地理大数据挖掘的本质

针对地理大数据的内在本质以及地理大数据挖掘对于地理学研究的意义,本文解释了地理大数据的含义,并在大数据“5V”特征的基础上提出了粒度、广度、密度、偏度和精度等“5度”的特征,揭示了地理大数据的本质特点。在此基础上,从地理大数据的表达方式、地理大数据挖掘的目标、地理模式的叠加与尺度性、地理大数据挖掘与地理学的关系等4个方面阐述了地理大数据挖掘的本质与作用,并从挖掘目标的角度对地理大数据挖掘方法进行分类。未来地理大数据挖掘的研究将面临地理大数据的聚合、挖掘结果的有效性评价以及发现有价值的知识而非常识等几方面的挑战。     

中、英、美地理学研究主题的进展与启示

国际化和本土化是中国地理学当代发展重要的议题。平行对比中、英、美三国地理学的发展特征,有助于摆脱从西方视角下审视中国地理学发展的“偏见”,同时也有利于透析“西方”地理学内部的异质性、复杂性和多样性,总结中、英、美三国当前地理学的发展阶段,并溯源其发展历程,对于在国际知识交互和融合的过程中,保持、挖掘和凸显中国地理学发展特色,具有一定意义。文章分别对Journal of Geographical Sciences、Transactions of the Institute of British Geographers、Annals of the Association of American Geographers三本期刊在2010—2020年的文献进行分析,揭示三国地理学在近年来的知识演进、历史热点和主题脉络。研究发现：1）美国地理学自然与人文并重,近年来对于“自然—环境—人文—社会”要素的综合地理研究比较活跃;2）英国在人文地理研究上更为“专注”,特别是社会文化地理学的发展极具特色;3）中国则以自然地理和区域研究为主,人文地理学和地理信息科学呈后起之势。中国地理学和以英美为代表的“西方”地理学在过去几十年间有着深刻的知识交互和影响,同时也基于各自社会基础,形成了不同的发展特征。中国地理学需要抓住中国时代变迁的重大需求牵引,加深和强化中国地理学在理论和实践方面研究,实现各分支学科的多样化发展和研究范式的转型融合,在与全球同行的对话中,讲好“中国地理故事”、总结“中国地理经验”,展现“中国地理理论”。     

基于地理尺度的中国人居环境研究进展

对国内人居环境的地理尺度进行了新的划分,主体分为现实人居环境、意象人居环境和拟态人居环境（即“三态”）,采用“主观文献归纳+客观文献计量”的方法对地理尺度视角下的人居环境内容、数据和方法等进行评述与展望。① 研究内容趋向综合集成化、新人地关系“广深化”和尺度交叉化等;② 研究数据表现出质度和量度的优化态势、多源数据的时空融合趋势和“小数据+大数据”的组合互补方向等;③ 研究方法体现在质性研究的更新化、计量模型的丰富化和“大数据智能分析+小数据抽样调查”的聚合化等。未来,国内人居环境研究应深化“一横+一纵”的逻辑分析原则,横向尺度关注居住、工作、交通、游憩等不同人类活动的时空特征,纵向尺度关注现实人居环境、意象人居环境及拟态人居环境融合趋势下人类聚居的深层结构,围绕着“三态”人居行为逐步完善为多视角、多领域和系统综合的学科群组。     

地理科学发展问题初探

地理学循着人类社会对其要求,期望值及自身素质变化的曲线轨迹向前发展着,地理学的兴衰与此相吻合。当代,由于人类社会期望地理学深化的速度远远超过其实际前进的步伐,地理学对社会需求的反映具有滞后性等,在地理科学中形成了强烈的反差效果:地理学的昔日辉煌——科学之母,近代渐微——“空心”危机。 从古希腊人最先系统地研究一些国家和地区起,地理学已步过了三个发展阶段,经历了两千五百年。第一阶段——古代地理学阶段,是以溶自然界各种知识为一体的“百科全书”为特征。第二发展阶段——15～16世纪的地理大发现,为地理学的发展积累了大量的感性材料,当时,科学的发展要求对已有的地理知识进行整理和总结;同时,“文艺复兴”时代的伟大成就也为地理学的发展提供了良好的客观条件。这二者的结合极大地推动了地理学的发展,此乃地理学的“黄金盛世”时期。19世纪下半叶,在科学分析思潮的冲击下,地理学的分化趋势加快,一些分支学科迅速发展壮大,并建立了     

2021年度自然科学基金申请书关键词透视地理科学研究前沿热点与发展方向

地理科学是提升人类对地球表层认知、探索人地关系、解决资源、环境、发展所面临的复杂问题的重要支撑。引领科学发展,支撑领域人才队伍的建设与培育,是国家自然科学基金委员会的使命与职责。追踪地理科学领域前沿,优化学科布局并开展战略引导是基金委地理科学学科工作的重要任务。以2021年国家自然科学基金地理科学领域4 479项申请书为样本,运用词云分析方法,对申请书的关键词进行统计分析,剖析了地理科学及各分支学科的研究热点。结果表明：“深度学习”“气候变化”“生态系统服务”“高光谱遥感”“青藏高原”“可持续发展”等是2021年地理科学研究内容与方法的热点关键词。在分支学科间交叉融合方面,信息地理学与人文地理学的共现关键词主要有“空间分析模型”“地理信息系统”“遥感”“机器学习”等;自然地理学与人文地理学的共现关键词主要有“生态系统服务”“土地利用”“土地利用变化”“可持续发展”“情景分析”等;自然地理学与信息地理学的共现关键词主要有“遥感监测”“尺度效应”“机器学习”“数字土壤制图”等。未来,国家自然科学基金委员会将从关键词设置、学科间交叉融合等途径入手,进一步从战略层面优化地理科学研究布局,引导科学家聚焦地理学基础理论与热点前沿问题,服务碳中和、乡村振兴等国家重大战略需求。     

北京大学综合自然地理学研究的发展与贡献

北京大学的综合自然地理学缘起于1952年全国院系调整时在本校设置的自然地理学学科,在半个多世纪的发展历程中,经历了学科初创和完善等阶段,逐渐形成了面向学科前沿和国家需求的综合自然地理学学科体系。针对日趋严峻的气候变化、资源环境和社会经济发展问题,北京大学综合自然地理学在陆地表层过程及机理、土地利用/覆被变化及其生态环境效应、生态系统服务与人类福祉、生态风险评价与安全格局构建、自然地域系统划分等方面进行了开拓创新,取得了丰硕成果,引领了中国综合自然地理学的发展。展望未来,北京大学综合自然地理学将持续进行水、土、气、生等自然地理要素与过程的综合研究,认识人类活动与全球环境变化对主要自然地理过程和格局的影响机理,通过构建观测数据与地表系统模型融合系统,定量评估要素与过程耦合的区域资源环境效应及其对社会经济的影响,在生态文明建设、主体功能区划、国土开发整治和流域综合管理等国家战略服务方面做出更大贡献。     

公路客流视域下中国城市网络的空间集聚、层级体系与演化模式

借助公路客流大数据,研究中国公路客运交通网络的空间分布格局与集聚机理,以系统解析区域城市网络“多中心、多层级、多节点”的层级体系与演化模式。研究显示,中国公路客运交通网络总体上呈现出区域性中心集聚分布格局,公路客运联系的距离衰减和地理邻近分布特征很好体现了地理学的空间相关性,公路客运联系的区域性空间集聚和层级叠套现象则是地理学空间异质性分布规律的表征。对中国公路客运交通网络进行省域尺度社区探测,出现类似省级行政区划的社区划分,更大区域尺度的社区探测则出现类似全国七大地理分区的空间划分,反映出公路客运交通联系的集聚特性是以各级中心城市为核心的区域性空间集聚分布。随着区域发展阶段和经济发展水平的提升,中国城市网络由西向东明显呈现出单中心到多中心、弱层级到多层级、少节点到多节点的渐进式空间演化过程。西北、东北、湖北、山西、江西、广西和云南等社区为“单中心、弱层级、少节点”的网络体系,广东、成渝和山东社区呈现“双中心、多层级、多节点”的网络结构,沪苏皖社区则发育出最为成熟的“多中心、多层级、多节点”城市网络体系。研究以空间换时间,将区域系统的城市网络演化过程划分为节点城市发育、地方中心增长、省...     

地理数据尺度转换方法研究进展

尺度问题在地理学、生态学和水文科学等众多领域都具有非常重要的地位。近年来,随着对地观测技术和地理信息科学的飞速发展,解决地理数据的尺度转换问题成为目前地理信息科学及相关研究中的热点和难点问题之一。在地理信息科学相关领域中,地图学和遥感科学研究人员从尺度概念的理解到尺度转换的理论和方法都做了大量的研究,对解决地理数据空间特征的尺度转换做出了重要的贡献。在地理数据属性特征的尺度转换研究领域,地理信息科学研究者提出的面域插值方法是解决此问题的主要方法之一。同时,在社会经济科学领域,“小区域统计学”也发展了一套相关的理论和方法,试图解决统计单元的变更问题。文章在全面回顾和比较不同研究领域解决“尺度转换”问题方法的基础上,重点介绍面域插值方法和小区域统计学的基本原理及其典型应用。     

后结构主义背景下关系地理学的研究进展

随着后结构主义思潮和“关系转向”的兴起,关系地理学（relational geography）应运而生。关系地理学把世界理解为流动的拓扑结构以及相互关联的产物,主张关系思维,强调事物在发展过程中相互影响与依存的动态关系。通过对关系地理学相关著作和期刊论文的分析发现,关系地理学的产生受到社会网络分析理论与非表征理论的深刻影响,其重构了空间、地方、尺度与主体性的内涵,提出关系空间、地方关系、多尺度或尺度终结,以及主体间性的地理学概念,建构了新的关于网络、关系和流的拓扑地理。关系地理学现有的实证研究主要聚焦于空间扩散与空间发展、主体发展与社会文化问题、身体与健康旅游/地理等内容。此外,基于“人”与“超越人类”,“物”与“重返物质”4个方面的内容提出关系地理学可能的研究展望,并对“关系”的内涵与外延进行了延伸讨论,以期为中国人文地理学研究提供新的学术视角。     

社会感知与地理空间智能的研究动态与展望——“社会感知与地理空间智能”专栏导读

地理大数据及其提供的社会感知手段为信息地理学、人文地理学带来了全新的研究范式,在“人—地”关系研究中发挥了重要价值。地理空间智能(GeoAI)作为地理空间科学与人工智能相结合的交叉研究方向,有力提升了对于地理现象和地球科学过程的动态感知、智能推理和知识发现的能力。该文系统综述了社会感知与地理空间智能研究的发展动态,在此基础上,对大数据时代社会感知研究面临的挑战和发展趋势进行了展望。     

京津唐城市群不透水地表增长格局以及水环境效应

不透水地表(Impervious Surface Area,ISA) 时空格局是城市化与全球环境变化交互影响下的土地利用/覆盖变化-生态系统过程-区域气候变化相互作用机理以及导致的环境效应研究的重要内容。如何快速准确地实现区域尺度不透水地表遥感信息的获取是上述研究面临的重要瓶颈问题。本研究嵌入中国LUCC 信息改进了基于MODIS NDVI 与夜间灯光指数(DMSP-OLS) 提取不透水地表信息的方法,反演了2000 年与2008 年京津唐城市群2 期250 m不透水地表信息,进而分析其变化的时空格局,结合子流域单元与河流污染物监测数据评价其对海河流域地表水环境的影响。结论表明：受环渤海经济区,天津滨海新区开发等政策的影响,京津唐城市群在21 世纪初8 年不透水地表沿着城-乡梯度带、城市交通廊道及海岸带高速增长。城乡建设用地不透水地表增长呈现显著的时空差异特征,由于北京市受人口-资源-环境的压力,产业发展不断向周边地区转移,天津与河北唐山、廊坊、秦皇岛三市具有更快的不透水地表增长速度。京津唐城市群城市高密度的不透水地表分布对于海河流域地表水环境产生严重影响,不透水地表的增长加剧了流域河流水质的污染程度。同时也发现,子流域不透水地表面积比例与COD、NH₃-N浓度均值呈现显著的线性关系。     

考虑湿地精细分类的全球海岸带土地利用/ 覆盖遥感分类系统

土地利用/覆盖分类是土地利用/覆盖数据建立和土地利用/覆盖变化研究的重要前提。针对全球海岸带土地利用/覆盖类型多样性显著但分类系统鲜有专论的研究现状,从全球海岸带区域的基本特征出发,重点参考《湿地公约》以及区域至全球尺度的湿地分类系统,严格遵循预先定义的分类依据以及分类原则,提出全球海岸带土地利用/覆盖遥感分类系统,包括6个一级类型,分别为耕地、植被、湿地、建设用地、裸地、永久性冰川雪地,20个二级类型和43个三级类型,比较系统且全面地涵盖了全球海岸带区域的土地利用/覆盖类型和湿地资源。该分类系统层次清晰且分类严格,综合考虑了宏观区域至全球尺度海岸带土地利用/覆盖分类及变化特征遥感监测研究所需,充分重视了全球沿海区域丰富多样的湿地资源,明确强调了全球高纬度地区苔原类型的归属及分类,合理兼顾了低、中、高不同时空分辨率卫星数据的优势,为建立多时相全球或代表性区域海岸带土地利用/覆盖变化数据集提供支持。     

Incorporating spatial interaction patterns in classifying and understanding urban land use

Land use classification has benefited from the emerging big data, such as mobile phone records and taxi trajectories. Temporal activity variations derived from these data have been used to interpret and understand the land use of parcels from the perspective of social functions, complementing the outcome of traditional remote sensing methods. However, spatial interaction patterns between parcels, which could depict land uses from a perspective of connections, have rarely been examined and analysed. To leverage spatial interaction information contained in the above-mentioned massive data sets, we propose a novel unsupervised land use classification method with a new type of place signature. Based on the observation that spatial interaction patterns between places of two specific land uses are similar, the new place signature improves land use classification by trading off between aggregated temporal activity variations and detailed spatial interactions among places. The method is validated with a case study using taxi trip data from Shanghai.     

Spatial features of land use/land cover change in the United States

With the classification data covering American land-use/land-cover (LUCC) with 30 m resolution from the project of National Land Cover Data (NLCD), we normalized them and made their resolution changed into 1 km ×1 km, created the data of American land-use grade and analyzed the spatial distribution and features of American LUCC as well as the influence of population and altitude on the land-use grade in light of methods of sampling analysis and correlation study. Based on the analysis, we concluded that forestry and grassland, accounting for 71.24% of the whole country, has taken the main part of American land cover, and besides, construction and arable land has occupied 19.22% of the total land, the rest of land cover types, including water area, wetland and underdeveloped land, is 9.54% of the country's total. The developing potential of American land resources is enormous with less destroyed and disturbed ecological environment. Although, in some sense, the population and altitude influence the spatial variation of American land-use grade respectively, the influence of spatial variation of altitude and population density on that of land-use grade is not significanct.     

Spatio-temporal dynamics of land cover and land surface temperature in Ganges-Brahmaputra delta: A comparative analysis between India and Bangladesh

Land use and land cover (LULC) change in the Ganges-Brahmaputra delta (GBD) poses significant challenges towards future environmental sustainability of the region and requires regional scale monitoring of key bio-physical variables and changes in their inter-relationship over space and time. Focusing on the southern part of the lower GBD region along the international border of India and Bangladesh, this study examined the spatio-temporal variability of LULC change and its relationship with Land Surface Temperature (LST). Furthermore, LULC-LST relationships were compared between Indian and Bangladesh part and its trend in and around big cities (with more than 1 million population) and towns (with more than 100,000 population) was investigated. Results showed that LST changes were predominantly driven by LULC changes on both sides of the border. Urban growth is the dominant form of LULC change, and the rate of land change was faster in 2005–2010 time period than 1989–2005. Over the period of 21 years, mean January LST decreased by approximately 1.83 °C in Indian part and 1.85 °C in the Bangladesh part. Areas that changed from to rural from agricultural experienced decrease in mean LST, whereas those areas that changed to urban from either agriculture or rural, experienced increase in mean LST. The relationship between LULC and LST are same on both sides of the Indo-Bangladesh border. In bigger cities like Kolkata (in India) and Khulna (in Bangladesh), there is a high spatial variability in relationship between LULC and LST compared to large towns. The LULC-LST relationship in large towns in India was influenced by proximity to Kolkata and coastal areas, whereas in Bangladesh no such influence was evident. The results and the data produced in this study are crucial for monitoring LULC changes, for developing spatial decision support system, and thus will be helpful to address the current challenges of land management in the GBD region. Changes in the LULC and LST are important indicators of GBD's environmental health and access its vulnerability and thus the present findings serve as baseline information for future studies seeking to examine the impact of differential policies on the LULC change in the region.     

陕西大理河流域土地利用/覆被变化的水文效应

近年来,土地利用/覆被变化的水文效应研究已成为国际的前沿和重点。在大理河流域,LUCC(包括水土保持措施)对水循环和水量平衡产生了深远影响,该流域LUCC水文效应的研究势在必行。根据研究区1990年代三期土地利用数据分析了LUCC的时空变化特征,采用特征变量时间序列法及降水-径流模型对LUCC水文效应进行了研究。结果表明:流域土地利用类型以耕地和草地为主,近10年来,耕地和草地面积有所减少,而林地和建设用地面积持续增加;流域年径流和月径流演化过程均表现出明显的下降趋势;LUCC及水土保持具有减少流域年径流、汛期流量以及增加枯季流量的作用,相对于降水因素,人类活动对流域水文的作用占主导地位;在1990~2000年期间,主要由LUCC引起的年均径流减少量达2616.6×10⁴ m³,占该期间实测减水总量的62.19%。     

干旱区土地利用/土地覆盖变化与全球环境变化

土地利用与土地覆盖是人类活动在地球表面是宏观的表现，为分析全球环境变化中人类活动的作用提供了切入点，土地利用/土地覆盖变化（LUCC）既是全球环境变化的原因，也是全球环境变化的结果，而占全球陆地表面40%以上的干旱区，由于其具有成因复杂，类型多样，对环境变化敏感，变化过程快，幅度大，景观差异明显等特点，是全球变化特别是LUCC研究的重要场所，文章在介绍LUCC概念的基础上，综述了全球环境变化与LUCC的关系，依据干旱区的自然和生态环境，分析了干旱区LUCC的特点，阐述了干旱区土地利用/覆盖变化研究对全球环境变化研究的重要性，概括了干旱区LUCC研究的方法。