本文關(guān)鍵詞：地理科學(xué)進(jìn)展雜志，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《地理科學(xué)進(jìn)展雜志》2015年第十二期

摘要：

地理學(xué)主要關(guān)注陸地表層自然和人文要素的空間分異規(guī)律研究，針對這一復(fù)雜系統(tǒng)的不同問題應(yīng)該選擇不同的研究方式。本文在思考以往地理學(xué)研究方式的基礎(chǔ)上，將地理學(xué)研究范式概括為：地理經(jīng)驗(yàn)科學(xué)研究范式、地理實(shí)證科學(xué)研究范式、地理系統(tǒng)科學(xué)研究范式和地理大數(shù)據(jù)研究范式。對不同地理科學(xué)問題應(yīng)選取不同的范式加以研究，對有些復(fù)雜科學(xué)問題應(yīng)采用多種研究范式加以解決。

關(guān)鍵詞：

陸地表層系統(tǒng)；經(jīng)驗(yàn)科學(xué)范式；實(shí)證科學(xué)范式；系統(tǒng)科學(xué)范式；大數(shù)據(jù)范式

1引言

科學(xué)研究范式是開展科學(xué)研究、建立科學(xué)體系、運(yùn)用科學(xué)思想的坐標(biāo)、參照系與基本方式，是科學(xué)體系的基本模式、基本結(jié)構(gòu)與基本功能。它是常規(guī)科學(xué)所賴以運(yùn)作的理論基礎(chǔ)和實(shí)踐規(guī)范，是從事某一科學(xué)的研究群體所共同遵從的世界觀和行為方式。簡而言之，研究范式就是科學(xué)群體在開展特定的領(lǐng)域研究時(shí)所共同遵守的準(zhǔn)則。學(xué)科是科學(xué)發(fā)展過程中不斷深化的產(chǎn)物，是人類知識體系中的基本單元。作為一個(gè)成熟的學(xué)科應(yīng)具備明確的研究對象、基本的理論、技術(shù)和方法體系，地理研究范式則是地理學(xué)科與不同哲學(xué)思維所結(jié)合的產(chǎn)物。地理學(xué)是一門歷史悠久的學(xué)科，主要關(guān)注陸地表層環(huán)境要素多時(shí)空尺度分異規(guī)律；既關(guān)注自然要素也關(guān)注人文要素；既關(guān)注空間過程也關(guān)注時(shí)間過程；既關(guān)注局地尺度也關(guān)注全球尺度；既關(guān)注格局也關(guān)注過程和機(jī)制。由此不難看出，地理學(xué)是一門內(nèi)容涉獵廣泛、問題類型多樣的學(xué)科。當(dāng)今地理學(xué)處于多種研究范式并存的狀態(tài)，在實(shí)際研究工作中各自發(fā)揮著不可替代的作用。根據(jù)地理學(xué)的研究目的、理論假設(shè)和方法論特點(diǎn)，可將地理學(xué)研究范式劃為經(jīng)驗(yàn)科學(xué)范式、實(shí)證科學(xué)范式、系統(tǒng)科學(xué)范式和大數(shù)據(jù)研究范式。每一種研究范式都有各自的數(shù)據(jù)需求、分析原理、取得的成果和存在的不足�？删C合歸納出如下主要特點(diǎn)：

2地理經(jīng)驗(yàn)科學(xué)研究范式

“經(jīng)驗(yàn)”是在社會實(shí)踐中產(chǎn)生的、客觀事物在人們頭腦中的反映，是人類認(rèn)識的開端。因此，基于經(jīng)驗(yàn)的認(rèn)識是由表觀而直接的大量事實(shí)的積累而產(chǎn)生。因此，基于經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識總結(jié)的規(guī)律缺乏深層次的理論解釋。地理學(xué)作為一門古老的學(xué)科，可以追溯到酈道元《水經(jīng)注》出品的年代。當(dāng)時(shí)的地理學(xué)還不具備自然科學(xué)的實(shí)驗(yàn)特征，以自然和人文現(xiàn)象記述、地方志等特有的文學(xué)、歷史形態(tài)而存在。作為對自然事物、人文現(xiàn)象的描述，通過大量事實(shí)的直觀感受、累積，總結(jié)形成對地理區(qū)域的認(rèn)識。古往今來，這種思維方式一直存在著，而且在我們的現(xiàn)實(shí)生活中發(fā)揮著重要的作用。由于地理學(xué)的重要學(xué)科任務(wù)之一是刻畫地理空間的差異性，因此，基于經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的地理研究范式具備獨(dú)特的研究特點(diǎn)。地理經(jīng)驗(yàn)科學(xué)研究范式的內(nèi)在假設(shè)是地理空間絕對的差異性，這是地理分異的基礎(chǔ)，也是地理學(xué)科存在的必要條件；同時(shí)地理空間存在相對的近似性，這是地理分區(qū)的基礎(chǔ)，也為地理學(xué)科的存在提供了可能。多年來，基于經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的地理學(xué)以刻畫區(qū)域要素和區(qū)域差異為目標(biāo)，根據(jù)大量的自然和人文要素的空間特征，采用定性和定量相結(jié)合的方法，定義了地理區(qū)域劃分的指標(biāo)體系。在實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)時(shí)，基于經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的地理學(xué)采用野外調(diào)查、實(shí)地測量、多比例尺制圖等方法，，所使用的數(shù)據(jù)種類相對簡單，數(shù)量相對稀少。從中、宏觀尺度上分析了地理區(qū)域的時(shí)空差異，建立了地理地帶性規(guī)律和地理區(qū)劃的規(guī)則�？紤]到現(xiàn)代地理學(xué)發(fā)展的需求，基于經(jīng)驗(yàn)科學(xué)的地理學(xué)在針對小尺度地理現(xiàn)象的描述與解釋方面存在相對的局限性。

3地理實(shí)證科學(xué)研究范式

“實(shí)證”是指通過實(shí)際親歷的證明，證據(jù)確鑿的驗(yàn)證。實(shí)證研究是通過實(shí)驗(yàn)觀測的數(shù)據(jù)和實(shí)際研究的手段來總結(jié)一般性結(jié)論，并要求這種結(jié)論在相同條件下具有可重復(fù)性。這是一種從個(gè)別到一般，歸納出事物本質(zhì)屬性和發(fā)展規(guī)律的研究方法。地理客觀事實(shí)告訴我們，地理區(qū)域存在著絕對差異。一個(gè)區(qū)域的特征、狀態(tài)、過程和形成機(jī)制無法在另外一個(gè)區(qū)域得到完全的重復(fù)驗(yàn)證，這給實(shí)證研究理論假設(shè)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。為了證明其存在，同時(shí)證明其存在的本質(zhì)，實(shí)證科學(xué)的地理學(xué)目的是力求科學(xué)準(zhǔn)確刻畫地理要素的空間格局與時(shí)空變化特征，并探求其動(dòng)力學(xué)解釋。但由于自然地理要素和人文地理要素多種多樣，其格局、過程及變化機(jī)制的解釋具有多解性，因此實(shí)現(xiàn)其目的的難度非常之大，一般采用動(dòng)力學(xué)和統(tǒng)計(jì)學(xué)相結(jié)合的方法加以解決。基于實(shí)證的地理學(xué)研究范式的理論假設(shè)為自然地理要素時(shí)空變化過程基本遵守物質(zhì)能量守恒定律。在此基礎(chǔ)上，通過經(jīng)典物理學(xué)的方法刻畫地理要素的演變。在刻畫人文要素時(shí)，其假設(shè)人文要素之間、人文要素與自然要素之間存在固有的本質(zhì)聯(lián)系，并選擇恰當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)學(xué)方法加以解決。地理實(shí)證科學(xué)研究范式特征為：通過實(shí)驗(yàn)獲取相對準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，利用其刻畫地理事實(shí)過程從而減少偏差；通過動(dòng)力學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法，構(gòu)建邏輯科學(xué)、參數(shù)適合的模型，實(shí)現(xiàn)模擬結(jié)果的真實(shí)逼近；在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)中觀、宏觀尺度區(qū)域差異和區(qū)域聯(lián)系的本質(zhì)解釋，進(jìn)而理解地理要素時(shí)空演化的動(dòng)力學(xué)驅(qū)動(dòng)過程。

4地理系統(tǒng)科學(xué)研究范式

“系統(tǒng)”是由相互作用、相互依賴的若干組分結(jié)合而成的具有特定功能的有機(jī)整體。系統(tǒng)不僅是具有層次的有機(jī)整體，還是從屬于更大系統(tǒng)的組分。地理學(xué)關(guān)注陸地表層自然和人文要素的研究，這些具有地理空間屬性的自然和人文要素可視為系統(tǒng)的組成部分。毋庸置疑，它們具有相互作用和相互依賴的屬性特征。同時(shí)，不同地理尺度的有機(jī)整體構(gòu)成了陸地表層系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。從系統(tǒng)的理念出發(fā)，研究陸地表層復(fù)雜系統(tǒng)的行為特征、演化規(guī)律、功能結(jié)構(gòu)是基于系統(tǒng)科學(xué)的地理學(xué)研究范式的重要特點(diǎn)(李雙成,2013)。從這個(gè)意義出發(fā)，地理系統(tǒng)科學(xué)研究范式的主要目標(biāo)是刻畫地理類型區(qū)和地域綜合體多要素協(xié)同演化規(guī)律。這一地理科學(xué)研究范式的科學(xué)假設(shè)為：共存于同一系統(tǒng)中的地理要素具有相互作用、相互依存、協(xié)同演化的特征。宏觀地理區(qū)域時(shí)空行為演化特征影響微觀區(qū)域變化進(jìn)程；微觀區(qū)域的特征改變也會傳遞到宏觀區(qū)域。當(dāng)變化積累到一定程度會改變陸地表層系統(tǒng)的整體行為，并導(dǎo)致其原有功能退化。地理系統(tǒng)科學(xué)研究范式在很大程度上改變了人們以往認(rèn)識自然和社會地理現(xiàn)象的路徑，應(yīng)用的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)種類豐富，采用統(tǒng)計(jì)分析、動(dòng)力分析、模型模擬、要素集成、層次集成等方法才能實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的理解和認(rèn)識。地理系統(tǒng)科學(xué)研究范式著重分析多尺度地理類型和地域綜合體的時(shí)空變化規(guī)律，并探討整體系統(tǒng)演化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制，理解系統(tǒng)多重臨界狀態(tài)的外在表現(xiàn)形式，以及陸地表層的組成、層次相互反饋的過程。只有對上述事實(shí)充分理解才能真正對陸地表層系統(tǒng)、人類賴以生存的環(huán)境采取真正有效的調(diào)控措施。如今，中國在不同區(qū)域面臨各種環(huán)境問題，要想真正、有效地加以治理，基于系統(tǒng)科學(xué)的地理學(xué)研究范式認(rèn)識地表過程是解決問題的前提。誠然，地理系統(tǒng)科學(xué)研究范式很重要，但是方法、技術(shù)、理論尚不成熟，需要進(jìn)行長期探索。

5地理大數(shù)據(jù)研究范式

“大數(shù)據(jù)”源于信息科學(xué)提出的概念，到目前為止尚無統(tǒng)一的定義。但是，從信息領(lǐng)域、商業(yè)領(lǐng)域和其他自然科學(xué)領(lǐng)域都給出了自己的理解。在此介紹麥肯錫全球研究所給出的定義“：一種規(guī)模大到在獲取、存儲、管理、分析方面超出了傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫軟件工具能力范圍的數(shù)據(jù)集合，具有海量的數(shù)據(jù)規(guī)模、快捷的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)、多樣的數(shù)據(jù)類型和價(jià)值密度低四大特征”。目前，大數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用于商業(yè)管理、行業(yè)管理以及公共決策等方面。在科學(xué)研究中如何應(yīng)用大數(shù)據(jù)解釋自然現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)自然規(guī)律則是一個(gè)全新問題。簡單利用“小數(shù)據(jù)”的思維模式應(yīng)用到大數(shù)據(jù)研究中是對利用大數(shù)據(jù)的一種誤讀。從地理學(xué)的研究出發(fā)，傳統(tǒng)“小數(shù)據(jù)”的獲取是針對不同的地理事實(shí)設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集方法和技術(shù)，所獲取的數(shù)據(jù)對地理事實(shí)具有較強(qiáng)的指示意義。從數(shù)據(jù)本身的變化可以直接地理解地理事實(shí)的變化特征。大數(shù)據(jù)則不然，數(shù)據(jù)產(chǎn)生帶有“自發(fā)性”，并非針對理解地理事實(shí)而設(shè)計(jì)，數(shù)據(jù)本身與地理事實(shí)相去甚遠(yuǎn)。大數(shù)據(jù)是公共財(cái)富，用好了事半功倍，用不好謬以千里。

當(dāng)前，應(yīng)充分利用大數(shù)據(jù)為地理學(xué)研究的深化和從地理學(xué)的視角解決社會需求問題都提供了一種新的思路和模式。在應(yīng)用大數(shù)據(jù)研究中應(yīng)注意兩個(gè)問題：首先是數(shù)據(jù)挖掘。數(shù)據(jù)挖掘的核心要義是通過數(shù)據(jù)分析產(chǎn)生知識，這與大數(shù)據(jù)的意義完全相同。只是從大數(shù)據(jù)中挖掘知識的難度更大，需要?jiǎng)?chuàng)建新方法、新技術(shù)以期從大數(shù)據(jù)中獲取更多有益的地理知識(楊振山等,2015)；其次是加強(qiáng)多尺度聚類分析。傳統(tǒng)聚類分析是根據(jù)數(shù)據(jù)的親疏關(guān)系聚類，以期獲取同一地理現(xiàn)象的空間認(rèn)識。由于大數(shù)據(jù)與地理事實(shí)的內(nèi)在聯(lián)系較“疏”，因此，在尋求地理相似性的同時(shí)，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)多源數(shù)據(jù)、空間關(guān)系的特征，力求分析結(jié)果更加貼近事實(shí)。從以上論述可知，大數(shù)據(jù)的地理學(xué)研究范式的主要目的是刻畫地理事件與地理要素的時(shí)空聯(lián)系，進(jìn)而揭示其發(fā)生的本質(zhì)。其理論假設(shè)是地理事件與遙相關(guān)的地理要素是有內(nèi)在聯(lián)系的。在研究中應(yīng)注意與信息科學(xué)、計(jì)算科學(xué)和地理科學(xué)方法的結(jié)合。對地理大數(shù)據(jù)科學(xué)范式的研究有望為短時(shí)間尺度地理事件發(fā)生的監(jiān)測和預(yù)測提供有力的科學(xué)和技術(shù)支持。誠然，盡管大數(shù)據(jù)在地理學(xué)界“炒”的如火如荼，但是作為一個(gè)全新的科學(xué)范式，其本體特征尚未達(dá)成廣泛共識。從地理科學(xué)發(fā)展的歷史與現(xiàn)狀來看，地理經(jīng)驗(yàn)科學(xué)研究范式奠定了地理學(xué)的基本性質(zhì)，形成了地理學(xué)的本源特征。地理實(shí)證科學(xué)研究范式是當(dāng)今地理學(xué)研究的潮流，使地理格局、過程研究不斷深化，是地理學(xué)成就的標(biāo)志。地理系統(tǒng)科學(xué)研究范式是前沿，是全面認(rèn)識陸地表層系統(tǒng)行為，促使地理學(xué)從“好看”到“好用”的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。地理大數(shù)據(jù)研究范式則是探索，有可能為地理學(xué)、尤其是人文地理學(xué)的定量研究提供全新的路徑。

由于人類對地球系統(tǒng)的研究還有許多未能觸及，針對不同的問題應(yīng)采用不同的研究范式加以解決。在科學(xué)研究過程中不同的科學(xué)研究范式在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)是共存并用。由于地球科學(xué)的復(fù)雜性，這一特征更加明顯。

作者：宋長青 單位：國家自然科學(xué)基金委員會

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