现代自然地理学研究方法的主要特点。

现代自然地理学研究方法的主要特点。

综合化、系统化、科学化、定量化、计算机化。《现代地理学的研究方法》地理学的研究方法，在近30多年里，有了巨大的进步。由于地理学研究的是地球表面的地理环境产生、形成、发展的演变规律，数千年来人类为了探寻这一规律，曾经显示了自己的聪明才智，创造了一系列的特有研究方法。归纳起来，大致上包括观察、分析、表述。肉眼观察，描述归纳，文学式表述，这是萌芽时期和初创时期的地理学研究方法；到了近代的形成时期，地理学的观察引入了仪器，无论在广度，还是深度，都较仅凭肉眼的观察有了质的进步，加之交通运输的发展与进步，地理学家的观察范围，受距离远近的约束已渐趋减小，未被地理学家直接观察的地方越来越少。在分析中已能做到定性，因果关系、发生学原理都在广泛应用，规律的可能性探查也日益完善；不仅如此，定量分析也已开始引入，在某些领域，如气候学、水文地理学、工业、交通运输、城市等地理学分支中，有的已建立了数理系统。在表述中，归纳法已成为引以自豪的表现方法，无数的地理学家所观察到的许许多多的现象，被归纳成要素的规律和地域的规律，使人类对其赖以生存的地球表面的环境，有了认识、了解，在利用和改造方面也能在尊重自然规律的条件下，更能发挥主观能动性。总之，社会的发展，科学的进步，使地理学研究的方法和手段得到相应的改善；而方法和手段的革新，则标志着认识的飞跃和学科水平的提高。人类在漫长的历史时期中，执着地试图探测地球表面的形状、结构、变化。由于手段的限制，最早产生的方法是肉眼观察，比如视力所及为圆圈，人们由此推论，地球的形状是圆球形；后来发现，圆圈视力范围适于任何地点，由此推论地球是个球体，因为这种现象只有在球体上才可能发生。后来人们为了扩大视野，发现视野会随着高度的增加而扩大，鸟瞰观察盛行了数以千计的岁月；但是鸟瞰受地面高程和障碍物的限制，仍然只能解决极小范围的观察，大范围的观察只能靠小块范围的叠加来完成。进入仪器时代，望远镜增加了人类视力的距离，经纬仪、水准仪、平板仪等增加了视力的精度，实现了观察手段的飞跃与发展。尽管如此，人力的浩繁，速度的缓慢，以及自然环境的种种限制，都使这种借助仪器的观察遇到许多困难，地理学的理想观察手段，仍然不能就此止步。而且，这些仪器还无法代替人们感官的观察，特别是地表物质的形态、结构、运动，还须采取眼观、手敲、脚量、鼻臭、口尝、耳听等种种直观手段，野外实地考察仍然具有举足轻重的地位。垂直航空摄影技术的应用，一是高程可按人们设想的目标；二是这种高程不受地面高程的限制；三是所用人员少，速度快；四是全息摄影技术是地面综合景观的全面反映，不受要素和地域的限制；五是精度不受或少受拼接所产生的误差的影响，因此，被认为是地理观察的一次革命性发展。第二次世界大战中，在地球表面应用遥感技术，使地理观察再次获得了突破性的进展。即野外观察低成本、具有新的掌握细节和多种分辨率水平的制图专业的出现。其中，侧视空中雷达和红外彩色胶片新技术尤为重要。这两种新技术的前提是高空侦察飞机。空中雷达能迅速扫描广大地面，必要时还可重复扫描。1957年10月4日苏联人造地球卫星上天成功；1958年1月31日美国人造地球卫星也获成功，从此，人类对其赖以生存的地球的整个面貌可以一览无余了。卫星图象作为人类对地球表面的观察手段，表现了总体性，反映了地球表面的形态、结构、运动的总体特征；表现了同步性，常发的和偶发的地理现象在同一时间内的表现都能在同一个图象中得到反映；表现了追踪性，因为卫星是连续工作，因此在卫星工作期间发生的一切地理现象，从出现到消失的整个过程，都能得到清晰的反映。与观察手段相适应，分析手段也在不断的改进和完善。当地理学的观察还处于人类感官的感觉时，人们观察的内容主要是人类赖以生存的资源和条件，观察是有选择的，采用人们共同约定的符号，如图画、语言、文字、数字等形式，把观察的内容记录下来，这就是萌芽时期的地理学。当观察记录日积月累增多，观察的范围也越来越大时，光凭简单记录就无法满足地理学研究的 发展需要了。于是人们开始采取分析手段，要素日趋明朗，随着地区的变化，要素的表现千差万别，彼此之间的结合形式多种多样，地域之间的相似性和差异性，通过比较分析，受到地理学家的重视，逐渐取代了简单的观察记录，成为地理研究的重要手段，这即是初创时期的地理学。地域之间的相似性和差异性，是极为普遍的地理现象，仅凭表象的观察与记录是不够的。当然这种观察与记录是通过比较进行的，在这个基础上诞生了比较地理学；比较地理学是李特尔的首创，欧美第一、二代近代地理学大师们有所继承和发展，之后由于进化论的影响，地理学家逐渐将注意力转到地理现象的发生、发展的研究，于是因果关系、发生学规律成为研究的主题，定性分析成为主要的手段。定性分析往往运用归纳法进行，正如英国学者莫斯（R.P.Moss）所说：“归纳法一般是从事实到概念，从观察到总结，从局部到总体，换句话说，是根据全部事实确定规律性。这种方法被许多学科采用，并在发展科学思维中占有重要的地位”。①正是因为地理学性质与归纳法这种手段的结合，使近代地理学获得了发展；同时，也因为归纳法还具有明显的缺点：1.在归纳时由于不能弄明全部连续的推理，在事实与假设之间就产生了逻辑上的‘缺陷’，而推理是由观察走向判断的重要步骤。……2.归纳的结论只适用于用以归纳的那些资料的范围，而不能扩充到这个范围以外的领域。3.在归纳过程中经常掺和有归纳者的主观因素。”②因此近代地理学远不是方法上的完善科学；这和一些成熟的科学，如物理学、化学、遗传学等相比较，方法上的不完善是显而易见的。归纳法之所以成为近代地理学的主要研究方法，是因为观察手段的限制，地理学是以研究地球的整个表面的环境为其对象的，当然迫切地需要总体的、规律的、概念的观察手段和分析方法，来完成对象所规定的内容的研究，然而观察手段只能从局部的、事实的、可观察的方面着手，这就犹如建筑上，现代以前只能用堆砌的办法进行一样；而现代建筑则是首先从总体框架着手，然后用预制件拼接。归纳法的缺陷并非今日才发现；为了弥补其不足，有一些地理学家已经采取了超前的演绎法，来阐明地理学规律，解释地理现象。一般认为演绎法的思维过程是由总体到局部，由概念到事实，由总结到观察。归纳和演绎是两种不同的推理和认识的科学方法。前者一般为从特殊到一般，后者则为一般到特殊；在认识过程中两者是相互联系、相互补充的。演绎所依据的理由，来自对特殊事实的归纳、概括；归纳的结论是演绎的前提，演绎离不开归纳；而归纳对特殊现象的研究，又必须有一般原理为指导，才能找出其特殊的本质，从而进一步补充、丰富和发展这种共同本质的认识，归纳也离不开演绎。归纳和演绎在认识过程的统一是客观的个别和一般的矛盾统一的反映。把两者绝对地对立起来，抹杀它们之间的相互联系，是形而上学的思维方法。地理学的科学研究方法应是归纳和演绎的结合，亦即用归纳法、演绎法，乃至直观所得到的假设的论点是严格根据逻辑和数学规则形成的，然后再根据这个论点经过演绎推导出一些局部的论点，这些局部论点通过实验检验，即通过与事实直接比较确定其正确与否。当然在地理学中，这种实验不仅包括实验室的实验，也包括野外观察得到的事实和统计计算的结果。地理学作为一门实验科学，就必须在归纳法的基础上，还应当至少在以下四方面广泛应用演绎法：1.地理思维应当更加严谨，为创立严密的地理学理论，应当利用相邻学科的理论模式。2.必须更加精细地构思所提出的观点的内部结构，并阐明这些观点在其它概念中的地位。这就要求除语言逻辑外，更广泛地采用形式逻辑语言。3.在解决各种具体问题和理论问题时，通过运用形式逻辑、演绎推理和实验检验，有意识地推广演绎法的使用范围。4.必须十分重视寻求检验所提出的假设的标准。如果事实与假设稍有出入就会完全否定假设的正确性。地理学中应用演绎法，为了使地理思维更加严谨，创立严密的地理学理论，开始利用数理科学的理论模式，结果导致了“计量革命”。建立在定性描述基础上的近代地理学有必要引入定量的方法。世界的许多地区也没有准确的数字以资利用，因而也不会得出正确的结论。近20年来，西方一些地理学派认为计量革命是地理学思想发展的一个新时期，一个重要的转折点。另一部分人则表现出悲观失望。从学术观点看应当实事求是地评价计量革命的作用。它无疑是大大促进了定量量测的发展，改善了对数据的统计加工。有时人们在达到上述成就时并没有充分理解他们所利用的手段，特别是计算机。人们往往对数据的加工整理比较注意，但在对比事实和思想时却不够重视科学思维的严谨性。因此在注意收集和整理数据的同时，演绎方法的利用却进展甚微。‘计量革命’的教训在于要研究数学在所有学科和地理学中的相对作用。在发达的学科中数学一般行使两种功能：构思假设、发展理论的辅助工具；实验结果统计整理的手段。第一个功能比第二个重要得多。然而在计量地理学中却过分夸大了数学作为数据统计整理手段的作用而不重视运用数学建立自己的理论体系，况且相当部分的数据又不是通过实验途径取得的，其精确性和可靠性都比较低。这样地理学虽然运用了一些数学，却还是停留在归纳性学科的水平上，所以为使‘计量革命’在地理研究中发挥更大的作用，就必须高度重视运用形式逻辑和数学理论去发展地理学的理论。在以往的30年中，地理学的科学化在追求、探索中，通过正反两方面的比较，地理学界虽然认为传统的定性研究方法，在今天仍有继承的必要，试图一概加以否定，是不可取的；但是一味只讲继承，不思传统方法的改进和新方法的引入和创立，也是有害的。科学方法是人类长期的积累，这份遗产是所有科学所共有的，地理学也不例外，从这个角度来说，传统方法的继承，自属必然；科学方法也不是一成不变的，方法不断改进和更新，是科学进步的表现，对地理学也是适用的，也是客观的必然。当然，新的方法在刚刚出现时，往往不够成熟、不怎么完善，在科学史上也是极其常见的现象，用不着大惊小怪；在新方法还不成熟，还不完善的时候，人们对其已经熟悉的旧方法的怀恋，也是常会发生的现象，遇到抵触、反对，也是不可避免的。尽管如此，由于地理学面临着一场大兴起、大突破的形势，其研究方法也处在以定性描述为主向定量描述为主的过程中，其结果将是地理学科学性、严密性的提高，地理学由此得到更快发展，也不再是一种幻想。当今世界面临的重大问题，如环境污染、人口剧增、粮食紧缺、能源短缺、生态危机等，无一不与地理学的研究相关。这些问题的提出，都是从地理环境系统本身派生出来的高度综合性课题，以综合性为特征的地理学责无旁待要对这些课题的解决，提出战略性的答案，这种主导作用的发挥，仅凭定性描述是不可能的，必须要以定量描述为主，定量和定性结合才能奏效。二是因为科学发展的趋势，是从孤立研究转向相关研究；从单因素研究走向综合研究；从各个独立学科的个别研究走向相互联系的研究。跨学科、多层次、多形态、多空间、多兵种、大综合的研究势不可挡，这为地理学这门兼顾各学科知识、汲取各家之长为己用的发展，创造了条件。形势的这种要求，要求地理学在研究方法上有所突破，即在系统性和定量描述上应有所提高。根据30年来的探索，可以认为下述几方面，有助于这种提高：1.系统论、信息论、控制论的兴起，是当代科学技术综合发展的基本特征，是社会发展的重要标志。它们打破了研究单一运动形态的学科界限，打破了自然科学和社会科学的界限。这些新的理论和方法从整体性、系统性高度，研究复杂物质体系的物质、能量、信息的传输与交换。它们的科学概念、理论、方法与地理学综合性、整体性的认识论和方法论不谋而合，是地理学盼望已久的理论武器。它们为地理环境的研究，特别是多因素相关、多功能结构模拟、反馈性质分析、综合体系统概括与描述等的研究，提供理论和分析的基础。2.耗散结构理论的产生与发展，突破了过去物理学、化学等实验科学的封闭体系的观念与方法，在物理学（非生命运动形态）和生物学（生命运动形态）之间架起了桥梁。特别是它将研究对象的重心转向非平衡态的开放系统，这对研究地理综合体中平衡稳定有序与非平衡稳定有序的关系；部分与整体、单因素与综合、必然与偶然，可逆与不可逆等的关系，提供新的认识论。3.模糊数学的出现与发展，对研究模糊事物，建立模糊事物之间的模糊关系提供了数学分析的方法。这对地带性和地域分异的规律、群落和景观类型的分布与划分、各类区划界限的确定等提供新的分析和评价手段。4.遥感技术的应用使地理综合调查发生革命性的变化。过去先从小区域入手，现在却先从大区域进行综合分析和研究。特别是多光谱扫描系统在地理学中的应用，不仅为地理研究提供大量新资料，更重要的是同时能取得整个地球表面环境的信息，并在时间上进行连续定期监测。这对分析地理环境的性质、结构、空间分布及时间演化，提出整体性、系统性的分析工具。5.从能量和物质定量的研究上，手段也有极大改进。在60年代，C14、孢粉分析、光谱分析、原子吸收分光光度计、极谱分析在地理学中应用就被认为是先进方法。现在，中子活化、离子探针、电子探针、萤光分析、气相色谱分析、红外分光光度分析、偏光显微分析、差热分析等也已引入地理学的研究。其中有不少在地理研究中已成为常用分析手段。这些手段对地理学研究物质、能量的传输与交换，定量地描述地理现象和过程提供了可能。6.电子计算机的广泛应用，一方面为区域演化、地理环境功能的研究提供模拟条件；一方面为大量资料、信息、数据的处理大开方便之门。快速、准确的定量分析，必将促使地理学的研究达到新的水平。特别对大区域，多因素的综合分析能力，将发生革命性变化。预计将有自动化地理学的产生。7.近代一些新兴科学的产生与发展，它们大多采取了一些新技术和新手段，有的可以在地理学研究中加以引进、借鉴，以寻求地理学研究方法上的改进和完善。近几十年来，地理学在其研究中，已经引入了数学、物理学、化学、天文学、生物学、经济学、社会学等许多相关科学的理论和方法，促进了地理学的发展与进步。近来这种引进更加迅速。在分析的方法上，单纯的定性分析和单纯的定量分析，都存在缺陷和不足，已是大家共同的认识；人们在地理学研究中，追求着完善的分析方法，其愿望也是共同的；就现阶段而言，定性和定量的结合，已为大多数人所倡导，应予肯定。地理学研究对象和内容的表述，也是地理研究方法的重要组成部分。地理学发展到19世纪，其表述方法仍然是文字表述和制图表述。定性描述中，常常包括直观描述和概念描述，纯粹描述和解释性描述，比较描述和综合描述等。所谓直观描述系指表述一个地区或一种地理现象，就象艺术家一样在头脑中有一个非常清晰的图象，并把自己所看到的图象表现出来；直观描述就是地理学者能够把客观存在的图象用文字和地图陈述出来。科学的直观描述必须永远是客观的，就其本来面目表现景观，并且在这样作时，要尽可能排除由于所处时间或观察者的特点对客观印象造成的主观干扰。而概念描述，是把地理事实分解为其组成部分，并把这些组成部分尽可能地按普遍概念划分，广泛地使用地理专门术语。纯粹描述和解释描述是相对提出的概念，前者指地理现象和事物的表述，一般不阐述现象和事物的发生、发展过程和原因；后者则着重揭示事物和现象的发生、发展过程，解释这种过程的成因。比较描述也即特征描述，特别是区域学派的学者，对此十分偏爱，研究也很多。区域的实质就是地球表面客观存在着地域分异规律，其表现是地域之间既有相似性，也有差异性。而相似性和差异性都是相比较而言的抽象概念，也是区域特征的体现。综合描述，也称系统描述，它认为地理研究的目的是探明地理环境是一个相互依赖、彼此联系的有机总体，因此地理学所需要的表述形式，既不是单要素、单现象的直观和概念描述，也不是纯粹和解释的描述，即使是比较描述也不是地理学表述的最好形式，地理学理想的表述形式是所有描述形式的有机结合，它应是描述形式的综合化、系统化。综上所述，定性描述是通过文字语言、地图语言（也称符号语言）表述的。由于性质的确定和数量的确定是辨证的统一，以往的描述由于没有把定性和定量结合起来，以致描述的形象及其这种表述的形式，都不能令人满意，一些地理学者竟然提出建立在描述基础上的地理学，最多只是一种知识，而不是科学，因此，认为“描述”本身就不是科学的表述形式，地理学需要的既不是文字语言，也不是符号语言，而是数学语言，因为只有数学语言能够表达普遍性的规律，计量地理学的产生和发展，“计量革命”的出现，都是这一思潮的反映。计量地理学如果作为对定性描述的补充和完善，甚至将来由定性为主描述过渡到定量为主的描述，都是地理学发展的一个值得称道的途径。但是如果象欧美有些学者那样，根本不要文字的，地图的表述，完全把地理学作为应用数学来发展，将会使地理学误入歧途，导致地理学的毁灭。二次世界大战之后，随着观察和分析上的巨大进步，地理学表述也随着发生了深刻的变化，这就是发展了定量描述。就目前而言，即表述的形式，除了文字语言和地图语言（符号语言）外，又引入了数字语言和计算机语言。数字语言和计量机语言，都是用数理原理揭示地理学的内容，因此总称为地理学的定量描述。其前者是基于认为现代地理学实质上是地点的位置和距离的科学，所谓地域空间的科学；无论是位置，还是距离，最理想的表述形式，就是数字语言，它能揭示文字和地图语言可以表述的内容，也可反映文字和地图语言无法表述的内容。后者则是基于认为地理学是一个复杂的、多变量的空间系统，体现在变量交织、平衡有序和非平衡有序交织，因此只有用计算机语言，方可表述。 定量描述目前最有成效、为多数地理学者所称道的是系统论的描述。地理学中的系统论包括系统、普通系统论和空间系统三个密不可分的组成部分。普通系统论产生于20世纪20年代，但直到第二次世界大战期间及其以后，方才引入地理学，并成为一种很理想的表述形式。普通系统论致力于说明为许多种不同系统所共有的特性。一切系统都有三个方面的基本问题：即结构、活动和演变，包括怎样、怎样行动和怎样变化。把系统放在实验室内或使用符号以统计方法孤立地处理时，他们是封闭的、不可逆的；但在地球表面，系统是开放的、可逆的，因为它们接受能量和信息的输入并发送输出。地理学从普通系统论找到了自己的特有表述形式。特别是普通系统论进一步发展表明，一切系统虽然各有一定的范围，却都按某些可以预见的方式在运行；如生物体的生长曲线（S曲线）在数学上和创新的散布曲线、经济发展曲线或人口曲线极为相似。普通系统论研究适用于一切系统的抽象特征。这样的“同型性”构成普通系统论的基本结构，并能用来预报其他相关系统的运动。地理学对于诸如位置、距离、方向、范围、密度、演替或其他衍生事物等空间要素，作为函数上的重要变量所构成的任何系统，都是特别关注的。任何一个系统，凡其中一个或一个以上函数上的重要变量是属于空间方面的，就是一个空间系统。由于地理系统的几乎所有变量都属于空间的，因此地理系统就是空间系统。地理学的表述，和地理观察、地理分析一样，在第二次世界大战之后，得到了巨大变革性的发展。现在，不仅有传统的文字语言、地图语言可以作定性描述；还有数学语言、计算机语言作定量描述。无论是传统的表述，还是创新的表述，其间并无绝对的界限，也没有非此即彼的截然必要，因此，我们主张传统和创新的结合。这种结合当然不是缺陷和不足的保留，而是取长补短、相互促进的发展。