人文经济地理空间的“三非”现象及其认知途径_宋志军.pdf
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1、地理事物非整数维的空间存在形式、非均匀的空间组合方式、非理想态的演变状态,是人文经济地理空间存在与发展的常态,也是社会经济系统外在复杂性的重要体现。实际人文经济地理学的研究思想是与科学技术的发展与时俱进的,其思维范式也受到新取得的科研成果的极大影响。20世纪后半叶是系统科学大发展的世纪,在“老三论”(即系统论、控制论、信息论)的基础上,尤其是“新三人文经济地理空间的“三非”现象及其认知途径宋 志 军1,2(1.河南大学 地理与环境学院,中国河南 开封475004;2.河南大学 黄河中下游数字地理技术教育部重点实验室,中国河南 开封475004)摘要:地理事物非整数维的空间存在形式、非均匀的空间
2、组合方式、非理想态的演变状态(简称“三非”现象),是人文经济地理空间存在与发展的常态,也是社会经济系统外在复杂性的重要体现。借鉴系统科学的研究成果,可较还原论、确定性理论更好地解释当前人文经济地理学所关注的这一空间复杂性。由此,文章梳理了自上世纪中期以来与人文经济地理研究相关的系统科学的发展历程,并以城乡过渡带为主分析了“三非”现象的内在机理、外在表象,探讨了当前中国人文经济地理学发展的局部理论困境及其解决途径。其目的就是要从非线性、系统整体性的视角,解释现实空间中看似“混乱”实则有一定规律可循的空间特征、演变态势、运行机制,进而为学界提供一个更科学、更贴近实际的认知途径。关键词:“三非”现象
3、;人文经济地理空间;理论创新;复杂性;学科交融;认知基础中图分类号:K902文献标志码:A文章编号:1000-8462(2023)03-0057-11DOI:10.15957/ki.jjdl.2023.03.007“Three Non”Phenomenon and Its Cognitive Approachof Human Economic Geographical SpaceSONG Zhijun1,2(1.College of Geography and Environmental Science,Henan University,Kaifeng 475004,Henan,China;2
4、.Key Laboratory of Geospatial Technology for the Middle and Lower Yellow River Regions(Ministry of Education),Henan University,Kaifeng 475004,Henan,China)Abstract:The spatial form of non-integer dimension,the space combination mode of non-uniformity and the developmentstate of non-ideal state(three
5、non phenomenon)are the normal state of the existence and development of the humanisticeconomic space,and are important embodiments of socio-economic systems external complexity.Therefore,the latestresearch of systems science can be used to better explain the spatial complexity concerned by the curre
6、nt academic circleof humanistic economic geography than the reductionism and deterministic theory.This paper summarizes thedevelopment process of system science related to humanistic economic geography research since the middle 20th century,analyzes the internal mechanism and external representation
7、 of the three non phenomenon,and discusses somelocal theory predicament of current Chinese humanistic economic geography development and its solutions based on theurban-rural interface.Its purpose is to reveal the seemingly chaotic spatial characteristics,evolution trend and operationmechanism in th
8、e real space that have certain laws from the perspective of nonlinear and system integrity,so as to providea more scientific and practical cognitive approach.Keywords:three non phenomenon;humanistic economic geography space;theoretical innovation;complexity;disciplineintegration;cognitive basis收稿时间:
9、2022-08-22;修回时间:2023-02-16基金项目:国家自然科学基金项目(42071156)作者简介:宋志军(1970),男,博士,教授,研究方向为理论经济地理及其应用。E-mail:第43卷第3期2023年3月经济地理ECONOMIC GEOGRAPHYVol.43,No.3Mar.,2023论”(即耗散结构理论、协同论、突变论)的出现,分形、复杂网络、仿生、综合集成研讨厅等分析技术的广泛应用,都给予了地理学重新审视地理现象的全新视角、理论和方法,并带来了众多全新的认知结果。总体上系统科学以复杂性分析为标志的认知途径和认知结果,已突破了以欧几里得、牛顿、爱因斯坦为代表,基于还原论、
10、线性分析的认知范式1-4。尽管20世纪系统科学的成果斐然,但不可否认,上述理论和方法都可归为局部成果,目前系统科学并未形成完整的理论体系3,5。人文经济地理空间富含复杂性(如“三非”现象),是各种现象、过程的复合体,而且也非空间发展演变的定态,所以我们不可因系统科学尚不完善、未出现旷世大家而忽视其革命性的认知变革。进一步结合现阶段人类活动爆发式的发展及其深刻影响,可看到具有思想启发、方法论意义的系统科学,理应成为理论地理学提升的助推剂。人文经济地理学大致经历了描述性、定性分析、传统定量分析及当前具有现代定量分析趋势的几个主要发展阶段,并在1950、1960年代发生了一场计量地理学领域的研究方法
11、革新。虽然当时地理学借助系统科学取得了一定的发展,但学术界普遍认为这场计量革命最终并未达到预期效果2,4。这是因为地理空间更多表现为开放复杂巨系统的最终演化结果,它是各种复杂现象、过程的终端表现;当时的基础性复杂理论及其分析方法,并不适于直接反映现实中的地理事物6。然而在不同时期,都屡屡出现系统科学这一横断学科领域的学者借助地理事物展开相应的案例研究,进而增强了对地理空间复杂性的认识或佐证了地理规律的尴尬现象2,7。可以看到,作为世界最复杂的巨系统之一,人文经济地理空间绝非用单一传统数理方法所能解析的。随着全球进入“人类世”,整个世界社会经济活动的关联性及复杂性迅速增强8-9,而其空间“投影”
12、人文经济地理空间所面临的大数据、智能化、多系统、多尺度高度融合等发展趋势,也倒逼着学术界对其演变本质进行科学的再认识9。而以往因不确定性、模糊性、易变性被认为是难度量、难解释、逻辑性不强的空间复杂性,也逐步被理论地理学界重新提到台面上,“星球城市化”“集合城市化”等一批新兴理论逐步得以涌现10-12。当前,中国人文经济地理空间重构的趋势愈加明显,其演变迅速而看似“混乱”,而学界整体的研究范式、分析范式又未能及时跟上实践发展的步伐。由此,本文将基于当前系统科学的观点,系统而通俗化地总结人文经济地理空间非传统的基本数理表达,以期让初学者从一开始就能更真实、更深入、更科学地认识人文经济地理空间的基本
13、系统属性。1 人文经济地理空间的“三非”现象1.1 空间“混乱”的外在表象从总体空间运行看,各种人文经济地理事物的存在状态千姿百态,并突出表现为各空间尺度上的差异性。例如在城市空间,以独立个体(个人、店铺或企事业单位)为代表的邻里级、街坊级等微观空间的无序性,以城市街区级空间为代表、规划主导的宏观空间的组织性,两者各具特色,景观、空间特依国家自然科学基金委现行的学科代码,本文所述的人文经济地理学是对经济地理(学科代码 D0108)、城市地理和乡村地理(D0109)、人文地理(D0110)为主的地理学研究对象的泛称,其目的在于阐明这类广布人文特征的基础性空间复杂理论。58经济地理第43卷a.非整
14、数维的空间形态b.非均匀性的空间组合c.非理想的空间状态(道路、绿地与住宅楼的形态)(商服、居住与交通功能的耦合)(高楼与危房并存的生活状态)注:资料来源于。图1人文经济地理事物示例Fig.1Examples of things in humanistic economic geographic征、运行机制差异巨大。且在两者的耦合尺度区间,如城市中的社区/居住区级、小区/基层商服网点级、居委会/道路级等中观空间,还常会产生一种全新的空间尺度区间(在现实空间,城市微观、中观、宏观空间相复合的界限实际很难划分,须借助具体的演变情境来判断)。通常上述不同空间尺度区间存在的人文经济地理事物,分别对应于
15、不同的基本演变规律(即标度率),并因相互复合愈显杂乱无序13-14。图1选取城市中代表性人文经济地理事物进行了示例,可通过看似混乱但直观的景观,感受到这些地理空间富含复杂特征与深刻运行机理的现实状态。而这一状态是人们认识地理空间的第一感知,其迷乱的外在表象着实迷惑了很多人,以至于很难直观地感受到其蕴含的机理和特征。1.2 多种空间尺度的存在状态及其认识视角由图1可看到,通过一定的社会经济关联,众多看似混乱的微观地理事物相耦合,形成了具有一定组织结构的宏观人文经济地理系统。而其系统基础及基本的数理描述则值得深究。现实中,微观空间常为行为地理学所关注,宏中观空间则是我国人文经济地理学以各种宏中观现
16、象或规划为基础的传统研究领域。以往对各种指标、现状的分析,都倾向于基于不同宏中观空间尺度下的局部空间的特征、机制的细化分析,或某种发展情景的具体分析。对于微中观空间,由系统科学、热力学、量子力学为主拓展而来的社会物理学可知,个体(对应于物理世界的基本粒子)的行为、微观空间的运行并不能完全用经典力学体系来解释1,3。加之人的主观能动性、事件的概率性等特性,现实中多姿多彩、变幻莫测的人文经济系统愈发的复杂,相变、混沌的边缘/自组织临界状态等系统特征异常明显3,13。而反观以线性和还原论为代表的传统数理分析技术(以牛顿力学体系为基础),基本无法解释这些空间复杂现象,由此产生了地理信息科学对空间信息的
17、收集、挖掘,及以模拟现状为目的的仿生、人工智能(AI)、元胞自动机(CA)等技术,并致力于从其最终空间表现、计算结果来反推、验证其运行机制。进一步地,近期还发展了具有一定系统科学基础的复杂网络、分形等数理技术。但受限于系统科学的发展,当前学界对人文经济地理空间的系统状态的解析还远远不够。人文经济地理学对外部世界的认识可分为不同尺度区间。具体地,在这个由米级到几千千米级的有限尺度区间(在具体分析时常会受到空间影像的分辨率影响),则突出表现为微观空间的“混乱性”与宏观空间的“组织性”的两个极端尺度区间。鉴于人文社会系统的宏观层次、微观层次与物质世界在宏、微观结构上的相似性,目前描述系统宏观组织性与
18、微观存在状态的数量之间的认知桥梁熵理论已拓展至人文社会科学,在地理学中更被用作量化空间“混乱”状态的“空间熵”。可看到,我们直观感觉到的人文经济地理空间整体的“混乱性”远不是那么简单,它通常包含若干具有不同演变特征、运行机制的尺度区间。1.3 演变过程及其认识程度实际上,不仅人文经济地理系统的存在状态是复杂的,其演变过程也是扑朔迷离的,并有过之而无不及。这是因为人文社会系统是开放的复杂巨系统,事物本身就处于一个不断发生相变,并在相变附近存在大量自组织临界现象的过程,多样性、易变性和复杂性已成为其基本特性。在自然科学中,相变是指物质从一种相态转变为另一种相态的过程,是物质宏观状态的变化。自组织临
19、界现象则是指物质在相变临界点附近的热力学行为,此时其物质结构及其微观个体(分子、原子、电子)的存在状态常具有特殊的物理性质和现象。由此拓展,社会物理学认为,如果把类似于原子、分子的个人和基层单位看作是物质世界的“微观粒子”,那么这些千千万万、形形色色的微观粒子就构成了社会经济系统中的各类基层/子系统(如商服系统、生产系统),进而会使之在相变(演变过程)中相复合,整体呈现一种有着不同组织性的“宏观世界”的图景6。由此,由微观无序性较强的从业者个体多人的基层店铺各类商服网点宏观组织性较强的商服体系得以形成。进一步地,由商服系统、生产系统、交通系统等各类子系统复合而成的地域综合体,都会受到经济、文化
20、、自然、制度等因素的影响而在空间上发生持续不断的、相互关联的量变和质变,此即人文经济地理事物的局部相变、整体相变过程,也即人文经济地理的空间演变过程。而系统科学从一开始就因其对人文社科领域遍布的暂态下的无序态、多样性,以及演变的过程性、组织性、敏感性及其过程中大量存在的非平衡态的解析,而迅速为人文经济地理学界所关注。但人类对外部世界的认识并不尽如人意、地理信息科学(如GIS)对空间复杂性的反映也相对不足。本来寄予厚望的20世纪系统科学及其各分支理论的发展也不如预期:局部成果屡屡出现,总体突破却未第3期宋志军:人文经济地理空间的“三非”现象及其认知途径59完成。由此,人文经济地理学对系统科学过程
21、性理论的借鉴相对有限,对人文经济地理演变过程中的特征和机制的揭示也明显不足。1.4 人文经济地理空间的基本数理特征诚如上所述,学界对人文经济地理空间的尺度差异性、演变的过程性等的认识还相对有限,但对其基本数理特征尤其是其微观空间尺度上的数理特征已有一些基本认识1,3,13。人文社会经济系统中的各组分基本都处于不同状态间的变换或发展过程之中,存在状态的显著变化即发生了相变。人文经济地理事物整体丰富多彩的外在表现,基本都是在相变过程中产生的,并会在状态交叉区域出现异常复杂的临界现象。而诸如以城乡各要素的显著变化为代表的空间相变过程、异彩纷呈的临界现象,都会在特定维度区间产生不规则的、难以度量的非整
22、数维的空间变化。且上述宏观层次的相变、临界现象在空间上的终端表现,绝大多数情况都处于一种貌似无规律的复杂形态混沌态。实际它富含各种复杂性的规律性、趋势性变化,常是学界对复杂巨系统存在状态的一种统称。在人文社会领域,这种宏观的混沌态依托于微观社会个体而存在,富含非线性、涌现等复杂规律。在人文经济地理空间,混沌的直接表象主要表现为地理事物的多样性、地理过程的复合性、个体空间行为的随机性。在研究中,人文经济地理事物在数理上的混沌态通常直观表现为外在的混乱性,用以深入描述这一空间现象的还有自组织临界状态(SOC)、耗散结构、分岔及各种细化特征的分析。可看到,这种因相变而产生的空间混沌状态,就是人文经济
23、地理空间产生、发展的基本存在状态。虽然人文经济地理学界对它还了解甚少,但这却是地理事物非整数维的空间存在形式、非均匀的空间组合方式、非理想态的演变状态的根源。认真观察可发现,在数理特征上,人文经济地理不同尺度二维、三维空间的“混乱性”主要表现为:人文经济事物非整数维的存在形式比整数维的存在形式更普遍;地理现象非均匀的空间组合方式广泛存在,且其数据常不满足正态分布;非理想态是多数人文经济事物在耦合过程中存在的常态。上述现象已被证明富含数理规律,并促进了区域空间基本特征的形成1-4。为便于通俗、快速地理解人文经济地理空间的这些复杂性,本文把空间系统的这三种外在表现(非整数维的空间存在形式、非均匀的
24、空间组合方式、非理想态的演变状态)简称为“三非”现象。再次回看图1所示的人文经济地理空间,可发现“三非”现象遍布其中,其多组分耦合的空间结构、复杂网络化的空间关联的基本数理描述(“三非”现象)一目了然。2 系统科学及“三非”现象研究进展上世纪以非欧几何、非线性认知、非平衡态为代表的系统科学的发展,已开启了人们用“1+12”的系统论、由“复杂性+简单性”来认识世界的认知范式,进而突破了以牛顿、欧几里得、伽利略为代表的传统知识体系。基于“老三论”(系统论、控制论、信息论)、“新三论”(耗散结构理论、协同论、突变论)的复杂性研究及其拓展,相继成为各学科的研究热点1,6。通过检索主要数据库,本文分析了
25、系统科学主要理论的发展历程、相互关联,并进一步结合地理空间复杂性的研究,认为对我国人文经济地理学有重要影响的系统科学及其主要理论,可分为以下几个发展阶段(图2)7,15-16。2.1“老三论”的研究阶段19401960年代是以系统动力学(分形理论即源出这一脉)、系统科学(狭义)、控制论为主导的阶段(未含信息论)1,7。这一阶段是系统科学的起步阶段,并以此3个理论加旁支理论形成了4条理论研究主线。而在应用领域,还形成了一条贯穿至今的智能计算路线。在这个阶段,系统科学被引入到人文经济地理研究中,并产生了一场“计量地理学革命”。但因地理空间是世界最复杂的系统社会经济系统的空间“投影”,对它的解析异常
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