主站首页 | 本所概况 | 新闻动态 | 本所学人 | 学术前沿 | 本所成果 | 人才培养 | 学术刊物 | 基地管理 | 清史纂修 | 清史文献馆 | 清风学社
学术动态 论著集锦 地名学园地 专业课程 学人漫录 实地考察
站内搜索:
请输入文章标题或文章内容所具有的关键字 整站文章 中国历史地理研究
  您现在的位置: 首页 >> 中国历史地理研究 >> 学术动态 >> 专题述评 >>
中国自然区划研究进展与展望
来源:《地理与地理信息科学》2023年第1期 作者: 陈跃红 张若婧 张晓祥 任立良 点击数:  更新时间:2023-03-30


0. 引言


区划研究根据某种地表现象的区域内相似性与区域间差异性,通过研究区域单元的形成发展、分异组合、划分合并和相互关系揭示地表现象的地域分异规律,一直是地理学的核心内容和重要基础工作。地理区划大致分为自然区划、经济区划、功能区划、行政区划四大类,本文主要关注地理区划中的自然区划,是针对自然要素分异规律的区域划分。

自然地理环境及其组成要素之间相互联系、相互制约构成一个有机整体,由于地理位置、地形地貌、大气环流等要素的共同作用,形成了温度水分大致相同、气候模式基本相似、土壤植被等具有共性的自然区域。根据自然环境特征,将地表划分为不同的空间单元,使空间单元内部具有相对一致性、空间单元之间存在明显差异性,以反映地表自然环境空间分异格局规律的区域划分即为自然区划。自然区划是支撑自然资源有序开发利用和区域可持续发展的重要基础,在国土规划、资源开发、产业布局、生态文明建设等领域中发挥着重要作用。

国内外学者基于对自然环境特征的认识形成了众多区划成果,类别繁多的自然区划在不同时期、不同领域具有不同的应用价值。中国地域辽阔、自然环境复杂多样,我国学者在了解自然要素发生发展客观规律的基础上,开展了诸多自然区划研究,为农业生产发展、资源合理分配与生态文明建设等提供了科学指导与参考。快速发展的3S技术提供了愈加丰富的地理空间数据和分析方法,为进一步完善我国各项区划方案提供了良好数据与方法支撑。因此,本文在前人研究的基础上,全面梳理我国自然区划相关研究,通过回顾国内外自然区划的发展历史,总结我国自然区划研究的目标、类别、思路和原则等重要内容,重点归纳相关技术方法,更全面关注生态、气候、水文等区划中具有代表性的自然区划方案,并结合国家需求和地理信息科学技术发展分析当前自然区划研究的特征和潜在发展趋势,以期为新时期构建更严密、完整的区划研究体系提供科学指导。


1. 自然区划研究的历史沿革和理论框架


1.1 区划研究的历史沿革

近代自然地理学奠基人洪堡(Alexander von Humboldt)揭示了自然要素的“区域性”规律(如气候带的分布与成因、植被分布的地带性及其与气候的依存关系等),为自然区划提供了理论依据。李希霍芬(Richthofen)在此基础上强调区域内各种现象之间的相互关系,赫特纳(Hettner)认为地理学的基本思想在于区域差异,并提出“区域地理样板”的理论范式。而现代区划通常认为始于19世纪霍迈尔(Hommeyer)提出的大区域(land)、区域(landschaft、地区(gegend)、小区(ort)四级体系。1899年土壤地理学奠基人道库恰耶夫探究自然地理地带性规律,提出自然综合体的概念;20世纪初“区域地理”在欧洲和美国开始萌芽,1905年英国赫伯特森(Herbertson)首次提出全球自然区,依据地形、气候和植被等要素将世界划分成六大自然区域和12个副区,对区域地理学和景观学产生了深远影响;1908年法国地理学家加卢瓦(Lucien Gallois)在著作《Regions naturelles et noms de pays》中对“自然区域”概念进行系统研究,他高度重视空间差异性,认为需要进行自然地理划分以辨析人类与物理世界之间的相互作用;1925年苏联自然地理学家贝尔格(Лев Семёнвич Берг)以月平均气温为指标,根据气候和自然景观的关系,将全球低地气候划分为11种气候带(型);1928年农业气象学家谢良尼诺夫(Selyaninov)研究作物分类和农业气候区划方法,制定了一系列农业气候指标;1936-1949年阿利索夫(Alisof)根据盛行气团和气候锋位置及其季风变化,将全球气候划分为13个气候带;1959-1978年斯特拉勒父子(Arthur StrahlerAlan Strahler)以气团的源地、分布和气候锋的位置及其季节变化为基础,并参考气温和降水指标,将全球气候划分为3个带、13个型和27个亚型;1989年美国学者贝利(Bailey)认为区划是按照空间关系组合自然单元,并将地图、尺度、单元和界线等概念引入生态系统区划,提出了生态自然地域划分;近年来西方的自然综合区划侧重于生态领域的综合区划,如奥尔森(Olson)的美国生态自然地域划分。

我国学者于20世纪初开始对自然要素的分异规律展开研究,以罗开富、黄秉维、任美锷、赵松乔等学者为代表,取得了一系列具有代表性的全国自然区划研究成果,在我国资源开发与发展规划过程中发挥了重要作用。早期一些宏观综合自然区划多根据自然地带性和区域分异规律划分,受客观条件和基础资料限制,一定程度上依赖专家经验。新中国成立初期,为满足日益增长的国民经济建设和社会生产需求,在全国范围内开展了大量区划工作。20世纪80年代我国进行的区划工作主要针对特定的自然要素,部门区划成果丰富。与综合区划相比,部门区划能反映单个自然要素的空间分异规律,指导相关政府部门和行业进行自然资源的科学管理与合理开发。该时期区划研究结合了自然地理学的基本理论,区划方案与体系结构不断完善,发展的区划方法多采用分级分区方法,即依据一定的地理要素评价指标进行等级和区域划分,实现区划研究从定性为主到定量为主的转变。分级分区的关键在于确定指标体系,主要分为单项指标或综合指标构建,指标体系中阈值的合理性、等级的科学性尤为重要。20世纪90年代以来,我国更加重视环境保护与可持续发展,区划研究在生态环境领域取得快速发展,形成了大批卓越的区划研究成果。

1.2 自然区划的理论框架

自然区划的理论体系(图1)涵盖区划研究的方方面面。首先,需确定区划目标与所属类别,结合自然要素的特点与实际情况,归纳自然要素的空间分异规律;其次,在区划原则的指导下,构建科学的指标体系,按照合理的区划思路,应用先进的技术方法划分区域范围;最后,对各区划单元进行命名并揭示其自然环境的区域特征,形成最终区划方案并为国土规划、统筹管理及政策制定提供指导。

1)区划目标。区划的最终目标是构建一个具有等级层次的完整体系,在各层级内划分成区域内相似、区域间相异的空间单元。不同区划的具体目的不同,但总体可以概括为:揭示区域分异规律、构建等级体系、探究自然要素分布格局。

2)区划类别。根据不同的区划单元体系,可分为区域区划和类型区划。按照郑度的定义,区域区划反映的是自然过程中相互依存的区域个体和区域综合体特征,类型区划对象则是具有共同类型结构特征的区域。另一种较好理解、更常用的区划方式是根据区划主导因素,分为综合区划和部门区划。综合区划是根据多种自然要素的综合特征进行区域划分,研究对象是自然综合体,需建立在充分了解自然环境的复杂结构与地域分异规律的基础上,将地域单元作为整体以发现自然综合体的空间结构、格局特征,增进对自然资源、人地关系的认识,以最大限度满足自然资源开发、利用、治理等实际应用。而部门区划主要针对自然环境中某单项要素,着重考虑该要素本身的分异情况,如气候区划、地貌区划、水文区划、土壤区划、植被区划及灾害区划等部门区划种类繁多,针对不同实体的特定或主导功能,往往需要充分研究单项要素的形成原因、影响因素及尺度变化等,以便面向具体的部门应用。

3)区划原则。区划原则是选取区划指标、建立区划层级单元的前提,是区划的重要指导,也是区划思想的集中体现,是必须遵循的准则,贯穿于整个区划过程,并且与区划目的、依据相适应,以保证区划结果能客观反映区域分异规律。主要包括以下四方面:1)发生学原则与地带性、非地带性原则。自然地理要素的空间分异往往与其成因和发生发展密不可分。此外,地带性与非地带性是自然界最基本的地域分异规律,要将纬度差异产生的地带性规律与海陆位置、地形、大气环流等引起的非地带性规律相结合,才能充分反映不同尺度的空间分异规律。2)综合性与主导性原则。区划既要广泛关注各种变化较快的动态要素(如气象要素),又要分析变化相对缓慢的地形地貌要素等,各类要素中必然存在主导要素,而其他要素只起调节、协同作用。一个区域内可能存在多种特征类型,为保证分区的完整性,在每个分区中需以该区明显特征类型为区划依据。因此,必须全面研究区域的各个特征,综合分析相互关系,选出对区域差异起决定性作用的因素,才能保证区划的客观性和真实性。3)相似性和差异性原则。该原则是相似区域联结、相异区域划分的决定条件。区划工作是根据区域内相似性和区域间差异性加以识别和概括,然后进行区域的合并和分异。相似性不仅表现在单一的主导因素,也可能体现在区域内的其他自然要素。根据朱阿兴等提出的地理学第三定律可知:“地理环境越相似,地理特征越相近”,其中的地理相似性就是指两个空间位置在地理环境(包括空间和非空间要素)上的综合相似性。因此,在地理研究中常常在相似的地理环境中寻找同一种地理现象。但我国幅员辽阔,各部分自然环境不可能完全一致,在区域内部仍有一定差异,这些差异正是划分下一级区域的依据。因此,从区划方案的高级别区域单元到低级别区域单元,单元内部的相似性逐级增加,低级别区域既具有高级别区域的一般特征,又保留了有别于其他低级别区域的特征。4)连续性和等级性原则。在进行区划时应从整体出发,保证区域(如流域或行政单元等)的完整性与连续性;此外,应按照从整体到局部、从高级到低级逐级分区,多采用大区、地区、亚区、区的区划体系。等级性是自然环境空间格局的基础,也是区域逐级划分的理论依据,不同等级的地域分异具有一定关系,高级别和低级别之间为包含和从属关系,且各级别的划分指标与分区级别存在对应关系。

4)区划思路。区划研究经历了从“定性为主”到“定性与定量相结合”的发展过程,随着定量化区划方法的发展,区划思路从“自上而下”方式为主,到“自上而下”和“自下而上”相结合,再到“自下而上”为主。但基本区划思路整体上采用“自下而上”逐级合并和“自上而下”顺序划分相结合的方式并沿用至今。“自下而上”是由较低等级区域单元归并形成较高等级区域单元,能在大的分异背景下揭示中低等级区域单元的形成与特征;多采用组合、聚类的归并方法,将毗邻的小地域合并,形成完整闭合的大区域,且在归并过程中,随着等级层次逐渐升高,区域数量由多变少、区域面积由小变大。“自上而下”则是通过分析各自然要素的区域分异,将较高等级区域单元分成较低等级区域单元,在大的区域单元内从上而下、从大至小揭示其内在差异。从整体到局部、从高级到低级逐步分区,多采用地理相关法和主导标志进行“自上而下”顺序划分,但该方式拟定界限较粗糙,主要是为客观把握整体自然分异规律。

5)区划命名编码。我国自然区划一般设计两个层级以上的区划体系,一级区划为“大区”,二级区划为“地区”,三级区划为“小区”等。为保证区划单元命名的规范化与标准化,多个等级的区域化单元命名主要遵循以下原则:1)体现区划方案的层级特征,标识出各区域单元的主要特点;2)反映区划方案层级之间的对应关系,既要体现不同层级的隶属或关联关系,又要显示同一级别各区域单元间的特征递变规律;3)要具有明确的地理信息标识,明确必要的自然背景及管理的侧重信息。遵循上述原则的命名有助于更直观了解基础地理信息,使区划方案更好地服务于后续管理并便于推广。鉴于上述命名规则,一级区划的命名范式常以“地理位置+气候温度带”命名,将主导因素融入命名体系。编码顺序从东北方向的区域开始,以顺时针方向对各区域进行顺序编码命名。为配合命名体系以及便于计算机处理分析、数据库管理、制图综合等多方面需求,参考《信息分类和编码的基本原则与方法》(GB/T 7027-2002确定我国区划的编码方式,一级区划对应IIIIII……,二级区划对应ABC……,等等。


2. 自然区划的方法体系


在遵循地域分异规律的基础上,以区划原则为指导思想,根据区划目标与需求进行系统分析。首先研究影响因素、构建指标体系、确定区划的基本单元,再采用区域划分方法将定性分析与定量计算相结合,在各层级上进行区域划分,最终构建一个具有层级体系的完整方案。国际上根据地理地带性分异规律,多采用指标体系进行区域划分,如常用的Koeppen气候—植被分类方案和Holdridge生命地带图式。我国20世纪80年代以前的区划多依据指标与专家经验,之后开始将数理方法运用至小范围的区域化研究,再逐渐发展到全国尺度。技术方法是实现区域划分的必要手段,本文将相关区划方法归纳为定性与定量两大类。

2.1 定性方法

1)历史分析法。通过实地古地理和历史自然地理遗迹考察,借鉴相关古籍文献及地质历史研究资料,深入探讨地理分异的发生发展过程,并根据自然区域逐级产生的分异和相对一致性,划分出不同等级、不同成因的基本区域单位。

2)专家集成法。早期区划工作受数据资料、技术条件等限制,多基于专家经验进行划分,在遵循发生学原则以及地带性、非地带性规律的基础上,力求区划方案简单明确。

3)地理相关分析法。从地理要素特征入手,比较各自然要素的分布,了解自然综合体地域分异轮廓,按若干重要因素相关依存关系确定区划界线。

4)景观制图法。苏联学者于19世纪50-60年代初步形成了景观制图的方法论,用以研究地理规律和地表景观分布,探寻地理分化的原因和能显著表征分化的标志物,在图上描绘出地理综合体;通过研究景观类型的组合,确定具有区域特色的自然地理区域,在景观图中标明区域界线。该方法在大比例尺区划中广泛应用,能较准确地划定自然地理区域。

2.2 定量方法

1)叠置法。将各类自然要素(气候、地貌、土壤、植被区划等)的空间分布进行叠加,产生新的空间关系,以相重合的边界或二者之间平均位置作为区域界线,从而确定综合自然区划界线,如李旭旦先生提出的“界线法”。随着GIS技术的发展,空间叠置和区划方案可视化操作更便捷,GIS也成为区划工作中不可或缺的工具。叠置法多应用于综合区划,将众多的部门区划叠加,能发现多层数据间的差异、联系和变化等特征,具有方便理解、处理便捷、显示直观的特点,但其结果不能客观地表达综合自然地理单元,且各部门区划的层级、尺度难以统一。因此,叠置法应用范围有限,可作为辅助方法。

2)成因分区法。从自然现象或要素的形成机理出发进行划分。例如:气候区划中,按照气候的形成方向,阿利索夫提出了以盛行气团为主、海陆位置为辅的气候分类方式,将南北半球各分为7个气候带、若干个气候型;20世纪80年代我国八省一校采用流域水文模型参数进行水文分区,先建立流域下垫面特征与水文模型参数的关系,实现单项水文模型参数的分区,再进行综合水文区划。

3)分级分区法。依据一定的地理要素评价指标进行等级和区域划分,关键技术在于指标体系的构建。例如:气候区划和生态区划中常用的柯本气候分类系统,指标严格,具有明确的数值界限。在指标选择过程中,既可以直接参照国际或国家的现行标准(如气象干旱等级、土壤环境质量标准等),也可以按照区划目标建立新的分区指标体系。分级分区法包括单项指标分级和综合指标计算:前者是对单一指标数值进行定量分级,如专家打分分级、基于ArcGIS的自然断点分级等;后者首先需要选择各单项指标,确定权重,然后构建公式综合各项要素,再按照综合指标的等级分区。

4)多元统计法。通过处理、分析多变量数据发现规律性结论,从而提取区域特征进行划分。常用的多元统计法包括主成分分析、因子分析、多元回归分析等,多用于区划研究中的变量选择与特征提取。其中,因子分析通过建立从高维到低维的映射实现指标归类,在减少数据冗余的同时保留了主导因素,如韩翠华等基于正交旋转因子分析对中国年、冬、夏、半年4个时间尺度的气温变化特征进行分区。

5)聚类算法。通过识别数据特征的相似性和差异性捕捉空间关系,能较好地识别和分析地理区域中的模式。近年来,聚类算法在探索区域分异特征中取得明显进展,如K-means、模糊聚类(FCM)、层次聚类等方法常用于区划研究中,其中凝聚型层次聚类的原理与区划研究中“自下而上”逐级合并的思想一致。例如:丁裕国等提出统计聚类检验与旋转经验正交函数相结合以实现我国气候类型区划;韩微等在划分中国温度区域时,对比了K-meansWards层次聚类、基于旋转正交经验主函数分析的统计检验聚类的划分结果。

6)人工神经网络。目前广泛应用于大量复杂数据的处理,是非参数化的模式识别方式,根据神经网络进行初始化、训练等步骤自动调节各要素间的权重,达到映射真实系统的结构和状态,最后通过连接权重进行识别或分类。例如:自组织映射神经网络模型(SOM)根据数据集进行自动分类,在空间上展示为不同的类型区。SOM是一种无监督学习,运用竞争学习策略,将高维的样本映射到二维的神经元,且能维持输入空间的拓扑结构,泛化能力很高,常用于水文区划研究,特别是流域范围水文同质区的确定。

7)其他机器学习算法。基于机器学习算法对复杂多样的数据进行深层次分析,将决策过程自动化,从已知示例中得出泛化结果,以数据为驱动,更高效地利用信息。例如:在确定区域过渡地带的边界时,李双成等对局部生态地理分界通过空间小波变换确定样带的模极大值,从而定位过渡带,与专家划分结果比对发现界线的准确性显著提高。


3. 中国自然区划方案


随着地理大数据与地理信息空间分析技术的快速发展,我国各项自然区划研究不断完善,本文主要归纳我国代表性的综合区划和部门区划方案。

3.1 综合区划

国外综合自然区划开展较早,可追溯到18世纪末,基于自然地域系统研究逐渐演化出区划的理念。20世纪40年代后,苏联学者根据自然地带性表征地表要素的分异,对综合自然区划进行了系统研究。我国自20世纪50年代开展区划工作以来,以罗开富、黄秉维、任美锷、赵松乔等为代表的学者探讨了综合区划的方法论与相关问题,提出了全国范围的综合自然区划方案。其中,1958年黄秉维主持的《中国综合自然区划(初稿)》以高等级单元反映地带性规律,以低等级单元反映非地带性规律,形成了一套完整的综合自然区划理论体系,对我国综合自然区划后续研究起到典范作用;1961年任美锷等根据自然综合体地域分异和自然差异的主次矛盾进行了我国综合自然区划。以上综合自然地理区划方案总体上是以反映自然综合体地域分异、服务于农业生产为主旨,既满足了当时的社会生产需要,又推动了我国综合区划研究的深入发展。

近年来,更多定量方法逐渐被引入综合自然区划。由于综合区划需要考虑多个要素,故多采用GIS叠置法,通过叠加多个部门区划得到综合区划。例如:郭子良等对多个分区(气候区、土壤区、植物地区、动物地理省、植被区)进行叠加形成基本地理单元,将全国划分为三级自然保护区。随着对地观测资料日益丰富,通过建立综合指标进行综合区划的研究逐渐增多,如黄姣等选择温度、水分、地形、植被作为温度带、干湿地区和自然界三级分区系统的指标,运用GISSOM网络开展中国综合自然区划,并与郑度的生态地理区划、郑景云等的中国气候区划方案进行对比。此外,定性与定量相结合的综合自然区划也取得诸多进展,主要是在大尺度上采取定性划分,在小尺度上采用定量分析,如张海燕等在整合自然资源大数据的基础上构建自然资源综合区划评定指标体系,宏观大区以地带性与非地带性为主导运用聚类分析划分,较小单元采用层次分析法确定主导因素,数据以中、小尺度为主。

3.2 部门区划

部门区划针对自然环境中某类要素的分布,着重考虑该要素本身的地域分异特征,并对应部门性的分支科学,如地貌区划、气候区划、水文区划等。

3.2.1 地貌区划 地貌是地表环境中最基本的组成要素,地貌区划是对各地区地貌特征的划分。我国地势起伏大,形成地貌的营力过程复杂多样,致使地貌类型与自然景观繁多。传统的地貌区划以地貌类型图为基础,根据地貌形态成因与宏观形态结构特征,在平原、台地、丘陵、山地分类的基础上按起伏度对山地进一步划分。李炳元等建立了较完备的中国基本地貌类型划分指标体系,较好显示了中国地貌基本结构;柴慧霞等通过遥感影像解译得到新疆地貌类型,利用ArcGIS进行栅格化,再运用地理格网法确定各级地貌区划单元,提高了地貌分区定量化、数字化的精确度与可靠性,对区域发展建设具有一定价值;程维明等在1:25万地图上基于专家知识和上述指标体系,在高级区划单元中逐级分解,完成全国五级地貌区划单元的精确划分,形成多层级、系统性的全国地貌区划体系,对区域地貌学发展具有重要指导作用;Wang等提出多尺度地貌类型的层次分类体系,一级为地貌类型,二级为地貌类别,三级为地貌形态,将中国地貌划分为3个等级、9个级别。

3.2.2 气候区划 气候区划将气候特征相似且空间连续区域进行聚合,为国家和地区制定相关气候规划和应对气候灾害等提供了科学依据。经典的气候分类分区法将气象要素的多年均值作为一级、二级指标,是一种静态的气候特征地理分类方式,可揭示气候分异规律,目前已形成较成熟的气候区划理论方法。国际上特别是全球尺度,德国气候学家柯本提出的柯本气候分类是提出最早、应用最广泛的气候分类方法,该方法以气温和降水为指标,参考自然植被分布状况将全球气候分为511型,是世界各国气候分区的基础。Kottek等采用更新至2000年的全球气候资料,运用柯本—盖革气候分类方法重新编制了世界气候3级区划图。我国气候区划方法主要有指标体系分级法、旋转主分量分析法、聚类算法。指标分级法以中国气象局预测减灾司制定的全国气象地理一级、二级区划和32个省(市、区)气象区划为代表,通过参考行政区域界限、地形分布及我国自然区划成果,对气候要素设定指标阈值进行区域划分。此套气象区划方案规范了气象产品的地理分区范围,定义了区划标准,提高了各类气象产品区域边界的一致性,为气象行业及衍生的灾害信息描述提供帮助。郑景云等考中科院制定的气候区划指标体系,根据气象站点数据制定了我国气候温度带、干湿区、气候区三级区划,对气候变化与资料更新有了深入认识。旋转主分量常用于分析降水的时空分布特征,如刘吉峰等对全国各站点的冬、夏最高(低)气温数据进行旋转主分量分析,将荷载中心对应的站点作为聚类中心进行统计聚类检验,按照区划原则将全国最低、最高气温分别划分为11个、12个区域,两种方法相结合使区划更具客观性。聚类算法方面,秦爱民等采用分层聚类和相似分析方法,对中国月、季、半年、年平均气温进行区划,以寻求适用于不同季节气温分析与预测的区划方案。

3.2.3 水文区划 水文区划是按照水文流域特点进行划分,保证区划单元内水文条件较一致,区划单元间水文特征差异较显著。国外的水文区划主要通过回归分析与聚类算法识别流域中的水文同质区,以实现水文模型参数移用,K-means算法和Wards层次聚类算法是常用的聚类方法。此外,Kohonen提出的SOM在水文同质区确定中得到广泛应用,如Srinivas等结合SOM自组织神经网络和模糊聚类(FCM)将美国印第安纳州的流域划分为7个区域。我国水文区划的宏观研究分为3个阶段:1)罗开富等拟定中国第一个水文区划草案,以流域、水流形态、冰情与含沙量为基础将全国分为39区,由于观测资料短缺,虽是粗线条的划分,但为水文区划的发展奠定了良好开端;220世纪80代八省一校采用基于流域水文模型参数的水文分区法进行综合水文分区,并对新安江模型参数水文分区结果精度与稳定性进行定量分析;320世纪90年代熊怡编撰《中国水文区划》,系统研究了全国范围水文特性与部门单项水文要素,进一步推进了我国水利事业建设。我国水文区划方法主要有地理景观法、流域水文模型参数法、叠置法、聚类算法及人工神经网络。1)地理景观法,如张国平等在DEM、水系和地貌基础上,建立了我国三级流域划分方案与流域编码体系,为水文气象科研与应用提供了一种新的流域划分方法。2)流域水文模型参数法,如赵晶东等运用暴雨洪水产汇流参数分析法得到各水文分区的产汇流参数变化规律,实现对水文资料的移用,以便经济合理地布设区域水文站网。3)叠置法,如尹民等应用全国水资源分区成果并叠加中国地貌区划图、中国干燥度图和中国径流带图形成二级分区,叠加全国水资源三级分区图、水系与水库节点以及湖泊湿地分布图形成三级分区,侧重研究河流生态环境需水量。4)聚类算法,多应用于流域区域,如刘金涛等采用主成分分析提取因子,通过K-means聚类得到水文区划结果,为无资料流域水文预测提供依据。

3.2.4 生态区划 生态区划是对生态区域和生态单元的划分、合并,基于地理和生态学知识,以生物的地域分异规律为核心区划依据,比较分析环境问题,特定目标范围内的生态区划可为环境管理提供决策依据。国际上经典的生态区划方案是美国的生态地域、生态大区、生态省、生态地段4级体系生态区划方案,已推广至全球范围。我国生态区划在综合自然区划基础上发展而来,郑度编制的《中国生态地理区域图》是早期全国范围内较完善的生态地理区划成果;刘闯等综合我国自然地理综合区划的主要学派并对比中国与亚洲地区生态区划方案,确定我国生态地理四大一级区。生态区划方法主要包括指标分级法、人工神经网络、聚类算法和叠置法等。指标分级法应用广泛,如傅伯杰等在综合我国生态环境特点的基础上,建立各级生态区指标体系,在强调自然分异的基础上更关注人类活动的影响以及突出了一些区域生态环境问题。人工神经网络在小范围应用较多,如李双成等采用策略性循环尺度转换范式,在青藏高原内选取89个样本点,运用SOM网络将青藏高原生态环境划分为4类区域。聚类算法上,谢高地等以县域为基本单元,采用系统聚类分析和空间叠置方法,将全国划分为三级区划系统;孔艳运用典型相关分析建立生态地理分区指标体系,利用K-means绘制出生态地理分区界线,将中国划为18个生态地理分区,为生态地理分区提供了一种便于操作的技术流程;倪健等对全国气象站点提取分区指标,运用ISODATA模糊聚类辅以TWINSPANCCA等多元统计。

3.2.5 灾害区划 灾害区划一般分为综合灾害区划和单灾种区划,由于区域自然地理环境及国情不同,各国和地区对灾害区划的要求存在较大差异。综合灾害区划体现各项灾害的综合损失及其空间分布情况。我国从1985年开始自然灾害区划工作,研究我国自然灾害的分异规律。张兰生等从致灾因子、承灾体两方面确定7项指标,对全国县级单元进行聚类分析,形成全国自然灾害区划方案;王劲峰根据地震、洪水、干旱等灾害的强度组合将全国划分为严重灾区、重灾区、中灾区和轻灾区。单灾种区划主要针对洪涝、地质灾害等,全球尺度上主要为由世界银行牵头的“灾害风险热点区研究计划”(hotspots projects),以识别各种自然灾害的高风险地区,国家尺度上主要包括美国、日本和欧洲国家的地震、洪水灾害风险区划图等。我国也形成一系列具有代表性的全国范围单灾种区划研究成果,对大尺度防灾减灾规划等宏观决策具有重要作用。例如:张行南等采用成因分析法,从气象、径流、地形三方面选取指标进行叠加分析,计算各图斑综合隶属度,通过非线性分级得到中国洪水危险程度区划图,可作为防洪规划等宏观决策的依据;朱良峰等从滑坡灾害的诱发因子和背景因子选取指标,并叠加历史滑坡分布密度图,采用信息量模型将滑坡分为四级,得到中国滑坡灾害危险性区划,从危险性、区域社会经济易损性两方面进行评估;张平仓等在分析全国山洪灾害成因与时空分布的基础上,对临界雨量系数、山洪重现期和社会经济程度3个指标进行分级,并按照“就高”原则,将全国山洪灾害防治区分为一级重点防治区、二级重点防治区和一般防治区三大区域,以便有针对性地提出各区山洪灾害防治对策。

3.2.6 植被区划 植被区划是根据植物区系与植物群落的组成、分布以及与环境的不同组合情况划分出植被同质性区域。植被在太阳辐射作用下呈现纬度地带性,同时受大气水分影响呈现经度地带性,因此需了解地理空间单元内各种植物和植被分类单元的空间分布规律。植被区划必须要有明确的植被标志,按照各地区特征进行系统划分。吴征镒通过划分中国植物属和科的分布区类型,将全国植物区系划分为2个植物区、7个亚区、22个地区及亚地区;方精云等简述中国已有的植被区划方案,虽在植被带名称与界线存在分歧,但普遍认为中国有8个主要植被带,并对争议的分界线提出修改;徐文铎等将我国东北地区分成4个植被生态区、11个植被生态亚区、34个植被生态小区,是合理开发利用植被资源和管理生态的基础。

3.2.7 其他区划 1)土壤是重要的自然资源之一,为研究土壤性状差异、加强对土地的改良利用,通过研究不同地区土壤特征进行土壤区域划分,以期合理规划不同土区的农业生产。席承藩等将全国分为4个土壤大区、15个土带、64个土区;龚子同等以土壤系统分类为基础,将全国土壤划分为3个土壤区域、16个土壤地区与54个土区;刘庆花等利用1981年中国土壤分区图的一级大区与全国县界叠加分析,对土壤一级大区进行中国土壤系统分类和土壤区划属地化研究。2)农业区划针对农业生产条件、特点等,服务于农业生产建设。我国是农业大国,由于农业生产要素的多样性,农业区划研究丰富,对促进我国农业生产发挥重要作用。从针对不同农业生产要素,到全国尺度、区划尺度甚至区县尺度的区划研究均有涉及。如梅方权等根据各地自然生态条件和水稻种植特点将全国分为6个稻区、16个稻作亚区,形成中国水稻种植区划图,对水稻生产发展与管理具有重要作用。

1总结了我国一些具有代表性的综合区划与部门区划。整体而言,区划工作具有系统性与复杂性,涉及指标的量化选择、区划方法和单元界线的精细划定等。目前不同区域、不同类别均有较成熟的区划方案,但近年来对综合区划关注不够,区划方法相对传统,发展较缓慢,综合自然区划也亟待在总结成功经验的基础上不断推陈出新


4. 总结与展望


通过整理分析上述自然区划研究成果,得到如下结论:1)区划理论方法不断改进、创新。早期区划工作多为示意性,构建过程不清晰,涉及的定量区划方法相对简单,随着数理方法和计算机技术的发展,区划工作在定量方法应用上取得了诸多进展。区划方法的发展过程可分为定性为主、定性定量相结合和当前以定量为主3个阶段,在指标的选择上从倚重主观判断逐渐重视定量确定。但区划各环节的定量方法还需进一步加强,尤其在当今人工智能时代,大量的机器学习方法有助于区划方法的进一步完善。2)区划方案持续完善、空间尺度日益细化。早期的区划方案因资料匮乏,多以部门或专题区划方案为主,主要从单一视角探究地表自然要素宏观尺度的空间分异规律。随着社会经济快速发展,综合区划方案日益完善,20世纪90年代以来,我国生态环境保护与可持续发展意识逐渐增强,生态区划方案得到快速发展。当前,我国经济建设进入新常态,在社会生产和经济建设中会产生新的区划需求,区域或省市级等精细尺度的区划方案不断增多,区划研究也需与我国新时期生产建设需求相适应。3)区划数据更丰富多元。卫星遥感与观测站网等技术的快速发展为自然区划研究提供了丰富的地表观测数据,以往区划研究主要面向陆表自然环境要素,资料有限且常用某指标长时段的均值表征其平均状态,缺乏利用长时序数据刻画动态特征和变化趋势。目前遥感数据空间/时间/光谱/辐射分辨率不断提高,数据的时序性和动态性不断提升,加强了对多时相、多尺度、多类型地表观测数据的综合考虑和运用,尤其在划定单元界线时,现有的丰富对地观测数据能为单元界线的精准划定提供有力支撑。

未来自然区划研究将在以下方面继续加强:1)推进定量化、智能化区划研究。区划研究既要遵循定性方法的经验性,也要加强定量方法的科学性,在发生学原理的基础上应采用定性方法在宏观层面进行把控,加强定量方法在区划各环节的准确刻画。在地理大数据与空间智能发展阶段,基于机器学习的地理空间智能化方法的应用有助于提升区划方案的准确性和科学性,包括指标量化选择、区划聚类和单元界线精确划分等环节。一方面,目前卫星遥感等技术可获取多类型、高质量、高精度的地表观测数据,如何从多源海量数据中遴选出关键指标是区划研究的前提。以往研究多靠经验判断,而现在许多机器学习方法可以根据区划目标自动筛选关键因子,提高指标选取效率,增强区划研究的自动化和智能化。另一方面,根据指标因子如何自动确定区域边界是获取区划图的关键。目前一些基于机器学习、深度学习的地理空间方法为区划基本空间单元的划分提供了智能化技术和方法;同时,对于一些区域间过渡地带,如何将聚类结果向区划结果科学合理地转换也是日后研究的方向。此外,应继续思考如何在统一理论认识的前提下,通过新方法和新数据的结合,实现区划单元划界技术的突破,以提高区划方案的统一性与可重复性。2)发展动态化的区划研究。随着全球气候变化和土地利用/覆被变化的加剧,陆表各项基本要素也在不断改变,区划研究也需要不断更新,对自然要素的时间变化特征与趋势加以分析,建立动态区划以满足对发展规律的研究。在全球气候变化大背景下,进行动态观测以响应气候变化,将传统的静态区划发展为动态区划,分析长时序时空演变格局,以期为中国温室气体减排计划和区域生态系统保护措施的制定、实施提供决策参考。同时,遥感能获取的地表观测数据种类与时空分辨率不断提高,为我国区划研究提供了丰富的长时序、高空间分辨率的遥感数据,为地理空间动态特征分析提供了更精细化的数据支撑。3)完善多要素、多尺度的区划研究。地理区划要针对不同地表现象和时空尺度,进行多要素、多过程、多尺度耦合,探索地理系统的格局分布与演化,揭示其复杂的相互作用机制。在单要素部门区划基础上,考虑多要素相互作用产生的综合性地表空间格局。同时,对于已有宏观层面的区划方案,推进区划等级、尺度细化,进一步完善同一体系下小尺度区划方案,以满足市县级政府的需求。4)加强面向新时期国家需求的区划研究。现有的区划方案对我国宏观层面决策、调控起到重要作用,在我国社会经济快速发展的新时期,区划工作也应服务于国家发展的新需求。新时期要不断完善生态文明建设所需的各类区划方案,明确各类生态功能空间单元的界限,为生态文明建设提供基础框架。同时,需发展面向我国“双碳”目标的区划研究,一方面明确不同等级和层次的碳汇单元界线,提升碳汇增量,另一方面需有序实现低碳转型,推进低碳绿色能源开发利用,根据不同地区的风光水能资源等级和条件,科学界定光//水电用地的开发层次和等级的区划单元界线,在国土空间区划中统筹推进可再生能源与生态环境协调发展,为国家推动经济社会转型和生态文明建设提供科技支撑




(本文原刊《地理与地理信息科学2023年第1期第8088页,文中原有注释,引用请务必参考原刊。)

发表评论 共条 0评论
署名: 验证码:
  热门信息
明清时期太湖流域的中心地结构
略论地名的主要性能
《山海经》地名考证
瓜沙二州间一块消失了的绿洲
清末民初钦廉改隶之争探究
中国古今地名对照 (下)
民国时期的县级行政区域整理(...
中国人口疏密区分界线的历史变...
  最新信息
《中国大陆五万分之一地图集成...
1737—1750年金沙江航...
1945—1949年间上海人...
户籍择改与赋役规避——明中期...
名称、内容与意义:民国时期的...
清代伊犁与乌鲁木齐等地水稻种...
清末以来洞庭湖区通江湖泊的时...
唐后期团练、防御州考述:以唐...
  专题研究
中国历史文献学研究
近世秘密会社与民间教派研究
近世思想文化研究
清代中外关系研究
清代边疆民族研究
中国历史地理研究
清代经济史研究
清代政治史研究
清代社会史研究
中国灾荒史论坛
  研究中心
满文文献研究中心
清代皇家园林研究中心
中国人民大学生态史研究中心
友情链接
版权所有 Copyright@2003-2007 中国人民大学清史研究所 Powered by The Institute of Qing History
< 本版主持:胡恒> < 关于本站 | 联系站长 | 版权申明>