【战略前沿】了解变化中的地球:地理科学的战略方向(摘要)
来源: http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=12860
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2015-01-05

不断增长的消耗、人口移动以及气候变化正改变地球表层,为科学家和决策者们创造了许多需要努力了解与解决的挑战。然而,这一变化的时代也为地理创新提供了机会。近年来,飞速发展的跨学科科学界已经提出新的地理概念、工具和技术,以提高对以下研究方向的理解:环境变化,可持续发展、全球化和人口动态。因此,地理思路和信息正越来越成为科学、规划、环境管理和和政策制定的核心。动态地图和地表影像已经为应急事件管理者、交通工作人员和城市规划者提供了基本工具。新型用户友好型地理技术,如:全球定位系统(GPS)工具和在线地图正成为日常生活的一部分。

21世纪面临的许多核心挑战与人口移动、自然资源枯竭以及气候变化引起的地貌空间结构和特征变化、地表环境因素变化紧密相关。地理科学研究有潜力为监测、分析和应对这些变化的努力做出极大贡献。在过去20年中,技术发展和研究重点方向的变化激发出地理科学的快速成长。除了地理学本身,经济学家、生物学家、流行病专家、地质学家、计算机科学家和其他学者为地理科学做出了贡献―都在研究着人与自然的关系,以及影响地球环境演变的物质、能源、人口资本、和信息等的流动。

像遥感系统这样的新技术加强了高分辨率、近实时数据的利用,地理信息系统(GIS)、GPS和地理空间信息可视化技术促进了地理数据的处理、分析和表达。这些技术应用于工作与日常生活中并对信息管理、政府治理、商业管理和旅游业有着深远的意义。同时,关于对人类对环境的改变、全球化影响、资源枯竭和环境可持续性方面日益增长的关注,极大地唤起了在气候变化、土地变化、水域生态恢复、人口迁移、全球贫富差距和地缘政治冲突方面的兴趣。对上述现象开展调查能够受益于地理科学研究。

尽管地理科学最近进展的潜力很大,但是,为了了解21世纪的地球表面的变化,我们还有很多事情要做。地表正经历着不断地自然系统和人类社会的变化,但近几十年来,人类活动造成的变化在速度和程度上已经达到了前所未有的程度。这种地球表面正在发生的大规模及迅速的变化,为思考地理科学战略研究方向提供了一个符合逻辑的新起点,以了解地表如何变化为目标,研究这些变化在何处、为什么、和变化率,以及这些变化将产生的后果等问题。

报告涉及范围与目的

应美国国家科学基金会(NSF)、美国地质调查局(USGS)、美国国家地理学会(NGC)、美国地理学协会(AAG)的要求,美国国家科学院组建了一个委员会,目的为了确定在未来10年地理科学如何通过研究项目提高对21世纪前期地球面临的主要问题的理解,以对科学发展与社会进步做出最大贡献。

一个专门委员会将制定一份关于地理科学方面与社会需求相关的、高优先级研究问题最后清单。这些问题将被清晰地、令人信服地表述,以文本和图表的方式归纳最新研究进展并提出未来挑战。

委员会主要关注影响地球表面人类社会和自然特性的深刻改变,并考虑地理科学如何有助于理解和应对这些改变。遵照章程,委员会制定了11个高优先级的研究方向,这些方向有明确的社会意义、涉及地理科学的核心概念、与更大型科学团体研究方向相关、很可能在未来5到10年取得进展、并且能够利用现有的或未来几年可能使用的方法与数据源进行调研。

委员会向扩大的地理科学界进行了咨询,以确定优先研究领域、方法、技能、数据以及必要的基础设施预研。在得到战略方向研究问题后,委员会概括了每个问题的社会意义,讨论了地理科学对此的贡献,并决定未来的工作将可能产生的新见解。

战略方向

地理科学有潜力提升对地球表面变化理解程度并展现其成因,能够提出深入理解这些变化的影响,可以推动应对这些变化的高效战略的开发并便于为全球变化的属性提供文件记载及形象展示性汇总。战略方向推出的程序反映从环境变化和可持续性总体问题逐步转向具体的社会经济、地缘政治、和技术领域的转型。

如何理解和应对环境变化

1.我们如何改变地球表面的自然环境?

2.我们怎样最好地保护生物多样性和保护濒危生态系统?

3.气候和其他环境变化如何影响人类环境耦合系统的脆弱性?

不断增长的人口数量、城市化、工业化和气候变化改变了地球表面并损耗了自然资源。尽管以前的研究文献已经展示了气候变化、土壤侵蚀、栖息地消失、水资源恶化等,人类在这些变化中的作用往往不被充分理解,阻碍了预测未来变化规模与时机的能力。地理科学家使用古生物数据,如树的年轮和花粉化石数据,正进行长期的环境历史开发重建,来了解气候变化和地球自然系统随时间产生的变异。地理科学家正使用GIS、遥感和地理空间可视化来分析时间推移自然过程和空间模式变化,并找出自然和人类对环境变化做出的相对贡献。更完整地了解地球表面的自然和人类变化、物种分布、基因多元化和不同生态系统的各种脆弱性将对环境科学、灾害管理、生态恢复非常必要,并且能够提供促进环境可持续发展的政策指导。

如何促进可持续性

4.未来100亿人口将怎样以及在何处生存?

5.未来10年及以后,我们将如何可持续地养活每个人?

6.未来居住地分布将如何影响我们的健康?

到2050年,地球人口预计达到最高80亿到120亿之间,大多数人口增长在城市地区。许多城市将难以适应迅速增长的人口,城市向农村地区的扩张将会改变生物地球化学循环、水文系统、气候、野生动物栖息地和生物多样性。人口地理分布改变的研究,塑造不同安居形式的过程和面临一个增长的城市化人口的可持续性挑战,对理解一个更加拥挤的世界所面临的挑战至关重要。确保养活地球上扩张人口的食物资源将是其中的挑战之一。饥饿不是由于全球粮食短缺造成,而是由不平衡的地理分布和效率低下或不公平的粮食分配系统造成。为满足喂养100亿人的挑战,需要更好理解农业产量、分销系统和食品消费偏好变化方面的地理学影响。享有医疗保健服务也将被扩张并不断增长的移动人口问题延伸,疾病治疗与预防标准将根据地区而变化。通过利用空间分析、GIS和疾病传播的空间分布模型,地理科学可以促进对全球化、人口迁徙、环境状态、土地使用、经济以及政府政策对健康卫生和传染病传播影响的理解。对人民生活中疾病和健康保健方式的分析研究是了解疾病行为及不同人群健康脆弱性的基础。

如何认识和适应经济与社会空间结构的迅速改变

7.人口、物品和想法的移动变化如何改变世界?

8.经济全球化如何影响贫富差距?

9.地缘政治转移如何影响地区和平与稳定?

从人口迁徙到物流,在过去几十年中,增长的全球移动性影响着交通、通讯、经济乃至政治冲突的模式。迫切需要了解以下问题的原因与后果,如:移动性增长,地区间移动性区别以及通过深度评估在各个地方的发展和广泛使用GIS和地理空间信息在虚拟(如因特网和其他媒体)与现实移动性进行关联。全球化也加剧了很多地方的经济差距,提升了对贫困和社会动荡的关注。地理科学研究对贫富不均衡分布模式的阐明以及在不同空间尺度产生这些空间分布模式的过程可以增进我们了解不断变化的社会经济环境对贫富不均衡产生的影响,也能清楚地揭示出贫困和消费模式之间的联系。二战后形成的地缘政治框架,造成了崩溃的经济和社会动荡,提升了地理科学在以下领域的研究需求:关于有影响力政府和组织的领土管理内容、边界变化产生的意义以及资源缺乏产生的冲突。

如何利用技术变革改善社会与环境

10.我们如何更好的观察、分析并可视化变化中的世界?

11.公民制图和为公民制图的社会影响是什么?

自古以来,对地观测、制图和地球表面展示表达是构成地理科学研究整体的组成部分,并继续成为当今现代地理科学的核心内容。网站上提供的地理信息已经成为日常生活的一个重要部分,赋予公民制图的来源和内容,但是地理信息的爆炸引发了对个人隐私的极度担忧。地理工具及观测技术、分析、变化可视化等的最新进展塑造的人类与地球表面自然特性,将对回答本报告研究问题和发展地理科学至关重要。然而,新的方法途径需要利用非专业人士的能力和意愿来提供地理信息并保护他们的隐私。

勇往直前

本报告的11个战略方向说明了地理科学有着巨大潜力来应对21世纪初科学与社会面临的首要挑战。鉴于目前全球空间变化转型的程度与规模,必须了解为什么变化会发生在某些特定地方。虽然近年来地理研究已经取得了快速进展,但是前进过程中需要努力扩大地理科学研究范围和方向。实现这一目标将需要加强研究基础设施、培训及外联工作。例如,迄今为止大多数的地理科学进展是来自独立研究创新的成果,但是为了应对21世纪面临的许多挑战,需要研究人员与不同领域的专业人才进行大规模合作。培养下一代地理科学家需要建立一个更新的课程体系来促进地理认知、空间思考与地理研究技能,并且要指导学生如何使用最先进的技术。为了为决策者、管理人员、媒体传播和地理科学涉及的信息内容,外联工作是必须的,并且它可以加强地理科学群体与一般公众的联系。委员会认为,本报告所列的研究重点将引领日益复杂、组织严密、功能强大的地理科学,这将成为广泛科学研究的基础,为决策者提供信息,使公民理解和评价在日常生活中发挥着越来越重要作用的地理科学技术。

(王化编译,殷永元审核)