地理学概论地理科学研究的基本方法课件.ppt

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1、第五章地理科学研究范式,第五章地理科学研究范式,课堂任务,地理科学研究的基本方法地理研究的基本过程地理科学问题的构成地理研究维度地理科学研究维度,课堂任务地理科学研究的基本方法,一、地理科学研究的基本方法,地理科学认识问题的基本形式 运用概念、判断、推理等方式对客观对象作出的一种间接的、概括的反映过程，是地理科学认识的一种普遍的、基本的形式。地理学具体研究中三种最基本的方法 归纳（主导）、演绎、类比,一、地理科学研究的基本方法,地理学概论地理科学研究的基本方法课件,地理学概论地理科学研究的基本方法课件,类比,类比,二、地理科学研究的基本过程,传统的经验归纳模式波普尔的猜测反驳模式 （四步：问题

2、试探性理论验证和纠错新问题）库恩的范式更替模式 （神秘的灵感、想象的直觉，科学难题的解决往往在于年轻人）,二、地理科学研究的基本过程,传统的经验归纳模式（1）科学选题（需要性、可能性、可行性、发展性、优势性原则）（2）积累知识与搜集资料（理论、方法、类似案例）（3）观察、实验（科学观察、比较、定量实验）（4）抽象、概括、判断、推理（定律、定理）（5）提出假说理论（直接验证） 举例：土地利用Vs河流水质,二、地理科学研究的基本过程,二、地理科学研究的基本过程,资料收集,数据整理,遥感影像预处理,影像分类,建立不同半径缓冲区,建立回归模型,分析总结规律,水质数据选择,实例1：区域土地覆被格局对河流

3、水质影响分析,资数遥影建建分水实例1：区域土地覆被格局对河流水质影响分析,数 据 收 集,遥感影像数据,Landsat 7 TM卫星影像,数 据 收 集遥感影像数据Landsat 7 TM卫星,利用湖南省环保局19962000年水质监测数据、环境质量报告书和环境统计资料,选取湘江超标严重和危害较大的10种主要的污染物监测数据:总大肠菌群、高锰酸盐指数、挥发酚、石油类、总磷、氨氮、总汞、总镉、总铅和总砷。,利用湖南省环保局19962000年水质监测数据、环境质量报,土地覆被对河流水质影响规律的模拟,不同影响范围效应分析 半径为500 m的缓冲区,土地覆被对河流水质影响规律的模拟 不同影响范围效应

4、分析 BO,土地覆被对河流水质影响规律的模拟,不同影响范围效应分析：半径为500 m的缓冲区,建筑用地与Pb污染指数之间的关系,裸地地与BOD污染指数之间的关系,土地覆被对河流水质影响规律的模拟 不同影响范围效应分析：半径,实例2：区域发展策略与空气污染危害,实例2：区域发展策略与空气污染危害,地理学概论地理科学研究的基本方法课件,课题所需主要数据（及来源）：（1）长株潭20012010年SO2、PM10、PM2.5重要污染源普查数据（湖南省环保厅）；（2）长株潭20012010年地表和探空气象数据（湖南省气象局）；（3）长株潭2005年DEM数据（美国地质调查局）；（4）长株潭2010年SO

5、2、PM10、PM2.5观测数据（湖南省环保厅）；（5）长株潭2010年医院呼吸疾病死亡数据（湖南省卫生厅）；（6）长株潭20012010年人口统计数据（湖南省统计局）；（7）长株潭20012010年经济统计数据（湖南省统计局）；（8）长株潭20012010年道路交通数据（湖南省基础地理信息中心）；（9）长株潭20012010年土地利用类型数据（湖南省基础地理信息中心）；(10) 长株潭20012010年夜间灯光遥感数据（美国国家地理数据中心）。,课题所需主要数据（及来源）：,地理学概论地理科学研究的基本方法课件,1、地理科学问题的重要性 地理科学问题 Vs. 地理常识问题林定夷：科学研究始于

6、科学问题 问题与科学研究问题学之探究；爱因斯坦：提出一个问题比解决一个问题重要；希尔伯特：只要一门科学分支能提出大量的问题， 它就充满着生命力；海森伯：提出科学问题就等解决了问题的大半。,三、地理科学问题的构成,1、地理科学问题的重要性三、地理科学问题的构成,三、地理科学问题的构成,1、地理科学问题的重要性续观点：个人理解：科学问题的明确是科学研究的起点和 终极目标。如何提出和把握科学问题呢？,三、地理科学问题的构成1、地理科学问题的重要性,2、地理科学问题的基本属性 2.1 科学问题的基本属性 是人们对既有科学知识及其最新发展动态的把握为基础而形成的（何为已知、何为未知） Example:

7、空气污染&LBW,可能的认识对象,现实的认 识对象,已知领 域,科学问题出处,三、地理科学问题的构成,2、地理科学问题的基本属性 可能的认识对象,2、地理科学问题的基本属性 2.2 地理科学问题的基本属性 （1）地球表层空间系统属性：不是发生在的问题不是地理科学问题（举例提问：宇宙、地震 Vs.洪涝灾害）。（2）人地关系地域系统属性：人地关系和地域系统两个子方面（举例提问：个别农民增收问题 Vs.全体农民增收的区域差异）。,三、地理科学问题的构成,2、地理科学问题的基本属性三、地理科学问题的构成,3、地理科学问题的构成原则 3.1科学问题构成原则（基本属性决定）南开胡国定：信息论与或然逻辑科学

8、问题构成元素 SP（a ，X， R， Q）（SP）：科学问题“已知条件（a）”； “未知项（X）”“已知条件（a）与 未知项（X）之间的关系（R）”“已知有关知识库（Q）”（促进科学问题向一般问题转化或创新性科学问题转化）,三、地理科学问题的构成,3、地理科学问题的构成原则三、地理科学问题的构成,3、地理科学问题的构成原则 3.2地理科学问题构成原则,（）学科原则：地球陆地表层（空间）系统（空间）系统化原则（举例：全球气候变化，物理、化学、地理） （）学科原则：人地关系地域系统化原则（举例：农民增收问题、义务教育发展问题）,三、地理科学问题的构成,3、地理科学问题的构成原则 （）学科原则：地球

9、陆地表层（,1、地理研究维度的依据 （1）根据：客观存在的发展历史 a、鲜明的区域特点作为“分布规律的空间秩序”及其所决定的作为分布规律具体表象的“分布格局的空间秩序”和“分布实况的空间秩序”，b、鲜明的时序特点作为“变化规律的时间序列”及其所决定的作为变化规律的具体表象的“变化现象的时间序列”和“变化格局的时间序列”，c、区域特点和时序特点都是一系列因素综合作用的结果，d、它们与人们期望的之间的差距是存在的，并可以适度调控的。,四、地理研究维度,1、地理研究维度的依据四、地理研究维度,地理科学研究对象的基本认识,赤道多雨带,1530S少雨带,高纬、极地少雨带,中纬度多雨带,1530 N少雨带

10、,区域特点,地理科学研究对象的基本认识 赤道多雨带1530S,区域特点,区域特点,Global Climate Change,Global warmingThe mean global surface temperature has increased by about 0.3 to 0.6C since the late 19th century and by about 0.2 to 0.3C over the last 40 years. Precipitation changesPrecipitation has increased over land at high latitude

11、s of the Northern Hemisphere, especially during the cold season. Decrease in precipitation occurred in steps after the 1960s over the subtropics and the tropics from Africa to Indonesia. Sea level rise due to global warmingOver the last 100 years, global sea level has risen by about 10 to 25 cm.,时序特

12、点,Global Climate ChangeGlobal wa,Land Use Land Cover Change: Examples,Classified 1993 land use land cover of the Lower Rio Grande Region using a MLC classifier,Classified 2002 land use land cover of the Lower Rio Grande Region using a MLC classifier,时序特点,Land Use Land Cover Change: Ex,SRES A1B Scena

13、rio Presented by CCSM3 Simulation Results,SRES A1B Scenario: Atmospheric CO2 concentrations reach 720 ppm in the year 2100 in a world characterized by low population growth, very high GDP growth, very high energy use, low land-use changes, medium resource availability, and rapid introduction of new

14、and efficient technologies.,Source: EOS WEBSTER. Available at http:/eos-webster.sr.unh.edu/climate_visualizations.jsp,SRES: Special Report on Emissions Scenarios of IPCC,时序特点,多因素作用,SRES A1B Scenario Presented by,Community Climate System Model (CCSM),The Community Climate System Model (CCSM) is one o

15、f the GCMs. It was developed and maintained at the National Center for Atmospheric Research (NCAR). It runs on some of the worlds most powerful supercomputers, simulates the many interconnected events that drive Earths climate, including changes in the atmosphere and oceans, the ebb and flow of sea

16、ice, and the subtle impacts of forests and rivers.,Source: CCSM Brochure. Available at http:/www.ucar.edu/communications/CCSM/overview.html,多因素作用,Community Climate System Model,Simultaneous Evacuation vs. Staged Evacuation on Actual Road Network: Galveston Island-Continued,可调控的,Simultaneous Evacuati

17、on vs. St,Simultaneous Evacuation vs. Staged Evacuation on Actual Road Network: Galveston Island-Continued,可调控的,Simultaneous Evacuation vs. St,1,3,4,2,可调控的,1342可调控的,1、地理研究维度的依据 （2）根据：科学认识的发展历史 a、地理学家重视整体性、差异性和人地性，在不断探索分布实况、分布格局、变化现象、变化格局和因素作 分布规律和变化规律及其支配或决定着它们的因素的作用机制，b、地理科学理论知识 区域问题特别是区域发展问题区域发展的空

18、间战略、区域规划的空间战略的科学决策，或通过向受教育者和政府官员传播地理科学知识而间接地服务于地球陆地表层系统,四、地理研究维度,1、地理研究维度的依据四、地理研究维度,分布实况,分布实况,分布规律,分布规律,作用机制,作用机制,作用机制,作用机制LevelsTypeArea Percentage,图V-4 点/线复合污染源输入下研究区1997年SO2年均暴露浓度空间差异 (单位：gm-3),图 V-5 点污染源输入下研究区1997年SO2年均暴露浓度空间差异 (单位： gm-3),图V-6 线污染源输入下研究区1997年SO2年均暴露浓度空间差异 (单位： gm-3),分布实况,图V-4 点

19、/线复合污染源输入下研究区1997年SO2年均暴,Spatial Distribution of Temperature and Precipitation in Texas,(Source: TWDB, Water for Texas 2005),分布实况,Spatial Distribution of Temper,分布规律,分布规律,调控机制,调控机制,2、地理研究的基本维度哪些角度或框架进行研究？（）包括空间秩序、时间序列和动因机制在内的科学研究维度；（）以科学研究维度的研究成果为基础的价值研究维度；（）以科学研究维度和价值研究维度为基础的伦理研究维度。,四、地理研究维度,2、地理研究

20、的基本维度四、地理研究维度,（1）包括空间秩序、时间序列和动因机制在内的科学研究维度 回答“是/否”的问题，即所研究的地理事物或地理客体的真实情况方面的问题。,Classified 1993 land use land cover of the Lower Rio Grande Region,Classified 2002 land use land cover of the Lower Rio Grande Region,a, 耕地分布在？b, 变化较大的地区在？c,变化的最大值和最小值是？,（1）包括空间秩序、时间序列和动因机制在内的科学研究维度,（2）价值研究维度 回答“有用/无用”,“

21、益/害”的问题，即所研究的地理事物或地理客体对区域发展或群体的作用好坏问题。,Classified 1993 land use land cover of the Lower Rio Grande Region,Classified 2002 land use land cover of the Lower Rio Grande Region,a, 建设规划用地增加的好坏？b, 土地利用格局变化对生态环境保护的好坏？,（2）价值研究维度Classified 1993 lan,Source: EOS WEBSTER. Available at http:/eos-webster.sr.unh.e

22、du/climate_visualizations.jsp,全球变暖好还是坏？,Year 2025 Temperature Ch,（3）伦理研究维度 关注“应该怎样/不应该怎样”,从对过去的分析来评价未来该如何调控的问题。,我们该怎么办？,（3）伦理研究维度我们该怎么办？,（4）三重维度的逻辑顺序与选择科学（是什么/不是什么）价值（有用/无用）伦理（未来怎么办）,（4）三重维度的逻辑顺序与选择,（5）维度的选择：三维最系统 A.科学研究维度； B.科学 +价值 ； C.科学 +价值 +伦理 （问题：哪种方案好呢？）,（5）维度的选择：三维最系统,总结地理学成果可以发现： 空间分布研究，分布及其

23、变化过程的原因和响应等方面研究。 1、空间秩序 2、时间序列 3、动因机制,五、地理科学研究维度,总结地理学成果可以发现：五、地理科学研究维度,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（1）空间秩序的内涵,地理学发展过程中（尽管有区域、学派、分支学科差别），但共同关注地理事物（本质特征：地理位置、地理要素、地域结构之间的关系，并从优化的角度思考人地共生问题。,任务：对本质特征的认识和研究，对研究结果的表达,理解： A、地理位置； B、地理要素相互关系； C、地域结构相互关系,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （1）空间秩序的内涵,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（1）空间秩序的内涵,A、地理位置：

24、既有地理位置和未来地理位置的重组,实例：交通地理位置重组对经济地理位置的改变,常德,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （1）空间秩序的内涵A,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（1）空间秩序的内涵,B、要素结构：诸多地理要素的优化组合,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （1）空间秩序的内涵B,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（1）空间秩序的内涵,C、区域结构：某地区和其有关的地域之间的联系,益阳,常德,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （1）空间秩序的内涵C,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（2）空间秩序的层次,出发点：A、理论认知和B、现实重构三个层次：a、分布实况空间层次；b、分布格局

25、的空间层次；c、分布规律的空间层次,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （2）空间秩序的层次出,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（2）空间秩序的层次,A、理论认知角度的空间秩序层次关系归纳的逻辑顺序：分布实况（最低） 分布规律（最高）规律探索过程（实例说明）,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （2）空间秩序的层次A,地理科学研究对象的基本认识,赤道多雨带,1530S少雨带,高纬、极地少雨带,中纬度多雨带,1530 N少雨带,纬度地带性规律,地理科学研究对象的基本认识 赤道多雨带1530S,经度地带性规律,经度地带性规律,垂直地带规律性,垂直地带性规律,垂直地带规律性垂直地带性规律,1、地理科学

26、研究维度I：空间秩序,（2）空间秩序的层次,B、现实重构角度的空间秩序层次关系 演绎的逻辑顺序：理论功能（最低） 现实功能（最高）规律到分布实况的应用过程（实例说明）,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （2）空间秩序的层次B,分布规律,分布格局,工厂分布再规划,分布规律分布格局工厂分布再规划,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（3）空间秩序的语言,A、文学语言（普适性最高，用在最初探索阶段）B、地图语言（应用性好）C、数学语言（最高级）,（提问：解释？） （两个实例说明）,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （3）空间秩序的语言A,2022/12/17,63,800里洞庭地上湖“洞庭河”,50年

27、代：4500KM2现在：枯水期645KM2每年淤积 1.7亿M3,文学语言,地图语言,数学语言,2022/10/263800里洞庭地上湖“洞庭河”5,全球气候变化,Global warming （问答方式解析）The mean global surface temperature has increased by about 0.3 to 0.6C since the late 19th century and by about 0.2 to 0.3C over the last 40 years.,全球气候变化Global warming （问答方式解析）,1、地理科学研究维度I：空间秩序,

28、（4）空间秩序的型式含义,定义：某种空间语言在某个空间秩序层次上认识和表达的空间秩序。,有多少种型式呢？,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （4）空间秩序的型式含,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（4）空间秩序的型式含义,地理实践,理论认识,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （4）空间秩序的型式含,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（5）空间秩序的路径,A、演绎的逻辑路径B、归纳的逻辑路径C、类比的逻辑路径,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （5）空间秩序的路径A,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（5）空间秩序的路径,A、演绎的逻辑路径定义：一般和规律 具体和特殊,实例1：植被恢复,1、地

29、理科学研究维度I：空间秩序 （5）空间秩序的路径A,实例2：点轴开发模式,实例2：点轴开发模式,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（5）空间秩序的路径,B、归纳的逻辑路径定义：具体和特殊 一般和规律,1、地理科学研究维度I：空间秩序 （5）空间秩序的路径B,实例1：因果论角度,实例1：因果论角度,实例1：因果论角度,实例1：因果论角度,实例1：因果论角度,实例1：因果论角度,实例1：因果论角度,实例1：因果论角度,实例1：因果论角度,实例1：因果论角度,1、地理科学研究维度I：空间秩序,（5）空间秩序的路径,C、类比的逻辑路径定义：由事物或现象之间的相关性推导,1、地理科学研究维度I：空间秩序

30、 （5）空间秩序的路径C,Spatial Distribution of Temperature and Precipitation in Texas,(Source: TWDB, Water for Texas 2005),Spatial Distribution of Temper,地理学概论地理科学研究的基本方法课件,地理学概论地理科学研究的基本方法课件,空间秩序的路径思考题*,如何探索“中国西南地区各省内的各县干旱灾害的空间秩序分布规律”这个典型的地理学科的科学问题？,？什么逻辑路径？分哪几步开展这个工作,假如现在有中国西南地区的云南、四川、重庆、贵州、广西等的农田旱灾资料。,空间秩序

31、的路径思考题*如何探索“中国西南地区各省内的,云南的各县区的干旱灾害的分布格局四川的各县区的干旱灾害的分布格局重庆的各县区的干旱灾害的分布格局贵州的各县区的干旱灾害的分布格局广西的各县区的干旱灾害的分布格局,B、归纳的逻辑路径定义：具体和特殊 一般和规律,中国西南地区各省内的各县区干旱灾害的“分布规律”层次的空间秩序,解题过程,云南的各县区的干旱灾害的分布格局B、归纳的逻辑路径中国西,第一步，通过有关统计年鉴，系统收集云南省各县区的干旱灾害面积总量。第二步，收集云南省的包括市州和县区行政区划单位的电子地图。,解题过程,第一步，通过有关统计年鉴，系统收集云南省各县区的干旱灾害,第三步，云南省各县

32、区干旱灾害面积在“分布实况”层次上的空间秩序的研究将收集到的云南省各县区的干旱灾害面积通过GIS软件表达在电子地图上。,解题过程,第三步，云南省各县区干旱灾害面积在“分布实况”层次上的空,解题过程,第四步，云南省各县区干旱灾害面积在“分布格局”层次上的空间秩序的研究将收集到的云南省各县区的干旱灾害面积按照一定的原则和实际情况进行聚类分析，将云南省各个县区的干旱灾害面积的数据分成若干类。,文学语言？,数学语言？,解题过程第四步，云南省各县区干旱灾害面积在“分布格局”层,2、地理科学研究维度II：时间序列,A：必然性和重要性：指导实践的需要 B：时间序列任务：了解历史和预测未来（地理事物）,（1）

33、时间序列的含义；（2） 层次；（3） 语言；（4） 路径；（5） 典型事例。,2、地理科学研究维度II：时间序列 A：必然性和重要性：指,（1）时间序列的含义,2、地理科学研究维度II：时间序列,地理事物的大小数量、要素结构和地域结构变化的具体的过程和变化趋势。,包括两个时期：（）“从过去到现在”的这个“历史时期中的具体的过程和变化趋势”；（）“从现在到未来”的某个“未来时期中的具体的过程和变化趋势”。,（1）时间序列的含义2、地理科学研究维度II：时间序列,历史时期和未来时期的具体过程的时间序列； 历史时期和未来时期的变化趋势的时间序列； 不同时间解析尺度的变化规律的时间序列。,（2）时间序

34、列的层次,2、地理科学研究维度II：时间序列,（2）时间序列的层次2、地理科学研究维度II：时间序列,（3）时间序列的语言,2、地理科学研究维度II：时间序列,地图语言,数学语言,文学语言,（3）时间序列的语言2、地理科学研究维度II：时间序列地,（4）时间序列的路径,2、地理科学研究维度II：时间序列,A、归纳的逻辑路径,对于尚不知道某类地理事物的发展变化规律的情况下，可以在对若干地理事物的发展变化的“具体过程”之时间序列进行研究的基础上，逐渐归纳抽象出“变化趋势”之时间序列，再归纳抽象出“变化规律”之时间序列。,（4）时间序列的路径2、地理科学研究维度II：时间序列A,2022/12/17

35、,91,50年代：4500KM2现在：枯水期645KM2每年淤积 1.7亿M3,过程 2,过程 1,过程 3,过程 4,过程 5,变化趋势,变化规律,2022/10/29150年代：4500KM2过程 2过程,（4）时间序列的路径,2、地理科学研究维度II：时间序列,B、演绎的逻辑路径,对于已经知道多类地理事物的“变化规律”之时间序列，现在要回答在这些类地理事物的变化规律的共同支配下的今后的变化趋势这样的问题,（1）50年代至今：年淤积 1.7亿M3；（2）径流量年增加200 M3 ；（3）湖泊年清淤10万M3,未来变化趋势呢？,（4）时间序列的路径2、地理科学研究维度II：时间序列B,（4）

36、时间序列的路径,2、地理科学研究维度II：时间序列,C、类比的逻辑路径,对于已经知道某类地理事物的“变化规律”之时间序列，现在要回答另一类地理事物的变化规律,（4）时间序列的路径2、地理科学研究维度II：时间序列C,（5）时间序列的典型事例,2、地理科学研究维度II：时间序列,A：关于地理事物的大小数量的时间序列的研究 指标和数量多： a.自然地理属性：气温、降水； b.经济地理属性：总量GDP、人均GDP； c.人口地理属性: 人口数量、女性人口数量； d.城市地理属性：城市建筑用地、绿地面积； e.社会地理属性：区域现代化指数； f.资源地理属性：森林面积；地下水储量； ,（5）时间序列的

37、典型事例2、地理科学研究维度II：时间序,（5）时间序列的典型事例,2、地理科学研究维度II：时间序列,A：关于地理事物的大小数量的时间序列的研究,（5）时间序列的典型事例2、地理科学研究维度II：时间序,（5）时间序列的典型事例,2、地理科学研究维度II：时间序列,A：关于地理事物的大小数量的时间序列的研究,（5）时间序列的典型事例2、地理科学研究维度II：时间序,（5）时间序列的典型事例,2、地理科学研究维度II：时间序列,A：关于地理事物的大小数量的时间序列的研究,（5）时间序列的典型事例2、地理科学研究维度II：时间序,（5）时间序列的典型事例,2、地理科学研究维度II：时间序列,B：

38、关于地理事物的要素结构的时间序列的研究,（5）时间序列的典型事例2、地理科学研究维度II：时间序,（5）时间序列的典型事例,2、地理科学研究维度II：时间序列,B：关于地理事物的要素结构的时间序列的研究,（5）时间序列的典型事例2、地理科学研究维度II：时间序,（5）时间序列的典型事例,2、地理科学研究维度II：时间序列,C：关于地理事物的地域结构的时间序列的研究,（5）时间序列的典型事例2、地理科学研究维度II：时间序,（5）时间序列的典型事例,2、地理科学研究维度II：时间序列,C：关于地理事物的地域结构的时间序列的研究,（5）时间序列的典型事例2、地理科学研究维度II：时间序,时间序列研究思考题*,如何探索“湖南省城市用地占土地总面积比重的时间序列自2000年来的演化趋势及空间差异”这个典型的地理学科的科学问题？Reference: P132,时间序列研究思考题*如何探索“湖南省城市用地占土地总,