科学通报 | 地理科学对人类文明和国家发展的贡献|人文|地理学|生态学|科学

地理科学是研究地球表层人类活动及其赖以生存的自然环境的的空间格局、形成演化以及人类与环境相互作用 (人地关系)规律的科学，具有研究综合性、学科交叉性、对象空间性、人地关系性、应用实践性等特征。

地理科学理论是实现人与自然和谐共生、推进可持续发展的科学基础，践行地理科学理论能大幅提升社会发展的文明程度。地理科学技术是推进社会-生态系统管理运行信息化智能化的基本保障，应用地理科学技术有助于提高国土空间治理的现代化水平。地理科学知识（传统概念的地理）是人类生存发展和日常生活必备的科学常识，对地理知识的掌握程度是度量国民素质高低的一个重要指征。此外，地理科学具有区域性和乡土化特色，在理解和解决国家和地方可持续发展问题中具有优势。正因为如此，地理科学已经对人类文明和国家(区域)发展作出了突出贡献

地理科学的发展依次历经地理学知识描述、地理格局和过程耦合、复杂人地系统模拟和预测、不同空间尺度可持续发展调控和优化等四个阶段。

早期依靠《禹贡》的疆域治理理念与托勒密提出的坐标网格，人类初步搭建起空间秩序认知，让国家治理能够依托地理实体落地。19世纪之前，海外地理大发现与地理探险、国内地方志和游记编撰、风水说的实际应用，都对人类社会发展产生了广泛影响。近代地理学理论与方法取得快速突破，19世纪德国学者冯・洪堡在《宇宙》中确立地理环境综合地带性规律，推动学科从单一景观描述转向对全球尺度系统规律的认知。20世纪初，麦金德提出“心脏地带”地缘战略思想，杜能、克里斯塔勒等人建立空间区位论，进一步深化了对人类生存环境的地理（空间）格局的认识。1963年汤姆林森研发出地理信息系统（GIS），开启了地理空间要素大规模数字化模拟与决策的全新阶段，上述学术成果为国家安全、产业布局、城市化进程提供了决定性科学支撑。我国现代地理学于20世纪初通过学术交流逐步起步，20世纪80年代后积极对接国际研究前沿，立足国家重大需求开展研究，聚焦人地关系耦合与区域可持续发展，最终形成由综合地理学、自然地理学、人文地理学、信息地理学共同组成的地理科学体系。

人类文明发展史，也是人类认识、适应到开发利用地球表层、人与自然相互适应、不同区域竞合发展的历史。人类先后经历渔猎采集、农耕文明、工业文明与生态文明等发展阶段，不同阶段的发展需求推动人类不断调整对生存空间、发展空间、国土空间的利用方式。

整体来看，地理科学对人类文明和国家发展的贡献体现在下列五个方面（图1）：

一是地理空间定位认知方面满足人类发展对空间定位的需求，使人类越来越能够精准地找到人类在地球上的“空间位置”, 由此解决了人类在广阔且陌生生存空间中的方位识别问题而进入文明时代.

二是地带性规律及应用方面主动适应自然：通过地理地带性和地理区划等揭示地理环境地域分异规律使人类活动有了“因地制宜”的科学依据, 由此使社会发展的空间布局实现了“有序化、结构化”的人地协调发展阶段从而提升了人类的文明程度.

三是区位论和地缘战略方面主动改造自然：提出区位论到地缘战略推动地方和国家参与全球治理，为国家和区域发展及人类命运共同体的最新文明理念提供了科学基础；

四是人地关系建模优化方面去规范人与自然的和谐发展：通过提出全球-国家-地方等不同空间尺度和不同地域功能类型区域的发展模式, 为人类更好生存与更高质量的发展提供了地理科学解决方案.

五是从考察到空天地一体化监测方面来主动认识人类生存环境变化；从野外考察到空天地一体化观测为智能化感知和治理地球系统提供了科学途径, 为改善人类生存环境并助推国土空间科学化决策和社会智慧化管理提供技术支撑.

五大贡献构成完整的知识体系，覆盖人类认知、利用、改造地理环境并实现人地和谐共生的全过程。

图1 地理科学对人类文明和国家发展的五大贡献框架示意图

第一，从发明地图到定位导航使人类能够精准确定人类生存发展需要的空间位置。明确的空间位置是人类开展各类活动的基础，人类对空间定位精度的探索从未中断。古代地图与罗盘是传统定位的核心工具，中国《禹贡地域图》、西方托勒密地图体系，以符号化、抽象化形式帮助人类建立对地理空间的宏观认知；战国司南、北宋罗盘赋予人类动态方位识别能力，二者结合摆脱了航海对天象、地标的依赖，为地理大发现、远洋探险提供技术基础，重塑了全球政治、经济与文化格局。进入现代，GPS、GLONASS、伽利略系统与中国北斗系统共同构建起全球覆盖的高精度定位网络，北斗依托星基与地基增强技术，可实现厘米级甚至毫米级定位。结合大数据、人工智能、云计算技术，定位服务升级为智能导航系统，能够融合交通、气象、突发事件等信息完成实时路径规划，广泛应用于智慧交通、物流配送、应急指挥等领域。高精度、智能化的定位技术同时赋能自动驾驶、精准农业、自然资源管理等领域，推动相关产业链向高端化、智能化转型升级。当前，地理科学体系下的传统地图学已经发展成包括地理遥感科学、地理信息科学和地理数据科学的现代信息地理学。

第二，从发现地理地带性规律到地理区划提供了因地制宜发展的科学依据。地理地带性规律决定了自然环境与人类活动的空间分异特征，行政区划则是国家疆域治理的基础框架。我国古代《尚书・禹贡》将天下划分为九州，奠定了早期疆域治理思想，“山川形便”“犬牙交错”的区划原则沿用至今；历代行政区划不断演变，逐步形成当前层级清晰的中央-省（区）-县-镇的城镇体系。近现代地理学者深度参与省区调整、国界勘界、海疆治理等工作，为海南省、重庆直辖市设立，三沙市建制以及南海领土主权界定、边界划定提供了重要支撑。洪堡最早发现地球地带性规律并创立山地垂直地带性理论，后续学界逐步完善纬度地带性、经度地带性、垂直地带性等理论体系；中国学者划定的秦岭-淮河线、瑷珲-腾冲线（胡焕庸线），成为反映我国自然、人口、经济地域分异的关键界线。依托地带性规律，国内相继完成气候区划、综合自然区划、综合农业区划等工作，黄秉维、竺可桢、吴传钧等学者作出重要贡献；陆大道提出国土空间开发“T”字型空间结构，樊杰构建地域功能理论与主体功能区划方法，实现自然要素与人文要素集成，推动主体功能区上升为国家基础性制度，保障人口经济与资源环境均衡发展，兼顾效率与公平，实现经济、社会、生态效益相统一。

第三，从提出地理区位论到地缘战略思想推动了地方和国家参与全球治理。地理区位论是人类生产和生活活动空间选址的核心理论，杜能农业区位论、韦伯工业区位论、克里斯塔勒城市区位论，分别为农业空间配置、工业布局、城镇体系规划建立理论准则。区位理论也指导了我国不同阶段的生产力布局、国土开发与城镇化建设，同时适配全球化发展趋势，解读全球生产网络与国际贸易格局。地缘政治学聚焦地理环境、国家权力与国际关系的互动关系，是人地关系理论在国家战略层面的延伸，其理论体系不断演进，研究范畴从传统领土、资源、战略要道争夺，拓展至网络空间、数字主权等虚拟领域。地缘战略能够帮助国家明晰自身利益与安全风险，在多边合作、全球安全管控、能源与气候治理、技术与信息治理等领域发挥纽带作用。区位论与地缘战略阐释了流空间与尺度效应，为国家开展全球资源配置、参与多边合作提供核心理论支撑。

第四，从发现人地关系理论到GIS建模分析为人与自然和谐发展提供了地理科学方案（图2）。人地关系理论是人与自然和谐共生的理论根基，其思想源头可追溯至中外古典哲学，近现代逐步发展出地理环境决定论、环境可能论、文化生态学等理论分支，系统阐释人类活动与自然环境的双向影响机制。地理学家揭示出，我国和世界文明兴衰、社会发展繁荣都深刻留下生存环境和气候变化的烙印，只有深刻理解地理环境因素和社会治理双重因素，才能更好理解人类文明和区域发展的历程。人地系统耦合建模以系统科学、复杂性理论为基础，整合多学科数据与研究方法，剖析社会-生态系统的动态演变规律，可通过多情景模拟评估政策效果、预判发展风险，为应对气候变化、资源短缺、粮食安全等全球性问题提供分析工具。GIS建模能够实现多来源、多维度、多结构地理数据的一体化管理、分析与模拟，支撑城市规划、生态保护、灾害预警、应急处置等工作；结合人工智能技术后，GIS建模形成群智协同决策能力，持续提升社会治理的信息化、专业化、智能化水平，为可持续发展保驾护航。

图2 人地关系耦合实现和谐发展

第五，从推动野外考察到空天地一体化观测为智能化感知和治理地球系统提供了科学方法。野外地理考察是人类认知地球的传统方式，我国先后组织多次青藏高原、新疆等区域综合科学考察，搭建对应专业研究机构，为区域开发、生态治理积累了大量基础数据，但传统考察存在覆盖范围有限、数据更新缓慢等短板。遥感技术的发展突破了传统观测的局限，从早期航空摄影到系列遥感卫星组网，我国遥感事业实现快速发展。空天地一体化观测体系整合天基卫星、空基无人机与航空器、地面监测站点及移动设备等多元平台，形成全天候、全天时的综合观测网络。该体系可精准捕捉生态环境、气候变化、城市运行等动态信息，助力生态保护、城市精细化管理，全面提升地球系统治理的科学化与智能化水平。

地理科学凭借对空间位置、地域分异、空间组织、人地系统的研究能力，全方位支撑人类文明进步与国家发展。

当前人类社会面临全球化、气候变化、地缘冲突等多重挑战，也为地理科学发展提出了新要求。未来地理科学将逐步实现从地理空间认知向数字孪生地球、从地域分异规律研究向复杂人地系统治理、从地缘政治分析向全球社区协同治理的转变。学科后续将重点围绕六大方向开展研究：地球表层系统与全球变化、人类活动足迹模拟及其资源环境效应、人地系统演变与区域可持续发展、全球地缘安全评估推演与预警、地球系统智能遥感观测与实时监测、地理系统孪生建模与智能决策支持。地理科学将持续在中国式现代化建设、人与自然和谐共生、人类命运共同体构建的进程中发挥重要作用。