科学方法大系 ▍自然地理学研究范式
自然地理学研究范式
李双成 著
写在文前
2007年夏天,蔡运龙教授主持的科学技术部创新工作基础专项———地理学方法研究正式启动。在目前非常功利的科研氛围下,能够沉下来坐冷板凳,挖掘、梳理和提炼中外地理学的思想与方法,从而为地理学创新与发展提供可资借鉴的材料,是需要足够定力的。整个项目按学科分为四个课题,即自然地理学、经济地理学、城市与人文地理和地理信息与计算,外加一个综合课题。为提掖和鞭策后生,蔡老师指定我和许学工教授负责自然地理学方法课题。经过三年多的研究工作,这一课题总算告一段落,并于2011年1月通过了项目组织的课题验收。虽然完成了承诺的考核指标,但课题还有许多应当继续完善之处,尤其是研究成果凝练和提高的余量依然很大。尽管如此,通过完成这一课题收获还是颇丰,最可分享的是认认真真地阅读了多部近现代地理学的经典著作,并从中获益良多。
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1.自然地理学是什么？
作为地理学的重要组成部分，自然地理学研究对象范畴及其学科内涵一直存在着争议。一般认为，自然地理学的整个学科范畴包括生物地理学、气候学、地貌学、水文学、土壤学和第四纪研究等。但三个主要的分支是生物地理学、气候学和地貌学。在原苏联，自然地理学的研究对象被定义为地理综合体或自然地域综合体，是一门关注地球地理壳(景观圈)及其组成要素的自然地球系统学科。随着各个分支学科的深入发展，自然地理学的离心化倾向更加明显，尤其是在地貌学的核心地位被削弱后，这种态势更加凸显，引起了许多地理学家特别是自然地理学家的忧虑和关注。目前，随着全球资源、环境和生态问题的加剧和恶化，一些重大的科学研究计划和议题不断提出并实施，自然地理学在其中发挥着重要作用，客观上强化了其学科的综合功能。这种综合不仅仅是地球表层各个自然要素之间的综合，而且应当将人类活动因素考虑其中。因此，自然地理人文化的倾向逐渐显现。可以预见，未来的自然地理学的综合性将会得到更加充分的体现......
2.自然地理学研究范式及其演进历程
同其他学科一样，自然地理学的研究范式是不断演进的。传统自然地理学方法论以经验归纳主义为基础，其基本途径就是各地事实的访谈、调查、收集、归纳整理和表述等。这一时期的自然地理学被称为经验性描述性科学，但是随着所收集事实和数据的增加，人们认识的进一步发展以及社会需求的不断强化，进而要求深入了解事实和现象的内在本质以及相互之间的内在联系，需要认识地理事物和现象的普遍规律从而预测其发展趋势。描述性经验主义研究范式显然不能胜任这一使命。与此同时，随着自然地理学中系统研究的发展以及分支学科的增加，自然地理学与相关学科的联系更加紧密，尤其是一些基础性的学科，如物理学和数学等。因而，实证主义的研究范式在自然地理学中建立起来。随着科学的不断发展，一些横断学科的出现，冲击着典型自然地理学的实证主义范式，远离平衡态、非线性和混沌等复杂性科学观念，逐渐融入到自然地理学的研究体系中来，促成了自然地理学复杂性科学研究范式的萌生。
3.自然地理学研究的一般过程
自然地理学的研究过程与一般科学研究的程序与模式没有本质的区别。自然地理学知识由经验和推理结合产生，逻辑上的合理性和经验上的可证实性也是自然地理学家们用来检验结果，评断真伪的标准。科学研究包含一系列步骤，不同研究类型和方法步骤不尽相同，逻辑实证主义的科学研究范式一般包括以下五个主要环节：1.确立科研课题；2.获取科学事实；3.提出科学假说；4.理论实验检验；5.建立科学体系。
自然地理学研究方法过程模式
4.自然地理学的分类与分区研究
自然地理系统是一个复杂巨系统，存在大量纷繁复杂的要素、结构、关系、现象及其相互作用。通过识别要素之间的相似性、差异性和联系性，可以将某种顺序性和一贯性强加于现实世界巨大的信息流上，“采用一个普通名称，创造了一个类别”，将感官感知的资料组合为各种类型或各种集合，从而把大量信息杂乱无章的状态改造为易于理解和易于处理的状态。这使得分类和分区成为自然地理学中重要的研究方法。
分类与分区，在形式逻辑中都属于划分，将研究对象的所有个体，按一定标准，区分为若干个小类群。任何划分都包括母项、子项和划分根据三个部分。母项指被划分的对象，如植被、土壤或自然地理系统等；划分的子项是指区分出来的类型和部分，如各种植被类型土壤类型或自然类型区等；划分根据是指进行划分时遵循的标准和依据，也是子项之间彼此区分的属性。
分类示意图
分区示意图
5.自然地理学的预测研究
预测是指以事物发展的客观规律为依据推测或判断事物未来状态或发展趋势的一类科学研究活动。 自然地理学的研究对象具有时空广延性，对其演进动态和空间格局进行认知和预估，一方面有助于提升自然地理学的研究水平，另一方面能够对自然资源开发利用和生态保护等提供科学依据。
在自然地理学研究中，预测不仅包括对自然地理过程的未来状态或趋势的分析，对未知地域的自然地理特征的推断，而且包括自然地理时空特征演化的认知和判断，即自然地理时间系列预测、自然地理空间预测和自然地理时空预测。
自然地理时间预测模式
自然地理空间预测模式
自然地理时空预测模式
6.自然地理学的格局与过程研究
在自然地理学研究中，对于格局的认识和理解具有重要意义。第一，格局是尺度识别的前提。第二，格局及其空间异质性是维持过程持续的必要条件，一些过程只有依附于格局及其斑块间的环境梯度才能存在。第三，系统的格局是在系统演进中形成的，反过来格局的存在增大了系统对终极状态选择的不确定性。第四，研究格局对于环境和生态系统管理具有重要作用。
按照涌现理论和协同学理论， 格局形成的动力可分为：①环境与生态系统内部的自组织力；②外界能量输入(他组织力)；③随机噪声。要素分布的时空异质性和非均衡性是生成格局的基本背景条件。
格局与组织性层次、形成动力和过程关系
7.自然地理学的尺度研究
随着学科发展的不断深入，越来越多的自然地理学者注意到尺度问题在其研究领域的重要性。自然地理学者研究的中心任务之一就是描述和解释空间格局和时间过程，因而时间和空间尺度问题就变得尤为重要。20世纪上半叶，研究者主要关注区域尺度的问题，直到新的研究技术和科学问题的出现，才逐渐延伸到更微观的层次和尺度上。直到最近，由于尺度相关研究取得一定进展，使得一些在微观层面采集到的信息能够为自然地理学宏大架构体系的构建作出贡献。随着对全球变化问题关注度越来越高，自然地理学研究逐渐向中观和宏观方向转化。
不同自然地理过程与要素的时空尺度
8.自然地理学系统科学研究范式
随着系统科学概念和原理向自然地理学的渗透，产生了“自然地理系统”的概念。自然地理系统的定义多种多样，一般认为，自然地理系统是由地球表层中的大气、岩石、地貌、地表水、地下水、土壤、植被和动物群落等在能量流、物质流和信息流作用下有机结合而形成的具有一定结构和功能的自然整体。由此可见，自然地理系统是一个构成要素众多、结构多样的复杂系统，是一个与外界环境间有能量、物质和信息交换的开放系统ꎬ 是一个具有自我调节功能的盖亚系统，是一个不断演进的动态系统，是一个受到人类活动影响越来越强的日益“人化” 的自然系统。
自然地理系统分类
自然地理学中的系统分析与综合研究范式
9.自然地理学的复杂性范式
自然地理学研究对象的地球表层自然系统是一个“开放的复杂巨系统”。其复杂性表征为: 地球表层自然系统的综合性、层次性和高维性，地球表层自然系统的多尺度性与自相似性，地球表层自然系统的开放性与非平衡性，地球表层自然系统的非线性与突变性，地球表层自然系统的有序性和自组织性等。
在各个自然地理分支学科中，都能找到现实世界的复杂性原型，说明自然地理学研究范式向复杂性范式转型的必要性。“自然地理学中的系统通常不是简单的可以通过几个方程就可以描述的，而且，这些系统的基本本质是建构在流体动态包括湍流上的。如果这些内在的过程是混沌的，我们也能够假定景观和生态发育的系统也是混沌的。
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The End
延伸阅读
蔡运龙 等著
《地理学方法论》系《科学方法大系·地理学思想与方法丛书》之一
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哲学和纯思辨性的概念对于从事严谨的科学研究而言非常重要。本书从方法论的高度，论述了地理学中若干对立统一的相对概念，包括科学与人文、空间与时间、还原论与整体论、主观与客观、归纳与演绎、可能与现实、静态与动态、微观与宏观、例外与普适、思想与历史、传统与创新等；在此基础上，回顾和总结了中西方地理学创新的历程，提出了未来中国地理学创新的源泉和途径。
本书可供地理学研究人员、大专院校教师、研究生和高年级本科生阅读，也可供相关学科关心哲学和方法论的学者参考。
ISBN:978-7-03-030888-7
刘卫东 等著
《经济地理学思维》系《科学方法大系·地理学思想与方法丛书》之一
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经济地理学是一门培养整体思维观和领导力的学科，同时也是不易把握和驾驭的学科。这个学科的独到之处在于其面向真实世界的“立体”思维模式和宽广的知识结构，即善于把研究对象放到特定的历史阶段与特定尺度的空间中来观察和研究。成熟的经济地理学者应具备“系统工程师”的能力，在地域空间管理等领域面向社会和政府需求扮演系统集成的角色。本书介绍了这个“立体”思维模式及其主要构成要素，期望帮助读者更好地了解经济地理学。
本书适合于地理学及相关专业的学生和青年学者、城市与区域规划工作者、相关政府管理工作者，以及对该学科感兴趣的社会各界人士阅读。
ISBN:978-7-03-036507-1
蔡运龙 等著
《地理学: 科学地位与社会功能》系《科学方法大系·地理学思想与方法丛书》之一
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本书旨在为地理学者深入认识地理学和把握学科发展方向、为公众了解地理学抛砖引玉。作者们思考了地理学的科学地位和社会功能，力图回答诸如“地理学究竟是什么”、“地理学为社会发展和科学认识做了什么”、“地理学还将做什么”之类的问题。主要内容包括：地理学的性质和作用，自然动态和社会需求对地理学的促进，自然科学、系统科学与地理学的关系，社会科学、哲学与地理学的互动，技术发展对地理学的推动，地理学思想的发展历程，地理学的前沿领域，地理学的应用领域，地理学高等教育，地理学的未来发展方向。
本书可供地理学研究人员、大专院校教师、研究生和高年级本科生阅读，也可作为公众和相关领域的决策者了解地理学的参考。
ISBN:978-7-03-035233-0
柴彦威 等著
《城市地理学思想与方法》系《科学方法大系·地理学思想与方法丛书》之一
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《城市地理学思想与方法》是国内第一本全面介绍和评析城市地理学思想与方法的著作。通过对城市地理学思想与方法的系统梳理和对中外城市研究典型案例的剖析，展示了哲学和社会思潮、技术和方法变革对城市地理学的影响及其应用，阐述了城市地理学思想与方法发展演变的脉络，强调了哲学思想和方法工具对城市地理学理论创新的重要性，并提示了城市地理学思想与方法研究的前沿。
《城市地理学思想与方法》可供城市地理学、地理学中其他的分支学科以及城市规划、管理学、社会学、经济学等相关学科的学者参阅，也可供学习城市地理学思想与方法的大学生和研究生参考。
ISBN:978-7-03-035761-8
声明
本文由林剑整理撰写，图文内容摘编自：李双成著《自然地理学研究范式》一书 （责编：李敏、王倩）。
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