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地理信息科学研究方向精选(九篇)

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地理信息科学研究方向

第1篇:地理信息科学研究方向范文

【关键词】地理科学 网络化 信息化 现代化

20世纪,我国的地理学在科研方向取得了一些骄人的成绩,为我国的科学和教育以及经济建设做出了不小的贡献。然而在社会一日千里的发展下,给地理科学带来了危险与机遇,一方面地理学面临被解体或被覆盖的境地的严峻的挑战;另一方面,空间技术以及计算机技术等一些高新技术的出现和发展,对地理科学提供了新的机遇。本文,就地理科学的信息化与现代化方面展开进一步的探究。

一、关于地理科学的相关简介

(一)地理科学的概念。

“地理科学”这一概念,是由我国著名科学家钱学森在1986年提出的,与社会科学、自然科学等学科并列,一共分基础理论层次、技术理论层次和技术层次三个层次,多在一些师范类学校开设。那么什么是地理科学研究的主要对象呢?实际上就是我们所说的人地系统。地理信息科学的战略领域一共包括三方面:地理空间和认知模型、地理概念的计算机实现以及信息社会的地理学。为了构建21世纪信息时代新世纪的新兴地理学科,地理科学要向着信息化和现代化发展,主要是借助信息化的力量,大力推动地理科学的现代化和结构性调整进程。

(二)新时期地理科学面临的挑战。

首先,地球表层系统的复杂性极大,无法以精确的定量进行相关的描述。其次,人地关系变化速度十分快,人类认识与预警能力完全不能跟上其变化。另外,地理学与其它学科之间的竞争相当剧烈,有可能解体或者被其他学科给覆盖。不仅如此,在地理学科中地球表层系统的模糊性和科学价值精确性两者相冲突。

(三)地理科学的研究趋势走向。

关于21世纪地理学研究主要趋势有着以下的变动:第一,地理学研究生态化,并且地理学开始着手研究人文化;第二,自然地理研究热点又增加了一个,那就是界面研究;第三,地理学重大题材也在更新,全球研究已经被纳入其中;第四,地研究愈来愈受重视,并且在不久的将来很快成为地理学重大领域。

二、关于网络化对地理科学的重大影响探究

随着信息技术日新月异的更新,网络世界正在对人们的生活和工作进行着全新的改变,我国的教育对此也深表重视。而现代地理科学的时空限域,是人类社会已经面临后工业期以及信息期。据资料显示,早在1992年美国已经提出了两门新的地理学科,那就是通讯地理学和信息地理学。美国地理信息与分析国家中心曾经与大学地理信息科学研究会提出了一个新的概念――“数字世界”,在这一中心地理科学战略领域有三方面内容:信息社会的地理学、地理概念的计算机实现以及地理空间认知模型。

由于受到了信息技术的惊人进步的影响,社会和经济生活方式也正因此发生着改变,地理学的研究核心――时空观和人地关系也同样面临着更新的挑战。关于一些传统的空间观受到了严重的挑战,信息地理研究出现开始从现实空间向虚拟空间转变。

三、关于地理科学整体和传统的优势的探究

关于地理科学整体的、传统的优势主要体现在以下三方面上:

(一)地理科学这门学科,对时间与空间分布规律十分重视,并且强调研究时间与空间相互转换的问题。通常,我们依据地球自转和公转的规律对地理坐标系进行相关的确定。在古代,人们用天文与时间定位来对地球的经纬度进行测定。然而,当年的那些计量地理学太早熟了,但是在如今的网络时代计量地理学很有可能通过融合区位理论、空间分析,提出一些有助于资源再分配与区域重组问题的新方法。

(二)地球信息资源极大丰富。21世纪的今天,我们可以借助先进的卫星遥感技术对地球进行全天候的观测。生态网络台站、地壳深钻、冰岩态、海洋浮标、地壳深钻、地震台站等等,我们都从其身上看到了自动化的影子,对地球进行多维动态监测以及为相关的虚拟实现提供了足够的数据。网络信息时代的带来,给我们带来了巨大的机遇,我们要借此对地球信息科学进行大力发展和壮大,并且借助先进的网络技术大力推动地理科学本身的现代化和结构性的调整。

(三)地理科学是一门取法自然并且以人为本的综合性学科。古地理科学的体系,主要是以自然地理学为主。在19世纪和20世纪,地理科学进行了一些专业专门化的改变。地理科学这门学科,接触都是冰川、泥石流、沙漠、湖泊、高原、滑坡、山地等等这些自然现象,关于我国的自然资源与环境特点,在进行地图测绘以及卫星遥感等一些科研工作时,都要充分考虑到自然因素和社会因素。

四、信息化和现代化下的地理科学的探究

随着互联网的发展以及移动通讯技术的出现,关于传统的时空概念早已经陈旧不堪,如今人们对信息化和现代化下的地理科学进行了一个重新的认识,主要体现在空间结构、商业地理、行为地理、人地关系以及空间形态这五个方面。我们只有通过加大现在的教育改革力度,才能更好地发展地理学科,造就出一批具有符合时代的地理学思想家和战略家,并且在地理科学研究的过程中对定量化方法进行探究使其符合时代要求,总结、集成以及创新相关的地理学方法论。未来的地理学科的相关重大课题,要紧跟时代的要求和现状,提高地理科学科研水平,使其研究理论和成果要具有一定的震撼性和权威性。

【参考文献】

[1]、樊杰.人文―经济地理学和区域发展研究基本脉络的透视――对该领域在中国科学院地理科学与资源研究所发展历程的讨论[J].地理科学进展,2011,04:387-396.

第2篇:地理信息科学研究方向范文

关键词: 地理信息系统; 行业特色; 教学改革; 矿业

中图分类号:G642.0 文献标志码:A 文章编号:1006-8228(2015)01-52-03

Research on practice teaching system of GIS oriented at mining industry

Wang Xingfeng

(School of Environment and Spatial Informatics, China University of Mining and Technology, Xuzhou, Jiangsu 221116, China)

Abstract: With the rapid development of GIS technology, GIS specialization education is demanded in different applications domains. Considering the professional background of China University of Mining and Technology, an idea to build the supporting platform of the innovative environment of GIS is proposed. Based on the original experimental resources, the reform is transformed, extended and constructed. The ideas of construction of specialty and discipline integration in GISare carried out. The merging of teaching practice and research is advocated. The traditional function of the practice environment is expanded and enhanced. The school and enterprise are combined and the support platform of innovative environment is explored boldly. The result shows this model can accelerate a favorable atmosphere for innovation training in classroom teaching process and improve the classroom instruction quality.

Key words: geographic information system; industry specialty; teaching reform; mining industry

0 引言

地理信息系统(GIS,Geographic Information System)是学科与技术的统一体,学科的发展促进了GIS理论体系的形成,技术的进步则拓宽了GIS的应用范围[1-2]。随着GIS的逐渐成熟,各具特色的行业专题GIS也不断涌现,用人单位对GIS人才具备一定的行业背景的需求也日益明显[3]。因此在传授GIS理论和培养GIS技能的基础上,面向行业,从“千家一面”过渡到“一家一世界”的培养模式已成为GIS教学单位的认同[4-5]。

中国矿业大学是国内外著名的矿业最高学府,经过多年的发展,已成为在矿业、能源和资源领域有重要影响、特色鲜明的多科性研究型大学。每年GIS毕业生约有50%~70%到与矿业行业相关的单位中就业。因此,我们在多年的GIS教学活动中,依托我校行业背景,对面向矿业行业的GIS实践教学体系进行了有益的探讨。

1 实践教学内容体系构建原则

GIS是一门实践性很强的课程,因此加强GIS实践教学是提高教学效果的重要手段[6-8]。面向矿业行业的具体需求,结合GIS专业的培养目标的实践教学体系构建原则我们认为有以下几点。

⑴ 面向行业,贯彻“学科-专业-行业”一体化建设理念,将学科建设、科研工作与人才培养紧密结合,加强面向行业应用的实践教学环节,以适应面向矿山就业的需求。

⑵ 根据专业特点和行业需求,凝炼行业特色,重组教学内容,建立适应行业需求、以能力培养为目标、面向个性化培养的多模块实践教学体系。

⑶ 以教学与科研的结合为突破口,探索科研融入教学的实施途径。在教学中,改变传统的教学方法[9],将科研项目、科研热点、科研成果引入教学,促进科研资源向教学资源的转化。同时在课程教学中适当地安排课外讲座、科研报告,通过邀请专家讲学、专业教师科研报告等途径引导学生走向科研创新。

⑷ 改变传统的“教师演示,学生练习”教学方式,充分利用课堂和网络两个平台,改进多媒体教学手段,积极探索“问题驱动”和项目主导的教学方法。

⑸ 坚持以能力培养为核心的实践教学观念。在处理好教学内容的基础与应用的关系的同时,强化学生基本思维和基本能力的培养,增加实践教学的柔性,由课内拓展到课外,培养学生的综合能力和创新能力。

2 实践教学内容组织

为了有效贯彻创新教育、实践教育和素质教育理念,我校根据GIS专业的特点和矿业行业的需求,对GIS专业的实践教学内容从理论基础、技术方法、应用系统三个视角进行了设计和优化。在保证基本知识、基本技能掌握的前提下,整合和提升前期课程内容,重组实践教学内容,进行行业拓展,增加面向行业应用的实践模块,实现实践教学内容模块化,所构建的面向矿山行业的GIS课程实践教学体系见表1。

表1 地理信息系统实践教学内容体系

[类型\&模块\&说明\&基本

技能\&通用

基础\&①影像配准;②地理空间数据建库;③空间数据编辑;④空间查询;⑤缓冲区;⑥叠置分析;⑦网络分析;⑧DEM分析;⑨三维分析;⑩地图制图。\&通过熟悉GIS软件操作,进行GIS基本技能的训练,帮助学生掌握GIS基本原理,具备完整的地理数据采集、处理、数据库建设与系统维护及信息服务等能力。\&行业

拓展\&①矿图矢量化处理;②钻孔储量计算;③矿体缓冲区处理;④矿体产状图制作、地质图自动编录。\&综合

能力\&通用

基础\&①市区道路拓宽工程;②购房、择房;③学校选址;④高速公路停车场的选择;⑤水土流失建模。\&以地理信息处理与服务的业务流程为基础,面向具体问题的GIS集成应用,使学生加深对GIS基本原理的理解,培养综合技能。\&行业

拓展\&①矿井生产三维建模;②二三维矿体自动圈定与交互处理;③一井定向解算;④通风网络分析。\&创新

技能\&面向

行业

领域\&①掌握编程语言,基于组件(AE、SuperMap等)进行应用系统的设计、需求和初步开发;②矿山地测采信息系统分析、设计和实现;③其它行业GIS应用系统(根据需要选择)。\&以不同领域GIS应用要求为基点,通过参与教师科研课题,鼓励学生参与国内GIS大赛,培养学生GIS建模、系统研发、集成应用等技能,使其具备一定的创新能力和应用领域拓展能力。\&]

3 构建实践教学科技创新和社会实践平台

构建完整的、科学合理的实践教学体系是实现人才培养目标的根本保证[10]。我校从GIS专业特点和行业需要出发,依托学校教学实验中心、实验室及各研究系所,构建了“专业基础实验平台、项目化技能与工程实训平台、社会实践活动平台、科研科技创新协作平台”四位一体的学生科技创新与社会实践平台(图1)。

[科技创新与社会实践平台][专业基础

实验平台][项目化技能与

工程实训平台][社会实践

活动平台][科研科技创

新协作平台]

图1 实践教学科技创新和社会实践平台

3.1 专业基础实验平台

专业基础实验平台以GIS基本概念为基础,重视对原理方法的验证和基本技能的培养。专业基础实验平台提供的实验主要包括验证型和原理型实验,包含了课内必选实验项目和课外自选实验项目。学院教学实验室负责学生必选实验项目的完成,在此基础上学生也可以自主选择实验项目,甚至可以自立课题,在教师指导下设计实验方案,经申请进入实验室开展实验和科研活动。

3.2 项目化技能与工程实训平台

产学结合是工程教育改革的一大战略[11]。对于应用技术极强的GIS来说,学生掌握的不仅是技术技能水平,还应该包括一定的项目管理和运营能力。结合项目加大设计型、综合型和创新型实验的开发,构建“独立-实践-校企-就业”链接式的毕业设计和课程设计的实践环节,加强校企联合培养实践训练基地、同行业的校外实习基地的建设。通过面向项目的训练,学生可以实现知识的互补,达到学科结合、互利共赢的教学效果。

3.3 社会实践活动平台

毕业实习、假期社会实践是提高学生动手能力的重要安排,为了更好地贯彻落实学校有关毕业实习和社会实践的各项要求,进一步保障GIS专业学生实践工作的顺利开展。学校提倡开展多模式的实习教学,实现集中实习和分散实习相结合、校内实习与校外实习相结合、走出去和请进来相结合、专业实习与就业实习相结合、专业实习与参加科技竞赛相结合、专业实习与教师科研相结合等。介入企业的生产和经营活动,极大地调动了学生自主学习的积极性,使其专业技能与综合素质明显提升,受到企业的广泛好评。

3.4 科研科技创新协作平台

借鉴我校其他特色专业卓越工程师的培养模式[12],探索与科研院所、企业协同培养GIS专业人才的渠道,创新设计培养方案和教学课程,积极引进消化吸收先进的培养方案和教学理念,探索基础理论和科研素质培养训练的有效途径并完善相关配套管理措施,以协同创新中心为载体,建立产学研协同培养行业优秀专门人才的基地。具体的方法和措施有以下。

⑴ 为学生提供科技创新试验平台。依托学校学院的科研机构单位,如结合我院“国土环境与灾害监测国家测绘地理信息局重点实验室”、“江苏省资源环境信息工程重点实验室”、“教育部矿山生态修复工程研究中心”、“江苏省3S与国土信息研究中心”、“中德能源与矿区生态环境研究中心矿山生态环境研究所”等国家级、省部级重点实验室和工程中心,鼓励高年级学生进入实验室/工程中心进行科学研究及创新实践,实验室所有仪器设备对学生开放。在这些措施的保障下,学生能充分利用高精尖仪器设备,进行各类试验和分析计算,极大地提高了学生分析问题、解决问题和科学研究的能力。

⑵ 构建了教师科学研究与学生科技创新相结合的科技创新平台。每年有一大批教师,包括长江学者、国家杰青获得者、中国青年科技奖获得者、全国优秀教师、全国百篇博士论文获得者等,都面向大学生做科研报告,介绍自己的研究方向和研究成果,提供科研、实验条件及经费支持,吸引学生参加科研项目。同时,在进行毕业设计、毕业论文选题时,80%以上结合教师科研项目和生产实际问题,让学生参与科研项目和解决生产实际中的关键问题,提高了学生创新能力和解决实际生产问题的能力。

⑶ 借助各种大学生科技创新训练计划,引导学生开展学科前沿科学研究。针对本科生创新训练计划,我校设有国际级、省级和校级创新项目,学生在指导教师的指导下,申请各类创新项目,进行学科前沿的研究,提高创新能力和实际应用能力。

4 实践教学考核方式改革

课程考核是反映教学效果的重要手段,是教学过程的关键环节之一。GIS是理论与技能并重的课程,完全采用笔试难以准确反映学生专业技能掌握情况及对GIS技术手段的掌握、分析和应用能力。因此,为了适应面向矿业行业的GIS人才的培养需求,我校对GIS课程的考核方式进行了改革,建立了将课程考试与学习过程相结合的全过程考核成绩评定体系,引导教师开展研究性教学,促进教学改革和教学质量的提高。

全过程考核在考试内容上保证学生对基本概念和基本技能理解和掌握的基础上,注重知识测试与能力测试的结合。考试形式上实施分阶段考核,避免一考定成绩,考核形式可选择考察、测验、作业、课堂讨论、课程设计、读书报告、小论文、操作实践、实验报告、中期考试和结业考试等环节,保证学生的每一次参与都有收获。全过程考核使学生逐渐淡化了考试紧张感,不再需要“临时抱佛脚”,激发了学习兴趣,调动了学生学习的积极性和主动性,在专业认识、理解和接受上也发生了较大的转变,课堂形式变得更加丰富,气氛更加活跃,初步实现了教学由知识的传授向能力培养的转换。

5 结束语

GIS专业是一个技能要求高、实践性强的专业。我校GIS专业面向行业,坚持理论的实践性,通过了解用人单位的需求,结合我校实际面向矿山行业,进行了基于应用技能的GIS实践教学改革。实践教学结果表明,所采取的实践教学措施有效地提高了学生的动手能力,促进了GIS专业建设。在就业形式严峻的情形下,我校GIS专业的就业率始终保持在前列,毕业生就业后能迅速胜任工作,这宣传了我校的专业品牌,进一步促进了学生就业。但面向行业的GIS专业课程实践教学改革是一项涉及面广,技术性和学术性较强的系统工程。因此,如何把GIS专业学生培养成为具有工程实践能力的高素质人才,使学生具备一定的解决工矿企业实际问题的能力,仍然需要我们不断探索教学内容、教学方法和教学手段的改革。

参考文献:

[1] 张海荣等.地理信息系统原理与应用[M].中国矿业大学出版社,

2008.

[2] 杨慧,杨丹,车耀伟等.网络地图API在“地理信息系统设计”教学中的

应用[J].测绘科学,2008.38(5):183-187

[3] 吴浩,袁艳斌,杨剑等.具有行业特色的GIS卓越工程师实践教学平台

探索研究-以武汉理工大学为例[J].时代教育,2012.4:35-36

[4] 曾青云,郑玉双,许伶军.中国成人教育改革顶层设计的思考[J].中国

成人教育,2014.1:10-14

[5] 周海萍.新建本科院校应如何培育人才培养特色[J].中国成人教育,

2014.2:38-40

[6] 顾留碗,王春,王岽.面向应用型人才培养的GIS专业实践教学体系构

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[7] 薛云,张维,刘凤矫.地理信息科学专业实践教学体系构建研究[J].中

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[8] 徐兵.《地理信息系统》课程实验教学要点分析[J].软件导刊,2014.13

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[9] 胡卓玮.基于案例分析的“组件地理信息系统”课程教学方法设计[J].

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[10] 李正中,飞.面向行业的自动化专业课程教学改革探索[J].中国

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[11] 王浩程.面向卓越工程师培养,构建现代工程实训平台[J].中国大学

教学,2011.6:83-85

第3篇:地理信息科学研究方向范文

关键词:旅游地理学,法国,中国,比较分析

中国旅游地理学历经30年发展,研究队伍不断壮大、研究成果不断增多、学科声望不断提升,呈现出欣欣向荣的景象[1]。但正确审视时,发现我国与国外的研究存在很大的差异,无论是研究方向、研究方法,还是研究成果的价值。许多学者将造成这种现象的原因更多应归结为我国学术规范的缺失[1,3]。笔者不讨论这种观点的对错,但认为科学诊断中国旅游地理学研究存在的不足,应该建立在对自己和国外旅游地理学发展的全面认识和分析的基础上。本文将从中法两国旅游地理学研究的历程、各阶段的特征和规律以及未来发展方向等方面,全面分析两者之间的差异,为我国旅游地理学的发展提供科学参考。

一. 中法旅游地理学研究历程的回顾

对于旅游地理学研究的历程做出一个总体性阶段划分比较困难,划分的角度不同,则划分的阶段的节点、长度等都不同。就中国来看,1993年和2001年是不得不关注的节点,各类科学研究资助基金从1993年开始关注旅游,在国家自然基金和社科基金中开始出现资助旅游地理课题的先河。2001年始旅游研究课题(其中73%为旅游地理方向)数量出现较大增长。因此可以分为三个阶段:即1978年至1992年的以旅游资源开发与规模研究为主的单一研究阶段;1993年至2000年以旅游市场和旅游影响为主的研究增速阶段;2001年至现在的旅游综合性研究阶段。从期刊发表数量来看,也可分为三个阶段:萌芽阶段(1979-1990),旅游地理类数量缓速增长阶段;稳定阶段(1991-2000),旅游地理类论文稳定增长阶段;快速跨越阶段(2001-现今),旅游地理类论文数量快速增长,研究方向和研究方法愈加成熟。从综合方面分析,笔者认为在近30年的旅游地理学研究中,可以清晰的划分为三个阶段,即探索阶段;发展与深化阶段;繁荣与困惑阶段。各阶段的特点见表1.

法国的旅游地理学研究相对中国要早一些,始于二战之后,以Le Lannou出版的《布列塔尼地区旅游指南》为标志,随后出现了大量的学者和团队从实证主义、现象主义以及旅游者中心说等方面推进旅游地理学的发展。与中国相似,法国旅游地理研究的历程也经历了三个阶段:积累阶段、发展阶段和蜕变阶段。详情见表1。

二. 中法旅游地理学研究方法比较分析

从旅游地理学研究方法方面来看,中国旅游地理学实证主义研究法一直占据主流,现象主义研究方法凤毛麟角。多数学者主要从地理学的角度研究旅游资源的空间结构及功能、旅游流的流量、流向及时空变化、客源市场的时空结构模式等等,以及与其他学科交叉而产生的旅游学问题,比如客源地的环境承载力、旅游地的生命周期以及旅游地的气候舒适度等等。研究范式基本上遵循着从“地理”中来,然后回到“地理”中去的模式,没有从旅游本质出发,以旅游的视角来分析问题、解决问题,造成旅游地理的“硬核不硬”、缺乏本身固有理论的特征。近年来,随着国际合作交流的不断加深,特别是一些高校和科研院所对旅游关注的提升,也出现了现象主义研究方法的推崇者,比如谢彦君通过引入并倡导旅游体验学说,将旅游者的体验视为构成旅游现象硬核的要素并用以描述旅游现象的全貌,其理论在某些方面已经突破了现象学原有的理论范畴,具有组织社会学的系统理论的某些特征[5-6]。其他学者如朱竑、杨新军等的研究思想也初步具备了现象学的特征[7]。但这种想象主义的研究理论只停留在表面,或者说只是一种新的视角,研究不够深入。

法国旅游地理学研究方法基本上分为三个阶段:实证主义方法、现象学理论、“参与者”理论与“旅游者中心说”三类[9-10]。近30年来引领法国地理学研究的主要方法也是实证主义法,流行于20世纪70年代和80年代,其代表人是Jean-Pierre Lozato-Giotard,其所著的法国第一部旅游地理学高等教材——《旅游地理学——从被观察的空间到被消费的空间》为实证主义法的代表成果,至今在法国仍有一定的影响[11]。20世纪80年代至90年,旅游地理学研究方法主要依托现象学理论,这类研究方法引入了现象学中的“观察者”的概念,以事物具有相对性的特征,从不同的角度来个体或群体对同一事物的差异。其代表人物是Michel Chadefaud 、Benard Debarbieux 和Georges Cazes。Georges Cazes所著的经典教科书《旅游与休闲地理基础》中揭示了主观印象对于认知旅游资源有重要影响[12]。产生于20世纪末的“参与者”理论与“旅游者中心说”理论的是以巴黎为基地的研究团队首先提出并采用的,这个团队为MIT,由多所大学中一批研究旅游地理学的学者组成,其中最著名的是Rémy Knafou教授。以地理学为基本视角研究旅游,还从组织管理学引入“参与者”理论和“系统”理论,同时也倡导“旅游者中心说”。提出旅游者是旅游系统最基本、最重要的残月这,没有旅游者就没有旅游[13]。因此分析旅游者的行为,即旅游者“去哪里”,“做什么”,“怎么做”是非常必要的。

三. 中法旅游地理学未来

随着旅游地理学研究的开放性增强,中国旅游地理学研究者通过国际会议以及项目合作,近些年取得巨大的成绩,与国际顺利接轨。因此在未来的研究中,中国和法国旅游地理学者面临的问题基本相同。首先就是“硬核不硬,体系不牢”的问题,即成果较多,但核心概念和逻辑体系不完善,未形成完整的理论体系和学科体系,旅游地理学现有的研究方法主要是从“地理学”、“生态学”等其他学科汲取营养,没有形成自身的核心理论和完整的学科体系。这种现象不打破,会严重影响到旅游科学的发展。学者应该重新确立范式,尽早打破旅游地理学从其他学科汲取营养的现状,使其形成自身的核心理论和完整的学科体系。特别是形成其属于本学科独有的研究方法,实现从定性描述向定量、实证为主。其次是专业交叉融合。专业交叉是学科发展的必然趋势,两个学科的相互碰撞,容易找到切入点,发现新问题。如新兴研究方向中的旅游发展中的权力关系、社区增权、产权与旅游发展、旅游与城市发展、旅游与社区发展等都体现了与政治学和经济学的交叉的现象。但同时也存在矛盾的一面,过分注重专业交叉则回弱化母体,使旅游地理出现空心的现象,因此我们在实际研究中药注意把握。再次就是学科与现实需要向吻合,以学科的发展来促进社会的进步,在社会发展所遇到的问题中以旅游地理的视角寻求解决方案,相辅相成,相互促进。

参考文献:

[1]保继刚。中国旅游地理学研究问题缺失的现状与反思[J].旅游学刊,2010,25(10):13-17.

[2]沈世伟,Lazzarotti O livier.法国地理学界旅游研究的回顾与展望[J].经济地理,2011,31(5):844-851.

[3]保继刚,尹寿兵,梁增贤。中国旅游地理学研究进展与展望[J].地理科学进展,2011,30(12):1506-1512.

[4]沈世伟,Violier Philippe.三十年来法国地理学界旅游资源研究方法的演进——兼与中国现行旅游资源研究方法比较[J].人文地理,2010,116(6):139-142.

[5]石培华,冯凌。中国旅游研究30年:成就、挑战与使命[J].旅游科学,2010,24(3):75-84.

[6]石培华,冯凌。中国旅游研究30年:阶段、特征与规律[J].旅游科学,2009,23(6):1-8.

[7]马秋芳,杨新军。1994-2003年我国旅游地理研究文献及其评价[J].地理与地理信息科学,2005,21(1):92-96.

[8]陈钢华,保继刚。国外中国旅游研究进展:学术贡献视角的评述[J].

[9]Lozato-Giotard Jean-Pierre,Géographie du tourisme[M].Paris:Masson,1985,9-14.

[10]Chadefaud Michel. Aux origines du tourisme dans lespays de l′Adour[M].Paris:J&D Editions,1987.68-74.

[11]Debardieux Bernard. Tourisme et Montagne[M].Paris:Economica,1994.78-107.

第4篇:地理信息科学研究方向范文

关键词: 结构; 过程; 集成; 地理学; 生态学

人类活动的强烈干预推动着地球系统演化进入了“人类世”(Anthropocene Era) 的新纪元[1]。人类活动对地球系统运行的影响赶上甚至超过了自然变化, 地球系统正在以前所未有的速率发生变化并进入一个未知的演化方向和轨道[2]。在这种背景下, 传统地理过程、生态过程研究正经历着深刻的变革, 地理过程、生态过程及其与相关学科的交叉与融合正在成为现代地理学和生态学发展的重要方向。本文在概述地理—生态过程研究进展的基础上, 探讨地理—生态过程研究的主要科学问题和未来发展的重要领域, 以期为我国地理学、生态学等相关领域研究与发展服务。

1 地理—生态过程研究进展概况

地理过程是指地表环境(要素、综合体) 随时空变化的历程, 按要素可分为自然过程和人文过程, 按机制可以分为物理过程、化学过程和生物过程等[3]。在传统地理过程的研究中, 地貌过程和水文过程是其研究的主题和核心内容, 各种营力作用下形成的地貌形态和地形单元以及流域水循环的过程与机理是其研究的主要方向。生态过程作为生态学研究的重要内容, 主要涉及生态系统中的元素循环、种群动态、种子或生物体的传播、捕食者和猎物的相互作用、群落演替和干扰等方面[4]。

20 世纪后期以来, 人类活动及其所导致的全球环境变化成为了全球生态系统格局、结构和过程变化的主要驱动力[5, 6]。在这个过程中, 土地利用改变了全球生态系统格局与结构, 人工直接管理的生态系统达到陆地总面积的40%以上[7]。1970~2000 年间土地利用扩展使物种灭绝速率比自然背景值提高2~3 个数量级, 全球物种多样性降低40%[8]。同时, 人类活动深刻地改变了水资源与水循环[9, 10], 1960 年以来, 水资源利用每10 年增加20%, 15%~35%地区出现水资源过度利用; 此外, 人为因素诱导的土壤侵蚀、土地退化等也成为全球面临的突出生态与环境问题[11], 全球约有40%的农业土地存在不同程度的土壤退化现象[12]。在21 世纪, 人口和经济持续增长以及全球环境快速变化将给全球生态系统带来前所未有的压力[8]。

在人类活动深刻影响和全球环境变化的背景下, 早期地理与生态过程的相关研究表现出明显不足。在地理过程的描述中, 由于自然地理和人文地理研究内容的分化[13], 自然地理过程往往只考虑自然变化机理, 而忽视人文因素的作用和动态过程。如早期的水文过程研究, 虽然可以分析径流和输沙的动态变化, 但是却往往难以揭示人类活动的影响效应。同时, 在构建的地理过程模型中, 也存在许多相互割裂的现象。如土壤侵蚀模型,其经验模型往往难以揭示土地利用空间分布格局对土壤侵蚀过程的影响; 而物理模型虽然能够反映出土壤流失的过程, 模拟不同土地利用情景下土壤侵蚀的变化; 但在实际应用中, 却由于野外和实验获取的数据难以满足模型参数设置的要求、误差累积和不确定性增加等原因, 而影响模型精度, 限制土壤侵蚀模型的应用[14]。

在生态过程研究中, 也多以自然生态变化的机理而展开。如植被空间格局变化研究仍然以顶级群落概念、群落格局演替Gap 理论和生命区划分体系为理论基础, 难以解释由人类主导的生态系统的动态过程。如在生态系统结构和过程变化的动态描述中常以Odum 的生态系统演变规则(Strategy of Ecosystem Development)[15]为理论框架, 在此框架下生态系统应向热力学稳定态(Homeostasis) 演化; 然而, 生态系统很少达到稳定态, 也不一定呈现向稳定态演替的趋势。生态系统对环境长期变化的适应性研究经常以Tilman的资源竞争平衡理论为依据, 但以此为基础的模型并不能现实地模拟生态系统结构和过程的动态变化[16]。同时, 由于大多数生态学理论是基于单个生境中小尺度上的研究发展起来的, 而目前的环境问题具有大尺度的性质[17], 所以, 尺度问题业已成为现代生态过程研究的需求。

在全球环境变化驱动下, 传统地理过程与生态过程的研究发生了深刻变化, 与地理—生态过程相关的国际重大科学计划相继启动。如从国际生物圈计划(IBP) 到人与生物圈计划(MAB), 再到千年生态系统评估(MA); 从国际地圈—生物圈计划(IGBP) 到全球变化的人文影响计划(IHDP)等。纵观这些研究计划和相关学科的发展, 可以发现地理过程从任何角度看都不再是单纯的自然过程, 生态过程的研究也不再仅仅局限于生态系统内的动态与发展, 注重人类活动影响, 注重多学科的交叉融合, 正在成为现代地理—生态过程研究的重要特点。

目前, 地理过程的研究正经历着从自然向自然与人文结合方向发展, 从无机向无机与有机结合方向发展, 从单要素、单个过程的研究向多要素、多过程耦合与综合研究方向发展, 从宏观到宏观与微观结合方向发展[3]。生态过程的研究也伴随着生态学的发展,表现出生态过程研究与人口、资源与环境问题相结合, 其研究对象从自然生态系统向自然社会经济复合生态系统方向发展。研究方法从局部的、孤立的研究向整体的网络化研究发展, 生态过程研究的时空尺度不断拓展, 研究手段不断更新。在地理—生态过程的研究中, 新的科学问题和研究领域正悄然凸现。

2 地理—生态过程研究的主要科学问题

现代地理—生态过程强调人为因素在各种过程中的作用, 强调人为因素作用下的地理—生态过程对自然资源和环境的影响, 强调地理—生态过程与全球变化之间的耦合作用以及可能引发的后果, 强调地理—生态过程在土地退化过程中的关键作用, 强调利用现代手段进行定量化研究和过程模拟。在地理—生态过程研究中, 所涉及的基本科学问题包括结构与过程、综合与集成两大方面, 其研究重点则集中在尺度—结构—过程相互作用、自然—经济—社会相互联系、地貌—水文—生态过程相互耦合、地理—生态过程与资源环境效应相结合等领域。

2.1 基本科学问题

2.1.1 结构与过程在地理—生态过程的研究中, 结构往往是指不同生态系统和景观单元的空间关系, 如生态系统与景观单元的大小、形状、数量、类型及空间组合等。所涉及的过程包括自然过程(元素和水分的分布与迁移、物种的分布与迁徙、径流与侵蚀、能量的交换与转化等) 和社会文化过程(交通、人口、文化的传播等)。目前, 结构与过程研究的科学问题主要集中在结构、功能、动态、驱动力、过程、机制等几个方面。

(1) 结构关于结构的研究, 是重点探讨地表系统的要素组成和空间分布特征, 如土地利用/ 土地覆被的组成和分布格局、生态系统的空间异质性等。其中, 如何有效刻画生态系统和景观单元的结构特征, 构建具有生态学意义的格局指数是目前地理—生态过程研究中富有挑战性的研究课题。现代信息技术为获取生态系统和景观类型空间分布的基础信息提供了强大技术支撑, 深入分析遥感、地理信息系统和相关学科的发展趋势对于全面提升结构分析的研究水平具有重要的意义。

(2) 功能系统的要素组成决定系统功能的发挥, 功能是不同系统要素与结构的外在体现。功能的研究主要分析陆地表层系统的结构演变与过程动态所表现出的生态、经济和社会功能。不同类型生态系统服务功能研究、结构变迁与过程耦合下的资源环境效应等是目前功能研究的热点问题。

(3) 动态动态变化是在结构分析的基础上, 研究生态系统和景观单元等的变化规律和特征, 解释结构发生怎样的变化、变化的地点以及变化的速度等问题。在动态变化的分析中, 包含两个层面的含义: 对现状的分析; 对未来变化的模拟。其中, 采取何种方法或技术刻画动态变化的特征, 是学者们共同关注的话题。此外, 在动态分析的研究中, 对不同时期数据精度、分类系统等一致性的处理, 往往是进行动态分析的先决条件。

(4) 驱动力驱动力分析是在结构变化分析的基础上, 揭示生态系统和景观单元变化的原因和驱动机制, 以期为预测结构变化方向和制定相应管理对策等服务。驱动力包括自然驱动因子和人为驱动因子两个方面, 其中, 自然驱动因子主要指对特定结构的形成与演变起作用的自然因素, 包括气候、地貌、水文、土壤和自然干扰等; 人文驱动因子主要涉及到人口变化、技术进步、政治经济体制变革、文化价值观念改变等。在驱动力的分析中, 重点探讨: 驱动因子选择与关键因子甄别、驱动力分析方法确定、不同驱动因子在不同时空尺度上的功能和效应等。

(5) 过程陆地表层系统过程的研究内容涉及物理过程、化学过程、生物过程和人文过程等方面, 其研究将朝微观深化和宏观综合两个方向发展, 其关键在于系统中界面过程的综合研究[18], 同时注重过程的格局分析[19]。目前, 地理—生态过程的研究内容主要包括水文循环过程与水量转化、流域系统中物质迁移过程、土壤侵蚀过程、土地系统演变过程、土壤—植物—大气连续系统过程、环境生物地球化学过程、生物多样性变化过程、人文与文化过程等方面。

(6) 机制旨在揭示结构与过程的相互作用关系。在机制的研究中, 注重地理—生态过程与环境变化和人类活动的关系, 重视非线性科学和复杂性科学在揭示机制研究中的应用。模型作为地理—生态过程的定量表达, 是探讨机制的重要途径, 需要通过模型的手段开展机制的分析和情景预测研究。

2.1.2 综合与集成综合是地理学的本质和存在依据, 集成是综合的演进与升华[20]。在地理学研究中, 需要综合多学科的理论和知识, 选择典型区域, 针对主要问题开展综合

与集成研究。在地理—生态过程的研究中, 也需要综合多种实验观测手段和研究方法开展综合研究。在此基础上实现地理—生态过程研究中的要素集成、过程集成和区域集成。

(1) 要素集成现代地理—生态过程受自然、生态、经济、社会等多种因素的影响,

将人类活动纳入地理—生态过程, 对多种要素进行集成分析, 对于揭示结构与过程的演

变规律与特征具有重要意义。在要素集成的研究中, 要考虑自然社会经济要素的集成和

相互作用, 也需要考虑要素的尺度效应。

(2) 过程集成黄秉维先生早在20 世纪50~60 年代就提出了综合研究地表物理过程、化学过程与生物过程的学术思想[21]。过程集成强调地球表层系统各个过程之间的相互关联, 注重自然过程与人文过程的耦合研究, 强调人类活动影响下的地理—生态过程的综合研究, 突出自然地理过程与生态过程的耦合研究等。在过程集成中, 基于过程模型的模拟与预测研究是过程集成方法研究的重要内容。

(3) 区域集成地球表层系统不仅具有显著的区域差异和地域分异规律, 同时也是

一个多层等级系统, 既有坡面—小流域—流域—区域—全球的不同尺度, 也存在种群—群落—生态系统—景观—区域—全球的多个层次。在地理—生态过程的区域集成研究中,不仅需要针对不同尺度地球表层过程的发生机理展开研究, 更需要通过尺度效应分析和尺度转换(尺度上推与尺度下推), 获知其他尺度的信息, 开展多尺度研究, 从而体现研究对象的整体性。在尺度效应分析与尺度转换中, 需要注意特征尺度选择与尺度域划分、转换方法与模型构建、时间尺度与空间尺度的合理匹配、尺度转换结果的不确定性分析等问题。

此外, 在综合与集成的研究中, 也需要加强集成方法的拓展, 发挥计算机技术、应用数学方法、空间信息科学与技术在地理—生态过程研究中的作用, 开展基于对过程理解和定量阐述的模型研究, 如建立区域综合模型、多尺度地理—生态过程模型等。

2.2 重点研究领域

2.2.1 尺度—结构—过程相互作用“尺度—结构—过程”是地理—生态过程研究的核心理念, 结构影响过程, 过程改变结构, 尺度不同, 结构与过程的关系也将有很大的差异。其中, 结构是不同地理—生态过程与自然背景综合作用的结果, 地理—生态过程的变化与发展影响和改变着陆地表层系统结构的形成, 从某种意义上说结构是各种地理—生态演变过程的瞬间表现。同时, 结构能够从多个方面影响过程, 如生态系统的空间分布能够影响局域地表温度、养分丰缺、生物种群或其他物质在空间上的分布状况, 景观要素的变化可以影响景观中的物质流和能量流等[22, 23]。

结构、过程及其相互关系的研究离不开其所依赖的尺度。地理—生态过程不同, 其相应的尺度也会有很大的变化。就研究粒度而言, 富营养化的研究往往在30 m 或更小粒度上展开, 而森林砍伐的粒度则多在100 m 以上; 就研究的幅度上, 叶片的生理过程一般发生在平方毫米/ 平方厘米的空间尺度和秒/ 分钟的时间尺度上, 而景观动态过程的研究则需要考察几百/ 几千平方公里的空间尺度和十年/ 百年的时间尺度[24]。结构与过程的关系会因研究尺度的不同而发生明显的变化, 如在不同尺度上, 土地利用结构与土壤养分、土壤水分、水土流失的影响机制并不相同[4], 中小尺度上的研究成果并不能满足大规模综合治理与开发的需求。

尺度—结构—过程的相互作用研究是现代地理—生态过程研究的重点领域, 其主要研究内容包括如下几个方面:

(1) 针对单一尺度分析结构与过程的作用机理;

(2) 探讨不同尺度之间结构或过程变化的规律和特征, 并分析其尺度效应;

(3) 基于不同尺度结构与过程的作用关系和尺度效应分析结果, 进行多尺度综合研究和尺度转换研究;

(4) 探讨不同尺度划分体系(如时间尺度、空间尺度、过程尺度、观测尺度、模型尺度等) 对结构、过程、结构与过程作用关系的影响效应;

(5) 其他研究, 如多尺度模型研究、尺度转换不确定性分析研究等。

2.2.2 自然—经济—社会要素相互联系当代地理学作为一门研究地球表层自然要素与人文要素相互作用与关系及其时空规律的科学, 其研究内容主要面向当前世界性的人口、资源、环境与可持续发展问题[25]。现代地理—生态过程的研究, 必然注重自然、经济、社会等多因素的综合研究, 注重人类活动与环境变化的关系[19]。

在自然—经济—社会要素相互联系的研究中, 地理—生态过程重点探讨以下几个方面的内容:

(1) 自然、经济、社会单一系统内部的要素、过程时空变化规律与特征;

(2) 自然、经济、社会不同类型的要素、过程之间的相互影响与作用机理;

(3) 自然、经济、社会不同系统之间多要素或过程之间的综合与集成;

(4) 地表系统在自然、经济、社会共同作用下的变化规律与发展趋势;

(5) 其他研究, 如复合系统基础理论创新等。

2.2.3 地貌—水文—生态过程相互耦合地貌过程、水文过程和生态过程是地理学、生态学研究的传统优势领域。在早期的研究中, 往往关注单一过程的研究, 而对两两过程或多种过程的综合研究不够。然而, 多种过程的耦合作用机理往往是识别系统动态演变的关键所在。在全球环境变化的背景下, 地貌过程—水文过程—生态过程的耦合研究显得尤为重要。

目前, 地貌过程—水文过程—生态过程的耦合研究重点关注地形发育、径流形成、污染物迁移、土地退化、生态系统调控等领域, 其重点研究内容有:

(1) 人类活动影响下的生态—水文过程;

(2) 生物地球化学循环过程;

(3) 流域水、沙及化学物质迁移过程;

(4) 其他研究, 如耦合模型开发等。

2.2.4 地理—生态过程与资源环境效应研究资源、环境与发展的关系并寻求解决其中关键问题的途径, 为区域整治提供理论基础和决策依据, 是当代地理学和生态学服务社会的重要方面。目前急需解决的资源环境问题包括水资源供应危机、土地质量急剧下降、环境污染和生态破坏日益严重、灾害频发等问题, 这些资源环境问题的解决往往和地理—生态过程的调控密切相关。探讨地理—生态过程与资源环境效应的关系是目前地理—生态过程研究的重要方面。

地理—生态过程与资源环境效应研究的重点内容有:

(1) 生态系统物质循环与全球变化;

(2) 流域物理、化学和生物过程及其资源、环境和灾害效应;

(3) 土地利用/ 土地覆被变化过程及生态环境效应;

(4) 城市化过程对区域生态环境的影响与效应;

(5) 生态系统过程与生态系统服务功能;

(6) 地貌过程与灾害效应等。

3 地理—生态过程研究的发展趋势与方向

3.1 地理—生态过程研究的发展趋势

现代地理—生态过程研究正跨越不同时空尺度, 开展多学科的交叉和融合, 从近期发展看, 地理—生态过程研究具有以下明显的动态和趋势。

(1) 系统化系统化是地理—生态过程研究的重要方向。地理—生态过程是以系统论为基础, 以陆地表层系统、环境系统、人地系统等为对象开展研究。在系统化研究中,需要探讨系统的内部要素与结构组成、系统层次与相互关联、系统动态与外部环境的相互关系, 揭示全球变化背景下地理—生态过程与地表系统演变的作用关系, 探求系统协调发展的机制与途径。

(2) 综合性综合性是地理—生态过程研究的重要特色。在地理—生态过程的综合研究中, 不仅要在分析要素与要素关系、要素与过程关系、过程与过程关系的基础上开展要素综合和过程综合, 也要在尺度效应分析和尺度转换的基础上开展区域综合研究。在区域综合研究中, 不仅需要聚焦危机区、脆弱区或热点地区, 针对独特区域开展独特问题的综合研究[26]; 同时也应具有全球化视角, 开展跨国或全球尺度的研究。此外, 也应注重总结性的综合研究[27], 基于重要地理区域科学数据构建国家级的地理科学基础平台,为进一步创新研究提供基础。

(3) 交叉性地理—生态过程研究本身就属于学科交叉的范畴。随着人口、资源、环境、发展等全球性问题重要性的日益突现, 地理—生态过程研究的交叉性特点将愈加明显, 自然与人文的交叉、科学与技术的交叉、多学科交叉成为地理—生态过程研究不可逆转的趋势, 地理学、生态学、资源科学、环境科学、大气科学、社会学、经济学等不同学科对于地球表层系统的共同关注, 在服务于国家战略需求的同时, 也为地理—生态过程研究的深入发展提供了机遇。

(4) 应用性地理—生态过程的未来研究, 将积极拓展科学研究的应用领域与范围,在环境与灾害管理、生态系统管理、国土综合整治、全球环境变化、土地退化防治和区域可持续发展等领域开展应用研究, 以满足国家需求, 为实施可持续发展战略服务。

3.2 地理—生态过程的重大研究论题

地理—生态过程作为当代地理学、生态学及相关学科研究的热点问题和前沿领域,在未来的研究中, 需要整合科技资源, 针对以下领域和内容开展工作。

(1) 地表系统中的物质、能量和生物流过程研究其中重点加强生态水文过程、生物地球化学循环、人地相互作用过程、全球碳氮循环等研究; 注重界面过程和不同类型过程的耦合; 注重野外观测、试验分析、空间信息技术、数学模型等研究方法的综合应用。

(2) 地表环境变化的驱动力、过程和效应研究主要分析陆地表层系统、环境系统和人地系统演变的自然和社会经济驱动, 分析不同结构和过程的时空变换特征, 探讨不同变化情景下的资源、环境、生态和灾害效应。

(3) 区域综合和区域内异质性研究区域综合研究有待于加强区域综合实验研究、区域综合的方法与模型应用; 同时针对区域内的时空变异, 开展区域内景观多样性与异质性、景观格局与生态过程研究。

(4) 尺度推绎与转换尺度问题是地理—生态过程研究中极富有挑战性的课题。针对不同的尺度划分体系(种群、群落、生态系统、景观、区域、全球; 坡面、集水区、流域、区域、全球), 开展尺度推绎与转换的理论基础研究和区域实验研究, 发展尺度推绎与尺度转换的方法和模型。

(5) 地理学的整体性研究整体性是地理学的特色, 在当前环境变化研究中, 基于系统分析的整体性研究愈加重要[19]。目前, 地理学的整体性研究亟需加强自然地理学与人文地理学的融合, 注重环境变化与规划、土地利用变化与规划、区域可持续发展等领域的研究, 突出人类活动对环境和过程的影响, 探讨模型模拟研究在地表系统整体性中的作用。

(6) 方法论创新方法论创新是推动地理—生态过程研究的重要途径。需要加强非线性科学和复杂性科学在地理系统研究中的应用, 开发研制或发展地理过程模型、多尺度综合模型等, 加强模型的有效性检验与验证。

(7) 地理—生态过程研究的应用在地理—生态过程的理论与创新的基础上, 积极加强应用研究, 其中重点加强的领域有: 水循环与水资源、地貌过程与工程和灾害防治、气候变化及其效应、生态过程与生态系统恢复和保护、土地退化过程与治理、人地相互作用过程和人与自然和谐发展、全球变化的区域适应研究等。

3.3 地理—生态过程研究的几点建议

我国在地理—生态过程这一领域已经开展了大量研究工作, 并取得许多重要的研究进展。但是, 与国际相关研究的发展相比, 我们还有明显差距。为了更好地开展地理—生态过程的研究, 服务于学科发展与国家需求, 在未来研究中需要注意以下几方面的问题。

(1) 加强观测、实验、调查与模拟获取数据是开展地理—生态过程研究的前提和基础。目前, 我国已经建立了长期野外观测与研究台站网络, 为监测我国资源环境动态、推动地理学与生态学的发展、服务于国家需求和政府决策提供丰富的数据基础。然而,很多研究还缺少第一手的观察与监测数据。因而, 在未来的研究中, 要加强观测、实验和野外调查, 注重数据监测的长期性、监测手段与方法的一致性。同时, 加强地理—生态过程的模拟研究, 发展基于观测的过程模拟模型。

(2) 加强遥感与野外观测的结合遥感手段是目前快速获取地表信息, 开展地理—生态过程研究的重要手段。然而, 由于时间分辨率与空间分辨率的限制, 遥感数据的解译结果往往具有不确定性。因而, 在基于遥感手段开展野外调研和数据分析的过程中,需要加强野外的同步观测, 将遥感调查结果和野外观测数据相结合, 提高地理—生态过程研究的准确性。

(3) 加强区域综合和全球研究在我国目前地理—生态过程的研究中, 区域的综合研究已有较多的案例, 但是缺乏基础理论创新, 多尺度综合研究的内容也并不多见; 同时, 在地理—生态过程领域, 我国具有全球性视野的研究非常匮乏。在今后的研究中,我国学者要关注全球的问题, 积极开展跨国或全球尺度的研究。

(4) 加强学科交叉, 特别是一级学科的交叉学科交叉点往往就是科学新的生长点、新的科学前沿, 这里最有可能产生重大的科学突破, 使科学发生革命性的变化[28]。然而,从目前国家自然科学基金的申报情况可以看出地理学者有意开展交叉研究的项目比例较低[29], 地理学家们对于自然与人文的综合研究相对薄弱, 难以满足日益增长的国家需求。因而, 在今后的研究中, 亟需加强学科交叉, 将其他学科, 如生物学、物理学、化学、数学、信息科学等学科的理论与方法应用到地理—生态过程的研究中, 以期取得突破与创新。

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