新的国际和国内形势为地理科学带了新的发展机遇,同时也提出了更高的要求。以《中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)》地理科学的学科规划为契机,本文系统梳理了新时期地理科学的学科体系。根据地理科学现状和发展趋势,中国地理科学可划分为综合地理学、自然地理学、人文地理学和信息地理学4个二级学科,各二级学科下的三级学科也基本成熟,有些三级学科下的四级学科名称也在普遍使用。我们希望以这一新的学科体系为支点,完善地理科学的学科分支,推动地理科学框架下新兴学科的发展,更好地服务于新时期国际及国家的战略需求。
自然地理学是地理科学的一门基础学科,同时也是生态学、环境科学等相关学科的科学基础。自然地理学重点研究地球表层自然环境的空间特征、演变过程及其地域分异规律,以及过去人—环境相互作用的发展过程。在社会经济和科学技术快速发展的新时期,自然地理学与综合地理学、人文地理学、信息地理学的联系更加密切和广泛。本文结合《中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)》地理科学的学科规划,分析自然地理学学科的形成过程,阐述综合自然地理学、部门自然地理学、人类生存环境学的分支学科体系,提出自然地理学及其分支学科的学科发展战略布局、优先领域发展目标和重点方向。
本文属于《中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)》地理科学学科规划的系列成果之一,写作组在对人文地理学学科发展进行系统梳理与分析判研的基础上,在本文中侧重介绍未来15年的中国人文地理学学科体系与发展战略要点。人文地理学是研究人类活动地理分布格局形成和演变规律的一门学科。随着人类发展临近和进入后工业化阶段,人类活动的经济社会过程对人文地理分布规律的影响越来越重要,社会科学研究思维和方法已成为探讨和理解变化的人文地理过程和格局的重要途径,人文地理学研究方法论也呈现出自然科学和社会科学综合集成的特色。人文地理学研究的成果产出,揭示了人类活动地理分布格局和演变的科学规律,成为调控和优化国土空间开发保护格局的科学基础,在国土空间规划、区域战略和区域政策制定、空间治理现代化等方面有着广泛的应用,人文地理学的科学研究与决策应用之间具有紧密的关系。根据学科发展现状、趋势及主要产出结果,中国人文地理学可按照5个分支学科群进行学科战略布局,包括综合人文地理学、经济地理学、城市地理学、乡村地理学、社会文化地理学和政治地理学。各分支学科在新时期地理科学学科体系下,具有其优先发展领域与重点方向,相互协调,不断创新。
信息时代的到来极大地促进了地理科学的发展,地理科学的研究已从传统的自然地理空间、人文地理空间拓展到了信息地理空间,催生了信息地理学的发展,并逐渐形成了地理遥感科学、地理信息科学和地理数据科学3个分支学科。在《中国学科及前沿领域发展战略研究(2021—2035)》地理科学的学科规划背景下,本文梳理了信息地理学的形成、定义和学科体系,重点阐述了信息地理学的学科发展战略布局、优先领域发展目标和重点方向。以期本文有助于促进遥感、地理信息科学与技术的发展和应用回归地理科学,进一步强化地理科学研究,使其更加系统化、科学化和现代化,促进地理科学的整体发展。
居民食物消费受自然地理环境、城镇化等因素影响,同时通过市场机制影响区域粮食安全和农牧业发展。以西藏“一江两河”地区为例,基于分层抽样,通过2019年实地入户调研,获取了262户农村居民上年度食物消费数据,对青藏高原农区居民的食物消费结构及其影响因素进行分析。结果表明:① 样本内居民的植物性食物的消费量是动物性食物的3.19倍,植物性食物以蔬菜和粮食为主,动物性食物以肉类和牛奶为主;青稞及青稞酒在藏民饮食中占有重要地位。② 居民食物消费规模和结构与食物自给率指标密切相关,自给自足特征显著。③ 不同地区、家庭规模、务工规模、收入水平以及家庭年龄之间,居民的家庭食物消费结构均有所差异,且不同家庭之间面粉和水果的消费差异最显著。④ 区域差异、家庭规模类型和家庭务工规模是影响样本农区居民食物消费综合差异的主要因素。结果可为青藏高原地区居民食物消费结构改善、膳食营养提升以及农牧业转型发展提供科学基础和决策借鉴。
青藏高原独特的高寒环境与自然条件在一定程度上限制了人口的自然分布与有序发展,形成了中国面积大、分布广的“无人区”(UPAs)。然而,当前有关“无人区”面积、分布、特征与区域差异等研究尚无定论。客观、准确界定“无人区”的空间范围,对开展青藏高原资源环境承载力评价、国家公园与生态安全屏障建设等具有重要意义。基于青藏高原居民点分布信息,据其地形、气候、生态、土地利用等要素特征,本文综合表征了居民点的自然—生态—土地利用耦合关系,率定了居民点分布上限的各要素阈值,通过多要素空间叠加构建了“无人区”评价综合模型,并以居民点分布的自然极限、生态(含氧量)下限、土地利用规律为关键阈值界定了青藏高原“无人区”空间范围并分析了其地理分布特征。研究表明:① 以居民点分布累计比例< 0.1%计,确定“无人区”的地形阈值为海拔> 5665 m、相对高差> 2402 m、地形起伏度> 8.59,气候阈值为相对湿度< 76.2%、温湿指数< 33或 > 71。② 根据居民点分布及人体对含氧量耐受情况,确定“无人区”的生态阈值为气压< 500 hpa、大气含氧量< 40%。③ 青藏高原严格“无人区”面积达1912 km2,其中新疆699 km2、四川413 km2、西藏331 km2、青海291 km2、甘肃178 km2。空间上呈零星分散状,多分布在四川贡嘎山、珠穆朗玛峰附近等极高山地区、可可西里东部—罗布泊地区;以及少部分分布在青海柴达木盆地。
微塑料作为一种环境中普遍存在的新型污染物正在引起越来越多的关注。本文基于2019年5—7月在青藏高原地区采集的53个水样和52个土壤样品微塑料检出结果,分析了研究区水土环境中微塑料赋存情况,并讨论了其潜在来源。研究区域的微塑料样点分别位于两大区域:青藏高原南部地区和祁连山地区。青藏高原南部地区水体中微塑料浓度显著高于祁连山地区,而土壤中微塑料丰度在两个区域差别不显著(p>0.05)。水土样品中微塑料浓度范围分别为0~1916.66个/m3和0~260个/kg,平均值为(438.21±454.94)个/m3和(48.35±36.25)个/kg。水体中的微塑料以透明纤维为主,主要聚合物为聚丙烯;土壤微塑料中最多的是透明薄膜,主要聚合物为聚乙烯。来源分析表明洗衣废水和旅游业带来的生活垃圾可能是水体微塑料的主要来源,而土壤微塑料潜在主要来源是农业塑料覆膜的使用。研究结果揭示了青藏高原水土环境中微塑料的赋存形态和空间分布特征,可为高寒地区微塑料迁移转化机制研究提供数据支撑。
流动人口是青藏高原人口增长的重要动力,其城镇居留意愿关乎青藏高原城镇化的可持续发展。利用2017年中国流动人口动态监测调查数据,测算青藏高原流动人口城镇居留意愿,根据来源地是否在青藏高原地域范围内,划分近程和远程流动人口,解析近程和远程流动人口城镇居留意愿的分异特征,建立多层Logistic回归模型,探讨流动人口城镇居留意愿及其近远程分异的影响因素。主要发现如下:① 青藏高原流动人口总体城镇居留意愿不高,仅有约32%的流动人口打算在城镇地区长期居留;除拉萨、西宁和海西等少数地区外,多数地区该比例仅约为10%。② 近程流动人口城镇居留意愿明显高于远程流动人口,但近程流动人口在多数地区的居留意愿仍低于20%。③ 受教育程度、收入水平、城镇医疗保险、社会融合程度以及流入地的经济发展水平、自然条件等因素对流动人口城镇居留意愿具有显著正向影响。④ 近程和远程流动人口城镇居留意愿分异与流动原因、社会融合程度等方面的差异密切相关。最后,针对青藏高原的特殊性,提出差异化的流动人口高质量城镇化政策建议。
喜马拉雅地区传统贸易通道是突破喜马拉雅山脉天然屏障、连接中国与南亚腹地两大市场的关键,对于南亚大通道建设和跨喜马拉雅互联互通建设具有重要的战略意义。本文以喜马拉雅山脉断裂河谷为出发点,综合历史文献、实地调查及GIS技术手段,分析通道的空间分布特征、演变过程及动力机制。研究表明:① 喜马拉雅地区的传统贸易通道主要有21条,其中中尼通道6条,中不通道4条,中印通道11条,在空间上形成了“一横多纵”的空间格局。② 传统贸易通道的发展经历了萌芽期(7世纪以前)、形成期(7世纪—842年)、发展期(842—1959年)、衰落期(1959—1962年)和恢复期(1962年至今)的演变过程。③ 货物交换和佛教传播促进了通道的萌芽和形成,西藏及中原地方政权稳定和边贸政策、英国的殖民扩张和商业利益推动了通道的发展,印度的战略误判和前进政策导致了通道的衰落,中国的战略需求将推动通道的恢复和建设。④ 战略互信和边界问题是通道恢复和建设面临的主要障碍,未来需要加强对通道的多视角调查和研究,制定通道的建设和管控策略,充分发挥通道的商贸、旅游和文化交流功能,积极服务于南亚大通道建设,促进西藏边疆地区的稳定与发展。
气候变化对农业的影响是全球关注的热点问题之一,青藏高原对气候变化尤其敏感,但气候变化对青藏高原农业产量的定量影响缺乏系统研究。为定量评估气候变化对西藏谷物单产的影响,本文使用气象数据与年鉴统计数据,选取了固定效应模型、差分模型和线性去趋势模型3类统计模型,分析了1993—2017年间气候变化(最低气温、降水量、生长度日和太阳辐射)对西藏县(区)级、市级和自治区3个尺度的谷物单产的影响。结果表明:西藏整体对于温度(最低气温和生长度日)的敏感性大于降水量和太阳辐射。各项气候因子对西藏谷物单产的整体影响为正影响,但不同区域对气候因子的敏感程度和显著性不同。除了生长度日对于拉萨为负影响以外,最低气温、降水量和太阳辐射对于所有市均为正影响。气候趋势对于西藏整体谷物单产的影响为正影响,不同模型计算结果集中在1.5%~4.8%区间内。3类模型中固定效应模型稳定性最好,线性去趋势模型好于差分模型,差分模型在引入气候因子间的交互项后模型稳定性降低。本文有助于西藏实施更加有空间针对性的农业适应气候变化措施,以应对气候造成的青藏高原农业生态系统变化。
雅丹地貌因其多样形态类型长期以来吸引人们的关注,对其形态特征描述也成为研究热点。作为雅丹地貌形态最早命名地,罗布泊地区雅丹因其形态的独特性和复杂性闻名,然而对该地区雅丹形态特征和发育演化过程的深入研究较为缺乏。本文结合野外实测数据和UAV(小型无人机)所摄地景影像,采用地形数字化方法提取地貌原始数据,选定形态参数后识别测量得到雅丹形态参数数据,基于以上数据和前人研究成果尝试描述罗布泊地区雅丹形态特征并对该地区雅丹演化过程进行讨论。主要结论有:① 罗布泊地区雅丹长度集中分布在20 m以下,少有长度> 160 m,宽度集中分布在8 m以下,高度多2 m以下,表明区内雅丹个体规模总体较小,低矮雅丹在数量上占绝对优势;雅丹长宽比值呈现连续增加的变化过程,伴随高度的增加长宽比值迅速增大,由2∶1逐步增大到4∶1,并持续升至10∶1以上,走向分布集中于22.5°~67.5°,与主风向相类似,雅丹个体平面形态呈现连续变化过程;雅丹的相邻雅丹数值集中分布在3~4个,平均顶间距分布在< 20 m和40~80 m区间,显示罗布泊地区雅丹空间特征的多样性。在个体雅丹形态以外,初成雅丹和雅丹共基座现象是罗布泊地区主要存在的2种复杂化雅丹形态表现。② 罗布泊地区雅丹理想演化模式经历初成期、青年期、成熟期和衰亡期4个阶段,由于存在地层岩性、风力剥蚀、流水作用等控制因素影响,造就了类型复杂、变化多样的罗布泊地区雅丹形态现状。③ 罗布泊地区雅丹发育具有多期性,第四纪以来主要存在晚更新世、早全新世、晚全新世和小冰期等4个发育期,结合形态特征和环境演化情况推测龙城和白龙堆雅丹形成于晚更新世,楼兰北部高大雅丹形成于早全新世,楼兰中北部雅丹多数形成于晚全新世,而楼兰地区的低矮雅丹形成于小冰期;依据地层年代和雅丹高度数据,计算得到0.5 ka B.P.后楼兰遗址附近平均风蚀速率为6.2 mm a-1。精确描述罗布泊地区雅丹形态特征并探讨其演化过程,对于了解雅丹形态控制因素影响程度,深入分析区域风蚀过程具有重要意义。
作为地球环境系统的重要组成部分,沙漠和沙地对气候变化响应敏感。沙漠沙地的环境变化关系到区域的可持续发展,并且通过一系列反馈作用,会影响区域与全球的气候环境。位于中国北方中部的毛乌素沙地是全球中纬度地区的典型沙地,其环境变化与全球其他沙漠沙地具有相似性和同步性。中国学者对毛乌素沙地风沙环境变化的研究开展较早,在国内外有重要的影响。本文系统梳理了该方面的相关研究,围绕“风沙环境变化的过程与机制”这一核心问题,总结学术界在毛乌素沙地晚新生代形成发展、晚第四纪扩张与多旋回变化、全新世中期固定以及晚全新世沙丘再活化等方面取得的重要进展,尤其是获取了毛乌素沙地不同阶段风沙环境变化的关键证据,并据此提出“构造—轨道尺度上沙地形成与变化的全球温度变化驱动”“千年—百年尺度沙丘系统的非线性响应”等新的理论认识。未来应继续加强沉积证据的积累、新测试手段的拓展应用、基于过程分析的精细重建、数值模拟与预测等研究,着力探究风沙环境变化的动力学机制、人与干旱区环境复杂系统的耦合关系以及各圈层的互馈作用,这对于自然地理学学科传承、交叉学科的融合发展以及地球系统科学的理论构建都具有深远意义。
天然水体水化学组成及其成因分析既有助于重塑和预测区域水文地质环境及水文地球化学发展历史,也是水资源评价的基础。本文基于鄂尔多斯沙区天然水体水化学数据和前人在该地区的研究成果,利用多种水化学分析方法,对该地区天然水体的水化学组成及其成因进行分析。结果表明:鄂尔多斯沙区毛乌素沙地和库布齐沙漠虽然具有不同的沙漠景观,但其相同类型的天然水体具有相似的水化学性质和成因,该现象的出现可能和两者具有相似的蒸发量有关。鄂尔多斯沙区受蒸发影响较小的深层地下水水化学类型以Ca2+-HCO3-型为主,其水化学组成主要受控于岩石风化;湖水蒸发较强烈,水化学类型为Na+-Cl-型,其水化学组成主要受控于蒸发—结晶过程的影响;浅层地下水和河水的水化学类型及其成因均处于两者之间,具有过渡特征。离子比例关系显示,蒸发岩风化、碳酸盐岩风化和硅酸盐岩风化在不同程度上影响着深层地下水、浅层地下水和河水的水化学组成。鄂尔多斯沙区地下水和河水虽然能满足灌溉水要求,但由于蒸发强烈,长期使用可能会引起盐碱化。本研究结果可为区域水资源可持续开发利用提供科学依据。
有关塔克拉玛干沙漠演化的年代学数据尚少,本文在地貌认知较少的克里雅河下游沙漠深处的圆沙和喀拉墩一带16处剖面获取了18件河流沉积光释光(OSL)年龄。新测得的年龄数据分布于3.4—44.1 ka。全新世样品多分布于圆沙与喀拉墩干三角洲及其之间的地区,年龄集中在11 ka、8—9 ka、5—6.5 ka、4.6 ka与3.4—3.7 ka。深海氧同位素3阶段(MIS3)样品位置在克里雅河与和田河之间,分布在约38—47 ka前后。末次冰期冰盛期(LGM)末样品分布在通往圆沙古河道的西侧,年龄在14.5 ka前后。根据沉积物样品及年代学数据认为:克里雅河下游曾在MIS3阶段末、LGM末与全新世多次发生洪泛;数次的洪泛事件对克里雅河下游地貌发育产生重要影响;克里雅河下游干三角洲及现代河流西侧的流动沙丘主要形成于全新世,与前人“发育于汉唐以来”的观点不完全一致。克里雅河下游河流沉积发生时间与塔里木盆地周缘山脉冰进冰消有一定对应,暗示气候变化可能间接影响着塔克拉玛干沙漠沙丘的发育。
冰川是重要的淡水资源,对社会经济发展和生态环境影响显著,而其变化的脆弱性也关乎区域生态服务和经济可持续发展。本文以中国天山为例,基于脆弱性的暴露度、敏感性、适应能力构建涵盖自然地理特征、人口状况、社会经济水平、农业发展和社会服务等因素的冰川变化脆弱性框架,并以此针对性构建评价指标体系,探析天山冰川变化脆弱性的空间特征,采用地理探测器模型探讨自然、社会、经济和人口等因素对冰川变化适应能力的影响及交互作用。结果表明:① 脆弱性等级由西部地区向东部地区呈降低趋势,且水平差异显著。天山东部地区脆弱性最低、中部地区次之、西部地区较高。② 暴露度、敏感性和适应能力在空间上分别存在明显正相关与负相关,表明区域范围内冰川变化具有高暴露、高敏感地区往往适应能力较低,进而导致脆弱性较高;反之,脆弱性较低。③ 天山应对冰川变化能力的空间异质性是自然、社会、经济和人口因素共同作用的结果。其中,第二、三产业产值、城镇人口数、城镇固定资产投资与年末单位从业人员等因素具有主导作用。
秦巴山区是中国南北过渡带的主体,过渡带分界划分在学界一直存在争议,确定和改进划分指标对构建中国生态地理格局有重要作用。土壤作为过渡带的核心部分,其关键指标的空间分布及变异机制对识别过渡效应和区域特征有指示作用。本文基于土壤二普资料,采用空间模拟和地统计方法分析土壤有机碳/全氮空间特征及与主要自然地理要素的关系。结果显示,秦巴山区有机碳/全氮含量空间分布趋势一致,存在3个高值区、1个次高值区和1个低值区。高值区分布在秦岭、大巴山高海拔区域和嘉陵江以西山地,含量分别为15.03~71.04 g/kg、1782.61~7710.00 mg/kg;低值区沿秦岭北坡的渭河谷地、南五台山和伏牛山分布,含量分别为0.64~6.50 g/kg、110.00~885.96 mg/kg;次高值区主要在汉江两侧、秦巴山地之间海拔< 1000 m及嘉陵江两侧略高于1000 m的山体,含量介于以上二者之间,自西向东呈南北向宽幅逐渐增大的“喇叭状”趋势。综合考虑地形—植被—气候作用,发现秦岭南坡—大巴山北坡有机碳/全氮次高值区分布范围与1000 m等高线、暖温带落叶阔叶林带(含常绿成分)和亚热带常绿落叶阔叶混交林带上限、1月0 ℃等温线、7月24 ℃等温线较一致,区内1月、7月、季节和全年气温变化较小,各季降雨变幅大,该区是亚热带向暖温带过渡的主体,北界大致沿都江堰—茂县—平武—文县和秦岭南坡1000 m等高线分布,南以都江堰—北川—青川和大巴山北坡1000 m等高线为界。有机碳/全氮空间变化为亚热带—暖温带的划界提供一定依据,进一步识别典型区土壤过程及生态效应,将全面揭示土壤多维过渡特征及其变异机理。
为了探究过去150 a来大气粉尘沉降历史及其对季风边缘区和季风影响区的影响差异,利用长白山典型雨养泥炭灰分粒度、成岩化学元素、210Pb和137Cs年代等指标重建过去大气粉尘变化,并与大兴安岭摩天岭雨养泥炭粉尘记录进行比较。东北山地泥炭灰分主要以粘土颗粒和粉砂颗粒物为主。中值粒径和成岩元素特征也初步揭示东北山地泥炭中矿物灰分主要源于蒙古国和中国北方沙漠和沙地的土壤尘。大气土壤尘降通量自19世纪初至20世纪60年代表现出逐渐增加的趋势,与区域近代化、工业化和战争等人类活动强度增加一致。在过去60 a间具有减小的趋势,与区域自然尘暴的监测数据吻合较好。东北地区长距离传输的大气土壤尘降通量背景基线为(5.2±2.6) g m-2 a-1。长白山大气土壤尘降通量(5~38 g m-2 a-1)小于大兴安岭(14~68 g m-2 a-1),揭示了大气尘降随着与尘源区的距离增加而递减,对东北地区西部的影响要强于对东部的影响。
全球气候变化背景下,降水格局改变食物供给将是人类当前和未来所面临的重大挑战,但很少有研究揭示食物供给随降水格局变化的关系。研究中国西南、东南季风共同作用区的降水与食物供给变化,对厘清该区降水与食物供给的动态关系、实现区域粮食安全、保障西南边疆稳定、落实区域民族政策、建成全面小康社会等具有重要意义。文章以中国西南地区的云南省为例,刻画了1988—2018年降水变化格局,并探讨了其对食物产量的影响。结果表明:① 云南省降水时间格局分为:Ⅰ降水丰沛期(1988—2004年)、Ⅱ降水偏少期(2005—2015年)、Ⅲ降水恢复期(2016—2018年)等3个降水时段;② 第Ⅰ~Ⅱ时段,全省降水发生显著变化区域为15.07%,第Ⅱ~Ⅲ时段为13.87%,第Ⅰ~Ⅲ时段为16.53%;③ 全省水平上,降水与食物产量具有显著正相关关系(p<0.01),且粮食产量与各时间段降水相关系数高于肉奶产量;④ 当降水≥1500 mm时降水量快速下降,粮食产量保持稳定、700~1500 mm时降水量与粮食产量同为小幅下降、≤ 700 mm时降水量小幅下降,粮食产量大幅波动下降。总体而言,1988—2018年云南省降水格局发生了明显的变化,且在不同区域对食物供给产生了显著影响,故亟待划分全省范围的食物产量对降水响应的空间区划,以此来应对日益加剧的降水格局变化。
潮沟是陆海生态系统交互作用的主要通道,具有高度的时空动态性。以黄河三角洲新旧河道为界,划分黄河北岸(Ⅰ区)、南岸东(Ⅱ区)、南岸西(Ⅲ区)为对比研究区,选择1998—2018年5个关键时间节点的遥感影像为数据源,利用GIS空间分析功能,定量表征了潮沟发育程度的典型形态特征参数,剖析了黄河改道、湿地恢复工程和外来物种入侵等因子对潮沟发育过程的影响,挖掘潮沟网络的时空演变规律。结果表明:① 潮沟的形态特征具有明显的时空异质性。从1998年黄河改道初期至2004年湿地恢复初期,Ⅰ区各等级潮沟数量大幅减少;由于潮滩淤进和互花米草固滩作用,Ⅱ区潮沟数量、密度、分汊率呈现增长趋势,在2013年互花米草的快速扩张期,潮沟曲率、分汊率明显增大;Ⅲ区潮沟发育的等级、长度、密度最大,等级间的转化频率最高,湿地恢复工程导致低等级潮沟数量、长度明显减少,较强的海洋动力抑制了潮沟曲流的发育。② 黄河改道和侧弯丁坝建设导致平均归槽长度(OPL)增大,潮沟网络的排水效率减少。互花米草的快速扩张使排水效率增大,OPL不断降低;潮沟发育程度Ⅲ区>Ⅱ区>Ⅰ区。③ 潮沟系统由快速变化青年期整体进入缓慢变化中年期,发育状态趋于动态平衡。研究成果有助于了解大范围潮沟的发育过程及演变机制,为沿岸潮滩开发与利用提供科学的决策支撑。