关于地理学及其复杂性的研究

唐明斌

【摘要】随着人们视野的不断扩大，地理学迅速发展起来，逐渐成长为一门有独立的理论体系和研究方法、研究对象的科学。近代地理学已经成为一门比较成熟的科学，对于地理学研究对象的认识也逐渐明确，虽然在不同时期、不同国别的地理学流派中，对地理学的研究内容有不同的偏向和侧重，但是整个地理学的研究内容，始终不离地球表层，不离人与地理环境这一主题，也正是由于地理学的研究对象具有自然与人文兼备的特点，地理学本身成为一种复杂性的学科。

【关键词】复杂性复杂系统地理学地理系统

地理系统是开放的复杂巨系统，复杂性特征明显，以地理系统和人地关系为探究对象的地理科学是一门实践的学问。改革开放20年以来，我国国民经济建设空前活跃，在工农业生产布局、国土资源规划和整治、城市规划、旅游规划、高新技术产业等国民经济建设实践以及计量方法、GIS技术、遥感等技术方法的推动下，我国地理研究空前繁荣，在理论和方法两方面都取得了很大进步。随着学科的深入，人们不满足于对空间差异的描绘和解释，开始探讨地理系统发展变化的深层次的规律问题。于是，地理系统复杂性开始走上地理研究的舞台。

１地理系统复杂性研究的科学背景和意义

1.1科学研究从探索简单性到探索复杂性。科学史表明，近代科学发展的主旋律是沿着古代科学家毕达哥拉斯、阿基米德等人开创的方向前进的，即探索自然现象所蕴涵的简单性、和谐性和规律性，并且把它用直观的数学形式或语言形式表达出来（王鸿生，1996）[1]。地理学的发展也不例外。然而，世界的本质是怎样的？简单性，还是复杂性或者还是二者兼而有之？这是一个发人深思的话题。

1.2复杂性研究的主要领域和主要方法。目前，复杂系统研究主要集中在人脑系统、生命系统、生态系统、社会系统、经济系统、互联网系统等方面。钱学森指出“复杂性是开放的复杂巨系统的动力学特征”。从认识论层面上看，复杂性研究改变了人们认识问题的视角，使人们更加注重从整体论出发，以整体和还原相结合的视角来研究认识事物。SFI研究所侧重于复杂自适应系统理论研究、MIT学者提出系统动力学研究、中国学者钱学森则提出开放的复杂巨系统的概念等等，从不同侧面对复杂性进行研究（戴汝为，成思危，2000）[8-9]；从方法论层面看，借助计算机等现代工具发展了一套解决复杂系统问题的方法，如神经网络、元胞自动机、多智能体、遗传算法、综合集成研讨厅体系等，成为问题探索的有力工具。

1.3地理系统复杂性研究的意义。由人类社会和地理环境共同组成的地理系统是一个复杂巨系统。著名自然科学家耗散结构理论的创始人比利时科学家PrigogineI（1987）首先认识到城市的形成是一种社会自发组织的宏观有序现象[10]，我国科学家钱学森先生也认识到地理系统是“开放复杂巨系统”[11]。正是由于地理系统过于复杂，地理学的理论研究一直落后于地理学的实践，被认为是追随型的学科[12]。地理系统的复杂性特征决定了其研究必须采取复杂性方法。空间系统复杂性研究成为地理学面临的迫切任务[13]，它几乎涉及到地理研究的各个分支领域。地理空间复杂性是复杂科学的重要内容，其研究成果也将会丰富和完善，具有跨学科综合集成特征的复杂性科学研究的内容和方法。

2近期地理系统复杂性研究的主要内容

2.1地理系统及其解释。系统是人观察问题的一种思路，一种方法。洪堡堪称是一位系统自然地理研究的先驱，在他的著作《宇宙》中指出所有的自然科学的重要目标是“在研究复杂性中认识统一性”，在描述国家和地方时，他强调系统研究[14]。把系统方法引入地理学还要归工于哈特向、乔莱、哈维等地理学家[13]。然而，当深入探讨地理空间行为和空间演化规律时却发现地理系统具有非线性、多层次、多尺度、突变性、随机性、自组织、自相似等复杂系统的特点时，地理学家就需要用复杂理论和方法进行研究。

2.2自下而上的地理系统区域性研究。地理系统区别于其他一般系统的重要特征在于其区域性。从空间范围看，有世界、国家、地区、县域、城市、乡村等不同行政区域层次以及不同自然单元景观的地理系统，这些不同区域层次各有其特征。区域发展必然要研究不同区域层次的地理系统，对这些系统进行剖析、诊断，摸清其脉络，才能因地制宜地制定出区域发展的对策。如薛领、杨开忠等学者试图建立基于复杂自适应系统的区域空间演化模型[17]，运用SFI研究所开发的Swarm软件，采取“自下而上”的策略对一个城市区域发展演化进行模拟分析。

2.3地理系统的网络结构分析及其运动过程的模拟。地理系统不断地与外界进行物质、能量和信息的交换和传递，是一个远离平衡状态的非线性开放系统。该系统不断从外界吸收负熵流，当负熵流达到一定的阈值时，系统就向前进化。地理系统的有序性和目的性也是经历了从无序到有序、从简单结构到复杂结构的过程演变而来的，并且还在继续发展演变。模拟复杂的地理系统的发展规律，是地理系统复杂性研究的重要内容。

2.4地理系统行为分析与人地关系协调发展。复杂系统或系统中复杂行为的研究是当前十分引人注目的领域。地理系统的行为极其复杂，具有很大的挑战性。在地理系统中，人具有双重角色，一方面人是自然界的一部分，不能凌驾或超越自然界；另一方面，人又是地理系统的调控者，是地理系统中最积极的因素。人类通过生产和生活模式影响自然地理过程，进而影响地理系统的行为特征，使地理系统不稳定性特征明显。因此，对地理系统行为的研究可以根据社会发展需要，选定典型区域的地理系统，通过对地观测、实地调查、模拟实验等手段，获得大量的地球信息，建立关于地理系统的大型数据库、知识库，通过计算机进行数据处理、数据挖掘，建立动态决策支持系统，选择不同方案与模式对区域地理系统的行为进行适当的调控，探讨地理系统的动态演变过程与规律，探索地理系统中人地关系协调发展的新途径。

３结语

因此，对于复杂性科学本身的认识意见还难以统一，仍然有人提出不同的见解[41]，复杂性科学尚需要进一步完善。至于把这一科学引入地理系统研究，引入地理学，则更有待于实践检验之后方能做出公允的评判。但至少有一条值得我们去注意：地理学和地理系统研究必须正视研究对象的复杂性，而复杂性科学的确有自己的一套解决方案，运用复杂性科学对地理问题进行认识有独到之处，地理学界应该给予足够的重视和精心培育。

参考文献

１王鸿生.世界科学技术史[M].北京:中国人民大学出版社，1996：312～315

２陈昌曙.自然辩证法新论[M].沈阳:东北大学出版社，2000：205

３成思危.复杂科学与组织管理[J].新华文摘，2001（5）:147～149