下载掌阅APP，畅读海量书库
立即打开
区域性、综合性是传统地理学的两个核心特征，同时，也是地理学区别于其他学科的本质特征。随着地球环境的变化，表现在陆地表层的状态也随之发生了新的演化规律，更加凸显出其复杂性的本质。与其他学科相比，地理“复杂性”已成为新时代地理学的核心特征之一。
地理学研究核心任务之一是研究自然、人文要素在时间、空间的分异规律。针对区域研究的地理要素可以分为单要素、多要素和全要素。传统的地理区域格局研究的基本思路是利用多年观测数据的均值，刻画区域自然和人文要素的“稳态”特征，其理论假设是环境变化围绕中值波动。如：气候区划、植被区划、水文区划、土壤区划、灾害区划（Shen et al.，2018a、2018b）以及大量的人文要素区划等形成了对区域格局的整体认识。然而，大量研究事实表明，自然环境变化在特定的时间尺度上呈单调变化趋势；人类活动强迫自然环境变化同样呈单调变化趋势（图2-1）；人类的生产、生活造成空间过程在一定时间尺度内也呈单调变化趋势。这一事实对传统区域差异划分的理论假设提出质疑，客观事实对地理区域研究提出了新的要求，即如何从变化的角度开展区域研究，这方面已有一些研究成果（史培军等，2014）。更进一步，已往的研究更多注重单一要素的区域格局，无法刻画区域内多种环境要素相互作用、相互依存的事实。因而，往往造成环境要素空间特征表达的本质冲突。更重要的是传统的地理区域研究忽视了环境要素相互作用的内在机制。新时代的地理区域研究应从多尺度、多要素角度开展研究，且应考虑区域环境的动态过程和演化机制的分异规律。
综合性是地理学的学科未来。如果说区域性是地理学的本质特征，综合性则是地理学的存在与发展的重要标志。相对综合性而言，区域性的研究原则和认识方法相对容易，而综合性的研究直接影响着区域研究水平的提升和进步。纵观已有研究，可将综合性研究分为如下几个演化阶段：
阶段1：针对特定自然和人文区域，对自然和人文要素进行区域内罗列，如：中国东北地区农业物产特征，包括大豆、玉米、水稻等。
阶段2：基于GIS技术，将特定地理区域内环境要素进行空间叠加，对区域内环境要素进行空间定位，在一定程度上表达多要素在空间的叠加关系和综合特征。如：中国作物分布与气候的分区的叠加关系。由于缺乏要素相互作用关系的定量研究，机械叠加往往造成要素间存在空间错位，从而不能准确表达空间分布的本质特征。
阶段3：考虑特定区域多个核心要素之间的相互作用，建立具有表达要素之间动力学联系的、反映区域要素特征内在本质联系的综合，如：生态—水文相互作用、土壤—水文相互作用。在国家自然科学基金项目的支持下，地理学者开展了黑河流域的生态—水文多要素间的集成研究，取得了大量成果（Song et al.，2017）。
阶段4：基于复杂性的系统区域综合研究。基于系统思维、复杂性方法，对特定区域进行整体认识。时至今日，在地理系统的结构认识和复杂性方法探索方面还处于尝试阶段，然而，这是地理学最重要的努力方向。
地理学是一门研究时空分异与多尺度综合的学科，分异是基于地理异质性的客观事实，综合是表达特定时空尺度的地理要素和结构的有机联系。在处理相对异质与相对均质的地理现象时应顾及尺度的效应，在特定尺度条件下，通过尺度扩展理解异质与均质地理现象（Wang et al.，2016）。
复杂性是新时代地理学的新特征，它将深刻影响地理学的发展与走向。地理学复杂性集中体现在陆地表层系统的多个方面：①巨系统：从点到区域，到国家，最后到全球；②复杂系统：天、地、生、人都是陆地系统的范畴；③多尺度系统：研究尺度有城市、区域、全球；④组织结构复杂：有城市、城市边缘区、省区；⑤驱动的关系复杂：地理要素之间的驱动关系极其复杂，例如在陆地表层系统的有些区域尚不清楚水分、土壤和生态之间的驱动关系；⑥演化趋势具有强烈的不确定性：陆地表层系统中一个微小的变化可能改变系统的整体演化趋势，例如滑坡的发生等现象。诸如上述问题不胜枚举，传统地理学方法在解决类似问题时显得力不从心，系统“复杂性”研究方法的引入和创新，将从系统的角度解决地理学长期无法完美解决的地理区域综合问题。因而，我们期待着在认识地理“复杂性”的同时，通过对复杂性科学方法的探索，拓展地理学发展的新路径。
空间格局的复杂性体现在从传统的静态格局向动态格局转变，从要素格局向系统格局的转变（图2-2）。传统地理学善于刻画区域的稳定状态格局，一般采用30～50年的观测数据通过平均值刻画区域的状态特征，所表达的格局特征是平均的、静态的。事实上无论是自然界还是人类社会均处在千变万化的动态中，尤其是工业化以来引发的全球环境变化加剧了这种动态的变化趋势，因此新时代地理学将从传统的静态格局进入动态格局的研究，更主要是通过“新技术+新方法=综合”，实现思维的转变。令人遗憾的是真正的综合集成研究尚面临着巨大的困境。
图2-2 新时代空间格局“复杂性”思维的转变
地理现象的外在表现是多种内在因素相互作用的结果，随着时间和空间变化的格局构成了地理区域过程，同时，过程本身又是多种动因共同作用的结果，因而，从现象—过程—动因隐藏着众多的复杂性特征（图2-3）。早期地理过程通过时间窗口表达时间过程。随着模型模拟技术的进步，科学家找到了动力学表达过程的方法，从而实现了用动力学方程表达连续的时空地理过程。然而，客观的地理世界并非完全是线性、可解析的，存在着大量动力学方法无法表达的不确定性变化、不连续突变、混沌的非线性过程。解译这些复杂地理过程，除了采用动力学方法、模拟仿真方法以外，还应该引进、吸收和创造复杂性科学方法表达复杂地理过程。
图2-3 新时代时间过程“复杂性”思维的转变
地理学复杂性不仅体现在地理格局和过程变化方面，同样体现在影响变化的机制方面。推动地理过程变化的驱动力有三类：①自然驱动：由于地球本身内外变化，以及宇宙空间环境变化造成的对陆地表层系统的驱动。如：地壳运动导致的造山运动、火山喷发等地球内动力，日地环境变化导致的风、温、湿、压等变化的地球外动力。内、外动力共同构成了影响地理过程变化的自然动力源，驱动着陆地表层环境变化的周期、幅度和范围。②人类活动驱动：由于人类生产、生活活动直接和间接的影响导致陆地表层系统的变化。如：人类对土地利用方式、强度、范围的改变等产生直接的影响。另外，由于人类对化石能源的开采和使用，造成大气成分改变，从而导致了地表热量的固有状态和分布格局的变化，间接影响着陆地表层系统各要素间的驱动关系。③人地叠加驱动：大量研究事实表明，陆地表层过程是由自然和人文驱动力共同作用的结果。工业革命以来，人类活动的强度日益增加，表现在陆地表层系统变化过程中，长尺度变化以自然驱动为主，而短尺度变化则以人类活动驱动为主。两种驱动力共同作用使地理过程变化的机制更加复杂，因而引发了陆地表层系统变化归因研究这一热点领域。
陆地表层系统中多个独立元素在相互作用过程中会产生叠加效应，即整体大于部分之和。从系统科学思路的研究出发，可以揭示叠加效应的多元特征，理解地理区域格局与过程变化规律的本质，从而丰富地理学解析格局和过程的方法体系。为此，针对不同尺度的地理现象研究应增加认识过程的新方法，如：对微观过程可采用线性的动力研究方法，对宏观过程可采用非线性的复杂性科学的研究方法。
由此可见，地理复杂性在陆地表层系统变化过程中的表现比比皆是，激发了我们从复杂、复杂性和复杂系统角度思考、理解和认识未来的地理学研究。