG） (2013-）,Globalization,Urbanization,Climate Change,Carbon,国际化成果发表中国在国际热点方面的研究仍然处于“跟踪式”研究,学科批判性思维、理论构建等方面的训练还十分薄弱； 课程多样化水平还不够高（选修课类型与数量）； 虽然专业设置上兼顾了实践性，但在课程设置上紧密结合全球重大问题，以及社会发展动态变化的课程偏少； 在世界地理科学关注全球体系、热点区域、差异化地方的今天，我国高校的世界地理与区域地理课程却严重萎缩； 地理科学的研究分别走向宏观与微观，我国的课程教育却还集中在中观尺度； 教师
26、背景的相对统一，加之学生指导方面分明的院系分割，难以适应地理科学日益明显的交叉学科特征的要求。,中外对比下中国高校地理科学人才培养体系存在问题,中美英德四国发文量时序对比,自然地理,人文地理,中国在近15年发文量的增长趋势最快，但与美、英等国家的差距仍然较大。,3G网络：三大研究方向（全球气候变暖、全球变化、全球化） 全球气候变暖以气候变化、碳循环为主要特征 全球变化以生物多样性、植被覆盖、变化响应为主要特征 全球化以增长、尺度、热点区域为主要特征,全球尺度研究关键词及其特征,中国地理科学未来发展展望,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； 需要加强中国科学家对国际重大研究计划的引领和参与，推动地理科学发展； 需要加强全球性问题的研究，从地理学大国走向地理学强国。,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服务价值,感谢中国地理学战略研究组对报告的准备！,
