导图社区 理解正在变化的星球地理科学的战略方向
- 271
- 3
- 1
- 举报
理解正在变化的星球地理科学的战略方向
理解正在变化的星球地理科学的战略方向，介绍了战略研究的问题以及对未来的展望，可能会比较难懂，需要的收藏吧！
提示: 本内容由社区用户上传并分享。平台不对内容的真实性、合法性、知识产权归属及是否侵害第三方权利进行事前审核或保证。本内容可能包含受版权保护的图片、字体或其他第三方素材，使用前请自行确认授权范围。
- 地理科学
- 星球地理科学
- 相似推荐
- 大纲
理解正在变化的星球 地理科学的战略方向
一、 引言
案例：卡特里娜飓风灾害
地理科学采用的分析视角
1. 卡特里娜飓风灾害不是一个单纯的环境事件，而是一个人与环境事件。如果风暴侵袭的是一个完全不同的地表结构，最终的影响可能不会像发生在新奥尔良市那样的严重。自然与人文过程的耦合，而不是单纯的自然风暴本身，导致了卡特里娜飓风灾害的发生
2. 灾害的影响不是均匀分布的，而是呈现出重要的空间变化和模式。同一区域中，有的社区人口减少较多，有的社区人口减少较少，还有的社区甚至出现人口增加的情况。要理解这种空间变化模式，则需要理解过去的决策和行动是如何影响不同地点。对这些空间关系的更好理解可以帮助居民和决策制定者预防和减少下一次灾害的人文损耗
3. 导致卡特里娜飓风灾害的过程是在多维且相互联系的地理空间尺度发生的，意味着引致结果发生的过程是在不同空间尺度发生的，且每个过程都可以影响其他过程
4. 理解卡特里娜飓风及其导致的戏剧性且不均衡的影响需要综合的空间和时间分析。从长远看，更好地理解大西洋和墨西哥湾飓风模式的时间变化，可以帮助理解飓风是怎样的和如何发生的，有助于构建改良的气候模式来预防像卡特里娜那样的飓风的发生，这种前瞻性研究显得尤为重要
地理科学的核心概念、方法和工具不仅对评价发生了什么非常重要，而且对理解新奥尔良及其周边地区域将要变成什么、可能的再开发情景，以及阻止未来发生同样规模的灾害同样重要。
地理科学的实证和方法论手段
地理科学的实证
地理科学的实证研究主要集中于记录、分析和解释
1||| 地球表面自然和人文现象的区位、组织和特征
2||| 影响地点、区域和生态系统演化特征的格局与过程、目前与未来、人文和环境的相互交织
地理学的核心
地理科学的方法论手段
空间数据的收集、分析和可视化
记录、分析和展示空间信息的工作是地理学大多数任务的核心
近几十年来技术创新的重要性在于它们能够促进区位信息的收集和分析，并使建立精确的地理可视化以帮助科学理解和制定公共决策成为可能
事实上，地理科学长期以来不仅致力于分析这个世界，而且还致力于改善这个世界
无论新技术能力如何，空间数据的收集、分析和表征已成为地理科学的核心重点，因为它们促进了对特定地点及地球表面现象之间如何联系的理解
调查大尺度过程同地方或区域结果之间的关系
地理科学的核心特征在于认知到地方和区域尺度的现存环境都能影响和反映大尺度的过程
地理学还秉承这样一个核心思想：规划思想更多依赖于事实证据而非判断
许多地理学的工作都出自一个观点，即可以从分析基于地点的环境数据及它们与大尺度过程之间的关系中学到很多东西
（其他科学的研究目标是形成一般化的结论，需要把所有地点平均化）相反，地理科学通常关注个体地点和区域环境与比较特征，因此试图通过观察这些地点的过程来探索哪些是通用的，哪些是特殊的
地理科学与其他科学研究目标上的区别
基于地点的分析长期以来对于地理学研究一直很重要，但是其重要性越来越被其他科学领域所认识。尤其是生态学，而且其已经成为正在出现的可持续性领域的核心特征。基于地点的方法近年来也也成为奥巴马政府的核心战略方向
“基于地点的分析”正逐渐被其他科学领域所重视
地理科学应当做好表率，为其他科学提供相应的理论基础、方法论基础
景观分析
对存在于地球表面特定地点有形的人文和自然特征进行调查是地理调查的另一个共同特征
景观是影响地点随时间变化的过程和事件的表征。他们为了解发生了什么、发生在哪里、为什么发生提供了线索
（例如）对城市景观连续性和变化的研究有助于理解影响人类社区演化的社会、文化和制度驱动力
对物质景观的研究对于地理科学非常重要，因为它们提供了用于解释影响地表随时间变化的自然和人文驱动力非常重要的基本信息和观点
地理科学的核心概念与方法已经被扩展到许多科学领域，并被运用到商业和管理的日常实践中。地理和地理科学的关系可以用一个生物学比喻来理解：地理科学是数据、技术、思维方法嫁接到地理学基石上的一个成功繁殖的结果。地理科学所用的概念和工具依然是地理学关注的核心，但是这些概念和工具已经从原来的学科延伸出来。
地理科学与社会
当人们开始认识到我们这个时代许多核心挑战是同地球表面所展现的人口、地点、景观，以及环境的空间组织与特征变化的相互交织紧密联系在一起时，地理科学在21世纪的重要性变得越来越清晰
自然系统和人文社会是不断演化的，但是，人类引致的变化的步调与程度已经在近几十年达到前所未有的水平
大量的人口处于流动之中
城市的规模迅猛发展
生态系统正在被改变
经济、社会和政治活动的模式越来越被重建
获得资源和市场的方式也在发生变化
技术开发已经改变了人们和地点之间的联系模式
随着地理变化越来越成为现代景观的核心，地理分析也必然成为现代科学的核心
由于地理科学多元学科的特征，其研究也倾向于多元调查项目，而且这越来越成为流行趋势
地理数据和技术的爆炸式增长也促进了跨越长远距离的研究合作，因为研究人员可以接入共享数据银行并利用可视化系统
地理科学还加强了科学与决策制定团体之间的联系
地图和其他地理可视化越来越成为政策部门强有力的政策支持工具。因为地理可视化能够将复杂的数据转化为一个可以理解的形式，包括随时间变化的现象数据，政策制定者就可以看到不同选择的具体影响
委员会方法
地球表面所展现的大型的快速变化为理解地理科学的战略方向提供了逻辑的出发点，因为显然现在人们迫切希望理解变化发生在哪里、为什么、以什么样的速度变化且要评估这些变化对不同地点和区域的影响
点题
指标——可能彰显地理科学战略方向的问题
问题必须有明确的社会重要性
问题必须是地理科学核心概念的中心
问题必须与大型科研机构的研究议程相关
问题必须是可溯源的（尤其是它们必须具备在未来5~10年内获得重要且明显成就的强大可能性）
问题必须是运用现有方法和数据源或预期能在未来几年内获得的方法和数据源能够回答的
被普遍认为具有很大显著性的领域
如何理解并对环境变化做出应对
对环境变化的理解和应对可以通过将地理视角纳入以下几个问题而大大增强
我们如何改变地球表面的自然环境？
我们如何能更好地保持生物多样性和保护濒危的生态系统？
气候和其他环境变化将如何影响人与环境耦合系统的脆弱性？
如何促进可持续性
促进可持续性要求解决那些探索人口变化、资源稀缺性及健康等地理维度的问题
100亿人在地球上如何生存和分布？
我们如何在未来10年和更长时期内可持续地养活每一个人？
人口居住地是如何影响人类健康的？
如何认识并处理快速的经济和社会空间重组
对经济和社会结构调整的影响的评估可以通过思考地球上人文地理的变化来提升
人口流动、物资交流和思想传播如何改造世界？
经济全球化如何影响不平等？
地缘政治变化如何影响和平与稳定？
如何促使技术朝改善社会和环境的方向转变
使技术变化朝改善社会和环境的方向转变需要考虑地理信息收集和表达的问题
我们如何更好地观察、分析和可视化这个不断变化的世界？
公民制图和绘制公民地图的社会影响是什么？
从广义而言，地理科学能够对科学和社会做出贡献在于它们可以改善对地球表面所展现变化的程度和原因的理解，并为理解这些变化的影响提供思路，促进应对这些变化的有效适应和减缓战略的开发，并促进对地球不断演化的地理特征进行记录和表达
二、 战略研究问题
1. 我们如何改变地球表面的自然环境
（1） 背景
人类对自然景观的进一步改变以及人为驱动下的气候变化，从根本上改变了地球表面过程，并对科学家和决策者致力于解决的生态问题提出了挑战
当前的科学研究已大致记录了生物物理变化的幅度
栖息地丧失和破碎化
土壤侵蚀
生物多样性丧失
水枯竭和退化
但目前尚未对发生以上变化的具体过程做出充分的判断和量化，依然缺乏检测、测量和分析全球变化的最佳方法与技术
（2） 地理科学的作用
1||| 由于自然过程在空间和尺度上各有不同，因此，必须从地理的角度去理解它们的性质和特点
2||| 学术研究的一个重要领域集中于流域对环境变化的响应和恢复，包括第四纪气候变化和人为景观的历史变化
3||| 地理科学研究有助于了解尤其是由土地利用变化引起的洪水现象
4||| 根据地理学家对时空动态的关注，他们最早利用古环境数据记录气候和环境变化
花粉化石分析
化石木炭分析
树木年轮分析
硅藻分析
摇蚊分析
多种沉积学和地球化学技术
地理学家已能够重现从几十年到几千年的陆地和水生环境变化情况。这一重现可以展示过去人类影响的特性，有助于研究在人类改造前的环境系统的自然变化情况，并展示环境是如何响应过去各时期的气候变化的
5||| 集成和综合研究是地理科学建立的标志
（3） 研究子问题
1||| 什么是地球表面的自然概率？人类活动是如何影响它们的？
2||| 当受干扰地区长期受人类活动影响时，我们该怎样做好景观修复规划并予以实施？
3||| 什么工具能很好地发现和测量地球表面过程的变化情况？这些工具如何提高我们对人类影响地球物理环境的认识？
a. 遥感和GIS的进步从根本上改变了物理科学，为测量、分析和可视化地理数据，以及提出和回答新的重要性研究问题提供了创新机会
b. 遥感技术在很大程度上便于识别危险区域，并评估环境变化的规模和类型。这对早期预警系统的发展至关重要
（4） 小结
1||| 空间分析、实地研究、地理可视化以及细粒度的背景研究，对评估目前全球生物物理调整的规模和类型是至关重要的
2||| 地理科学方法和技术有助于识别和量化地球表面的生物物理变化情况，也能观察不同尺度的变化形成过程
3||| 地理科学方法和技术在理解生物物理变化和促进资源管理者与决策者应对地球环境变化上具有重要的作用
2. 我们如何更好地保持生物多样性与保护濒危的生态系统
（1） 背景
动植物种群灭绝不仅使得地球上生物多样性日益减少，人类对食物、药材及自然愉悦等潜在资源需求被剥夺，同时也会危及生态系统功能，并可能引发连锁效应
生态系统对人类福祉极为重要
固碳
产生氧气
利用太阳能制造化学能
是土壤形成、营养物质循环、粮食生产、木材与纤维生产、径流调节及大气水分输送的基本环节
（2） 地理科学的作用
1||| 生物多样性的地理分布、对生物多样性与生态系统丧失的危害，以及必须加大保护力度的地区往往不是均匀分布的，而是处在不同空间尺度上，从区域到全球表现出明显的空间差异
2||| 通过野外调查、遥感与生态模型，地理科学可以反映并解释生物多样性分布，有助于通过优化保护方案保持生物多样性
（3） 研究子问题
1||| 生物多样性是如何分布的？怎样管理生物多样性？
a. 地理科学通过整合生物学统计数据与自然环境数据，有助于填补这项空白
b. 实地观测数据可以通过传统生态种群数量调查方法与自然地理学方法获取，但该方法无法覆盖整个生物圈。特别是地处遥远且难以到达的热带地区。因此，评估物种分布与生物多样性必须融合实地观测结果与遥感数据，利用GIS叠加外推生物与环境变化
c. 地理科学方法有助于评估潜在生物多样性的模型建立，有助于基于实测环境参数、人类土地利用模式、物种生理学与物种行为的保护方案设计。实地观测与遥感耦合模型在广大地理区用于评估生物多样性。这些方法在描述现状与确立保护对策方面应用良好
d. 了解与维持物种基因生物多样性及其空间分布特征，是未来地理科学在保护应用中的重要组成部分
2||| 生态系统与栖息地丧失的时空模式与驱动因子
a. 全球生态系统丧失与栖息地破碎化的速率及生物多样性减少过程的关系，是地理科学深入研究的重要主题。
b. 利用GIS叠加濒危物种分布图、栖息地类型、人类土地利用与土地法律保护现状进行差距分析，对确定保护区保护方案与土地征用优先权、维持日益破碎环境的生物多样性极为重要
3||| 未来气候变化如何影响物种分布与生物多样性
a. 基于GIS的物种分布数据和当前及未来的环境状况比较分析，对结合实地观测、气候预测、物种分布与潜在迁徙速率的生态模型，以空间直观的方式解决这个问题尤为重要
4||| 在维持人类生计的同时，如何保护生物多样性与生态系统
a. 制定保护战略不仅需要考虑到本地的复杂性，同时也要考虑日益全球化的土地利用方式和自然价值估算、保护措施与遵循的不同文化方式
b. 地理科学有助于解决当前关于自然保护策略的争论，如异地生物多样性保护的最佳方法
c. 地理科学在研究制定生物多样性与生态系统保护战略时，注重整合当地居民的观念与想法的重要性
（4） 小结
1||| 地理科学对社会需求的敏感性、研究方法的综合性可以极大地促进可行的保护策略的制定与实施
2||| 地理科学结合实地研究、遥感数据、气候数据与土地变化模型，研究生态系统变化与生物多样性空间分布的功能，将对制定土地利用政策与保护战略至关重要
3. 气候和其他环境变化将如何影响人与环境耦合系统的脆弱性
（1） 背景
对于脆弱性、恢复力、可持续发展以及适应性研究来讲，一个核心关注的问题是：为何在某种情况下，一些地区将会遭受某种特定环境变化的破坏，而别的地区相对而言没有受到伤害，或者由于处于相对较好的位置，能够抵御将来类似事件的发生。
（2） 地理科学的作用
a. 地理科学已在以下方面做出了重要贡献：理解人们（或者生态系统）如何反应和应对环境变化；另外，即使在没有发生环境变化的条件下，社会和政治变革会对暴露性、敏感性、适应力产生什么样的影响
b. 地理学关于脆弱性的研究视角具有以下五个方面的特点
i. 地理学对脆弱性研究的分析单元定位于复合的人-地系统，而不是单独的的人类或环境系统
ii. 对复合的人-地系统研究尺度选择以具体的研究地域为依据
iii. 由于基本的分析单元为复合的人-地系统，因而系统的变化应当是多种因素相互作用的结果
iv. 研究关注在多尺度研究框架下，复合系统在多重扰动下的暴露性和敏感性分析，核心考虑的问题是地区在应对外部压力时表现出的适应力的差异性
v. 复合人-地系统具有相互作用和动态变化的特性，决定了系统自身的脆弱性会随着时间的推移而发生改变
c. 地理学方法应用到脆弱性研究中，使人们认识到脆弱性会随着时间和空间的改变而发生动态变化，而且最有意义的研究尺度应定位于当地尺度，但宏观尺度范围内的影响力也是不容忽视的。地理科学关于脆弱性研究的方法可以促使相关科学专家以及那些熟悉研究地域情况的人们都参与到研究活动中
（3） 研究子问题
1||| 气候变化将对快速城市化地区的脆弱性和恢复力格局产生怎样的影响
2||| 我们如何才能更好地衡量和整合不同尺度过程对脆弱性和恢复力的影响
过去的脆弱性研究使用了各种数据收集和分析方法，并利用地理学手段对变量因素在具体地域多重过程的影响作用进行了定位和评估，在此基础之上，地理科学将把其经典的“尺度问题”的学说应用于脆弱性研究领域，并对其进行验证
3||| 如何通过不同研究主题的脆弱性和适应能力比较分析，促使脆弱性研究得到更为广泛和有效的推广
（4） 小结
对以往所忽略的宏观背景的研究，以及不同地理空间和尺度的过程与格局的探索。将会给我们的研究提供新的重要机遇，从而加深人们对环境变化影响下的脆弱性格局变化的理解
4. 100亿人在地球上如何生存和分布
（1） 背景
我们需要了解未来40年这100亿人在不同类型的家庭中如何分配，在全世界不同地域如何分布，哪些进程创造了人类聚居区域的多样化格局，加速城市化如何改变社会、环境和经济条件
人类面临的最大的困难之一是100亿人在地球上如何生存和分布才能缩小他们的环境足迹；如果这100亿人中大部分人居住在城市，那么城市化的地球将会产生什么后果；怎样才能降低其负面效应，同时增加其积极影响
（2） 地理科学的作用
1||| 人类聚集区研究本质上是人与环境交互关系的调查，它需要精确的空间数据与分析、对不同地域与尺度的人与环境关系的理解，以及对不同用地均衡的认识
2||| 地理学长期致力于调查不同属性的人群居住在城市内部哪个区域，研究产生这样的居住格局的过程和机制，评价伴随各种设施如就业机会、医疗设施、娱乐设施的不同可达性而形成的各种居住模式的内在含义
3||| 现代地理学的研究途径和方法更易于审视城市内部、区域和全球尺度的城市土地利用模式
4||| 地理索引数据库存的不断增加使人们有可能将卫星影像和普查数据的各种信息结合，得到展示世界人口分布的重要分析地图
5||| 地理学观点的一个标志是认识到人与环境的相互作用和环境变化的响应都是“基于地方”的，也就是说他们在一定程度上取决于地方的具体情况和特征
（3） 研究子问题
1||| 哪种形式的城市化对环境最可持续
2||| 城市区域怎样才能适应和更加灵活地应对全球环境变化
a. 城市区域应对全球环境变化的能力取决于与自然和人文条件有关的地理区位、当地政治经济制度处理灾害事件的能力，以及建成环境的组织和自然属性。
b. 如果地方决策者、团体和个人准备应对和适应全球环境变化，那么人们需要更加充分的认识和了解这些变化及其对城市可能造成的后果
c. 空间精确建模和地理模拟的进展能够加深对城市怎样才能更加灵活的应对全球环境变化这一问题的理解
3||| 加速城市化和大规模城市化对地方和区域的气候有何影响
（4） 小结
新的地理数据和不断发展的分析方法与现有研究工具和技术相结合，能够帮助我们更加完整和充分的认识城市化的模式意义和不确定性
5. 我们如何在未来10年和更长时期内可持续地养活每一个人
（1） 背景
1||| 到21世纪后半叶，全国人口数量可能由2008年的67亿人上升到80亿~120亿人，迎来人口高峰。但是，全球粮食（和相关资源）的消费何时会达到顶峰还不得而知，因为粮食的消费，以及用来生产这些粮食的化石能源、水、土地和土壤资源与全球人口规模虽然有一定联系，但并非完全相关
2||| 要想实现粮食生产与分配的可持续，最严峻的挑战不仅在于了解有多少人、这些人生活在什么地方、人口增长有多快，还需要掌握粮食消费的数量与类型、粮食生产的成本以及粮食的可及性。
（2） 地理科学的作用
地理科学家采用了一种独具特色的方法来研究粮食生产和消费问题
首先他们从人与环境相互作用的角度，考察粮食生产与消费
其次，地理科学家使用空间分析方法研究了粮食生产和消费。通过在不同空间尺度上运行这一流程，他们通常能把不同地区的粮食生产和消费联系起来。
GIS可以用于组织和整合气候，水文，土壤，作物单产等方面的数据，这将有利于水资源缺乏地区粮食生产的管理
遥感技术可以在规划预留地、探测早期的水资源缺乏及其对作物单产的影响方面发挥作用
再次，通过在分析中引入尺度（以及地区与地点的联系）的概念，地理科学家的工作促使研究者们在更大范围内思考粮食供应与农业问题
（3） 研究的子问题
1||| 哪些种植系统应对气候变化的能力最强，哪些系统最弱
a. 21世纪所面临的最大挑战之一就是面对气候变化对农业和种植业系统的影响，如何满足日益增长的粮食需求
b. 展望未来，空间直观气候变化研究，正从气全球气候模型发展到区域气候模型，通过预测哪些地区的干旱会加剧，有助于我们更好的预测哪些种植系统在应对气候变化方面能力最强、哪些系统最弱
c. 要想弄清楚哪些种植系统最容易受环境变化的影响，还需要对现有系统的地理位置和脆弱性进行详细评估
2||| 一个地方消费模式、制度和成本的改变如何影响其他地区的耕作系统、土地利用和粮食安全
从地理科学的角度看，考虑地域和政治的关联有助于更好的理解这些变化对粮食安全和农业系统的影响，包括哪些人受这些措施影响、他们分布在哪里、他们如何受影响。同样的，更好地理解粮食安全对当地和国家粮食系统意义重大
3||| 转基因作物在哪些地方采用最快？对粮食供应和农村生计会有什么影响
（4） 小结
要在未来10年和更长时期内可持续的养活地球上的每一个人，必须更好地理解粮食系统如何与环境变化互动，它们在地区间如何关联，以及它们如何受到经济、政治和技术环境变化的影响
6. 人口居住地是如何影响人类健康的
（1） 背景
1||| 健康问题一直是社会关注的基本问题，但近些年来，随着媒体对于疾病爆发的广泛报道，全球范围内传染性疾病的快速流行，对工业化副产品的暴露引起健康不利影响证据的增加，以及人们对于公共卫生服务可获得性和支付能力的担忧。人们对健康问题的忧虑进一步增加
2||| 正是由于居住地环境的因素对健康的影响多种多样，而且不断变化，同时人类本身也以前所未有的速度在不断地迁移，因此，了解居住地对人类健康的影响，是现代地理学最具挑战，也是最重要的科学问题之一
3||| 要进一步全面的了解居住地对人类健康的影响，就需要从个体到人群水平上对人口健康进行归整、模拟和预测
人群的流动性（如每天、每周、每个季节、一生）
社会经济环境（如收入状况、年龄、学历、性别）
行为危险因素（如吸烟、酗酒、吸毒、饮食）
环境改变（如气候变化、工业发展、城市扩张）
疾病的时间过程（如癌症的潜伏期和诱导期）
遗传因素（易被疾病感染的决定性因素）
为了应对21世纪的人口健康的主要挑战，需要发展一些更加成熟的理论、方法、可视化和工具手段来解释这六种影响变量在不同区域所产生的交叉影响
（2） 地理科学的作用
1||| 从疾病分布模式的构建开始，地理科学一直致力于开发能反映时空对健康和疾病的影响的模型和可视化工具。这些模型和可视化工具能够帮助地理学者理解不同地区潜在的危险物暴露的影响
2||| 地理学者同样也在探索利用遥感（卫星数据和高光谱影像）来研究疾病的分布和传播
3||| 地理学者在研究疾病的发病和反馈，以及毒品依赖等发生的条件时，至少增添了四个方面的研究内容
a. 他们依据疾病的传播机制和致病机制，提供一系列用于检测疾病发病率的分布和疾病发病的异常现象的技术
b. 地理科学的工具能够帮助研究者判定一个区域疾病发生的相关因素是病因或是统计相关。在这一领域，GIS的价值就在于它能够提供一系列的多元分析方法，且能够在不同空间尺度上对影响因子进行分析。
c. 地理学者已经研究出了疾病传播的空间模型，并把空间距离和连通性的概念直接包含在模型里，通常以元胞自动机和智能体模型的形式包含在模型里
元胞自动机模型是把地理空间分成一系列的矩形单元，赋予每个单元一套规则，根据临近单元和外部因素来近似概括每个单元随时间变化而产生的状态变化，进而模拟该地理空间的变化过程
d. 地理科学对区位的关注，促进了对卫生服务可及性问题的重视
4||| 无论是全球还是区域范围，地理学者已经发现卫生服务设施所在区位的差别具有极其重要的影响，同时地理学者也应用了一系列用于优化卫生服务设施区位配置的技术，以获得令人满意的区位配置
（3） 研究子问题
1||| 疾病是怎样响应生态系统和气候变化的
2||| 医疗保健可达性的地理差异是如何影响健康和福祉的
3||| 社会因素如何影响疾病的扩散，如HIV/AIDS在非洲撒哈拉沙漠以南地区的传播
（4） 小结
1||| 地理科学在研究疾病传播、保健资源获得性以及疾病的治疗和预防等的空间变化方面起着重要的作用
2||| 地理科学的工具与方法可以提供对影响健康的区位因素的研究，并且可以阐明影响疾病传播的主要关联因素
3||| 建立和扩大地理科学对健康问题的研究的主要目的是战胜疾病和促进人类福利
7. 人口流动、物资交流及思想传播如何改造世界
（1） 背景
1||| 如果没有人口流动、物资交流及思想传播，就会出现城市运转不正常、经济衰退、社会消亡等诸多问题
2||| 随着地方经济及与之相关的土地利用变得越来越专业化，机动性成为人类活动可持续的关键
（2） 地理科学的作用
1||| 机动性塑造着人类活动的地理形态，如定居模式、生产厂家或服务商的区位布局
2||| 地理科学利用专业知识分析空间形态与过程间的关联，并研究不同空间尺度机动性产生的原因及后果
a. 路网扩展或改造会提高可达性，并进一步从根本上改变居住系统
b. 随着出行速度的增加，大地方得到成长，而小地方则逐渐衰退甚至消亡
3||| 地理学的研究强调机动性与土地利用类型的关系，结论表明：增加道路容量，在提高可达性的同时，会导致交通流量的增加，从而进一步强化区内及区间差异
4||| 地理学面临的研究挑战是如何实现在提高可达性的同时，不增加交通拥堵，这也是当今世界上许多城市面临的共同难题
5||| 地理学方法尤其是GIS，促进了对不同空间尺度上某一确定尺度的迁移类型和过程的分析
a. 在区域尺度上，规划机构采用该方法将规划者的能力转变为创造最佳的设计，并向公众传达不同规划场景下可预见的影响
b. 在个人尺度上，GPS技术的快速采用正在改变着汽车司机、行人以及骑车者的迁移
（3） 研究子问题
1||| 虚拟交流如何反映和改变地理空间的人员流动、物资交流及思想传播
地理科学正好能够协助产业找到最优的方法，以合并日益重要的虚拟交流和一直持续的地面联系
2||| 能源成本的变化如何影响人员流动、物资交流及地理景观的变迁
地理学可以为研究能源价格变化如何影响客货运输、虚拟交流与物理迁移以及地理景观的变迁提供重要的视角
3||| 人口迁移如何重塑地方社区、劳动力市场、种族及民族特征
4||| 交通运输网络中最脆弱的点在哪里？这些点的中断暗含着什么
对于如何确认美国交通运输网络中最脆弱的点，地理科学也能有所作为，并且能够评估这些点的破坏会带来的影响，即人口流动或货物运输中需要通过这些脆弱的点都会受到破坏
（4） 小结
1||| 理解每个地方的的机动性、机动性影响的差异及其原因，是预知未来几十年内机动性的增加及机动性选择的改变对经济、环境、社会和政治的影响的关键
2||| 地理科学家们拥有不同的学科背景，包括地理学、土木工程、社会学、经济学和政治科学，因此能够很好的承担研究这些问题的任务
8. 经济全球化如何影响不平等
（1） 背景
1||| 近年来，经济全球化迅速发展，经济社会发展的空间一体化超越了国家尺度，全球化加速了商品、资金、人员、政治文化等要素在地球上的交流与互动
2||| 理解全球化与不平等之间关系的本质和联系是至关重要的，因为差距形成一些需求
庇护所
土地
食物和清洁水
可持续生计
技术和信息
所有这些领域的不平等，对人类安全和环境可持续构成了挑战
（2） 地理科学的作用
1||| 地理学研究有助于理解全球不平等产生的格局和过程——也包括国家和地方尺度
2||| 所谓的“新经济地理学”，主要是通过建立规模效益、交通成本、市场距离、生物资源禀赋等之间关系的结构模型，分析不平等的空间特征
《2009年世界发展报告》采用了这种方法，指出全球经济必须要从三个地理维度上发生转变，以减少不平等现象。报告认为，这种现象源自于：
i. 经济活动更加集中（密度）
ii. 距离成本的下降（如增强商品、资本和劳动力的可移动性）
iii. 加强语言和管理规则差异背景下不同地方之间的融合
地理学家的研究扩展了新经济地理学，明晰了地方化对经济发展的重要影响，引导政策制定者更加关注地方化的交织作用
3||| 在试图理解地方间和地方发展差异的研究过程中，地理学家已经建立了一个工作框架，形成了不平等的空间变量作用机制。包括不同的宏观经济管理体系、不同的福利体制、不同的劳动力社会状况、不同的消费和分配实践
（3） 研究子问题
1||| 次级国家尺度下不平等呈现什么样的布局
地理学工作的一个长期传统是专注于空间格局的可视化，有助于深入地理解社会空间过程，通过图形展示跨国的和不同尺度的不平等，揭示出全球化视野下赢家和输家的分布格局
新的地理学可视化技术，能够洞察不平等与全球化间的复杂关系
2||| 市场自由化是加剧还是减轻空间不平等？区域差异？如何影响
3||| 贫困、财富和消费在多尺度地理空间上是如何相互关联的
地理学中对商品链的研究，通过建立生产和消费间的联系，增强了对不平等格局重塑的理解
地理学研究的目标是整合经济环境和社会变量的跨空间和尺度的一体化模型。从而分析得出市场自由化在对国内尺度、地方尺度和全球尺度下的不平等问题的影响
（4） 小结
要理解不平等的原因和结果，需要考虑到地理格局与网络——无论是经济的、政治的还是环境的
空间分析可以准确测算出空间变化和标度差异，有助于阐释全球化和不平等之间的复杂关系
9. 地缘政治变化如何影响和平与稳定
（1） 背景
在过去的20年里，世界地缘政治发生了巨大变化。冷战时期的两极体系瓦解，一些国家（苏联、捷克斯洛伐克、南斯拉夫等）解体了，一些新的国家（厄立特里亚、东帝文等）出现了；同时跨国集团的成长具有重要影响，尤其是欧盟
（2） 地理科学的作用
1||| 作为一个重点分析地球表面现象的组织结构的舞台，地理科学的核心研究很有必要关注地缘政治的变化
2||| 地缘政治学的贡献主要在于，关注为何政治-领土格局会形成以及如何形成；它们如何运作从而形成其地理特征；以及它们与经济、政治、社会和环境空间的关系
3||| 在地缘政治舞台上，地理学家们的工作集中于关注文化、政治和环境对边界的影响；不同地缘政治观的本质和含义；权威的地域来源于非地域来源之间的关系
4||| 基于地方的研究方法不仅仅是多数地理科学工作的主要特征，也对理解冲突与和平的原因具有重要作用
5||| 一般而言，许多冲突看起来是单一的经济、社会、文化或环境因素催化的结果。然而无数基于地方的研究表明，暴乱几乎从来不是一个类似于资源的紧缺等因素的直接结果
（3） 研究子问题
1||| 什么类型的边界安排容易出现不稳定，为什么
关于世界上绝大部分有争议的边界的相关地理评估，能够对领土结构与特别不稳定的社会、文化、环境模式之间的关系形成基本见解
2||| 环境和资源需求变化对地缘政治稳定有什么影响
3||| 地域安排和观念的发展是不是与强势政府和非政府组织的地缘政治观点一致
（4） 小结
1||| 地理科学家们关于上述议题的研究，将加深我们对塑造21世纪安全形势的地缘政治的根本力量的理解
2||| 我们需要的是持续的努力，去调查地缘政治发展及其概念化的空间特征。去分析它们之间的关系，从而调整政治-经济、环境和社会格局
3||| 如果没有这些研究，我们对导致地缘政治稳定和不稳定的跟主要根源的理解将非常有限
10. 我们如何更好地观察、分析和可视化这个不断变化的世界
（1） 背景
1||| 对地表的观察、图示和表达自古以来就一直是地理研究的组成部分，这些活动也仍然活跃在现代地理科学研究的中心
2||| 今天，记录、可视化和理解这个星球表层不断增长的变化要远比传统的制图复杂的多
3||| 地理数据和工具是现在多个学科研究领域所必须的，包括地表和近地表研究，从社会科学如犯罪或政治学到环境科学如气候学或生态学
4||| 科学认识要转化成为有效的实证和地方政策，普通公民要完全了解和参与关于地理技术潜在用途和广泛适用方面的讨论，地理数据和工具是完全必要的
（2） 地理科学的作用
1||| 尽管使用的地理数据和工具无疑已更加容易，但是，我们不应该把运用地理学知识“描述和图示”现象的行为与基于现有工具和知识体系来“理解”这个现象的行为进行混淆；或者把原始观测数据库转化成科学知识并最终形成改良决策的推理与理解过程进行混淆
2||| 遥感是现代地理数据开采的主力，而且还在不断进步，采用电磁波谱的不同部分开发的新型传感器
3||| 即使没有这些技术的发展，推理和推论专门知识的重要性也不会在任何方面有所减少，显然在这一领域地理科学家的作用是最关键的
4||| 地理科学家通过他们的经验和知识的文献资料了解特定类别的现象的本质。他们认识到空间概念的重要性，如尺度、位置、地点和相互作用；熟悉它们的基本理论和各自相关的缺陷；能有效利用地理数据和工具来增加关于地理景观的人类知识，同时还保持与该知识有关的不可避免的不确定性知识
5||| 现在对于地理数据不确定性的来源、可视化的重要性、对其分析结果影响的建模已经有更多的了解
6||| 地学可视化的新技术允许地理数据从不同的角度显示，引出新的见解和形成新假说
（3） 研究子问题
1||| 如何获取和共享新的地理知识
卫星遥感也可以提供用来准确预测温度，降水和极端事件的大气模型所需的输入变量。可以对海洋表面温度进行监控以及获取其他参数
最近，地面遥感引起了广泛关注，使用固定网络的自主传感器能够收集环境属性信息
然而，从遥感传感器上观察、识别衡量对象有明显的限制，无论是在空中、地面还是海洋
地理科学家的一个积极、有前途的重点研究是放在如何使用非常规来源，找到或推断详细的社会信息上
我们所面临的一个真正的危险是，在不太遥远的将来，许多我们现在通过目前的遥感观测计划所知道的关于地球的知识，会因为缺乏长期保存所需要的资源和组织而丢失。因此，需要进行研究并找出健全的方法来保护他们，以确保未来能方便、可靠地供研究人员使用
2||| 需要什么样的技术来可视化表达地球的未来
我们模拟未来的能力依赖于我们对塑造这个星球的社会和环境进程的理解，并且这样的进程速度在明显增加
增强预测未来的可视化能力将需要许多学科包括地理科学方面的研究，主题有：
方法
将虚拟地球仪（离散全球网格）的空间结构作为一系列仿真模型的基础
可视化的方法
不再是目前强调渲染一个接近现实的地球表面，还包括各种大自然是抽象或不可见的属性信息的可视化，如个人收入、国内生产总值或降雨
标准和机制
允许用户不仅为了搜索数据，同时也为了搜索仿真模型，并在一个虚拟的地球环境中实现
工具
允许大范围的过程模型所使用的工具，能使用共同和重复使用原语集的软件来描述环境或社会
方法
将尺度缩小到本地水平，因此它们可以在当地的背景下具有实际意义
途径
提高与过程模拟相关的不确定性的认识，以及如何在一个虚拟地球仪上显示这种不确定性并传达给用户
今天，可以在科学界很容易的使用详细的全球气候变化预测结果，但访问他们的技术和专有知识限制了他们的使用价值
3||| 地理工具怎样才能适应需要及时答案的世界
随着变化的加快和传感器网络开始提供空间和时间的密集的采样数据，我们需要迅速加快时空分析技术的集合
实时数据流为空间决策支持系统提供基础，能够为众多的社会和环境问题提供更高效率的管理
（4） 小结
1||| 随着当代科技的不断进步，对地球不断变化的地理特征的观察、图示、表达这一古老的任务，呈现出新的机遇和挑战
2||| 本章所阐述的研究问题表明，地理科学收集、分析和分享信息的方式，在理解和评估人类和未来地球环境过程的多学科任务中显得至关重要
11. 公民制图和绘制公民地图的社会影响是什么
（1） 背景
1||| 近年来，诸如谷歌地图、谷歌地球和微软虚拟地球之类的网络地图网站的流行呈现爆发趋势
2||| 特别是在世界上的发达地区，这些站点已经成为人们日常生活中的核心部分。因为他们可以用来指引人们到达工作、娱乐、商务的场所，同时让人们增加自身对世界的认识
3||| 人们不仅想从这些网站获取信息，而且越来越想通过他们分享信息
（2） 地理科学的作用
1||| 大多数的公民制图都涉及互联网的使用，有些人认为互联网是消除地理位置和距离的重要性的技术。但是却有大量证据与之相反
2||| 正如《经济学人》中所说的：“认为互联网的全球影响力，会使地理学显得多余的观点是天真的。有线和无线技术绑定的虚拟和物质世界比以往任何时候都更加紧密……事实上，地理学离消亡还很远。虽然把互联网作为平行的数字世界，或一个无所不在的‘云’的观点往往是有益的，但是互联网的用户还是生活在仍然受地理限制的现实世界里。而这些限制已经延伸到网络上。查找一个特定地点，或与特定信息关联的地点的有关资料并不容易。”
3||| 地理科学是理解数据采集新形式的本质及其内涵的核心
4||| 地理科学家们具有相关的背景和培训，包括实现的语言、指导原则，以及有关的定位和制图的理论构建
5||| 他们提供的研究方法有助于探索、分析、合成、描述公民制图活动数据和他们的社会影响
6||| 地理科学家们对地理位置和环境的关注及其重要，因为研究公民制图和位置隐私不仅仅是获取和使用定位数据，而是理解在特定的地点、特殊的群体如何使用和查看数据
（3） 研究子问题
1||| VGI生产者有什么特点以及我们应该怎样评估所产生数据的内容和质量
2||| VGI参与者造成哪些方面意想不到的影响加剧了数字鸿沟
3||| 哪些是新兴地理技术最严重地威胁到人类隐私的地方，以及我们如何设计技术来提供隐私保护
（4） 小结
1||| 伴随着世界各地数以百万计的公民不断建立全球地理信息库的进程，近年来出现了以公民为作为数据来源和主题的制图行为，已经严重影响到个人隐私，并引发了许多相关的社会问题
2||| 以地理科学为中心，可以促进对这些新形式的数据采集和传播的本质的认识以及负责任地使用
三、 未来展望
前言
鉴于21世纪初地理学发生的巨大而深刻的变化，地理学家急切想弄明白是在什么地方发生的变化、为什么会在特定的场所发生变化，以及地理学应如何最好地响应这些变化
地理学要前进，仍需要付出巨大的努力，去拓展其所能做的事情
需要付出巨大努力的、重要的支撑系统
1. 研究基础设施
迄今为止，大多数地理学取得的进展是通过小范围的、相对独立的研究活动进行的。他们之间的协调合作较为松散，甚至在大多数情况下没有协调合作
专业的学术会议可以聚集研究人员一起交流研究思路，但他们没有资源来进行大规模的合作，而且这也不是他们的职责所在
大型合作在解决许多地理问题方面是非常重要的，包括技术和基础设施的投资合作，以及不同观点的数据的共享合作。这种合作的回报可能会非常丰厚，但促成合作的障碍也同样非常巨大
这些障碍包括支撑大型合作的现有数据差距，以及支撑各种监测分析的工具和设备的缺乏
因此，加强研究基础设施的建设，应集中在数据的开发、储存和共享，以及促进合作的正式制度和机构的建设上
地理科学要取得类似进展，第一步工作应该是开设研讨会和组织正式会议，致力于研究地理学前进的具体战略方向及远期目标。研讨会主要帮助确定合作的成本、价值、股东以及合作的可行性，并且提出制定前瞻性研究规划的具体步骤
要加快地理科学前进，至少有两类基础设施需求需要解决
传感器和数据的存储与检索
地理分析的关键是研究区域差异，或者动态地理现象的轨迹跟踪
不论从空间视角，还是从地面表层来看，那些遥感到的东西均存在局限性。这就使得地理科学中的社会系统和环境系统研究产生失衡现象
环境数据基础设施和社会数据基础设施之间的不平衡将日益显著。了解环境系统当然是非常重要的，但在解决很多社会问题时，需要对社会系统有同等了解，以及环境和社会的相互配合
一种解决问题的方法是创造严格控制的环境
在这种环境中，科学家可以使用敏感数据，但要对原始数据保密，只能公布结果
这种方法可以通过适当的软件设计，使研究人员通过互联网访问保密范围内的远程数据库，而不必亲自到场获取数据
实施这样一个系统，可以帮助地理学者获取和使用社会数据，以研究地球的人文地理变化等重要问题
网络基础设施和工具
网络基础设施涵盖了用于科学计算的计算器、网络和存储设备和科学界网络的传感器、软件、工具，通行设施以及那些取得重要进展的虚拟社区
（网络基础设施在社会科学、人文科学以及其他专业学科中发挥了重要作用）然而迄今为止，几乎没有聚焦于地理学的网络基础设施的讨论或投资
由于地理世界是极为复杂的，无论是以地图还是以数字化的形式，任何试图将它数据化的努力，都需要在其应包括或者剔除的因素上做出艰难的抉择
地理信息的获得及分析和其他学科有很大差别
其他学科信息一般可以从可控实验中获得
地理科学以所谓的自然实验为主，研究人员几乎没有对抽样过程进行任何控制
地理数据的分析需要一系列不同层次的数据，以及被统称为空间数据分析的专业技术
由于地理学独特的机制，它需要特有的基础设施来取样、记录、分享、分析和建模
大部分的基础设施已经建成，这主要归功于地理信息在人类活动许多领域的重要性。但是除此之外的基础设施尚未得到所需的投资或关注。数据供应是重要的，但是软件等工具供应也是同样重要的
科学家已经在设想下一代的空间分析技术的发展——不仅仅是当前作为核心空间分析技术的GIS的发展，而且是虚拟地球仪的发展
解决基础设施挑战
地理学需要有一个综合的方法来应对地理数据差距日益扩大的需求，并有必要发展和传播新一代的、功能更强大的工具
应对这种需求的一个途径，是建设一个虚拟中心，提供互联网服务，以此给研究人员提供难以获得的非常规数据及敏感数据。以及其分析所需的工具
这个中心应制定必要的使用协议，并通过软件实现
它也需要与个人、商业部门、政府机构、传感器网络管理者等进行协商，要求其确保数据保密性和其他问题不会受到影响
他可以以社会-环境的划分为主题，开发不同数据源的整合技术；也可以为不同学科的研究人员提供一个可靠、强大且易于使用的方式
它具有可以保存长期数据的程序
呈现给研究者的界面将会很容易使用，但又在文件和元数据结构上体现出最优的科学原理
从本质上讲，该中心可以提供研究者和潜在数据供应商的中介服务，以解决当前日益严重的问题
下一步就应该是，开设一系列研讨会，旨在明确支撑地理学研究所需的各种基础设施投资以及展望地理学更广泛的应用前景
2. 培训
在地理学的方法和工具的重要性被日益认可的时候，提高对地理学者的培训仍然至关重要
如果在地理学认知、空间思维和研究技巧方面没有针对性的变革，我们这种教育模式培养出的毕业生，会缺乏解决本报告提出的复杂问题的必要能力和方法
因此，地理学教育需要一个崭新的、特有的、积极的态度，来支持本报告所提出和探讨的地理学发展战略方向
目前在很多学校、学院和大学有着显著地理学成分的教学培养方案明显很薄弱，或者根本不存在
在很多培训条件较好的地方，也需要注重培养学生本报告所提出的有关地理学发展战略方面的知识和技巧
这种培养方案需要给学生提供解决大尺度、综合性问题的工具，并确保从地理学视角和分析方法进行分析技能和技术培训
加强和深化地理教育是至关重要的，不仅在培养地理学家群体上，而且是在促进地理技术更广泛的应用上
培训问题的挑战
如何扩大和加深学生对重要的地理格局和过程的认识，增强空间思维能力，深化学生对地理技术、结构和功能的的理解，包括在一定情况下，判断某技术该不该被使用
我们需要实施和扩大重点培训教师的项目、对地理学观念和技术的资助、开发新的课程教材，我们需要抓住机遇，以创建有着显著地理学成分的课程和学习方案，并跨课程的灌输地理学的思想和方法
《教师的现代地理学指南》是由美国教育部资助的项目，它旨在将空间思维能力贯穿在数学、历史、自然科学等课程中
地理信息科学大学联盟已经发展了一个以地理技术为重点的示范课程
地理学/地理科学培训的核心问题
（1） 第二部分提出的核心问题是否引入本科生的入门课程，以此培养他们的理解能力，以及进一步学习研究的兴趣？
（2） 是否给大学生提供研究机会，以培养他们的研究技能，以及进一步研究的兴趣？
（3） 技术课程是否充分基于概念和理论，使学生们能够理解到地理科学的思维方式，而不仅仅是看到一套计算机程序？
（4） 研究生课程的设置，是否既提供足够的通才培训，以引导他们提出突破传统的重要问题，又提供足够的专业培训，以培养他们获得解决这些问题的能力和方法？
（5） 是否鼓励学生去思考长期存在的人文和自然之间的鸿沟，以及社会和技术之间的鸿沟？
（6） 学生是否既学会了寻找模式、区域和空间的意义，又学会了对它们进行批判性的思考？
（7） 是否鼓励学生去追求学术或研究事业，课程设置的形式是否满足了这些需求？
（8） 对其他学科的学生和学者开放的课程，是否能够培养他们对于地理科学的兴趣？
需要找到好的途径来吸引更多学生从事地理学理论和工具研究，并加强在地理科学方面具有特殊才能和兴趣的学生的研究能力的培养
应对这一挑战，需要依赖于前面强调的那些当前最有前景的理念，并在跨学科研究中寻找新的方式，灌输地理学理念、技术和研究方法
3. 推广
决策者、管理者、媒体人物和其他有影响力的人物，能够宣扬地理学，也能够忽视地理学，但是他们只有在理解地理学究竟能做出什么贡献时，才能做出正确的抉择
很多人物并没有宣扬地理学，是因为地理学最近才开始在公共舆论中扮演一个越来越重要的角色
因此需要努力促进地理学的推广，促进有关地理学已有和潜在贡献的宣传教育
提高外部交流能力，是整个科学界面临的一个挑战。但是地理学认知与政策制定、日常生活的关联很大，这使得地理学的外部交流势在必行
只有通过提高公众对这些知识的熟悉程度，我们才有希望弥补当前制造者和使用者之间的知识差距
提供宣传教育的机会是非常必要的
（1） 能够推动地理学向外推广
（2） 能够促进技术进步——将复杂的地理学思想转换为便于广泛传播的语言及可视化形象
（3） 能够搭建地理学界和那些制定、影响政策者之间的桥梁
建议
（1） 只要有可能，地理学界就应该积极寻找机会，向包括政策部门在内的受众，宣扬地理学的思想、知识以及研究成果
（2） 地理学界还应该创建一个机构，地理学家通过它，可以与各种基金会和智囊团建立联系，以加强合作关系，增进对热门话题的理解，如疾病、饥荒、自然灾害、贫富差距等
（3） 地理学界还应该继续努力，通过举办年会和政策论坛的形式，更好地建立与媒体及其他关键受众的联系
（4） 整个地理学界国家项目带头人、学术机构、专业社团、非盈利组织都应发挥重要作用，最大限度的拓宽地理学的覆盖面和影响力
小结
未来10年，资源利用及可得性、环境变化、贫富差距、人类安全将受到高度关注，技术变革将在科技和社会发展议程中被广泛提及
一个以地理学为引领的世界是这样的
大批科学家需要培训，大量基础设施需要建设，以此来推动地理科学前沿领域的发展
在这个世界中，科学界认识到并依赖于地理科学的贡献
在这个世界中，政策通过地理科学的途径和陈述表达出来，广大群众对地理观点、概念和技术有足够的理解能力，地理知识和工具能够被合理利用，并日益成为现代生活的一部分
认识这样一个以地理学为引领的世界的前景，能够给予我们更多重要的新视角去观察我们的星球，也将使掌握这门科学的人们生活得更加美好