城市的对称分布
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经济地理学考试题1.20世纪前的经济地理学的相关研究大致可分为史志描述、商业地理和经济地理学三个阶段。
2.20世纪的经济地理学的发展特点:①研究区域尺度的变化(研究区位理论→对区域经济整体的研究→对区域之间发展问题的研究)②研究企业组织的变化(研究客体企业组织→多部门、多区域、跨国经营和全球性经营的研究)③研究思维方法的变化(规范性分析→行为主义对行为差异的考虑→解构主义地理学→注重制度和社会文化因素对经济空间现象的影响)3.经济地理学的研究对象:①经济活动的内容②经济活动区位③经济活动空间组织④经济活动与地理环境的关系4.经济地理学学科体系:①通论经济地理学②区域经济地理学③部门经济地理学④公司地理学5.当前经济地理学理论的研究重点:①人地关系与区域可持续发展的理论研究②全球与地方关系的理论研究③经济发展空间格局的理论研究④区域经济发展的公平与效率关系⑤企业与区域经济发展的关系6.区位:主要是指某事物占有的场所,但也含有位置、布局、分布、位置关系等方面的意义。
7.区位理论:是关于区位即人类活动所占有的场所的理论,它研究人类活动的空间选择及空间内人类活动的组合,探索人类活动的一般空间法则。
区位中占有场所的事物称为区位主体。
8.区位因子:是指影响区位主体分布的原因。
将其定义为经济活动发生在某特定地点而不是发生在其他地点所获得的优势,即特定产品在某处生产比在其他场所生产的费用降低的可能性。
9.经济活动的空间特征:①地理空间的有限性②经济活动对有限空间的竞争③经济活动进行空间转移的限制10.经济活动一般包括生产、流通以及消费活动,在经济学的生产理论中,自然投入、劳动力和资本作为生产的最基本要素,被统称为生产三要素。
11.自然环境对经济活动区位的影响:①自然环境条件对经济活动有制约作用②经济活动的环境影响特性差异,也导致其具有不同的区位选择。
12.市场:是经济活动生存的空间,是经济活动价值实现的场所。
市场特性一般包括市场意识、需求特点、竞争环境和管理秩序等。
叶大年,男,1939年生,著名矿物学家,中国科学院地质研究所研究员。
中国科学院院士。
简历:叶大年院士,1939年7月21日生于香港,祖籍广东省鹤山市。
1962年毕业于北京地质学院岩石与矿物专业,1966中国科学院地质研究所研究生毕业。
中国科学院地质与地球物理研究所研究员、九届全国政协常委、民盟中央常委、北京市民盟副主委。
1987年加入中国共产党。
1991年当选中国科学院学部委员(院士)。
多年从事矿物光学性质与晶体结构之间的关系研究,发现许多定性和定量的规律,从而开拓了结构光性矿物学的新领域,并著有世界上第一部此领域的专著《结构光性矿物学》,1986年获中国科学院自然科学二等奖。
1968年至1975年,从事铸石学研究,提出“适度过冷结晶”的理论和“余硅指数”的配料计算方法,以及微观结构和结晶程度的测定方法,1978年获全国科学大会奖。
擅长矿物的X 射线鉴定方法,解决了斜长石、单斜辉石、石榴石、角闪石等造岩矿物鉴定问题,其专著《X-射线粉末法极其在岩石学中的应用》,推动了矿物学和岩石学研究。
1976年在河南大别山发现C类榴辉岩和3T型多硅白云母,并论证了它们在中国大地构造中的意义。
这一发现对后来的超高压变质作用产生了深远的影响。
他多年致力于陶瓷矿物学和水泥矿物学应用技术研究,1986年因沸石水泥研究获国家科技进步三等奖。
90年代,他的研究领域拓宽至统计晶体化学和颗粒的随机堆积,发现“地球圈层氧离子平均占有体积守恒定律”、“分子体积可加和性”、“多级随机堆积常数”等等。
近年来,他致力于“城市的对称分布和城市化趋势预测”研究,在报刊上多有论述,多次应邀到有关省市、大学进行题为《地理与对称》的演讲。
著作:[1] 叶大年.怀化—发展中西部的以着重棋.怀化日报, 1998-1-25(1).[2] 叶大年.地理与对称. 上海: 上海科学技术出版社, 2000.[3] 叶大年,李哲,郝伟.中国城市的对称分布.中国科学,D辑.2001,31(7):608-626[4] 叶大年.简述中国城市的格子状分布.现代地质,2007,21(2):175-182[5] 叶大年.城镇的对称分布与海南经济发展.海南日报,1999-5-17(7)[6] 叶大年,郝伟,徐文东.贵州城市的对称分布和交通建设.贵州日报,2000-12-5.[7] 叶大年.怀化在大踏步前进.怀化日报,2000-12-8.[8] 叶大年,郝伟.京九线通车后江西城市化机遇.江西社会科学[J],1999,11:1~5.[9] 叶大年,郝伟,徐文东.以对称性规划城市建设[J].中国矿业报,经济周刊,2000-5-16.[10] 叶大年,郝伟,徐文东.城市是“上帝”撒落的棋子吗?学习时报,2000-5-29.毛汉英,男,1938年生,中国科学院地理科学与资源研究所资深研究员,经济地理学博士生导师。
简述区域空间结构的几种经典的模式(1)极核式空间结构:一种区域空间结构的模式,由点→增长极→极核式空间结构的发展过程。
(2)点轴式空间结构点轴式空间结构有时也称为点轴系统,它是在极核式空间结构的基础上发展起来的。
(3)网络式空间结构网络式空间结构是点轴系统发展的结果。
(4)区域城市对称分布叶大年等根据叶大年的地理学的对称原理,提出了城市分布的八种可能的对称形态,即轴对称、旋转对称、中心对称、平移对称、斜对称、曲线对称、反对陈、色对称。
.简述弗里德曼的区域空间结构演变理论。
(6分)答:(1)前工业阶段的区域空间结构。
区域空间均质无序,其中有若干个地方中心存在,但它们之间没有等级结构分异,区域内部各地区之间相对封闭,彼此很少联系。
(2)过渡阶段的区域空间结构。
区域空间结构由单个相对强大的经济中心与落后的外围地区组成,区域空间结构日趋不平衡。
(3)工业化阶段的区域空间结构。
一些新的经济中心出现,并与原来的经济中心组合形成了区域的经济中心体系,产生若干规模不等的中心—外围结构;(4)后工业化阶段的区域空间结构。
不同层次和规模的经济中心与其外围地区的联系越来越紧密,它们之间的经济发展水平差异在缩小。
区域内逐步形成了功能上一体化的空间结构体系。
试述跨国公司投资答:跨国投资的原因:(一)弗农的产品周期理论1.弗农把产品的发展分为三个阶段(新产品阶段、成熟产品阶段和标准化产品阶段),然后分析每个阶段的区位要求,从而把这些阶段与企业的区位选择联系起来,揭示跨国公司进行跨国投资的内在原因及规律。
新产品阶段:特点:(1)新技术、新产品的研发需要较高的技术水平。
(2)良好的信息交流空间,沟通生产者与消费者。
(3)较高的消费水平,新产品往往技术含量高,宣传费用高,刚进入市场时价格较高。
成熟产品阶段:特点:(1)产品的技术水平基本稳定,实现标准化生产(2)企业重视降低生产成本,当产品的成本(出厂价格+运费)高于在当地直接投资生产的平均成本时,企业选择在他国直接投资。
第21卷第7期2006年7月地球科学进展A DVANCE S I N E AR TH S C I ENC EV o l.21 N o.7J u l.,2006文章编号:1001-8166(2006)07-0687-08中国城市空间分布的双侧对称性*陈彦光1,余 斌2(1.北京大学环境学院城市与区域规划系,北京 100871;2.华中师范大学城市与环境学院,湖北武汉 430079)摘 要:借助尺度归并和笛卡儿变换思想考察中国城市的宏观分布规律,发现中国城市在一定的空间和规模尺度上具有双重对称性:以秦岭—淮河为界,南方城市与北方城市呈现双侧对称特征;以呼和浩特—太原—郑州—武汉—广州沿线为轴,东部城市与西部城市形成双侧对称局势。
中国城市的宏观对称性与地球公转和自转的方式有关,海陆差异、地表形态和水系构成是影响城市对称格局的重要因素。
城市的对称分布属于广义的形态发育问题,对称形成的内在机制可能在于人类空间行为的自组织演化。
关 键 词:中国城市;对称;尺度;笛卡儿变换;自组织中图分类号:K90 文献标识码:A 对称问题是科学理论建设的大问题。
只有满足时间平移对称,一种科学规律才是永恒的;只有满足空间平移对称,一种科学规律才是普适的。
可是,当将人类的观测视角调节到地球表层的人类活动空间尺度时,似乎绝大多数物理对称性都被破坏。
在这种情况下,人文地理学的理论体系很难建立起来。
于是人们形成一种误解:人文地理现象与自然现象不同———人文现象不存在空间秩序,因而没有法则可寻。
然而,随着科学研究的深入,越来越多的证据表明人文地理现象与自然现象遵循相同的演化规律[1,2],如城市体系与水系、地震能量服从完全一致的标度定律[2,3]。
这意味着,人类的社会经济活动在某种尺度上可能具有对称性质,研究这种对称性对地理科学的理论建设具有重要意义。
理论地理学中最经典、最有影响的理论莫过于中心地理论[4],中心地模型本质上是一种对称模型,该模型具有平移、旋转、双侧和伸缩4种常见的对称特征。
经济地理学要点区位:主要指某事物占有的场所,但也含有位置,布局,分布,位置关系等方面的意义,区位是人类活动所占有的场所。
区位因子:是指影响区位主体分布的原因。
影响经济活动区位的要素:①土地②原材料③能源④资本⑤劳动力杜能农业区位理论背景:寻求企业型农业时代的合理农业生产方式目的:农业生产方式的地域配置原则杜能圈:以城市为中心,从里到外依次为1 自由式农业圈,为距离城市最近的农业地带,主要种植或生产易腐难运的作物或产品。
本圈大小由城市人口规模所决定。
2 林业圈,生产供给城市用的薪材,建筑用材,木炭等,由于重量和体积均较大,从经济性角度考虑必须在城市近处种植。
3 轮作式农业圈,没有休闲地,在所有耕地上种植农作物,以谷类(麦类)和饲料作物(马铃薯、豌豆等)的轮作为主要特色,杜能提出六区轮作;4 谷草式农业圈,为谷物,牧草休耕轮作地带,同第三圈不同的是总有一区为休闲地。
5 三圃式农业圈,此圈是距离城市最远,也是最粗放的谷作农业圈,分为三区轮作即三圃式轮作制度。
6 畜牧业圈,此圈是杜能圈的最外圈,生产谷麦作物仅用于自给,而生产牧草用于养畜,以畜产品供应城市市场。
集聚因子:促使企业为降低生产或销售成本而集中在特定场所的银子(如企业协作,相关设施共享等)分散因子:促使企业为避免集中而带来的不利而分散布局的因子(地价上升,交通拥挤等)韦伯工业区位理论的三阶段:第一阶段:运费指向论,假定不存在运费以外的成本区域差异影响工业区位的因子只有运费一个,由运费指向形成地理空间中的基本工业区位格局第二阶段:运费指向基础上的劳动力成本指向论第三阶段:运费指向和劳动力指向基础上的集聚指向论廖什市场区位论的假设条件:第一在均质的平原上,沿任何方向运输条件都相同,进行生产必要的原料充足且均等分布。
第二在平原中均等地分布着农业人口,最初他们的生产是自给自足,且消费者的行为相同。
第三在整个平原中居民都具有相同的技术知识,所有的居民都可能得到生产机会。
第二章经济活动区位及影响因素分析区位是人类活动所占有的场所。
区位理论是关于区位即人类活动所占有场所的理论。
区位条件是区位所特有的属性或性质。
工业区位条件:劳动力、资本、原料、能源、运输、市场等农业区位条件:光热与温度、土壤条件、劳动力条件、交通及市场条件。
区位因子是指影响区位主体分部的原因。
1、土地对经济活动区位的影响:土地作为生产要素之一,主要通过自身特性及其所处经济区位对经济活动发生影响的。
土地自身特征主要表现为自然特性;土地作为两种基本方式参与经济活动,一种是作为劳动对象,另一种是作为作业的空间或活动场所。
因此在城市内部,由于不同土地利用方式所能提供的地租存在差异,城市土地利用将形成较为显著的圈层分化。
2、原材料的影响:原材料因子主要通过原材料的可运性、运费大小、可替代性、自身价值及其在产品成本中的构成状况对经济活动区位施加影响。
3、能源的影响:由于能源在各地的分布及运输条件差异很大,其生产成本的差异非常明显。
这不仅带来了能源供应价格的地域差异,还进一步造成了大耗能经济活动的区域差异。
4、资本的影响:地区资本的差异会直接影响到企业的区位选择,从而形成企业及其产业区域分布的差异。
5、劳动力的影响:劳动力的质和量导致的劳动成本在空间上的差异不仅成为企业选择经济区位的考虑要素,也成为劳动力移动的主要动因。
6、技术与知识的影响:新技术方法、技术手段以及新生产工具、新管理方式等的出现,一方面可以是新的经济活动成为可能,另一方面可以改变经济活动中的生产要素结合,因此具有改变区位选择成本或效率的可能性。
交通运输对区位选择的影响:1、运费成本2、交通便利程度第三章农业与工业区位理论第一节杜能农业区位理论一、杜能农业区位理论的背景与目的(一)背景:寻求企业型农业时代的合理农业生产方式(二)目的:探索农业生产方式的地域配置原则(三)农业生产方式的空间配置原理杜能圈:第一圈——自由式农业圈。
为距离城市最近的农业地带,主要种植或生产易腐难运的作物或产品。
1172023.08 / Urban and Rural Planning and Design 城乡规划·设计新时代背景下,不同城市的发展水平不同,人才流通速度加快,受交通发达程度变化、GDP 增长变化的影响,人才的分布也发生着变化[1]。
把握好地理分布格局,推动不同区域发展,能令城市的建设更加合理,居民的生活更加幸福。
目前,对城市布局发展的分析方法,包括生态、GIS 大数据、空间模型等多个视角[2-4]。
地理学对称原理是克里斯泰勒(Chris taller)在1966年对德国南部中心地进行研究时首次提出的[5]。
而我国学者叶大年,在2011年首次提出地理学的五条对称原理[6]:地质的对称决定自然地理的对称;自然地理的对称决定经济地理的对称;气候条件改变自然地理的对称;人类重大政治经济活动会影响地理对称性;对称或者对称的经济地理格局是一种合理的格局。
开创了中国城市化分布与地质地理特征关系研究之先河。
济南市位于中国东部,华北平原以南,北纬36°40′,东经117°00′。
作为从二线城市刚刚跃入一线城市的城市之一,济南市近年来发展步伐加快,一系列城市建设相关政策正在着手进行(见表1),而在全面推进建设过程中易出现局部区域发展不平衡等问题,因此对济南市的区域布局发展进行研究有着重要意义。
本研究基于地理对称原理,结合济南市的地理位置、经济发展和区域人口差异等因素,对济南市区域布局发展现状做出总结,并对济南市未来城市发展提出合理化的建议。
1济南市地理环境对称性济南市地形地貌呈东西对称的形式。
除黄河以北几乎为平原外,南部被大面积山林所覆盖,植被覆盖率极高。
钢城区与平阴县对称呼应,分别坐落在济南的摘要 关于区域布局发展的研究一直是区域规划的重要步骤。
研究基于叶大年提出的地理对称原理,从地理位置、经济发展和人口流动等多个要素角度,对济南市的区域布局发展进行分析,展现了济南市现阶段的布局与发展状况,实现了对济南市区域布局成因的探索。
地理科学专业经济地理学复习资料第一章绪论第二节经济地理学研究对象与学科体系p71. 苏联学者两种不同观点。
〔1〕区域学派。
该派认为经济地理学研究地域消费综合体或经济区。
研究它的形成过程、功能、内部构造、空间形成、内外经济联络、进一步开展的途径和地理配置规律。
〔2〕部门统计学派。
认为经济地理学研究消费力和消费关系相统一的消费配置,着重研究其规律。
1973年萨乌金认为,经济地理学是研究社会消费过程中形成的地域系统,包括消费力的地域系统、社会开展过程中形成的社会、经济地域系统。
1976年全苏地理学会指出:经济地理学是一门研究国民经济和整个社会地域组织的方法论原理的科学。
它的主要任务是:①研究各经济部门的开展和配置,②地域消费综合体的形成,③经济区划以及自然条件和资源评价的理论和理论问题。
2. 课本观点:①经济活动的内容;②经济活动区位;③经济活动空间组织;④经济活动与地理环境的关系。
3. 学科体系:所谓学科体系是指医学科内部的分支系统。
经济地理学有自身的学科体系。
经济地理学包括:〔1〕通论经济地理学;〔2〕区域经济地理学;〔3〕部门经济地理学:①农农业地理学、②工业地理学、③交通运输地理学、④商业地理学、⑤信息业地理学;〔4〕公司〔企业〕地理学。
第二章经济活动区位及影响因素分析第一节经济活动区位的根底概念p341. 区位:区位主要指某事物占有的场所,但也含有位置、布局、分布、位置关系等方面的意义。
2. 区位理论:区位理论是关于区位即人类活动所占有的场所的理论。
3. 区位因子:区位因子是指影响区位主体分布的原因。
最早提出区位因子的韦伯将其定义为经济活动发生在某特定地点而不发生在其他地点所获得的优势,即特定产品在某处消费比在其他场所产生的费用降低的可能性。
区位理论:〔1〕古典区位论和〔2〕现代区位论。
古典区位论包括①杜能农业区位论、②韦伯工业区位论。
第二节第三节要素投入和区域环境对经济活动区位的一般影响p38-p47第四节 交通对经济活动区位的一般影响 交通运输对区位选择的影响 p491. 运费本钱对区位选择的影响运费主要由线路运行费和站场费两大部分组成;线路运行费同运输间隔 相关,一般可以认为是运输间隔 的线性函数;而站场费那么一般同运输间隔 无关,仅同装卸、站场设施以及管理维护费有关。
1、区位:指某事物占有的场所,但也含有位置、布局、分布、位置关系等方面的意义。
2、区位条件:某个地点具有的属性或资质。
3、区位因子:经济活动发生在某特定地点而不是发生在其它地点所获得的优势。
4、原料指数:指需要运输的限地性原料总重量和制成品总重量之比,即:原料指数=限地性原料总重量/制成品总重量。
5、门槛人口:是指某种中心职能在中心地布局能够得到正常利润的最低限度的人口,也就是说某中心职能在中心地布局成立的最低限度人口。
6、产业集群形成的三个前提:①、供给条件②、需求条件③、社会文化与历史条件7、横向一体化:指企业现有生产活动的扩展并由此导致现有产品市场份额的扩大。
此类增长可以从三个方面进行:①、扩大原有产品生产和销售②、向与原有产业有关的功能或技术方面扩展③、向与上述两个方向有关的、向国际市场扩展或向新的客户类别扩展。
8、纵向一体化:指企业向原生产活动的上游和下游生产阶段扩展,包括后向一体化和前向一体化。
9、乘数效应:增长极的发展对周围地区的经济发展产生示范、组织、劳动作用。
从而加强与周围地区的经济联系。
10、中心地理论的主要内容:中心地的空间分布形态是受市场因素、交通因素和行政因素制约,形成不同的镶嵌六边形中心地系统空间分布形态。
11、区域经济协调发展:就是区域之间在经济交往上日趋密切,相互依赖日益加深,发展上关联互动,从而达到各区域的经济均持续发展的过程。
12、韦伯工业区位论的定义:在生产过程不同分割,消费地和同地原料产地都只有一个的前提下,以产生做小运费为目的的区位指向。
最小运费原理:①、仅以遍在原料为原料时,为消费地区位②、仅以向地原料且以纯原料为原料为自由区位③、仅以损重原料为原料时,为原料地区位。
韦伯区位论中,决定劳动力成本指向有两个条件:①基本特定工业性质的条件:通过劳动力成本指数和劳动那个系数来衡量②人口密度和运费等环境条件。
13、杜能农业区位论的形成机制:两种作物的分布圈的实际界定并不取决于其中任何作物的最大种植极限,而是取决于同一地点种植不同作物的比较利益大小。
13、读下面两幅图,比较它们的差别,并说出杜能圈的形成机制和现实局限性。
上面一幅图为杜能圈,下边一幅为逆杜能圈;形成机制:由市场点(运费为零)到耕作极限点的地租收入数值连接曲线被称为地租曲线。
每种作物都有一条地租曲线,其斜率大小有运费率决定,杜能对所有农业生产方式的土地利用进行计算,得出各种方式的地租曲线的高度以及斜率,由于农产品的生产活动以追求地租收入为最大的合理活动,因此,理性市场必然会选择地租收入最大的农作物进行生产,从而形成了农业土地利用的杜能圈结构。
现实局限性:首先某些自然条件的现实与理论差异很大,如河流干扰因素,谷物价格变动和土质存在差异时等等,另外杜能圈建立在商品农业的基础上,农场以追求最大地租收入为前提,而现实中,农业生产中相当大的部分并非商品性经营,而是自给经营这种自给型经营以产量为目标而并非利润,并且不强调单一品种专业化生产而强调多品种多样化生产。
另外,技术发展与交通手段的发达也使得杜能理论中起决定性作用的距离因素的制约趋于变小。
另外,现代城市周边土地利用方式的多样性也是造成杜能区位理论与现实存在较大偏离的重要因素。
在孤立国中,杜能只是考虑了农业的土地利用,而没有考虑到城市周围地区其他利用方式。
16、简述韦伯工业区位论的最小运费原理在生产过程不可分割,消费地和局地原料地只有一个1 )仅使用遍在原料时,为消费地区位;2 )仅使用纯原料时,为自由区位;3 )仅使用损重原料时,为原料地区位。
这里,可以用上述的原料指数以及区位重量来得出一般的区位法则:( 1 )原料指数(Mi )>1 (或区位重量>2 )时,工厂区位在原料地;( 2 )原料指数(Mi )<1 (或区位重量<2 )时,工厂区位在消费地;( 3 )原料指数(Mi )=1 (或区位重量=2 )时,工厂区位在原料地、消费地都可(自由区位)。
18 、评价韦伯工业区位理论的意义如同农业区位论鼻祖杜能一样,韦伯是第一个系统地建立了工业区位论体系的经济学者。
经济地理试题及答案经济地理:试题库:第七章一、选择题(掌握)1、下列选项属于区域经济结构范畴的有( ACD )A.产业结构B.空间结构C.要素结构D.技术结构2、克拉克产业分类又称为( C )A.产业功能分类B.四次产业分类C.三次产业分类 D 要素集约度产业分类4、高产业关联度是主导产业必须所具备的特征之一。
某产业的关联度可通过( BC )来判断。
A.输出率系数B. 感应度系数C. 影响力系数D.生产率系数5、下列关于霍夫曼定律的说法正确的是( AD )A.霍夫曼比例=消费资料工业的净产值/资本资料工业的净产值B.霍夫曼比例=资本资料工业的净产值/消费资料工业的净产值C.其核心思想是在工业化进程中,霍夫曼比例呈上升趋势D.其核心思想是在工业化进程中,霍夫曼比例呈下降趋势6、影响区域空间结构形成和发展的机制中,( B )是最基本的力量。
A.集聚机制B. 区位指向C. 空间近邻效应D.扩散机制7、衡量一个区域城市化水平或程度的指标有(CD )A.经济指标B.环境指标C.人口指标D.用地指标8、技术创新对区域结构变迁的作用机制表现为( ABCD )A.引起产品、产业的更替B.引导、改变消费需求C.引发、促进制度创新D.增加了区域的经济竞争力二.判断题(掌握)1.所谓支柱产业是指在区域经济增长中起组织和带动作用的产业(F)2. 采矿业属于劳动密集型产业。
(F)3. 经济地域综合体理论基本是在计划经济体制下构建起来的,因此在市场经济体制下,该理论已不具备什么意义.(F)三、名词解释(掌握)区域产业结构:区域产业结构就是指区域经济中各类产业之间的内在联系和比例关系。
主导产业:所谓主导产业是指在区域经济增长中起组织和带动作用的产业。
支柱产业:是指在区域经济增长中对总量扩张影响大或所占比重高的产业。
潜导产业:潜导产业是指当前规模较小,对区域经济增长影响有限,但是代表了未来产业进步的方向,发展潜力大,前景广阔的产业。
城市的对称分布
作者:叶大年
来源:《科学中国人》2012年第06期
专家简介:
叶大年,中国科学院院士,中国科学院地质与地球物理研究所学位委员会主任。
1939年生于香港,1962年北京地质学院岩石和矿物专业本科毕业,同年考入中国科学院地质研究所当研究生,师从何作霖院士攻读晶体结构分析,1966年毕业留所工作,1978年晋升副研究员,1985年晋升研究员。
研究领域:结构光性矿物学、矿物晶体化学、矿物材料科学、X-射线结构分析以及经济地理。
有专著《结构光性矿物学》、《X-射线粉末法及其在岩石学中应用》、《地理与对称》和《城市对称分布与中国城市化趋势》,主编《岩矿实验室工作方法》、《铸石》和《铸石学研究》。
发表相关论文170余篇。
前言:我当过20年的全国政协委员,而且其中十五年是全国政协常委,参政和议政是我的职责。
一次全国政协大会上,一位委员观点鲜明地指出,民工潮是一场伟大变革的开始,中国城市化是中华民族振兴的必由之路,民工潮不是“盲流”。
他的发言如雷贯耳,引起我极大的震动,我作为一个地球科学家应该为中国的城市化献策建言,这就是我研究城市分布的初衷。
中国的城市化实质上就是十几亿人在960万平方公里的陆地国土上如何合理地再分布的问题,要搞清楚将来人口如何分布,势必要研究当今城市的分布规律和历史上城市的分布规律,如何入手呢?不言而喻,从地图入手。
为了研究城市分布规律,我日以继夜地分析研究地图十多年,终于发现城市的分布服从对称的规律,出版了专著《城市对称分布与中国城市化趋势》(安徽教育出版社2011年)。
我读小学时就喜欢上地理课,特别是老师告诉我们,湖南和江西十分相似,洞庭湖和鄱阳湖,湘、资、沅、澧和修、赣、信、鄱,这个结论我记住了一辈子。
中学时,我喜爱地理课到了无以复加的程度,节约零花钱买道林纸和水彩自己画地图,虽然如此,但是报考大学,我并没有选择地理专业,而是选择了地质学。
1958年上了北京地质学院(今中国地质大学),立志要为中国的地质事业做出贡献,我如饥似渴地学习,入学没几天,就在学校附近的《五道口商场》的外文书店买了一本俄文的小册子《地球》,借助字典阅读了一遍,其中得知德国气象学家魏格纳根据巴西的海岸线和西非的海岸线有相同的形状而提出“大陆漂移”学说。
我深深地感叹,我要赶上那个时代该多好啊,从地图上“一眼就能看出大名堂”来。
感叹之余,我坚信地图一定还有奥秘等待人们去揭示,我一定要从地图中发现点什么,尽管我的专业方向是矿物学,和地图的关系不大,但是要从地图中发现奥秘的决心始终没有泯灭,期待着机会的到来,我足足等待了四十多年。
在决定要研究城市分布规律之前的许多年,我已经注意到地质学和地理学中的对称现象,如前面说过的湖南和江西的地理环境和城市分布呈现轴对称,河北省的张家口和承德在地质学
上是平移对称的。
在对比美国的西部开发和中国西部开发有何不同时,我已经注意到,美国东西两面滨临海洋是对称的;而中国的东西部的环境大为不同,东面滨临大洋而西面是封闭的大陆,是不对称(或反对称)的。
研究经济地理的对称性,从何处入手呢,经济非常复杂,这时我想到的是,城市是经济的主要载体,人口数量是城市最主要的特征,按人口数量城市分等级,不同等级的城市在地图上被表示不同的点子(圈圈),地图上密密麻麻的不同图例的圈圈实际上就是出图时该地区城市化的现状。
其实这是众所周知的道理,如何看地图就是学问了,有精确地图以来,少说也由几千万人常常看地图,都没有发现城市分布有规律性。
我是研究矿物晶体结构的,我就联想到晶体的X-射线相片,外行人看是一片密密麻麻的、大小不同的、黑度不等的点子,但是结晶学家就能看出名堂来,发现晶体结构的对称性,从而计算出晶体内部原子排列形式。
我从河南东部平原地区的城市分布入手,把城市的位置示意图简化为四方格子(见图1),我立即就想到它很像晶体的倒易晶格像,换句话说,实际的地图就如同变形的单晶X-射线相片,如魏森堡像,它反映出晶体结构有格子状的对称性。
我脑子里就产生了城市分布有对称性的大胆假设,剩下的就是小心求证了。
结晶学家关于对称是一整套系统的概念,显然这些概念不能照搬到地图上,应该拓展结晶学中对称的概念,上个世纪苏联科学家有多次对称概念的拓展,如舒布利科夫的反对称和色对称、纳里夫金的曲线对称、米赫也夫的斜对称。
我再添加一个拓扑对称构成广义对称。
用广义对称的概念去审视地图,不难揭示出城市分布的对称性,它包括城市沿着公路、铁路、江河近似等距离分布,即平移对称;一个区域内城市呈现格子状分布(二维平移对称),某些区域城市可能有中心对称和(或)轴对称;围绕中心城市,城市同心圆(靶形)分布,即旋转对称。
结晶学上的某些概念,如对称操作、对称要素组合、等效点、位错和消光也都可以借鉴。
正如结晶学家可以解译出一张张单晶X-射线相片的对称性一样,我解译了中国所有省区城市的对称性,也解译了世界各个地区主要城市的对称性。
如图2是中国东部特大城市的格子状分布图,图3是南亚次大陆的特大城市的格子状分布图,图4是以郑州为中心的城市靶形分布图。
城市是分等级的,同一级城市分布有对称性,不同等级的城市分布有分形性(即缩放对称),大城市有大格子,中城市有中格子,小城市有小格子;大中小中心城市分别有大中小靶形分布圈。
城市分布的对称性和分形性是普遍的规律,在中国是如此,在世界其他地方也是如此。
我们整整用了16年的功夫去揭示这个规律。
安徽教育出版社2011年出版了我们的专著《城市对称分布与中国城市化趋势》。
结晶学中对称的基础是平移对称,即格子状对称,城市分布对称的基础也是格子状对称。
格子的方向取决于大地构造线的方向,主要是大断裂的方向,这个方向在自然地理上表现为山脉和河流的走向。
一个区域内主要的断裂方向是“共轭的X型”的两组,而断裂又有等间距性,因此断裂构造本身就构成格子。
构造格子决定了河流的具体走向,河流是城市的水源,这是城市分布为格子状的必要条件。
人们长期生产、生活、经济、文化、政治乃至军事活动中需要交流,过剩的生产力(第二、第三产业)就会集中,逐渐发展成为城市。
古代的驿站就是城市最早的雏形。
人们生活的节律,如晚上睡觉、白天活动、一日三餐等等,就决定了驿站的等间距性,如此等等就决定了城市有等间距性。
我们在叙述一个区域城市对称的时候,首先是找出决定城市格子走向的地质和地理的控制方向。
在我们的书里叙述最详细的是湖南和江西,不仅仅
论述两省的地质地理对称条件,而且从两千多年的历史演变中分析城市的形成和经济的对称性。
湖南和江西两省的地质、自然地理、经济地理、城市分布具有“天衣无缝”的轴对称性(见图5),任何人看了此图都不会怀疑这个对称轴的存在。
在结晶学里,一个阳离子周围最近邻的阴离子的数目叫做配位数,一个城市周围与它属于同一等级的城市数目,我们称之为城市的配位数,我用简单的数学方法证明,当一个区域内的城市足够多时,城市的平均配位数必然等于6,这就是配位数定律。
从配位数出发,不难理解,同样等级的城市必然构成三角形的网络。
图6是江苏省县市的网络图,它理想化后就成了“跳棋盘”式的六方对称格子,这就是城市靶形分布的直观证明。
城市的靶形分布是对称性的“亮点”,我们将靶形分布区分为“莫斯科型”和“郑州型”两种类型,“莫斯科型”的靶形分布,其靶心城市形成先于靶圈城市;“郑州型”的靶形分布,靶心城市晚于靶圈城市。
莫斯科型的靶形分布,说明城市分布的历史,而郑州型的靶形分布则预示着城市分布的未来。
也就是说,在大城市网络的“空洞”中会诞生新的大城市。
我们就利用郑州型的实例,预测贵州的六盘水、湖南的怀化、江西的赣州、安徽的阜阳、内蒙的通辽和赤峰等等有可能在30年内发展到30-50万人口的大城市,甚至人口过百万。
同样的道理,我预测许多中等城市会发展起来,例如河南的栾川、广西的来宾、黑龙江的方正等等。