地理學研究范式思考范文

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《地理科學進展雜志》2015年第十二期

摘要：

地理學主要關注陸地表層自然和人文要素的空間分異規律研究，針對這一復雜系統的不同問題應該選擇不同的研究方式。本文在思考以往地理學研究方式的基礎上，將地理學研究范式概括為：地理經驗科學研究范式、地理實證科學研究范式、地理系統科學研究范式和地理大數據研究范式。對不同地理科學問題應選取不同的范式加以研究，對有些復雜科學問題應采用多種研究范式加以解決。

關鍵詞：

陸地表層系統；經驗科學范式；實證科學范式；系統科學范式；大數據范式

1引言

科學研究范式是開展科學研究、建立科學體系、運用科學思想的坐標、參照系與基本方式，是科學體系的基本模式、基本結構與基本功能。它是常規科學所賴以運作的理論基礎和實踐規范，是從事某一科學的研究群體所共同遵從的世界觀和行為方式。簡而言之，研究范式就是科學群體在開展特定的領域研究時所共同遵守的準則。學科是科學發展過程中不斷深化的產物，是人類知識體系中的基本單元。作為一個成熟的學科應具備明確的研究對象、基本的理論、技術和方法體系，地理研究范式則是地理學科與不同哲學思維所結合的產物。地理學是一門歷史悠久的學科，主要關注陸地表層環境要素多時空尺度分異規律；既關注自然要素也關注人文要素；既關注空間過程也關注時間過程；既關注局地尺度也關注全球尺度；既關注格局也關注過程和機制。由此不難看出，地理學是一門內容涉獵廣泛、問題類型多樣的學科。當今地理學處于多種研究范式并存的狀態，在實際研究工作中各自發揮著不可替代的作用。根據地理學的研究目的、理論假設和方法論特點，可將地理學研究范式劃為經驗科學范式、實證科學范式、系統科學范式和大數據研究范式。每一種研究范式都有各自的數據需求、分析原理、取得的成果和存在的不足。可綜合歸納出如下主要特點：

2地理經驗科學研究范式

“經驗”是在社會實踐中產生的、客觀事物在人們頭腦中的反映，是人類認識的開端。因此，基于經驗的認識是由表觀而直接的大量事實的積累而產生。因此，基于經驗認識總結的規律缺乏深層次的理論解釋。地理學作為一門古老的學科，可以追溯到酈道元《水經注》出品的年代。當時的地理學還不具備自然科學的實驗特征，以自然和人文現象記述、地方志等特有的文學、歷史形態而存在。作為對自然事物、人文現象的描述，通過大量事實的直觀感受、累積，總結形成對地理區域的認識。古往今來，這種思維方式一直存在著，而且在我們的現實生活中發揮著重要的作用。由于地理學的重要學科任務之一是刻畫地理空間的差異性，因此，基于經驗科學的地理研究范式具備獨特的研究特點。地理經驗科學研究范式的內在假設是地理空間絕對的差異性，這是地理分異的基礎，也是地理學科存在的必要條件；同時地理空間存在相對的近似性，這是地理分區的基礎，也為地理學科的存在提供了可能。多年來，基于經驗科學的地理學以刻畫區域要素和區域差異為目標，根據大量的自然和人文要素的空間特征，采用定性和定量相結合的方法，定義了地理區域劃分的指標體系。在實現上述目標時，基于經驗科學的地理學采用野外調查、實地測量、多比例尺制圖等方法，所使用的數據種類相對簡單，數量相對稀少。從中、宏觀尺度上分析了地理區域的時空差異，建立了地理地帶性規律和地理區劃的規則。考慮到現代地理學發展的需求，基于經驗科學的地理學在針對小尺度地理現象的描述與解釋方面存在相對的局限性。

3地理實證科學研究范式

“實證”是指通過實際親歷的證明，證據確鑿的驗證。實證研究是通過實驗觀測的數據和實際研究的手段來總結一般性結論，并要求這種結論在相同條件下具有可重復性。這是一種從個別到一般，歸納出事物本質屬性和發展規律的研究方法。地理客觀事實告訴我們，地理區域存在著絕對差異。一個區域的特征、狀態、過程和形成機制無法在另外一個區域得到完全的重復驗證，這給實證研究理論假設提出了嚴峻的挑戰。為了證明其存在，同時證明其存在的本質，實證科學的地理學目的是力求科學準確刻畫地理要素的空間格局與時空變化特征，并探求其動力學解釋。但由于自然地理要素和人文地理要素多種多樣，其格局、過程及變化機制的解釋具有多解性，因此實現其目的的難度非常之大，一般采用動力學和統計學相結合的方法加以解決。基于實證的地理學研究范式的理論假設為自然地理要素時空變化過程基本遵守物質能量守恒定律。在此基礎上，通過經典物理學的方法刻畫地理要素的演變。在刻畫人文要素時，其假設人文要素之間、人文要素與自然要素之間存在固有的本質聯系，并選擇恰當的統計學方法加以解決。地理實證科學研究范式特征為：通過實驗獲取相對準確的數據，利用其刻畫地理事實過程從而減少偏差；通過動力學、統計學的方法，構建邏輯科學、參數適合的模型，實現模擬結果的真實逼近；在此基礎上，實現中觀、宏觀尺度區域差異和區域聯系的本質解釋，進而理解地理要素時空演化的動力學驅動過程。

4地理系統科學研究范式

“系統”是由相互作用、相互依賴的若干組分結合而成的具有特定功能的有機整體。系統不僅是具有層次的有機整體，還是從屬于更大系統的組分。地理學關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，不同地理尺度的有機整體構成了陸地表層系統的層次結構。從系統的理念出發，研究陸地表層復雜系統的行為特征、演化規律、功能結構是基于系統科學的地理學研究范式的重要特點(李雙成,2013)。從這個意義出發，地理系統科學研究范式的主要目標是刻畫地理類型區和地域綜合體多要素協同演化規律。這一地理科學研究范式的科學假設為：共存于同一系統中的地理要素具有相互作用、相互依存、協同演化的特征。宏觀地理區域時空行為演化特征影響微觀區域變化進程；微觀區域的特征改變也會傳遞到宏觀區域。當變化積累到一定程度會改變陸地表層系統的整體行為，并導致其原有功能退化。地理系統科學研究范式在很大程度上改變了人們以往認識自然和社會地理現象的路徑，應用的實驗數據種類豐富，采用統計分析、動力分析、模型模擬、要素集成、層次集成等方法才能實現對系統的理解和認識。地理系統科學研究范式著重分析多尺度地理類型和地域綜合體的時空變化規律，并探討整體系統演化的驅動機制，理解系統多重臨界狀態的外在表現形式，以及陸地表層的組成、層次相互反饋的過程。只有對上述事實充分理解才能真正對陸地表層系統、人類賴以生存的環境采取真正有效的調控措施。如今，中國在不同區域面臨各種環境問題，要想真正、有效地加以治理，基于系統科學的地理學研究范式認識地表過程是解決問題的前提。誠然，地理系統科學研究范式很重要，但是方法、技術、理論尚不成熟，需要進行長期探索。

5地理大數據研究范式

“大數據”源于信息科學提出的概念，到目前為止尚無統一的定義。但是，從信息領域、商業領域和其他自然科學領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“：一種規模大到在獲取、存儲、管理、分析方面超出了傳統數據庫軟件工具能力范圍的數據集合，具有海量的數據規模、快捷的數據流轉、多樣的數據類型和價值密度低四大特征”。目前，大數據廣泛應用于商業管理、行業管理以及公共決策等方面。在科學研究中如何應用大數據解釋自然現象，發現自然規律則是一個全新問題。簡單利用“小數據”的思維模式應用到大數據研究中是對利用大數據的一種誤讀。從地理學的研究出發，傳統“小數據”的獲取是針對不同的地理事實設計的數據采集方法和技術，所獲取的數據對地理事實具有較強的指示意義。從數據本身的變化可以直接地理解地理事實的變化特征。大數據則不然，數據產生帶有“自發性”，并非針對理解地理事實而設計，數據本身與地理事實相去甚遠。大數據是公共財富，用好了事半功倍，用不好謬以千里。

當前，應充分利用大數據為地理學研究的深化和從地理學的視角解決社會需求問題都提供了一種新的思路和模式。在應用大數據研究中應注意兩個問題：首先是數據挖掘。數據挖掘的核心要義是通過數據分析產生知識，這與大數據的意義完全相同。只是從大數據中挖掘知識的難度更大，需要創建新方法、新技術以期從大數據中獲取更多有益的地理知識(楊振山等,2015)；其次是加強多尺度聚類分析。傳統聚類分析是根據數據的親疏關系聚類，以期獲取同一地理現象的空間認識。由于大數據與地理事實的內在聯系較“疏”，因此，在尋求地理相似性的同時，更應強調多源數據、空間關系的特征，力求分析結果更加貼近事實。從以上論述可知，大數據的地理學研究范式的主要目的是刻畫地理事件與地理要素的時空聯系，進而揭示其發生的本質。其理論假設是地理事件與遙相關的地理要素是有內在聯系的。在研究中應注意與信息科學、計算科學和地理科學方法的結合。對地理大數據科學范式的研究有望為短時間尺度地理事件發生的監測和預測提供有力的科學和技術支持。誠然，盡管大數據在地理學界“炒”的如火如荼，但是作為一個全新的科學范式，其本體特征尚未達成廣泛共識。從地理科學發展的歷史與現狀來看，地理經驗科學研究范式奠定了地理學的基本性質，形成了地理學的本源特征。地理實證科學研究范式是當今地理學研究的潮流，使地理格局、過程研究不斷深化，是地理學成就的標志。地理系統科學研究范式是前沿，是全面認識陸地表層系統行為，促使地理學從“好看”到“好用”的關鍵環節。地理大數據研究范式則是探索，有可能為地理學、尤其是人文地理學的定量研究提供全新的路徑。

由于人類對地球系統的研究還有許多未能觸及，針對不同的問題應采用不同的研究范式加以解決。在科學研究過程中不同的科學研究范式在相當長的時間內是共存并用。由于地球科學的復雜性，這一特征更加明顯。

作者：宋長青 單位：國家自然科學基金委員會