当代自然地理学的前沿领域_精品文档.ppt

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当代自然地理学的前沿领域,城市与环境学院地理科学研究中心,北京大学,蔡运龙,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系统科学，用各门科学中的理论对系统进行科学研究；系统方法和技术，即将相关理论（例如博弈论）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,系统分析的四个阶段：

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；模型模拟，建立系统模型，解释模型中的联系，并修正模型；解题应用，力图对系统模型求解。

自然地理系统模型：

生态学第一代模型从对林德曼1942年提出的能流和营养动态概念的发展而产生；土壤侵蚀第二代模型美国农业部（土壤保护局和农业研究局）在1980年代发起的一系列模型；水文学模型包括对水文系统的现代大尺度模拟；新一代模型包括跨界层模型、全球模型和区域模型、演化模型，模拟被忽视的过程（如地貌-植被覆盖的相互关系），模拟人类影响。

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，重点在演变，对过程关注很少。

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。

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；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，自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。

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。

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，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，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）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，可以用湖泊沉积、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关系与植物类型、原生土壤类型、地貌地带性相联系,时间过程过程强度和频率。

新灾变论是修正的灾变论，承认高强度和低频率事件（极端自然事件）的重要作用，有时甚至是主导作用。

非线性过程。

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，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。

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：

联系全球环境变化研究第四纪环境变化。

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：

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研究技术测年新方法不断改进的实验室和沉积物分析技术GIS、数字化高程数据和分形数学的应用时间尺度现世尺度（secularscale），具有约100公里的空间维和约100年的时间维；千年尺度（millennialscale），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；进化时间或系统发生尺度（evolutionarytimeorphylogeneticscale），时间尺度可达5亿年，空间范围可达40000公里，因此大陆位移很重要。

多学科趋势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，鼓励了生物地理学、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（IGCP），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。

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）研究人类影响的程度：

比较已改变地区和尚未改变地区（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、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,评价人类活动的影响生物地理学：

人类影响的历史时序，生物地理系统演变的效应（与考古学联系）土壤地理学：

土壤剖面及其演变、土壤侵蚀与土地利用变化气候学：

城市气候，大气污染，研究人类活动对地球表面的热量、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，人类活动的世界性影响（例如荒漠化），生态服务功能及其变化,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、水质和污染物处理现场、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,全球自然地理学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、环境变化和人类发展？

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？

全球自然地理学研究技术遥感、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，尺度下联和下联技术的出现在此鸿沟上架设了一座桥梁,全球变化情景：

例如，自然地理学家从气候模型、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）；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；开展多学科和跨学科研究，包括建立与社会科学间的联系。

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、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,流域管理的“人与自然协调”概念,国际重大科学研究计划及其与自然地理学的关联,地球系统科学国际重大计划IGBP及其核心计划IHDP及其核心计划DIVERSITAS与ESSP及其核心计划,地球系统科学国际重大计划InternationalGeosphere-BiosphereProgramme,（IGBP）TheInternationalHumanDimensionsProgrammeonGlobalEnvironmentalChange（IHDP）WorldClimateResearchProgramme（WCRP）DIVERSTATSEarthSystemSciencePartnership（ESSP）其他，如InternationalGeologicalComparisonProgramme（IGCP）,表1地球系统科学国际重大计划及其与自然地理学的关联,IGBP的个核心计划和个支撑计划InternationalGlobalAtmosphereChemistry（IGAC）BiosphereAspectsoftheHydrologicalCycle（BACH）GlobalChangeandTerrestrialEcosystems（GCTE）GlobalOceanEcosystemDynamics（GLOBEC）Land-OceanInteractionsintheCoastalZone（LOICZ）JointGlobalOceanFluxStudy（JGOFS）,PastGlobalChange（PAGES）LandUseandLandCoverChange（LUCC）GlobalAnalysis,InterpretationandModeling（GAIM）DataandInformationSystemActivityoftheIGBP（IGBP-DIS）GlobalChangeSystemforAnalysis,ResearchandTraining（START）,表2IGBP（和IHDP）主要核心计划及其与自然地理学的关联,IGBP新阶段PhaseIIIGBP于1998年提出了“集成（Synthesis）”研究的新概念，其关键是通过对所有主题各个方面的研究结果进行综合以获取新的认识，并使原有的认识水平提高到一个新的高度。

IGBP所面临的科学挑战是，如何在充分理解地球系统的结构与功能的基础上，辨识地球系统中可能被人类活动改变的关键成分和功能，确定地球系统中人类可以忍受和不可忍受的环境阈值。

在集成研究的基础上，IGBP重新调整了其研究方向，进入第二阶段，按其调整后的总体框架，将上述核心子计划进行了整合。

第二阶段的若干核心子计划是第一阶段相关计划的整合，例如全球土地计划就整合了土地利用与土地覆被变化（LUCC）和全球变化与陆地生态系统（GCTE）。

IGBPPhaseII核心项目的整合,Atmosphere:

InternationalGlobalAtmosphericChemistry（IGAC）Ocean:

IntegratedMarineBiogeochemistryandEcosystemResearch（IMBER）andGlobalOceanEcosystemDynamics（GLOBEC）Land:

Land-Use/CoverChange（LUCC）andGlobalLandProject（GLP）Land-Atmosphere:

IntegratedLandEcosystem-AtmosphereProcessStudy（ILEAPS）Atmosphere-Ocean:

SurfaceOceanLowerAtmosphereStudy（SOLAS）Land-Ocean:

Land-OceanInteractionsintheCoastalZone（LOICZ）Integratingprojects:

PastGlobalChanges（PAGES）andGlobalAnalysis,IntegrationandModeling（GAIM）,全球土地计划的概念框架,IHDP的目标促进对人与地球总体系统相互作用的复杂原因的科学理解和认识；不断努力探索预测全球环境下的社会变化；确定大范围的社会战略，以预防或减轻全球变化的不利影响，适应那些无法避免的变化；分析应对全球环境变化、促进实现可持续发展的政策与方案。

IHDP的主要研究内容包括全球变化的根源，主要是人为根源；仔细区分自然趋势和由人类活动所造成的两类变化。

由于自