自然地理学中的尺度问题

第27卷第10期2007年10月生态学报ACT A ECOLOGI CA SI N I CA Vol .27,No .10Oct .,2007基金项目:国家自然科学基金资助项目(30500076);国家自然科学基金国际(地区)合作交流资助项目(30710069);国家杰出青年科学基金资助项目(30225012);中国科学院知识创新工程重要方向资助项目(KZCX32S W 2218)收稿日期:2006209204;修订日期:2007202211作者简介:张娜(1973～),女,新疆伊犁人,博士,副教授.主要从事景观生态学、全球变化和定量遥感应用研究.E 2mail:zhangna@gucas .ac .cn Founda ti on ite m :The p r oject was financially supported by the Nati onal Natural Science Foundati on of China (No .30500076);the Nati onal Natural Science Foundati on of China f orMaj or I nternati onal (Regi onal )Joint Research Pr oject (No .30710069);the Nati onal Science Fund f or D istinguished Young Scholars (Grant No .30225012)and the Knowledge I nnovati on Pr ogra m s of Chinese Acade my of Sciences (No .KZCX32S W 2218)Rece i ved da te:2006209204;Accepted da te:2007202211B i ography:ZHANG Na,Ph .D.,A ss ociate p r ofess or,mainly engaged in landscape ecol ogy,gl obal change and quantitative re mote sensing app licati on .E 2mail:zhangna@gucas .ac .cn生态学中的尺度问题———尺度上推张　娜(中国科学院研究生院资源与环境学院,北京　100049)摘要:尺度推绎是生态学理论和应用的核心。

第25卷第2期（2020）Vol.25No.2（2020）收稿日期：2019-11-06基金项目：国家民委民族研究项目“民族地区草原景观多样性格局变化及其影响机制研究”（2019-GMD-034）.作者简介：张起鹏（1980—），男，山东烟台人，副教授.研究方向：生态地理学.论地理学的尺度与尺度效应张起鹏1，王倩1，张春花1，王文浩1，苏有文1，吕飞2（1.甘肃民族师范学院历史文化系，甘肃合作747000；2.济宁海达行知学校，山东济宁272100）摘要:从尺度划分、尺度转换以及尺度效应三方面入手,阐述了地理学中的尺度与尺度效应,并提出了地理学尺度研究中存在的问题.关键词：地理学的尺度;尺度转换;尺度效应中图分类号:G304文献标志码:A文章编号:1008-9020(2020)02-038-03地理学中的尺度问题,由于地理事物组成的特点,决定了尺度的复杂性和多样性.地表的空间异质性反映在尺度上的效应是地理学科研究的最核心内容,一般地,尺度越大,空间异质性越低.随着科学技术的不断发展,基于遥感数据获取、地理信息系统分析能力的增强,地理学研究的试验设计更趋缜密,这些方法的改进加深了人们对地理学尺度问题的认识,使人们越来越意识到尺度的重要性.地理学中研究的地表系统是由不同等级的地域单位构成的有规律的系统,系统内的单元具有复杂空间异质性和时空尺度性.地理现象和过程的时间和空间尺度是紧密相关的,一定空间尺度内的实体都有一定的形成演化过程,从而也就与一定的时间尺度相对应[1].因而,在地理学研究中,地理事物及其空间信息属性决定了尺度具有多维性;不同尺度的现象和过程之间相互联系、相互影响,表现出复杂性特征,这是地表自然界等级尺度复杂性的反映;尺度也具有变异性,事物的格局和过程在不同尺度上会表现出不同的特征,这种变异性增加了跨尺度预测的难度[2];在尺度域间的过渡带多会出现混沌、灾变或是其他难以预测的非线性变化[3],表现出了尺度的不确定性.由于客观事物和现象的多变性,使不同领域中事物的数据呈现不确定性,因而在研究时会使得事物和现象所存在的规律更加难以表达和认知.这种现象反映在地学研究不同领域中的各个尺度和尺度本身.等级理论是将复杂的地表系统概括为具有等级嵌套的有序系统,作为一种尺度转换的基本理论支撑,它将不同的有序系统过程纳入离散的时空尺度,解析不同尺度上的特征、功能及相互联系[3].地球表层系统的这种等级特性,无论在时空上还是事物结构与功能上,都与尺度密切相关,所以只有在相邻并且关联的尺度序列上对地表系统进行分析和研究,才能把握较为合理与全面的规律.实际研究中,由于我们科学认知的水平、财力、时间和精力等方面的限制,很多研究只能在离散或单一的尺度上进行[4,5].1尺度划分地理的空间具有庞大性、多维性和综合性的特点,使得对地理空间的认知具有很大的不确定性.明确理解地理学的地理空间的特性,将有利于地理学理论与方法的发展.地学上尺度是指自然过程或观测研究在时间、空间或时空域上的特征量度[5],是研究区域的空间扩展.尺度多是依据区域的角度、特征和属性出发,基于规划地域的整体性、系统性和连续性进行划分,本身具有很大的随机性与多变性.虽然地理学家已经认识到尺度对地理研究的重要意义,但如何选择合理的尺度对地理事物进行研究,还没有形成完整的理论和方法体系[1].R.Schulze [6]把地学中的尺度分为研究尺度或观测尺度、过程尺度以及操作尺度;李双成等[5]人将这几类尺度归并为本征尺度和非本征尺38第25卷第2期（2020）Vol.25No.2（2020）度.本征尺度可区分为时空尺度、组织尺度、功能尺度等;非本征尺度包括研究尺度和操作尺度.在实际研究中往往根据研究需要来界定尺度,如地域个体单位和类型:相、限区、地方、景观、州;自然地理区域:州、省、国;根据研究对象大小分:种群、群落、生态系统、景观…….在每个个体单位都有其显著的特征、差异性和相似性.这些尺度的划分指定了相关的主题对象,运行尺度由地学现象发生的空间范围决定.如:国具有比省更大的运行尺度,生态系统具有比群落更大的运行尺度等等.2尺度转换地理学中研究的事物格局、过程及耦合等特性都是在不同尺度下表现出的.在一个尺度域下对事物进行研究,因其格局和过程的相似性,往往事物特征的适合度也较高,而当涉及多个尺度域时,由于事物格局和过程在不同尺度上的差异,相关特性及规律的适合度必然受到影响.因此,研究对象涉及的尺度或尺度域越多,所得研究结果差异性就会越大.在某一特定层次尺度上的地理事物特性分析结果再好也不过是提供片面的、不完整的信息,只有在多个并且连续的尺度序列上对地理事物进行研究,才能更精确、更全面地把握其内在的规律.由于地表信息在时空上的演化和更替,在某一特定尺度上所了解的特性、原理或规律,在另一尺度上可能是适用的,但尺度上的差异性及占主导地位的格局和过程的变化,则很难适应多个尺度.地理学中多层次系统的事物格局与过程,在层次间相互关联与影响,在过程中相互耦合与反馈.在这期间,许多过程是随机的、混沌的过程[6].事物的格局和过程存在于不同的尺度,地理事物的分类单元或对象也从属于不同的尺度空间或组织形式.只有不同尺度上的过程与机理一致或相似时才可将一个尺度上的结论转换到另一个尺度上[4].在研究中,没有必要、也不现实将所有尺度的数据收集齐全,然后再对研究对象进行分析,当然,实际操作起来用于分析的数据往往是单一尺度的,而复合尺度的研究就必然涉及到尺度转换问题.对于地理学的研究来说,应该选择与自然现象发生范围或规模相当的观测尺度.如果观测尺度与实际研究的尺度相差甚远,研究结果的精确度往往得不到保证.尺度的选择还应尽可能是区域的实体单位相一致并应尽量地与可操作性兼容.尺度转换主要包括尺度上推和尺度下推,所谓尺度上推就是将较小尺度上的数据信息以及规律扩展到较大尺度的过程,与此相反,尺度下推是将较大尺度上的数据信息以及规律简缩至较小尺度上的过程.在具体研究中尺度转换的结果并不完善,往往会出现各种各样的问题和错误,这主要是由于局部信息代替不了整个区域的信息或大尺度信息消除了小尺度上详细的信息.有研究给出了尺度转换结果可行的参考标准[6].在地理学的空间分析研究中,尺度转换方法主要有图示法、半变异函数法、分形法、回归分析法、小波分析法、自相关分析法等[1].3尺度效应对事物选取不同的观测和分析尺度将检测到不同的现象,此即尺度效应[1,7].若要正确理解格局与过程的关系就必须认识到其依赖于尺度的特点[8].尺度效应普遍存在于地理尺度转换过程中.不同的尺度转换,其得出的结论和规律会有所不同,通过地理学格局与过程的尺度效应分析,可以揭示地理格局、过程与尺度效应相互作用的机制,掌握事物或对象随尺度变化的规律.地理尺度分析一般是将某一尺度的格局经过组合而在另一尺度上形成空间格局的过程,与之相伴的是细节和整体性的差异.尺度效应表现出与所选尺度相对应的格局变化.不同的尺度事物在变化过程中表现出不同的特性,事物可以在自身条件下进行转化,也可以在外界干扰的情况下进行转化,在一定尺度上这种转化可能较为明显,在另一尺度上可能表现的较为迟钝,如何明确地认识事物的转化,尺度效应表现出的问题是最有说服力的.在科学研究中外界干扰与土地利用变化关系[9]和物种多样性的尺度效应[10]等研究明确地表明了这一点.4存在的问题尺度是个含义很广的概念,在地理学的相关研究中,依据不同的地理分支学科特点,尺度都有一定的界定,而在研究中往往会出现以下几个问题: (1)尺度选择的不合理性.选择尺度过大,重要细节会被遗漏,选择尺度过小,研究对象的整体性规律可能会很差.合理的尺度选择往往能更全面地揭示研究对象的科学本质.(2)无根据的尺度转换.在实际研究中,想当然张起鹏等：论地理学的尺度与尺度效应39第25卷第2期（2020）Vol.25No.2（2020）地进行尺度的转换而不考虑其科学性往往得出片面或错误的结果.利用特定尺度的参数未经处理和变换便推绎到其他尺度上,所得的结论未必有价值.利用不能进行尺度转换的数据,并无视尺度转换的限制进行科学研究,往往会误入歧途.(3)尺度转换技术利用不当.技术进步为尺度科学发展提供了条件,遥感技术的迅速发展,为解决地表系统的问题提供了海量的数据.不同区域,不同分辨率的数据为解决各种尺度上的问题提供了可能性,但在研究中忽略尺度的转换技术或者利用不当的行为会得出错误的研究结论.5结束语随着社会的发展,研究方法的更新,越来越多的地理学者注意到尺度和尺度效应在地学研究领域的重要性.大量研究表明,尺度及其效应研究是解决跨学科研究困境的一个途径,通过尺度研究能够将研究成果得以拓展和延伸,更能获得事物的发展规律.地理研究涉及的事物格局与过程特性都是以尺度为依据的,所涉及的其他分支学科因采用的时间和空间尺度范围不同,在成果的表述和理解时亦有所不同,特别是涉及交叉学科或者跨学科日益强化的情形下,如何灵活利用尺度及尺度所反映出的效应规律,是综合集成多学科的一条重要途径.当然,尺度及尺度效应问题研究还需要通过不断交流和探索并进行理论与技术的创新得到进一步发展.参考文献院[1]吕一河,傅伯杰.生态学中的尺度及尺度转换方法[J].生态学报,2001,21(12):2096-2105.[2]刘纪根,蔡强国,樊良新,等.流域侵蚀产沙模拟研究中的尺度转换方法[J].泥沙研究,2004,(3):69-74.[3]邬建国.景观生态学———格局、过程、尺度与等级[M].北京:高等教育出版社,2007:17-18.[4]赵文武,傅伯杰,陈利顶.尺度推绎研究中的几点基本问题[J].地球科学进展,2002,17(6):905-911.[5]李双成,蔡运龙.地理尺度转换若干问题的初步探讨[J].地理研究,2005,24(1):11-18.[6]Schulze R.Transcending Scales of Space andTime in Impact Studies of Climate and Climate Change on Agrohydrological Responses[J].Agriculture ,Ecosys 鄄tems and Environment ,2001,82:185-212.[7]张娜.生态学中的尺度问题:内涵与分析方法[J].生态学报,2006,26(7):2340-2355.[8]邬建国.生态学范式变迁综论[J].生态学报,1996,16(5):449-460.[9]邓祥征,战金艳.中国北方农牧交错带土地利用变化驱动力的尺度效应分析[J].地理与地理信息科学,2004,20(3):64-68.[10]彭羽,卿凤婷,米凯,等.生物多样性不同层次尺度效应及其耦合关系研究进展[J].生态学报,2015,35(2):577-583.On the Scale and Scale Effect of GeographyZHANG Qi-peng 1,WANG Qian 1,ZHANG Chun-hua 1,WANG Wen-hao 1,SU You-wen 1,LV Fei 2(1.Department of History and Culture,Gansu Normal University for Nationalities,Hezuo Gansu 747000;2.Jining Haida Xingzhi School,Jining Shandong272100)Abstract:In this study,we expounded the scale and scale effects in geography from the three aspects of scale division,scaleconversion and scale effect,and put forward the problems existing in the study of geography scale.Key words:the scale in geography;scale transformation;scale effect责任编辑：赵云40。

对尺度和尺度转换的理解-文档对尺度和尺度转换的理解1.前言：由于地理空间非常复杂，人们不可能观察到现实地理世界的所有细节，因此地理信息对地表的描述总是近似的，而这个近似的程度如何则反映了对地理现象及过程的抽象的程度或者抽象尺度。

因此尺度是所有地理信息的基本、重要特征，不同的尺度所表达的信息是有很大差异的。

尺度问题已经被UCGIS列在地理信息科学未来研究的十大优先领域。

Haggett也指出地理学研究中必须解决与尺度相关的三个问题，即：尺度覆盖，尺度关联以及尺度标准。

很多学者在多个研究领域对尺度问题进行了研究[1-12]，如遥感科学，地图学，空间统计学，生态学，地理信息科学等。

基于此，对尺度和尺度转换概念的正确理解是至关重要和迫切的。

2.尺度与尺度转换2.1 尺度的概念尺度是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位，又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。

即尺度通常有时间和空间两方面的含义，同时尺度往往以粒度和幅度来表达。

空间粒度指最小可辨识单元所代表的特征长度、面积或体积(如像元)；时间粒度指某一现象或事件发生的(或取样的)频率和时间间隔。

幅度是指研究对象在空间或时间上的持续范围或长度。

具体来说，所研究对象的范围决定该研究的空间幅度；而研究项目持续多久，则确定其时间幅度[24]。

Thompson早在1917年就指出，“尺度的影响，不仅仅是尺度本身，而是与其周围的环境紧密联系”。

尺度一词的含义比较复杂，在不同学科领域，同一术语如Scale 表达了不同的含义如表1所示：表1 尺度在不同学科下的概念[15]术语含义使用领域尺度指的是一个事物或过程经历时间的长短或在空间上涵盖范围的大小广泛应用绝对尺度实际的距离、方向、形状和几何特征等相对尺度利用相对的距离、方向、形状和几何特性以及特定的函数关系表达绝对尺度制图比例尺地图距离和地球表面实际距离的比率地图学分辨率测量的精确程度、空间采样单元的大小遥感粒径给定数据的最大分辨率景观生态学范围研究区域的大小或考虑的时间范围支集度量或定义（属性）值的空间地统计学步长相邻现象、采样或分析单元间隔的度量空间分析生态学2.2尺度转换的概念尺度转换是利用某一尺度上所获得的信息和知识来推测其他尺度上的现象，既可以是向上尺度转换，也可以是向下尺度转换。

对尺度及尺度转换的理解-2019年文档资料对尺度及尺度转换的理解0 引言尺度问题在地理学、生态学和水文科学等众多领域都具有非常重要的地位。

近年来，随着对地观测技术和地理信息科学的飞速发展，解决地理数据的尺度转换问题成为目前地理信息科学及相关研究中的热点和难点问题之一。

在地理信息科学相关领域中，地图学和遥感科学研究人员从尺度概念的理解到尺度转换的理论和方法都做了大量的研究，对解决地理数据空间特征的尺度转换做出了重要的贡献。

本文的主要目的在于介绍尺度及尺度转换概念的同时，重点对遥感领域上的尺度转换理论与方法进行探索，望能为今后的相关研究提供一些参考和价值。

1尺度及尺度转换1.1尺度尺度是指在研究某一物体或现象时所采用的空间或时间单位，又可指某一现象或过程在空间和时间上所涉及到的范围和发生的频率。

简单地说，尺度就是客体在其“容器”中规模相对大小的描述[1-2]。

尺度是一个使用非常广泛的术语，不同的应用领域有着不同的诠释。

Lam 和Quattrochi定义了4种与空间现象有关的尺度[3]：制图尺度，亦称地图比例尺；地理尺度，也称观测尺度，是研究区域的空间扩展，较大范围的研究区域具有较大的地理尺度；运行尺度，指地学现象发生的空间范围，有所研究的地理现象本质决定；测量尺度（也就是分辨率），空间数据集中最小的可分辨单元，越细的分辨单元，其分辨率越高，所具有的尺度也越小。

1.2尺度转换尺度转换也称尺度推绎，就是将一种尺度上得到的数据的结论（信息）或过程推演、归算到另外一个尺度上。

一般情况下，在一个尺度上的结论或过程只适用于这个尺度，而不大可能适用于其它尺度。

一般来说，大尺度下的过程或现象频率低且速度慢，表现出整体的性质和规律，而小尺度下的过程或现象频率高且速度快，其结论多时局部行为的体现，不同尺度下行为的驱动力或机理可能完全不同。

很多情况下，没有可能或没有必要将所有尺度的数据收集齐全，用于分析的数据往往是单一尺度的，要想了解另外一个尺度的结果就必须进行尺度转换。

空间尺度基础性问题研究——总结尺度是地理空间分析的⼀个基本⼯具,也是空间数据的⼀个主要属性,是空间分析和管理的主要因素之⼀。

尺度⼏乎影响着GIS应⽤每个⽅⾯的:尺度认知问题,空间数据的优化表达、综合和信息交流。

尺度问题可以分为4类:①尺度的基本定义;②尺度的效⽤;③尺度和空间分析集成的⽅法;④尺度的空间认知。

⼀空间尺度的研究意义1)完善地理信息科学理论。

许多尺度问题都包含着⼈的认知,空间尺度是整个地理信息科学中不可或缺的内容,缺少对空间尺度理论的深刻研究,就不能更好地认识地理空间,不能准确地对地理空间(⽬标、现象或过程)进⾏描述。

2)空间数据挖掘的需要。

空间粒度和空间尺度是空间数据挖掘和知识发现的⼀对孪⽣指标。

减少粒度,增加⼴度,空间数据粗略概括,综合程度提⾼,对空间⽬标的表达趋于概括、宏观,空间异质性降低,空间模式成型;增⼤粒度,减少⼴度,空间数据具体化,对空间⽬标的表达趋于精细、微观,空间异质性增加,空间模式多样性。

3)地理信息共享的需要。

更⾼级的地理信息共享⽅法必将尺度的知识整合到元数据中。

4)发展多尺度GIS软件的需要。

GIS软件的核⼼是空间数据库的管理,设计和发展多尺度空间数据库,来有效地存储多尺度数据,执⾏多尺度分析和尺度智能变化,是GIS软件适应数据更新和⾃动处理的迫切要求。

⼆空间尺度的内涵分析尺度是地理空间和地理⽬标的本质特性,但不同的学科对尺度的定义不同,其定义取决于尺度使⽤的环境和条件。

尺度通常可分为两类:与⽬标有关的尺度和描绘事务过程或属性的尺度。

在地理景观的时空模型下,尺度的定义和过程、观测精度有很⼤关系,其中要区分三种尺度相关的术语:①空间现象和空间过程,如植被覆盖;②对空间现象研究时的数据抽样最⼩单位——分辨率、粒度;③对数据的分析、概括和推理。

空间数据的尺度特征有着不同的内涵——尺⼨、图形、间隔、⼴度等。

在地图学中,尺度就是⽐例尺,是实地距离和图上距离的⽐率。

通常,尺度可分为绝对尺度、相对尺度、精度、粒度以及细节等。

地球物理学研究中的尺度效应地球物理学是研究地球内、外部物理现象及其规律的学科，它涉及的尺度范围非常广泛，从微观的原子尺度到宏观的地球尺度都有所涉及。

在地球物理学研究中，尺度效应是一个十分重要的概念，它揭示了不同尺度下地球物理现象的差异和特征。

本文将从地震、地磁、地电和地热等方面介绍地球物理学研究中的尺度效应。

地震是地球物理学研究的重要课题之一。

地震的尺度效应表现在不同尺度下地震发生的频率、能量释放和震源特征等方面。

在小尺度下，地震活动呈现出随机性和不规则性，小震频繁发生，能量释放较小；而在大尺度下，地震活动则呈现出周期性和规律性，大震发生较少，但能量释放巨大。

此外，在不同尺度下，地震震源的特征也有所差异，小尺度下震源多为断层面的局部滑动，而大尺度下震源多为断层面的整体滑动。

地磁是地球物理学中的另一个重要研究对象。

地磁场的尺度效应表现在地磁场强度和方向的变化上。

在小尺度下，地磁场呈现出强度剧烈变化和方向随机分布的特点，这主要受到地壳中短期地磁活动和地磁异常的影响；而在大尺度下，地磁场则呈现出强度变化平缓和方向一致的特征，这受到地球内部长期地磁活动和地磁流体运动的影响。

地电是地球物理学中的另一个重要研究内容。

地电场的尺度效应主要表现为观测到的地电场强度和频率的变化。

在小尺度下，地电场呈现出强度较大和频率较高的特点，这主要受到地壳中地下水流动和地下岩石的电导率变化的影响；而在大尺度下，地电场则呈现出强度较小和频率较低的特征，这受到地球内部地幔电流和电离层活动的影响。

地热是地球物理学中的另一个重要研究领域。

地热的尺度效应主要表现在地温的分布和变化上。

在小尺度下，地温呈现出空间上的短期波动和季节性变化，这主要受到地壳中热流和地下水的影响；而在大尺度下，地温则呈现出空间上的长期趋势和年际变化，这受到地球内部热流和地球表面气候变化的影响。

地球物理学研究中的尺度效应在地震、地磁、地电和地热等方面都有所表现。

不同尺度下地球物理现象的差异和特征揭示了地球内、外部物理过程的复杂性和多样性。

如何进行地理数据的多尺度表示地理数据是指涉及到地理位置信息的数据。

在现代社会中，地理数据的应用范围越来越广泛，从导航系统到城市规划，从天气预报到自然灾害管理，都离不开地理数据的支持。

然而，地理数据的多尺度表示是一个不容忽视的挑战，尤其是在大规模的地理数据处理中。

本文将探讨如何进行地理数据的多尺度表示。

1. 引言地理数据的多尺度表示是指在不同尺度下对地理现象进行精细化的描述和表达。

地理现象往往具有不同的尺度特征，如城市可以从宏观的整体结构到微观的单个建筑物进行描述。

因此，地理数据的多尺度表示是为了更好地理解和利用地理信息。

下面将介绍一些常用的地理数据的多尺度表示方法。

2. 数据金字塔数据金字塔是一种用于表示地理数据的多尺度结构。

它将原始的高分辨率地理数据分解成不同尺度的层次结构。

常见的数据金字塔结构包括金字塔型和树型两种。

金字塔型数据金字塔将数据分解成多个固定尺度的层次，而树型数据金字塔则通过不断地进行细分和聚合来表示地理数据的多尺度。

3. 模糊集理论模糊集理论是一种能够处理模糊和不确定性信息的数学工具。

在地理数据的多尺度表示中，模糊集理论可以用来描述地理现象在不同尺度下的模糊性和不确定性。

通过应用模糊集理论，可以将地理现象的多尺度表示与真实世界相匹配，并且能够更好地处理地理数据的不完整性和不确定性问题。

4. 多尺度空间分析多尺度空间分析是一种用于分析和解释地理现象的方法。

它基于地理现象在不同尺度下呈现出的规律性和变化性。

通过多尺度空间分析，可以揭示地理现象的多尺度关联和尺度效应，并且能够更好地理解和解释地理现象的特征和演化过程。

5. 面向对象的地理数据多尺度表示面向对象的地理数据表示是一种将地理现象表示为对象和关系的方法。

通过面向对象的地理数据表示，可以将地理现象的多尺度特征进行高效、灵活和可扩展的描述。

这种方法通过将地理现象抽象为对象的属性和关系，能够更好地表示地理现象的层次结构和组成关系，并且能够更好地支持地理数据的多尺度分析和处理。

自然地理学学科现状及发展前景自然地理学是地理学的重要分支,对满足国家和社会需求具有不可替代的作用。

一、学科现状目前对资源环境问题的全球性关注和可持续发展面临的重大问题,对自然地理学提出了一系列需求。

国际上实施的重大科学研究计划如国际地圈生物圈计划、全球环境变化人文因素计划、世界气候研究计划、生物多样性计划等,包含着许多自然地理学的前沿研究领域。

我国各类科技计划也提出了一系列自然地理学的前沿研究议题。

归纳起来有以下几个方面:1、全球环境变化及其区域响应与适应当今瞩目的全球环境变化问题是与长期以来人类活动影响的缓慢累积过程有着密切的关系。

该领域的关键科学问题是:几十年至百年尺度的全球变化事件的发生规律和特征;全球变化的成因、人类活动的诱发机制及主导全球变化的相互作用的物理、化学和生物学过程;全球变化早期信号的捕捉、监测与预警;全球变化过程的建模、模拟与预测;重大全球变化事件的影响及后果;全球变化减缓、规避与适应对策。

2、陆地表层过程机理与格局研究强调不同空间尺度上多种自然过程的相互作用研究,以及自然过程和人文过程的相互作用研究,揭示陆地表层系统关键要素、过程的机制与演化规律,揭示区域可持续发展中人为作用与自然作用的关系。

该领域的关键科学问题是:关键要素变化过程与机制;关键要素相互作用与模拟;界面过程与物质迁移转化规律;地理系统中界面过程的综合研究;格局与过程的综合研究,包括结构、功能、动态、驱动力、过程、机制。

3、海洋资源、环境与生态系统研究与陆地表层系统一样,将海洋系统作为自然地理学的重要研究范畴,研究海洋系统的结构、功能及其资源效应。

该领域的关键科学问题是:海洋动力过程与环境变化;海洋生态系统与生物地球化学过程;海洋生态系统服务功能与生物多样性;陆-海相互作用及其环境效应;深海大洋环境与生态系统;极区环境变化与海-陆-气-冰相互作用。

4、自然资源和生态系统服务与人类福祉关系研究研究自然资源空间格局及变化过程,生态系统服务功能形成机制,自然资源与生态系统服务功能对区域社会经济发展的影响。