地理学是研究地理要素或者地理综合体空间分布规律、时间演变过程和区域特征的一门学科,是自然科学与人文科学的交叉,具有综合性、交叉性和区域性的特点。随着地理信息技术发展与研究方法变革,新时期的地理学正在向地理科学进行华丽转身,研究主题更加强调陆地表层系统的综合研究,研究范式经历着从地理学知识描述、格局与过程耦合,向复杂人地系统的模拟和预测转变。在服务国内重大需求和国际全球战略过程中,地理学正在扮演愈发重要的角色,在新型城镇化、生态环境保护、水土资源管理、地缘政治等领域拥有广阔发展前景。中国地理学正面临前所未有的机遇,需要紧紧围绕国家重大需求,创新发展综合性的理论、方法和技术,逐步形成具有鲜明中国特色、深远国际影响的地理科学体系,为中国和全球的可持续发展服务。
地理学研究地球表层要素间相互作用、空间分异格局及其变化过程,人地关系是地理学的核心问题,区域研究是地理学的特色。地理学是国家可持续发展和生态文明建设的支撑学科,在解决国家经济发展过程中面临的资源、环境、城镇化等方面的问题中发挥着不可替代的作用。北京大学立足地理学科前沿,服务国家战略需求,国际影响力不断提升,形成了自然地理学和人文地理学两个国家二级重点学科,并发展了生态学一级学科。
北京大学的综合自然地理学缘起于1952年全国院系调整时在本校设置的自然地理学学科,在半个多世纪的发展历程中,经历了学科初创和完善等阶段,逐渐形成了面向学科前沿和国家需求的综合自然地理学学科体系。针对日趋严峻的气候变化、资源环境和社会经济发展问题,北京大学综合自然地理学在陆地表层过程及机理、土地利用/覆被变化及其生态环境效应、生态系统服务与人类福祉、生态风险评价与安全格局构建、自然地域系统划分等方面进行了开拓创新,取得了丰硕成果,引领了中国综合自然地理学的发展。展望未来,北京大学综合自然地理学将持续进行水、土、气、生等自然地理要素与过程的综合研究,认识人类活动与全球环境变化对主要自然地理过程和格局的影响机理,通过构建观测数据与地表系统模型融合系统,定量评估要素与过程耦合的区域资源环境效应及其对社会经济的影响,在生态文明建设、主体功能区划、国土开发整治和流域综合管理等国家战略服务方面做出更大贡献。
北京大学是中国最早开展人文地理学教学、研究和实践的综合性教学科研单位。人文地理学的前身为1955年成立的北京大学地质地理系经济地理专业。60多年来,北京大学人文地理学秉持“教学科研并重,理论服务实践”的宗旨,从以人文地理基础理论研究为主,逐渐向基础研究与应用实践相结合的纵深拓展,形成了文理工交叉融合的创新研究思维和人文地理学科体系,创建了城市与经济地理系、城市与区域规划系和历史地理研究所。经过60多年的不断发展和开拓创新,对城镇化、城镇体系、城市与区域规划、土地利用评价与规划、产业区位与区域产业演化、产业集群与创新网络、住房与房地产经济、风景名胜区与世界遗产、村镇发展规划、城市社会地理、时间地理与行为地理、历史地理、旅游地理研究与规划、计量地理、交通地理和交通规划等各个领域进行了深入系统的理论研究和应用实践探索,取得了一系列在国内外具有显示度和影响力的创新成果,为国家社会经济发展提供了重要的科技支撑,在推动国家经济社会建设与城乡可持续发展方面做出了重大贡献。未来北京大学人文地理将面向国家战略需求和学科发展前沿,继续包容发展,加强多学科间的交流合作,进一步提升为国家战略决策的服务能力和人文地理学科在世界的学术影响力。
1952年全国高校院系调整后,新建的北京大学地质地理系开始了地貌与第四纪方面的教学和研究,标志着北大地貌第四纪学科的建立。65年来,在新构造活动与构造地貌、气候地貌与沉积、流水地貌与沉积、沉积相与比较沉积学、遥感与地理信息系统、第四纪地层与年代学、第四纪气候与环境变迁、海洋地球化学过程与环境演变、环境考古与古代人地关系研究等方面取得了丰硕成果,在一些领域发挥了创新与引领作用,解决了一系列国家建设中面临的问题,为中国地貌第四纪科学的发展做出了重要贡献。在地理学多元化发展的新形势下,北大地貌第四纪学科发展与科学研究将以地球系统科学的视角,加强地貌学与自然地理学各分支以及地球科学其他领域的交叉与融合,深化不同宏观时空尺度演化与现代过程关联的研究、以及影响地貌演化的地球系统各要素及相互作用研究,系统展开气候变化、环境演变与地貌过程的模拟研究,加强地貌第四纪理论研究和新技术新方法的发展与应用,推动中国地貌第四纪科学向更高水平发展。
北京大学的生物地理学研究始于1953年成立的植物地理小组,1991年拓展为景观生态学教研室,21世纪初发展为生态学系。半个多世纪以来,依托地理学系（现城市与环境学院）,北京大学生物地理学与生态学研究团队极大地推动了植被结构、功能和动态研究,在干旱半干旱区、高山林线等关键地区的植物地理学研究方面取得了开创性的成果,在此基础上有力地推动了以景观生态学和城市生态学为代表的宏观生态学研究。近年来,围绕全球变化和生物多样性等全球关注的热点问题,北京大学生物地理学与生态学研究团队在气候变化及生态响应、碳循环、生物多样性、植物化学计量学等前沿方向开展了开创性的工作,并服务于气候变化的适应对策、生物多样性保护等国家战略。目前,北京大学生物地理学与生态学研究在软硬件建设方面都取得了长足的进步,建设了塞罕坝生态站等观测设施和全国树木生长、森林施肥实验、高山林线监测等平台,形成并延续了国家自然科学基金委“中国陆地植被的格局与功能”创新研究团队。未来将加强不同尺度生态学研究方法的整合,同时围绕区域生态退化开展生态修复的支撑研究。
北京大学的环境地理学研究承载于城市与环境学院的环境学系,其前身为北京大学地理系自然地理学专业环境教研室。65年来北京大学的环境地理学研究从传统的自然地理学,到将化学与地理学相结合的化学地理学,再到有地学环保性质的环境地理学,研究领域不断扩大,研究内容不断深入。目前,环境学系依托地理学二级学科环境地理学,在全球或区域环境中有毒污染物的区域环境过程、污染物的生物地球化学循环和界面间的迁移转化、污染物的环境毒理效应及其生态和健康风险等领域取得了一系列具有国际显示度的创新成果,研究水平处于国内这一领域的领先位置,各研究团队还将基础研究和应用研究紧密结合,围绕环境领域的热点问题,开展了一系列面向国家重大需求的应用型研究和咨询工作,为保护生态环境以及实现经济社会可持续发展发挥了重要作用,也为国家培养了大量高水平学术型和实用型人才。未来北京大学环境地理学科将从科学创新和面向国家重大需求两个角度出发,以培养高水平人才为核心,争取在多方面逐步取得较大突破。
目前有关北京市不透水地表的相关研究多数是从整体层面开展,忽略了其内部功能区的作用及差异。运用分类回归树（CART）及系列变化检测模型得到北京市1991年、2001年、2011年和2015年四期不透水地表分布,并运用标准差椭圆、洛伦兹曲线、贡献指数及景观格局理论对各功能区不透水地表的时空变化进行分析。结果显示：1991-2015年北京市不透水地表的总面积增加了约144.18%,分布的主导方向由早期的东北—西南趋向于当前的正北—正南。各功能区间不透水地表的空间分布异质性逐渐减弱,但贡献指数值存在很大差异：功能拓展区的贡献指数最高,其四年中的最低值（1.79）高于其他功能区四年最高值,是北京市不透水地表增长最主要的贡献区;功能核心区的蔓延度指数值最高,约为其他功能区的2倍,为不透水地表的优势聚集区;发展新区的贡献值由负值变为正值并成倍增长,成为北京市不透水地表增长的主要源区;生态涵养发展区的贡献指数始终为负,并逐年减小。不同类型不透水地表的景观指数和质心偏移均存在差异,高盖度不透水地表的形状指数和斑块密度值最小,分布最为集中,对生态环境影响较大,北京市在未来发展过程中应合理规划控制其空间格局及增长模式,尽量减缓其增长速度及团聚程度。
淤涨型沿海滩涂作为中国重要湿地和耕地后备资源,承担着生态保护、社会保障、经济发展等多重服务功能。选取江苏中部淤涨型滨海滩涂开展实证分析,分析围垦年限为0~40年滩涂垦区耕地质量因子空间差异,采用“时空代换”方法揭示滨海滩涂围垦后耕地质量的演变趋势,为沿海滩涂围垦区耕地资源可持续利用提供决策参考。结果表明：江苏中部沿海滩涂土壤总体呈现盐碱度高、养分贫瘠等特征且土壤理化性质变异程度高,土壤质地呈现显著南北和陆海梯度特征。滩涂垦区围垦初期地形、植被状态和围垦后滨海滩涂转变为耕地路径对耕地质量演变趋势均具有重要影响。沿海滩涂转为耕地路径由垦区自然条件、开发主体、开发规模等因素共同作用,江苏中部沿海滩涂转为耕地路径已从“盐生植被→养殖水体→耕地”转变为“盐生植被→耕地”,该转变缩短了滩涂转为耕地的周期,但同时也带来围垦滩涂撂荒闲置现象。围垦后沿海滩涂土壤逐步向耕地土壤转变,耕地质量因子演变趋势可分为四种：上升型,如土壤全磷、有效磷、粘粒含量;下降型,如土壤砂粒含量;下降—上升型,如有机质、全氮、碱解氮和CEC;上升—下降型,如土壤盐分和pH。围垦初期,滩涂土壤脱离海水环境,土壤有机质发生矿化过程呈现下降趋势,土壤盐分和pH受到蒸发和蒸腾作用急剧上升;围垦中期,受到人类耕作作物秸秆等有机物输入以及施肥的影响,土壤有机质、养分等呈现上升趋势,土壤盐分和pH呈现下降趋势;围垦后期,耕地质量因子受到耕作管理影响存在一定幅度的波动,由于沿海滩涂垦区耕地形成时间短,耕地质量对耕作管理等因素敏感度高。
东部沿海地区城市群是国家经济发展的战略核心区和国家新型城镇化的主体区之一,其经济—生态可持续发展问题是近年来地理研究领域的前沿主题。首先对城市群生态效率进行定义并将其作为城市群可持续发展测度指标;随后运用传统DEA模型及非期望产出SBM模型,对东部沿海地区四大城市群在2005年、2011年、2014年三个时间截面中的经济效率、生态效率进行比较评价并分析了城市群生态效率时空演变特征;最后通过松弛度分析,为改善沿海地区四大城市群生态效率提供了对应建议。结果表明：① 山东半岛城市群、长三角城市群、珠三角城市群经济综合效率呈先下降后上升的V字型演变格局,而京津冀城市群经济综合效率始终呈下降趋势,2011年前其受纯技术效率影响较大,2011年后受规模效率影响较大;② 京津冀城市群受污染影响带来的效率损失最大,山东半岛城市群相对较小,总体而言,四大城市群生态效率在2005-2011年为下行期,2011-2014为修复期;③ 沿海四大城市群内城市生态效率时空格局具有不同的演化特征,核心城市周边以及沿海沿江地区城市生态效率相对较优,内陆城市则较低;④ 京津冀城市群、长三角城市群、珠三角城市群核心城市资源消耗强度高、经济效益产出高、生态效率高,从整体来看,城市群内多数城市呈污染物排放量下降趋势,污染物治理效果较为明显,环境影响问题有所改善;⑤ 影响东部四大城市群经济生态效率的原因不同,本文从城市群角度进行了差异性分析,并提出了合理化建议。
多种生态系统服务之间的相互关系研究是生态系统服务研究的热点问题。目前,有关多种生态系统服务权衡与协同的研究多停留在定性描述阶段,缺乏具备空间位置信息的定量研究。综合土地利用、NDVI、土壤类型、气象等多源数据,对汉江上游流域2000-2013年的土壤保持服务、产水服务、植被碳固定（NPP）服务进行空间制图,并基于逐像元偏相关的时空统计制图方法,对三种生态系统服务之间的权衡与协同关系时空变化进行分析。结果表明：① 2000-2013年,汉江上游多年平均土壤保持量为434.20 t·hm-2·yr-1,且多年来以16.10 t·hm-2·yr-1速率递增。多年平均产水量为250.34 mm,多年递增速率为3.79 mm·yr-1。NPP多年平均值为854.11 gC·m-2·yr-1,多年递减速率为8.54 gC·m-2·yr-1。② 汉江上游土壤保持量在空间上呈现出“南北山地高,河谷盆地低”的分布格局;植被NPP在空间上表现为汉江河谷地带低,其余地方高的态势;产水服务在空间上呈现由北向南递增的分布规律。③ 整个汉江上游流域土壤保持与NPP、土壤保持与产水服务均以权衡关系为主,权衡关系区域的面积占比分别达到62.77%和71.60%;NPP与产水服务以协同关系为主,协同关系的面积占比达到62.89%。④ 林地、湿地、耕地、人工表面及裸地中,土壤保持与NPP服务、土壤保持与产水服务在空间上以权衡关系为主,产水与NPP服务在空间上以协同关系为主;而草地表现为三种服务两两之间均以权衡关系为主。定量评估生态系统服务相互关系的时空特征,有利于研究生态系统服务之间相互关系在时间上的非线性变化以及空间上的分布异质性,对区域土地管理与生态系统服务优化具有重要的指导意义。
高浓度PM2.5是形成雾霾的主要原因之一,科学识别PM2.5浓度的空间异质性与驱动因素对区域大气联动治理意义重大。研究采用2000-2011年NASA大气遥感影像反演的PM2.5数据,结合地统计、地理探测器及GIS空间分析等方法,系统分析了中国2000-2011年PM2.5浓度时空演化格局特征与其驱动因素。结果表明：① 2000-2011年中国PM2.5污染平均浓度一直保持在22.47~28.26 μg/m3区间,总体呈现先快速增加后趋于稳定的演化态势,2006年是PM2.5浓度值变化的拐点（峰值）。② 空间上PM2.5浓度整体呈现北方高于南方,东部高于西部趋势,污染浓度高值区集中分布在黄淮海平原、长三角下游平原、四川盆地与塔克拉玛干沙漠四大区域,其中京津冀地区污染最为严重。③ 污染浓度重心研究表明PM2.5重心总体呈现快速东移趋势,污染高值区持续向东移动,低值区向西移动,两者重心背向而行,表明东部雾霾污染程度在进一步加剧。④ 空间自相关分析表明PM2.5年均浓度呈现强烈的局部空间正自相关特性,PM2.5“高—高”集聚区连片分布在黄淮海平原、汾渭盆地、四川盆地及江汉平原地区,PM2.5“低—低”集聚区分布在长城以北的内蒙古、黑龙江、青藏高原、以及台湾、海南与福建等东南沿海及岛屿地区。⑤ 地理探测分析表明气候等自然因素与人类活动共同对PM2.5浓度空间变化产生巨大影响,其中自然地理区位、人口密度、汽车数量、工业烟尘、秸秆燃烧等因子是中国PM2.5浓度空间变化的主要驱动因素。
本文将遥感作为一种观测手段,通过梳理遥感从观测数据到数据产品的处理方法,分析了目标识别和参数提取所采用的方法、特点与存在的问题,发现遥感从观测数据到数据产品的过程至今仍未形成系统、科学的方法论,指出遥感方法论的建立需通过挖掘多源、多角度、多时相、多光谱、主被动协同的遥感观测数据隐含的深层指示性特征,加强结构化方法研究,构建新型的、可重复、易于处理且能够反映物理、化学、地学、生态学、生物学意义的遥感指标,以数据产品为导向发展多源协同遥感观测与分析处理方法,推动遥感从观测数据到数据产品的处理方法向标准化、结构化转变。
