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课程结构第1章地理学概述第2章地球表层系统基本组成第3章地球表层系统基本格局第4章地球表层系统基本过程第1章地理学概述1.1什么是地理学地理(geography)一词的由来中国：最早的词：商周时期的《周易.系辞》“仰以观于天文，俯以察于地理”。最早的书籍：《山海经》、《管子.地员篇》、《汉书.地理志》等。西方：最早的词：古希腊学者埃拉托色尼（公元前276-194年），geo是地球，graphy是描述，合在一起是地球的描述。最早的书籍：《奥德赛》、《地理学指南》等。地理学的定义国家自然科学基金委员会：地理学是研究地球表层人地系统相互作用的时空分异规律、动力学机制的学科。美国地理学家联合会（AAG）：地理学是关于地方与空间的科学，研究地球表层事物空间分布特征及其形成机制、区域差异和人与环境相互作用。（Geographyisthescienceofplaceandspace.Geographersaskwherethingsarelocatedonthesurfaceoftheearth,whytheyarelocatedwheretheyare,howplacesdifferfromoneanother,andhowpeopleinteractwiththeenvironment.）解析：研究对象：①地球表层系统（广义）；②地球陆地表层系统（狭义）。基本视角：①空间差异与相互作用：地表事物空间分布与空间相互作用规律。②人地相互作用：自然环境对人类的影响，人类对自然环境的适应与改造效应。③空间过程与形成机理。1.2地球表层系统简介定义：地球表层系统是指接近地球表面由岩石圈表层、水圈、土壤与生物圈、人类圈和大气圈底层（对流层）构成的物质系统，是人类生存的直接环境。空间范围：垂直范围：大体上至对流层（边界层）顶下至岩石圈上部（风化壳）。水平范围：整个地球表层特别是陆地表层。组成与基本格局垂直格局大气圈（圈层构成）岩石圈水圈土壤圈与生物圈大气圈是在地球引力的作用下，包围地球的巨厚气态物质。地球表层系统的大气圈专指广义大气圈的对流层部分。对流层分最下层（摩擦层或行星边界层）、自由大气层、顶层（与平流层的过渡层）3个层次。岩石圈是地球外围的固体部分，由地壳和上地幔顶部坚硬的岩石组成。岩石圈分三个层圈，上层是沉积岩层，中层是硅铝层（地壳），下层硅镁层（上地幔顶部）。地球表层系统关注的岩石圈主要指表层的风化壳或第四纪松散沉积物。水圈是地球表面的水以各种存在形式覆盖的圈层。主要由海洋、河流、湖泊、沼泽、地下水、冰川、高山积雪等组成。土壤圈是固态地球表面具有生命活动、处于生物与岩石圈之间进行物质循环和能量交换的疏松表层。生物圈是地球上所有生物的总和。绝大多数生物都集中生活在岩石圈、水圈、土壤圈和大气圈相互接触交融的地带人类圈人类圈是指人类及其创造物的总和。水平格局基本过程地表固体物质运动过程大气运动过程含义：地球表层系统及其组成要素的水平空间分布。基本特征：空间差异性与尺度差异性——在基本过程作用下，各圈层形成相对稳定的多层嵌套水平空间格局。空间差异性的主要表现：全球尺度的空间差异：海陆分布，热量（气温）分布。陆地内部的空间差异：地貌分布，气候分布，水文分布、土壤分布，植被分布，人口分布，经济分布，文化分布，土地分布等。尺度差异性的主要表现：地球（陆地）表层系统及其组成要素普遍存在不同等级水平空间尺度的镶嵌结构。地质大循环：地壳运动引起的海陆间物质循环变化过程。一般为万年以上的时间尺度。现代固体物质运动：在短时间尺度上，陆地表面的岩石、风化物质、土壤等，在重力、流水、风力、冻融等的作用下，发生搬运、沉积的过程。全球大气循环模式（全球尺度）：垂直环流系统：哈得莱环流圈、费雷尔环流圈、极地环流圈；近地面层的行星风系：信风带、西风带、极地东风带。季风环流（海陆尺度）：近地面层，夏季盛行风由海洋吹向陆地，冬季盛行风由陆地吹向海洋。局地环流（地方尺度）：海陆风、山谷风、城乡风。水圈运动过程生物过程：地球表层生物的生命周期过程，包括了生长、死亡和分解环节，表现为能量转换和营养物质循环过程。人类活动过程（地球表层人类活动的空间过程的总和）主要驱动力（地球表层基本过程的主要外部驱动力）太阳辐射能、地球内能、天体引力能、地球旋转力（地转偏向力）太阳辐射能地球内能表层大洋循环：海洋表层水体在风的作用下形成的运动过程（洋流）。陆-海-气系统水循环：地球表层的水经过蒸发、输送、凝结、降落、下渗、径流等环节形成的循环运动过程，分为海陆大循环和陆地小循环、海洋小循环、局地微循环。人口过程：人口增长与迁移过程。土地利用过程：人类为了自身生存与发展对地球表层自然环境的改造过程。社会经济过程：人类社会经济活动的空间过程，如经济生产流通过程、城镇化过程、文化传播过程、废弃物排放过程等。以辐射形式到达地球的太阳能，是地球表层系统过程与格局形成的主要源泉；太阳辐射能的作用：地表增温、大气增温的源泉；由于辐射能在地表分布的差异，成为气候、植被格局形成的源泉；大气循环、水循环的基本动力；地表岩石风化、搬运的主要动力；生物循环的基本动力。地球内部岩石中所含的放射性元素在衰变过程中所产生的热能；地球内能的作用：地壳运动、地震、火山活动的动力源泉；地貌格局（构造地貌）形成的动力源泉；现代地表固体物质、河流运动的主要动力源泉（重力势能）。天体引力能地转偏向力基本特征组成的多样性：地球表层系统各圈层及其要素组成复杂多样，主要包括空间差异的普遍性（地理学第一定律）：地球表层系统及其组成要素普遍存在空间分布的差异性，一般地说，距离越近，空间地理单元的差异性越小；反之，越大。地球表层系统及其组成要素普遍存在空间联系或相互作用，一般地说，距离越近，空间地理单元之间的联系越紧密，反之，越小。尺度镶嵌的普遍性：地球表层系统及其组成要素普遍存在不同尺度（全球、区域、地方）的镶嵌结构，这种镶嵌结构之间普遍存在相互影响和相互作用。过程与机理的复杂性：地球表层系统及其组成要素的运动过程普遍存在着复杂相互作用。主要包括1.3地理学学科体系与相邻学科的关系在现行科学体系中的地位在现代地球系统科学体系中的地位月球及太阳等天体对地球的引力；天体引力能的作用：海水、大气等地表流体周期性运动（潮汐）的动力源泉。由于地球自转运动而作用于地球上运动质点（气流、水流）的偏向力（科里奥利力，作用方向是北半球向右偏、南半球向左偏。作用:影响地表流体（气流、水流）运动方向，特别是决定了大气环流的东西向运动。影响河流地貌发育形态，北半球表现为右岸侵蚀、左岸堆积。气态、液态、固态物质并存；无机与有机物质并存；人类与自然环境并存。气态、液态、固态物质的相互作用；内、外营力的相互作用；无机与有机物质的相互转化；人类与自然环境的相互作用；空间与尺度的相互作用。现行学科体系宏观框架现行学科体系1.4主要研究方法（一）地理调查与观测方法概述：遥感技术大规模应用之前，是获得地理事物信息的主要方法。遥感技术大规模应用之后，与遥感技术共同构成了快速、准确获得地理事物信息的方法体系。主要承担小尺度定量监测和校正、检验遥感技术的功能。野外调查对象：地理景观。主要目的：识别主要地理景观要素或综合体的类型与格局。基本内容：地质地貌（岩性、地貌类型等）；水文（水体类型、河流等级结构等）；土壤（土壤类型等）；植被（优势植物种、植被类型、生物量等）；土地（土地利用类型、土地覆被类型等）；聚落（聚落类型、聚落内部结构等）野外观测访谈调查资料调查（二）地图法地图的概念：地图是遵循一定的数学法则（投影，比例尺），将客体(一般指地球)上的地理信息，通过科学的概括，并运用符号系统表示在一定载体上的图形，以传递它们的数量和质量在时间与空间上的分布规律和发展变化。地图的作用：地理信息（数据、成果）展现的基本工具。地理调查的重要辅助工具。地理分析的重要辅助工具（与GIS结合）。（三）遥感技术遥感定义：应用探测仪器，不与探测目标相接触，从远处把目标的电磁波特性记录下来，通过分析，揭示出物体的特征性质及其变化的综合性探测技术。遥感技术系统：包括被测日标的信息特征、信息的获取、信息的传输与记录、信息的处理和信息的应用五大部分。遥感分类（按遥感平台分）遥感的作用：实时、准确地获取较大空间范围的地理信息，为地理规律的研究奠定了坚实基础。对象：地理过程。目的：定量识别地理过程的运动规律。基本内容：地貌过程：土壤侵蚀变化等水文过程：河流流量、泥沙变化等气候过程：气温、降水、风变化等生物过程：动植物种类、群落结构、生物量变化等。对象：人群目的：人地关系中的人类行为因素主要内容：人与资源的关系：土地、水、能源、生物等人与环境的关系：污染等人与经济关系：农业投入，农业产出等人与社会关系：人口、教育等。对象：各级政府部门等目的：补充地理学研究所需的各类信息主要内容：资源：国土、海洋、水利、农业、林业、旅游等环境：环保、气象、水利、国土、农业、林业、测绘等社会经济：统计、建设、发改委、计生委等。地面遥感：传感器设置在地面平台上；航空遥感：传感器设置在航空器上；航天遥感：传感器设置在环绕地球的航天器上。（四）地理信息系统技术GIS（GeographicalInformationSystem)的定义：由计算机硬件、软件和各种定量方法组成的系统，该系统主要支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便识别复杂的地理规律。GIS的基本构成：一般包括以下主要部分：系统硬件、系统软件、空间数据和应用模型。GIS的作用：开展地理格局与过程的定量分析，发现复杂的地理规律，是地理学现代化的重要标志。（五）数学及复杂系科学方法普通统计分析方法（不考虑空间属性的数据分析）：相关分析、回归分析、时间序列分析、聚类分析、主成分分析、趋势面分析、马尔可夫预测。空间分析方法（考虑空间属性的数据分析）：空间分布分析、空间形态分析、空间距离分析、空间场分析系统工程方法：线性规划、多目标规划、投入产出分析、随机型决策、控制论方法、模糊数学、灰色系统方法复杂性科学方法：系统动力学、分形理论、小波分析、人工神经网络、遗传算法、元胞自动机1.5地理学发展方向社会需求全球环境变化可持续发展：如何协调环境与发展的关系人类环境需求的提高：环境需求的“精细化”。科学需求：全球环境变化研究（1980年代至今）：主要计划：IGBP,IHDP,WCRP,DIVERSITAS等。目标：认识全球环境变化的机理、过程、格局、效应。可持续发展研究（1980年代至今）：目标：生产方式与生活方式转型所需要的新技术体系等。地理学发展方向：主要问题：横向扩展有余，纵向深化不足。总目标：完成从现状地理学向现代地理科学的转变。主要变化：从地球陆地表层系统要素研究向整体研究转变、从格局研究向过程与机理研究转变。核心内容：认识地球陆地表层系统的格局、过程、效应、机理。为应对全球与区域环境变化与实施可持续发展战略服务。阅读教材与推荐书目阅读教材：第1章地球系统，第6章地理信息科学。推荐书目：美国国家研究院，重新发现地理学，学苑出版社，2001气候变化资源短缺环境污染生态退化