【文章內(nèi)容簡介】 組織水平的地理系統(tǒng)都可以具有開放性，成為耗散結(jié)構(gòu)。諾貝爾獎獲得者 利高津 提出的耗散結(jié)構(gòu)理論，已經(jīng)在地理學(xué)的純理論研究和部分實踐研究中得到應(yīng)用。地理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（或功能），可以借助其所具有的熵值（或負(fù)熵值）來反映。其熵值越低（負(fù)熵值越高），表示越有序，結(jié)構(gòu)（功能）就越好。反之則相反。根據(jù)耗散結(jié)構(gòu)理論可以給出地理系統(tǒng)的熵方程（圖 74）： dS＝ dSe＋ dSi 式中： dSi代表系統(tǒng)內(nèi)部熵產(chǎn)生； dSe代表系統(tǒng)與環(huán)境之間的熵流，可正可負(fù)，也可為零。 在一定條件， dS＞ 0代表地理系統(tǒng)退化， dS＜ 0反映地理系統(tǒng)向好的方向發(fā)展，進(jìn)化， dS ＝ 0反映地理系統(tǒng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。 圖 74 開放系統(tǒng) S形曲線 在生物科學(xué)中，有邏輯斯蒂曲線，即 S形曲線。其實這條曲線還有更廣泛的涵義。 系統(tǒng)論提出的關(guān)于事物發(fā)展“ S” 形曲線（圖 75）的思想，揭示了地理事物或任一組織水平的地理系統(tǒng)的大發(fā)展趨勢。這為地理學(xué)家認(rèn)識眾多繁雜的地理過程及進(jìn)行地理設(shè)計，提供了重要的歷時曲線上的指導(dǎo)思想。在這條曲線上， Y與 t表現(xiàn)為單調(diào)遞增。在不同區(qū)間內(nèi)，其變化速度不同。在（ A， B）區(qū)間變化最大。 圖 75 S形曲 線 整體、漲落、突變、協(xié)同 （ 1）整體 地理學(xué)的傳統(tǒng)觀念之一是整體觀念。這是地理學(xué)漫長發(fā)展過程中，眾多地理學(xué)艱辛探究而明確下來的科學(xué)觀念。這個觀念正與系統(tǒng)思想相吻合。系統(tǒng)思想中的“整體大于部分之和”，又強化了現(xiàn)代地理學(xué)中的整體觀念，可以寫成“整體等于部分和＋關(guān)系”。地理學(xué)強調(diào)各地理要素之間的關(guān)系，也體現(xiàn)出自己的優(yōu)勢所在。 （ 2）漲落 系統(tǒng)思想強調(diào)系統(tǒng)的功能與結(jié)構(gòu)之間具有概然性漲落關(guān)系。大量地理研究表明，地理系統(tǒng)是極其復(fù)雜的，它的整體功能與結(jié)構(gòu)之間存在著明顯的漲落關(guān)系（主要是時間上的）。這些規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，可以成為地理學(xué)家演繹邏輯思維的重要途徑之一。 （ 3）突變 傳統(tǒng)的地理學(xué)觀念中，認(rèn)為地理事物的時間發(fā)展過程和空間地域分異多表現(xiàn)為 0和 1之間的多值邏輯關(guān)系，也就是說，它們多以連續(xù)的性質(zhì)反映質(zhì)變。但事實上還存在大量的突變式的質(zhì)變。前者可以用微分方程描述，后者可以用突變理論描述。數(shù)學(xué)家歐 托姆提出的突變論為地理學(xué)家的這種觀念提供了更新的指導(dǎo)思想或意識。在這種思想指導(dǎo) 下，地理學(xué)家開始比較認(rèn)真地研究地理中的非連續(xù)變化問題，承認(rèn)突變類型質(zhì)變的存在。因此，在突變論指導(dǎo)下，地理學(xué)的歸納邏輯和演繹邏輯研究中的變化過程問題便有了更開闊的思路，并能借助一定條件轉(zhuǎn)化突變型和非突變型質(zhì)變，有利于地理實際問題的研究和解決。 （ 4）協(xié)同 人們已經(jīng)承認(rèn)地理系統(tǒng)是復(fù)雜的巨系統(tǒng)，由極多數(shù)量的要素組成。這些要素之間何以組成巨系統(tǒng)呢？這就在于諸多要素之間在漫長發(fā)展歷史中不斷進(jìn)行的協(xié)同作用。哈肯的協(xié)同學(xué)指出，慢變量決定大趨勢或總規(guī)律，而快變量變化幅度小，使慢變量所決定的規(guī)律復(fù)雜化。在地球表層任何組織水平的地理系統(tǒng)都有其自己特有的一個或二個慢變量，進(jìn)而決定了自己的發(fā)展趨勢和發(fā)展歷程。這種思想的指導(dǎo)，可以幫助地理學(xué)家從演繹邏輯思維上認(rèn)識地理過程和現(xiàn)代地理環(huán)境、地理系統(tǒng)的空間秩序及其與動因機制之間的關(guān)系。 （ 5）因果反饋 據(jù)系統(tǒng)思想，特別是系統(tǒng)動力學(xué)理論，任何事物之間存在著各種各樣的關(guān)系。以二個事物 A和 B為例，可以具有，的關(guān)系如下： A 與 B 的關(guān)系 非關(guān)系 因果關(guān)系 單項因果關(guān)系 雙項因果關(guān)系 負(fù)因果反饋關(guān)系 正因果反饋關(guān)系 就地理系統(tǒng)而言，組成諸要素之間都存在著直接或間接的因果反饋關(guān)系，進(jìn)而組成因果反饋關(guān)系環(huán)（網(wǎng)）。所謂 A和 B之間有正因果反饋關(guān)系，即 A的增加（或減少）引起 B的變化，而 B的變化又使 B進(jìn)一步增加（或減少），最終導(dǎo)致 A遠(yuǎn)離初始狀態(tài)。當(dāng) A增加（或減少）引起 B變化，而 B變化又使 A減少（或增加）時，則二者之間表現(xiàn)為負(fù)因果反饋關(guān)系，最終使系統(tǒng)保持在初始狀態(tài)。 如果地理系統(tǒng)以正因果反饋環(huán)（網(wǎng)）為主，則它將使系統(tǒng)的熵值（或負(fù)熵）發(fā)生越來越大的變化，引起系統(tǒng)遠(yuǎn)離初始狀態(tài)，地理系統(tǒng)發(fā)展（進(jìn)化或退化）。如果地理系統(tǒng)以負(fù)因果反饋環(huán)（網(wǎng)）為主，則它使系統(tǒng)保持熵值相對不變，維持初始狀態(tài)。在地理系統(tǒng)發(fā)展中，遵循“ S” 形曲線，也可以借助突變論來研究。具體情況，主要取決于地理系統(tǒng)中的慢變的性質(zhì)或特征。在維持初始狀態(tài)情況中，地理系統(tǒng)同樣因快變量的作用而表現(xiàn)出節(jié)律性。這個規(guī)律在地理環(huán)境問題的研究中具有極其重要的指導(dǎo)作用。 （二）綜合集成法 地球表層或人地關(guān)系地域系統(tǒng)是復(fù)雜的巨系統(tǒng)。對于這個系統(tǒng)的研究，應(yīng)特別處理好定性與定量之間的關(guān)系。一些優(yōu)秀的地理學(xué)家在長期的地理學(xué)研究實踐中，成功地處理了系統(tǒng)研究全過程中定性與定量的關(guān)系。我們也曾在應(yīng)用理論層次上，從地理學(xué)方法論角度探討過這方面的問題。 復(fù)雜系統(tǒng)往往規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)內(nèi)因素相互作用、相互影響、相互滲透，使系統(tǒng)與環(huán)境的邊界更加模糊。傳統(tǒng)的處理簡單系統(tǒng)的研究方法對此失去效力。而開放的復(fù)雜巨系統(tǒng)，同用傳統(tǒng)的系統(tǒng)工程方法和控制理論方法所研究的一般小系統(tǒng)乃至大系統(tǒng)相比，其結(jié)構(gòu)特征的復(fù)雜性等方面更是有著本質(zhì)的區(qū)別，傳統(tǒng)的系統(tǒng)方法論顯得無能為力。 MS方法的提出與發(fā)展 錢學(xué)森院士在 20世紀(jì) 80年代初就對處理復(fù)雜行為系統(tǒng)的定量方法做了概括，認(rèn)為是半經(jīng)驗半理論的，提出了經(jīng)驗性假設(shè)（猜想或判斷）是建立復(fù)雜行為系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的出發(fā)點。這些經(jīng)驗性假設(shè)沒有科學(xué)方法證明，但需要用經(jīng)驗性數(shù)據(jù)對其確實性進(jìn)行檢驗。從經(jīng)驗性假設(shè)出發(fā)，通過定量方法與途徑獲得結(jié)論，仍然具有半經(jīng)驗半理論的屬性。強調(diào)了人的重要性及來源于人的智慧與實踐活動經(jīng)驗的重要性。 從 20世紀(jì) 80年代末到 90年代初，錢學(xué)森院士進(jìn)一步從社會經(jīng)濟系統(tǒng)、人體系統(tǒng)和地理系統(tǒng)的研究和實踐的基礎(chǔ)上，分析了還原論方法的局限性，從而提煉出“開放復(fù)雜巨系統(tǒng)”研究的設(shè)想及其方法論，提出處理開放復(fù)雜巨系統(tǒng)的方法即“從定性到定量的綜合集成方法”。這種方法的提出是科學(xué)認(rèn)識論和方法論上的一個重要進(jìn)展。 MS方法的實質(zhì)和特點 杰出科學(xué)家錢學(xué)森院士明確提出研究地球表層或人地關(guān)系地域系統(tǒng)這一復(fù)雜系統(tǒng)的的重要科學(xué)方法 —— “ 從定性到定量的綜合集成法（ MS)” 。其實質(zhì)是將專家群體（各種有關(guān)專家）、數(shù)據(jù)和各種信息與計算機技術(shù)有機地結(jié)合起來，把各種學(xué)科的科學(xué)理論和人的經(jīng)驗知識結(jié)合起來，以發(fā)揮整體優(yōu)勢和綜合優(yōu)勢（如圖 76）。這種方法具有如 下基本特點： （ 1） MS方法不僅要求定性分析與定量研究相結(jié)合，而且強調(diào)從多方面的定性認(rèn)識上升到定量認(rèn)識。它不 同于一般的定性問題的定量化，也不同于一般的定性與定量相結(jié)合。（ 2） MS方法將科學(xué)理論與經(jīng)驗知識結(jié)合起來，把人對客觀事物的零散知識綜合集中起來解決復(fù)雜問題。（ 3） MS方法根據(jù)復(fù)雜巨系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)，把宏觀研究與微觀研究結(jié)合統(tǒng)一起來。（ 4） MS方法將軟硬技術(shù)結(jié)合起來，把現(xiàn)代方法和傳統(tǒng)方法結(jié)合起來，按系統(tǒng)思想把自然科學(xué)、社會科學(xué)等多種學(xué)科結(jié)合起來進(jìn)行綜合研究，并在方法上互補。 OM表系統(tǒng)的綜合集成 X=[“ 軟”科學(xué)，經(jīng)驗，宏觀分析，定性分析 ??] Y=[“ 硬”科學(xué)，現(xiàn)論，微觀分析，定量分析 ??] Z=[馬克思主義世界觀，方法論，經(jīng)濟學(xué)，科學(xué)哲學(xué) ??] 圖 76 MS方法實質(zhì)（曾珍香， 2022） MS方法的應(yīng)用 MS方法的應(yīng)用過程可以歸納為如下步驟（如圖 77）。 第一步，組織系統(tǒng)工程專家和相關(guān)領(lǐng)域的專家研討，依據(jù)他們掌握的科學(xué)理論和經(jīng)驗知識，對實際系統(tǒng)的問題進(jìn)行分解與研究，對系統(tǒng)分析的途徑和方法作出定性判斷。 第二步，用系統(tǒng)思想和觀點把研討的結(jié)論納入系統(tǒng)框架，界定系統(tǒng)邊界，明確變量的類型，如狀態(tài)變量、環(huán)境變量、控制變量和輸出變量。 第三步，建立起用數(shù)學(xué)模型、概念模型、邏輯模型等描述的實際系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能、目標(biāo)、輸人 輸出關(guān)系，即系統(tǒng)模型。一般情況下，一個復(fù)雜系統(tǒng)的功能、結(jié)構(gòu)或?qū)傩钥梢苑纸獬蔀橐幌盗凶酉到y(tǒng)，對子系統(tǒng)進(jìn)行建模描述，再由它們綜合成總的系統(tǒng)模型。 第四步，在系統(tǒng)模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行系統(tǒng)功能的計算機模擬和仿真，從而研究系統(tǒng)在不同輸入條件下的反映，系統(tǒng)的動態(tài)特性以及對未來的預(yù)測等。 第五步，通過以上步驟獲得定量分析結(jié)果，再由專家分析、討論和判斷。這里包括理性的、感性的、科學(xué)知識和經(jīng)驗知識的相互補充，其結(jié)果可能是可信的，也可能是不可信的。對于后者，還應(yīng)修改模型和調(diào)整參數(shù)，回到第二步，直到結(jié)果是可信，再作出結(jié)論。 在地理學(xué)中，定性和定量始終并存，具有時代特點?，F(xiàn)代地理學(xué)中，二者更加密切：定量以初步的定性為基礎(chǔ)，以高級的定性為結(jié)果。其實，初步的定性也是以一定的定量為基礎(chǔ)的（如圖 78）。 圖 78 定性與定量之關(guān)系 圖 77 MS方法的基本步驟 （ 錢學(xué)森 ， 1994) 地理學(xué)的研究對象既廣泛又龐雜，是涉及自然、社會等許多方面的復(fù)雜系統(tǒng)。用系統(tǒng)論的語言來說，地理學(xué)所研究的系統(tǒng)大部分屬于灰色系統(tǒng)，用精確的數(shù)學(xué)語言是難以表達(dá)的。所以在應(yīng)用數(shù)學(xué)方法處理地理問題時，只能抽取其主要因素、主要過程，采取簡化手段進(jìn)行數(shù)學(xué)處理。得出的結(jié)論往往是概率的、統(tǒng)計的，而不可能是完全精確的、包羅萬象的。從大科學(xué)群體事物的決定論的思想來看，不能用某一特定事例決定一個法則，也不能用某一特定事例否定一個法則。對待地理學(xué)中的數(shù)學(xué)分析也必須持這種態(tài)度，用一些極端事例否定數(shù)學(xué)模型所表現(xiàn)的一般規(guī)律的態(tài)度是不可取的，而且不是科學(xué)的思維方法。所以對待定量分析既要看到它的艱巨性，需要有一個提高過程，又要看到研究對象本身的特殊性，對這種特殊的系統(tǒng)要用相應(yīng)的數(shù)學(xué)語言形式來表達(dá)。目前在地理學(xué)界，關(guān)于“計量方法至今成果平平，尚未見很成功范例”的議論，是與對地理計量方法的認(rèn)識不夠有關(guān)，是值得深思的。 在充分認(rèn)識、估價定量方法的同時，也應(yīng)當(dāng)看到定性方法在當(dāng)前和今后的地理研究中仍然是重要的基本方法。野外考察、地理調(diào)查等傳統(tǒng)方法，就是在科學(xué)技術(shù)最發(fā)達(dá)的國家，仍然還是地理學(xué)最基本的方法。人腦本身就是一個很高明的計算機系統(tǒng)，他通過以往的經(jīng)驗和學(xué)術(shù)水平，存儲信息進(jìn)行及時、簡明的判斷分析，而人腦的各種分析是電子計算機不能代替的。計算機的程序設(shè)計，最初的地理因素的因果反饋關(guān)系的分析，乃至計算機最后結(jié)果的評價判斷，都離不開人的理性分析。計量方法解決問題的精確程度、正確程度，直接與研究者自身的學(xué)術(shù)素養(yǎng)密切相關(guān)。 三、地理研究的基本過程 地理學(xué)研究的程序與模式與一般的科學(xué)研究的程序模式?jīng)]有本質(zhì)的區(qū)別。近年來出版的一系列關(guān)于科學(xué)方法論的著作，如 《 方法論全書 》 （李志才主編，南京大學(xué)出版社）、 《 自然辯證法通論 方法論 》 （孫小禮主編，高等教育出版社）等，均從不同的角度系統(tǒng)地闡釋了科學(xué)研究的程序與模式或過程。這些論述同樣適合于地理學(xué)研究。關(guān)于如何從事科學(xué)研究、科學(xué)發(fā)現(xiàn)，不同的科學(xué)家和哲學(xué)家總結(jié)出了不同研究的程序和發(fā)現(xiàn)模式。概括起來基本上分為如下三種類型：一是傳統(tǒng)的經(jīng)驗歸納的模式；二是波普爾的猜測、反駁模式；三是庫恩的范式更替模式。 （一） 地理學(xué)研究的程序和模式（ Ⅰ ）：傳統(tǒng)的經(jīng)驗歸納模式 傳統(tǒng)的研究程序主要是指一般科研人員所遵循的一種常規(guī)程序。它通常都采用歸納方法作為科學(xué)研究的主要方法。這種程序一般都包含如下的基本環(huán)節(jié)和步驟。 確定研究課題 科學(xué)研究本質(zhì)上就是一個不斷提出問題和解決問題的過程。因此進(jìn)行任何一項具體的科學(xué)研究，首先都需要確定研究課題。這是科學(xué)研究工作的一個重要而又關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。選題的正確與否直接關(guān)系到科研工作的成效。一般來說，確定了研究課題，也就決定了 科學(xué)家的主攻方向、奮斗目標(biāo)，同時也在一定程度上決定了科研工作所應(yīng)采取的途徑和手段?？茖W(xué)家們普遍認(rèn)為，正確的提出問題就意味著科研課題的任務(wù)獲得了一半的成功。那么，究竟怎樣來選擇科學(xué)研究的課題呢？這里有幾個原則可供參考。 （ 1）需要性原則 即在選擇課題時首先要考慮它是否為社會的發(fā)展、經(jīng)濟的繁榮、國民生活所需要；其次是要考慮它是否符合科學(xué)技術(shù)本身的需要，是否符合科學(xué)發(fā)展的總體趨向。否則將得不到社會及一定的科研機構(gòu)的支持，僅靠個人力量，在當(dāng)今的大科學(xué)時代，孤立無援，是不會獲得重大成功的。 （ 2）可能性原則 即在選擇課題時要考慮是否具備完成該課題的現(xiàn)實可能性，從人力、物力、財力、社會背景和文化傳統(tǒng)等各方面全面考核，看是否具備完成該課題的必要條件。無論是個人還是國家，如果在人力、財源、知識背景等條件不具備的情況下，盲目地、主觀地選擇與自身能力相距甚遠(yuǎn)的課題，那么就必然要遭到失敗。