专题地理、100亿人在地球课件.ppt

第一部分 地理学概论1.地理科学的研究对象2.地理科学的研究核心3.地理科学的学科体系第二部分 地理学的现代发展1.地理科学的现代发展的背景与动力2.现代地理科学的发展历程与成就3.地理科学的现代发展与趋势第三部分 案例研究地理科学战略方向探讨,100亿人在地球上的分布和生存人类如何改变地球表面的自然环境如何更好保护生物多样性与濒危的生态系统人口居住地对健康的影响人口流动物资交流及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。,专题一、100亿人在地球上如何生存和分布,一、研究背景1987年7月11日，1999年10月12日，2011年10月31日2008年世界城市人口比重过半根据预测，2050年世界总人口将达到79-120亿人（UN,2009）在中速方案中，2050年世界总人口数将接近100亿，其中估计有31亿新城市居民。未来10年全球大部分人口增长将会发生在城市地区，世界范围内城市人口的比重逐年增加。尽管HIV（人类免疫缺陷病毒）和经济衰退等对死亡率和城市迁移的影响还无法确定，但是目前的城市化规模仍是史无前例的,1950-2050年不同区域的城市人口比重,分析：世界人口城市化将对资源利用、环境可持续和人类福利产生显著影响两面性。可减少建筑和交通的能源消耗、降低二氧化碳的排放；城市区域能够提供更多经济发展的机会，城市是多数地区经济发展的核心和引擎大部分的城市人口增加将集中在发展中国家，特别是非洲和亚洲全球家庭数量的增速超过了人口增速。,与人口总量相比，人均资源消耗资源量与家庭数量的关系更为密切，其增长严重威胁到生物多样性和自然资源（why？）,2023/3/31,美国平均家庭构成人数变化,单身家庭比重显著上升：从1940年的7.7%上升到2000年的25.8%,2023/3/31,山东省城市化与户规模变化情况,因此，我们需要了解，未来30多年这100亿人在不同类型家庭中如何分配？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，那么城市化地球将会产生什么后果？怎样才能降低其负面效应，同时增强其积极影响？环境挑战、资源需求、基础设施需求、能源需求以及城市新增人口的管理向人们提出了基本的政策性问题，同时也提供了前所未有的实现可持续发展的机遇。这是21世纪世界城市化过程中不可避免的,二、地理科学的作用人类聚集区的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，以及对不同用地之间比例的把握。城市研究、城市发展研究、城市土地利用理论研究和人居环境发展研究等都有很悠久的地理学传统。城市规划、城市经济学、城市地理学和城市社会学有关城市形态和功能的许多研究，都曾引用Thnen杜能（1826年农业区位理论）、Burgess伯吉斯（1925年同心圆理论），Alonso阿隆索（1964年城市地租模型）及其他地理学者的土地利用空间模型。,全球城市化研究的范围如何界定？尽管城市通常依赖于和周边区域的复杂联系，但是城市间相互作用的速度、范围和影响力已经达到了全球化，未来也将如此。因此，对快速城市化进程和结果的研究需要追踪将人、地区和过程联系在一起的交互作用的网络，这种网络联系跨越了环境、人文、社会、经济和政治领域举例某个地方的城市化对另一个地方的资源需求和污染物处理的影响,印尼烟霾吹到新加坡 致新加坡空气污染指数飙升 每年6月到8月是印尼的干旱季节，容易引发林火，加上当地人采用烧芭的传统方式来开辟耕地，导致大片泥炭地和树林着火燃烧，因此每年这段时间成了火点激增的高峰期。,2023/3/31,烟霾笼罩下,新加坡各中小学校当天停课一天,社区中心开始免费发放口罩,帮助市民做好防护。然而,烟霾的“罪魁祸首”印尼的副总统近日却抛出“奇葩”言论,暗示邻国的反应太过“娇气”。新加坡援印尼少烧芭蕉祛狮城烟霾,印尼:100万新币太少，我们不要,2023/3/31,美国地理学长期致力于调查城市内部人口的居住区构成，研究该居住格局的形成过程和机制，评价伴随着各种设施如学校、医院、商店、娱乐设施及通勤状况的不同可达性而形成的各种居住模式的合理性。1960年以来的研究已经证明城市居住区会根据不同的家庭生命周期（如单身、新婚夫妇、满巢期、空巢期）、社会经济学状况及种族产生分异。这个维度上的空间格局存在地区差异，但是每个城市的内部空间居住格局都是公共政策和家庭偏好共同作用的结果（是否赞同？）,现代地理学对城市化研究的途径和方法更倾向于审视城市内部、地区和全球等不同尺度的城市土地利用模式遥感卫星影像的积累为地球上大多数陆地区域提供了超过30年的宝贵历史记录。这个革命性的技术发展使人们有可能监测基于不同空间分辨率的人类活动对地球的改变和地球表层的城市化，从1米以下分辨率到全球尺度皆可。多个卫星均可提供城市环境的相关数据。,人类聚居区方面的遥感应用对地球最长的连续观察是地区资源探测计划，它从1972年其就开始监测城市区域及其发展。从城市扩张的速度和规模，到人口密度和全球夜间灯光分布。卫星数据提供了有关世界人口聚居区特征和空间分布的基础信息。长时间的卫星数据记录绘制了城乡形态演变的清晰地图，包括城市对原农业用地的冲击，以及城市地区对当地和全球气候的影响足迹。Modis（某卫星传感器）数据提供了覆盖全球的每一天的城市特征数据，如土地覆盖，地表反照率，气溶胶以及地表湿度，其空间分辨率为500米和1000米。1992年，dmsp/ols系统记录了夜间的低频可见光和近红外辐射，使人们能够探测城市、乡镇和工业区的灯光。,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等各种信息结合，得到展示世界人口分布的重要分析地图。例如，全球城乡制图计划制作了全球一致的、精确的数据集。地理可视化，地学模拟和空间精确过程模型等相关分析技术的进步已经能够模拟城市发展、展示时间序列上不同尺度的空间联系，提供预测数据的可视化模拟。,如前所述，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，它们在一定程度上取决于地方的具体情况和特征。对基于地方的研究来说，了解地方之间的联系是如何塑造聚居区特征尤为重要。例如：对于当代中国沿海城市，一定要了解来自农村的人口流动，来自其它国家和地区的资金流动，以及支撑这些沿海城市制造业的原材料和成品的流动等。在城市内部，来自手机的点状定位数据能够在各种尺度上集中，从而绘制出一天中城市活动的格局和强度地图，这在城市和交通规划方面有巨大潜力,三、研究子问题（一）哪种形式的城市对环境最可持续哪一种城市形态对环境的负面效应更小？从社区设计、城市布局，到城市群的区域配置以及全球范围内的城市分布，以及城市如何发展、在哪儿发展，影响着资源利用、生物多样性、碳排放和环境可持续发展等各个方面。尽管人们承认高密度、更加紧凑的聚居区能减少城市扩张和城市自然足迹，但对不同形态和规模城市，以及跨越不同生态系统的城市，它们的分布状态所产生的环境和社会效益知之甚少。,城市代表了地球上最受人类主导的景观，但是城市发展的不同途径的后果是什么？什么样的城市形态能最大低减少水、能源、建筑材料等资源的消耗？集中式的城市发展和非连续大都市区域中的生态系统服务、破碎生境和生物多样性分别会如何发展？新增的30亿城市人口如果居住在上海或首尔这样的大城市将会有怎样的环境交换？如果居住在哈尔滨或韩国青州（韩国宜居城市之一）又会是怎样的？,2023/3/31,城市区域及其扩张是生境破碎、生境丧失和物种灭绝的主要原因全世界城市引发的景观改变已经导致多种植物灭绝。在美国，与其他人类活动性相比，城市化影响了更多的物种。发达的城镇区域和未开发荒地的分界地带，是生境破碎、外来物种入侵和生物多样性丧失的主要区域（why？）城市不仅改变了景观，城市形态和城市密度也在影响资源利用。在美国，广泛的低密度郊区化过程导致了车辆行驶总里程数量的增长，而公交、非机动车类的自行车和步行减少。广泛的城市发展同时也导致农业生产用地和对环境至关重要的生态系统的变化。,鉴于城市化的日益增长，哪种途径的城市发展会减少能源需求和保留更多的生态系统服务？人们长期以来一直怀疑城市土地开发模式，如就业和人口密度、多样的混合利用方式，以及社区和街道的设计影响了交通和能源消耗的需要。高密度的高层建筑和高密度就业的紧凑式开发能够减少能源消耗和碳排放。但是，能源和碳排放的节省量在短期内可能很少，因为改变现有土地利用方式和发展模式的益处需要数十年才能体现。而且，建成环境的寿命和土地利用方式改变的累积效应会引起能源和碳排放节省总量的增长。,一个关键问题是在不同自然环境和社会人文条件下哪种城市形式更可持续？例如，元胞自动机的研究能够洞察城市土地利用模式和动态，模拟决策制定和刻画利益相关者复杂的空间交互作用。城市扩张和土地利用变化的多尺度空间精确模型能够提供碳吸收、生境破碎和生态多样性等环境指标。越来越多的研究通过综合历史学方法和现代地理学方法来重构城市的空间历史和城市生态。例如，一个空间历史研究比较了印度班加罗尔（印度信息科技的中心，第三大城市，“印度硅谷”、美国的“后台办公室”）和美国硅谷的发展历程，结果显示，在美国道路推动了硅谷的城市扩张和农用地流失，但在班加罗尔却并非如此。成功三要素：自然环境、教育和政府投入,人们漫步在美国的硅谷，都会由衷地赞叹那儿优美的自然环境。但是，班加罗尔。你走在班加罗尔HOSUR大街上，你似乎不会感到身处一个世界科技的中心、美国的“后台办公室”之中。在这儿，低矮的房屋绵绵不断，人畜并行的现象随处可见。更为糟糕的是班市的交通。每年，HOSUR大街已成为班市因交通事故致死人数最多的地方，平均每年约有800个生灵丧命车轮之下。身处这儿，你会发现汽车、三轮摩托出租车、两轮摩托车、自行车、公共汽车和行人等在狭窄的街道上挤成一团。尤其在市区南部高新技术公司比较集中的地方，交通高峰期道路更是拥挤不堪。,卫片分析能够提供哪种结构、形态和规模的人类聚居区对生态的影响最小的信息。例如，卫星获取的夜间灯光数据被用来评价城市发展对土地资源的影响和净初级生产力。地球的夜晚灯光闪耀，一方面直接反映着当地的工业化水平和城市化水平；另一方面，也能部分反映着世界人口集中分布情况。美国国家海洋和大气局(NOAA)的科学家克里斯埃尔维奇说：”关于地球人口分布情况，没有什么能比城市的灯火告诉我们更多。”埃尔维奇研究城市灯火已经二十年。如果历时整理地球夜间灯光分布图，就可以得到地球夜间灯光变化图，根据这些灯光变化情况，就可以一定程度上直观了解某个特定国家或者地区的人口迁移情况、经济发展情况等等。从太空中看到的夜间灯光强度与一个国家的国内生产总值存在关联。在某些相关经济数据极少或存在误导的地区，这种经济情况评估方式会大有用武之地,2023/3/31,卫星数据还被用来刻画城市扩张对撑起生态变化的影响、农用地流失和森林破碎度地理数据和地理分析也能有助于城市发展空间结构好的量化和评价城市形态对资源的利用，能源需求和空气质量的影响。（元胞自动机简称CA，是一时间和空间都离散的动力系统。散布在规则格网中的每一元胞取有限的离散状态，遵循同样的作用规则，依据确定的局部规则作同步更新。大量元胞通过简单的相互作用而构成动态系统的演化。元胞自动机是一种时空离散的局部动力学模型，是复杂系统研究的一个典型方法，特别适合用于空间复杂系统的时空动态模拟研究地理元胞自动机研究。）,与传统的基于方程式的地理学模型相比,元胞自动机模型具有较好的时空动态性,可以模拟非线性复杂系统的突现、混沌、进化等特征,是模拟生态、环境、自然灾害等多种高度复杂的地理现象的有力工具。很多地理学家利用元胞自动机对各种复杂的地理现象进行了模拟研究,取得了许多有意义的成果。因此,从地理空间系统的模拟来看,元胞自动机模型的研究和应用提供了一种从地理系统的微观出发、将自然与人文统一的地理模拟系统的新视角和新途径中国地理学界成就：元胞自动机转换规则的定义和获取存在诸多不足：与gis集成研究不足；元胞尺度的确定以及尺度效应的研究不足等等。,2023/3/31,专题二、100亿人在地球上如何生存和分布一、研究背景二、地理科学的作用城市研究、城市发展研究、城市土地利用理论研究和人居环境发展研究现代地理学对城市化研究的途径和方法更倾向于审视城市内部、地区和全球等不同尺度的城市土地利用模式三、研究子问题（一）哪种形式的城市对环境最可持续高密度的高层建筑和高密度就业的紧凑式开发能够减少能源消耗和碳排放，但需要较长的观测时间。卫星提供的夜间灯光数据、CA模型（元胞自动机模型）等研究手段和技术被广泛运用于研究城市空间结构的变化及其对生态环境的影响。（二）城市区域怎样才能适应和更加灵活地应对全球环境变化（三）快速城市化和大规模城市化对地方和区域气候模式有何影响,2023/3/31,（二）城市区域怎样才能适应和更加灵活地应对全球环境变化人类主导以及地球自身发生的转变所驱动的环境变化是全球尺度的，全球环境变化将对城市区域产生广泛的影响。列举对城市气候方面的影响：气温升高，热应力，海平面上升，风暴潮对建筑群和交通设施的威胁，城市洪水，排水和山体滑坡等。风雪、冰风暴（冻雨）、飓风等极端事件的频率和量级的增长将威胁到建筑群、能源和交通设施，最终影响城市人口的切身利益。1995和1999年芝加哥关于热浪的研究指出，住宅设施，尤其是活跃的制冷系统，是抵御热浪致死的最重要因素。现有的交通设施在设计之初可能没有考虑抵御与气候变化有关的极端事件。“纽约地铁-中国人民的爱国主义教育基地”交通和能源基础设施的脆弱性将取决于气候变暖的速度、极端事件的类型以及建筑和基础设施的设计新标准。那么，城市地区怎样才能适应全球变化呢？,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等。全球环境变化的不同类型以不同方式影响城市适应能力,全世界有越来越多的证据表明极端天气和气候事件在不断增加。在北美，干旱越来越严重，强降水时间越来越频繁和剧烈，风暴的频率和强度不断增加。剧烈的天气和气候事件给城市系统带来严重威胁，扰乱城市活动。根据极端事件的不同性质，他们有可能会使当地环境条件不断恶化，如降低水质和空气质量，威胁卫生环境状况和公共健康，强化城市热岛效应但是气候变化还不是城市需要适应的唯一一类环境变化，列举其它水循环和水供应的变化将制约未来的城市发展，同时要求在大都市区实行跨行政区的用水量管理。临近河流和位于三角洲的城市将尤其受到山体滑坡和洪水的威胁，13%的城市人口居住在低纬度沿海区域，即高出海平面仅10米之内的区域内。这些沿海群落将特别容易受到海平面上升和风暴潮的破坏。,2023/3/31,海平面上升66米的假想世界和中国地图,津冀沿海地区海平面上升的风险评估研究,2023/3/31,2023/3/31,2023/3/31,全球地下水已被超采约1400亿立方，导致地面不均匀沉降，对城市建筑物，尤其是高层建筑，存在很大威胁，而且这种含水层被压缩的过程是不可恢复的。华北平原是世界上三大含水层中最丰富的含水层，8000-10000年以前仰韶文化时，太行山、燕山的暴雨非常强盛，地表水十分丰富，充盈了地下含水层。一万年积累的地下水的第四纪含水层，在短短的50年内被严重超采。南水北调工程的意义之一在于，尽可能恢复生态，替代被超采的地下水，逐步涵养地下水后备水源，以应对可能的特大旱灾。,2014.12.12中线开闸放水，27日到北京生态意义之一：补给地下水,若地方决策者、团队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地认识和了解这些变化及其对城市可能造成的后果。适应性研究关注两个议题：1.怎样才能减小气候变化的冲击？2.需要什么样的适应性政策？全世界有超过20个城市，尤其是在欧洲和北美，正在制订当地气候变化的适应和行动计划。例如，芝加哥气候行动计划提出了减缓气候变化相关战略和适应气候变化有关预备行动的纲要。同样的，伦敦气候变化适应战略指出了关键的气候威胁以及分阶段的适应性战略。但是，最近的研究指出，地方适应性战略可能与减缓气候变化的努力相抵触。澳大利亚新南威尔士北部沿海的一个社区制订了一项政策，要求新居住区开发必须维持原植被覆盖和保护当地的考拉栖息地。为了实现这些目标，新居住区必须低密度，依赖汽车出行，这反而增加了能源消耗。而且，将住宅安置在自然植被中也增加了火灾等其他气候变化风险的威胁。,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地应对全球环境变化这一问题的理解。适应性评估和制定减缓战略的第一步，是认识城市在哪里发展和城市在全球变化中的脆弱性。在许多非洲国家，城市人口统计资料的落后和缺失，使得城市住宅区的定位和发展很难刻画。这些区域，许多住宅都是非正式的。因为许多区域普查资料的缺乏，稀少或可信度低，同时因为非正式建筑通常不被官方承认，许多此类聚居区成为隐形城镇，因此更加需要通过现代地理学工具来刻画和认识聚居区的位置与发展格局。,认识亚洲的城市化模式也同样需要现代地理学工具。到2050年，世界上最大的27个城市区将会有16个坐落在亚洲。精确和及时的描绘和预测城市居住区至关重要，包括预测基础设施需要、规划应急相应系统、识别临风暴潮、海平面上升、自然灾害等灾难的区域和社区。由Von Neumann最早设计的元细胞自动机模型被广泛应用于预测世界各地的城市发展，包括旧金山，北京，智利和啦多斯。其他不需要大量数据的研究方法也在不断发展，这些方法对发展中国家尤为有用。认识城市内部和城市间的聚居区在哪里和如何发生变化，为城市规划者和政策制定者提供了基本参考信息。地理学与计算机科学的革新，尤其是地理制图和实时gis，带来了从政府到个人不同来源和类型的空间数据，提高了社会效益的及时性和实用性。,2000年,1994年,静态的风险或灾害地图意味着脆弱性是不变的，而利用实时信息和实时计算的动态gis能够提供不同类型景观的脆弱性分布的最新信息，还能够区分城市内部不同社区的不同风险。例如和其他地区一样，亚洲的大部分大型城市位于河流两岸，三角洲地区或海岸线上，它们更容易受到气候变化的影响和威胁。在2004年亚洲海啸事件中，结合了人口学方法的gis脆弱性模型被用来预算死亡率，这些方法也被用在救灾初期。气候变化和人类聚居区的不确定性向学者和决策者提出了挑战。地理可视化和地学模拟能够帮助制定不同城市和全球变化情境下的适应性政策。例如WaterSim项目模拟了一个沙漠城市的水资源供给和需求。该项目开发的模拟和预测工具能够协助城市评估在限制用水环境下适应政策。,专题二、100亿人在地球上如何生存和分布一、研究背景二、地理科学的作用城市研究、城市发展研究、城市土地利用理论研究和人居环境发展研究现代地理学对城市化研究的途径和方法更倾向于审视城市内部、地区和全球等不同尺度的城市土地利用模式三、研究子问题（一）哪种形式的城市对环境最可持续高密度的高层建筑和高密度就业的紧凑式开发能够减少能源消耗和碳排放，但需要较长的观测时间。卫星提供的夜间灯光数据、CA模型（元胞自动机模型）等研究手段和技术被广泛运用于研究城市空间结构的变化及其对生态环境的影响。（二）城市区域怎样才能适应和更加灵活地应对全球环境变化（三）快速城市化和大规模城市化对地方和区域气候模式有何影响,2023/3/31,（三）快速城市化和大规模城市化对地方和区域气候模式有何影响城市化改变气候的途径,在局部地区，植被覆盖区变为城市用地，打破了地表能量平衡动态。当水热微量气体，气溶胶的交换以及地表和大气层的动力被改变后，就会发生热岛效应，即城市附近的日间和夜间温度均高于非城市地区。城市热岛效应也受到建筑体型、土地利用和城市材质之间的相互作用的影响。研究已经证明城市地区导致区域气候出现变暖趋势，越来越多的证据还指出也对降水有影响。人们早就知道，城市改变了区域的微观气候，导致下风向地区的降水量增加。在另一些地方，城市化会引起降雨甚至是暴雨，导致降水模式的显著异常。在城市引起降水量增加的地方，这个异常波动可能高达5%-25%。除了降水量之外，城市也可能影响雷暴发生的时间、形成过程以及降水的严重程度，这在东京，北京，亚特兰大，墨西哥城等地的研究中已经得到证实。这些变化表明城市土地利用方式和基于地表覆盖变化的城市扩张能影响当地、区域甚至全球气候的昼夜、季节和长期变化。,瑞士再保险总部大楼，绰号“腌黄瓜”,摩天楼最大限度地利用拥挤城市的土地资源，但惊人的高度会导致一系列负面影响，例如底部的强风和长长的阴影。如果摩天楼成群出现，还会形成吵杂的“城市峡谷”。由于摩天楼的存在，通常停留在街面上方的强风会被迫向下，每秒的速度可达到20米。导致底部变成多风地带。,城市能在不同尺度上影响气候，这个结论日益清晰。但是，我们缺乏对城市扩张影响气候的动力机制的充分认识，也不理解地方动力机制和区域以及全球模式的交互作用，对全球尺度的城市土地利用格局的认识也很破碎。大多数城市土地利用研究是基于城市或大都市区域的个例研究，缺乏区域和全球的比较研究。我们能够很好的理解城市在某些尺度上影响气候的一些方式，但是对城市发展或不同模式的城市发展如何影响缺乏深入的认识，而后者更加重要。,由于21世纪全球城市化的空前规模，我们迫切需要认识城市土地利用变化对降水和气温的影响，需要预测城市扩张及其对降水变化的可能性影响。那么聚居区的发展究竟将如何在地方、区域和全球尺度上影响降雨和气温呢？随着对城市土地利用方式和区域气候关系的认知的进一步发展，我们需要挖掘更多不同类型的数据，包括运量，气溶胶，土地的遥感数据，以及温度和降雨量的野外气象调查数据等。这需要通过良好空间尺度的城市气象建模来认识建筑材料、街道形态、建筑体型对当地温度的影响，需要精确处理气候模型中的城市土地利用，以及处理小尺度环流模型的技术。,小结 21世纪的城市化将对地方和全球产生深远影响。了解人们未来在哪里居住和城市怎样发展与本研究探讨的人与环境的利益息息相关，涵盖了从城市增长人口的食物供给到维护我们这个星球的物种多样性和生态服务等诸多方面。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认识城市化的模式，意义和不确定性。,