徐建華-地理建模的幾個問題

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1、地理境建模的幾個問題徐建華（華東師范大學(xué)地理系）jhxu@geo.ecnu.edu.cn地理建模的思維導(dǎo)向需要深化研究的：多尺度地理建模問題地理復(fù)雜性與非線性問題1.1地理模型的作用認(rèn)識地理現(xiàn)象的本質(zhì)；揭示地理要素之間的相互關(guān)系；揭示地理系統(tǒng)演化的規(guī)律；模擬、預(yù)測未來。1.2威爾遜（AGWilson）的觀點（1）建模的目的？解決什么理論與實際問題？（2）地理系統(tǒng)的構(gòu)成要素是什么？（3）變量及其形式？哪些變量的變化將使系統(tǒng)的行為發(fā)生改變？（4）在模型中如何處理時間的概念？是無記憶系統(tǒng)還是記憶系統(tǒng)？建立靜態(tài)模型還是建立動

2、態(tài)模型？（5）采用什么觀點？建模的基本假設(shè)是什么？（6）建?？捎玫臄?shù)據(jù)有哪些？這些數(shù)據(jù)的可靠性如何？（7）采用什么建模技術(shù)？有現(xiàn)成的技術(shù)？需要創(chuàng)新？（8）所建模型的精確度和有效性如何？用什么方法檢驗？1.3建模的思維導(dǎo)向“問題導(dǎo)向”“范式導(dǎo)向”“方法導(dǎo)向”地理問題認(rèn)識問題研究新方法解決問題現(xiàn)成的方法有有現(xiàn)成的方法？無地理問題先入為主的某種范式改進(jìn)范式解決問題適應(yīng)范式無法直接套用修改問題適應(yīng)問題地理問題某種方法改進(jìn)方法，適應(yīng)問題解決問題套用不成功簡化問題，適應(yīng)方法2.需要深化研究的：多尺度地理建模問題尺度——地理建模首

3、先必須面對、必須解決的問題。地理學(xué)中的尺度，最具復(fù)雜性和多樣性。多種空間尺度的地理問題全球尺度的問題地帶性和非地帶性規(guī)律全球變化問題厄爾尼諾現(xiàn)象生物多樣性變化區(qū)域尺度的問題洲際、地區(qū)尺度的問題國家尺度的問題各種尺度的區(qū)域問題多種時間尺度的地理問題以地質(zhì)（或地層）年代為時間尺度的古環(huán)境問題研究古生物問題研究………….現(xiàn)代環(huán)境和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展問題千年、百年的時間尺度10年、1年的時間尺度季度、月、天、小時的尺度…………地理尺度-結(jié)構(gòu)問題（魯學(xué)軍等，《地理科學(xué)進(jìn)展》，2004，第2期）2.1傳統(tǒng)地理學(xué)的尺度表達(dá)地圖（比例尺）

4、；遙感影像（分辨率）；景觀格局；區(qū)域范圍;.................2.2地理建模：從兩個方面表達(dá)尺度概念粒度(Grain):研究對象的最小可辯識單元空間粒度——數(shù)據(jù)采集與處理的最小單元時間粒度——仿真模擬的時間步長幅度(Extent):研究對象的持續(xù)范圍空間幅度——研究對象持續(xù)空間范圍時間幅度——研究對象持續(xù)的時間范圍2.3地理時空尺度的復(fù)雜性海岸線測度問題：——英國海岸線究竟有多長？與測量的尺度有關(guān)！對氣候變化的認(rèn)識問題：——全球性的抑或區(qū)域性的問題？——干旱愈久，愈可能出現(xiàn)持續(xù)的干旱？與研究尺度有關(guān)！2

5、.4尚待研究的多尺度地理建模目前仍處探索階段，亟待深入研究：發(fā)現(xiàn)多尺度特征的地理問題；發(fā)展尺度-結(jié)構(gòu)分析模式；探索空間尺度轉(zhuǎn)換方法；解決空間尺度轉(zhuǎn)換中統(tǒng)計單元的變更問題；時間尺度與系統(tǒng)演化的關(guān)系問題。............3.1地理復(fù)雜性問題2010年上半年西南地區(qū)大面積持續(xù)干旱；2008年初南方雪災(zāi)冰凍，2007年太湖藍(lán)藻爆發(fā)，2010年北方雪災(zāi)，近海海域赤潮爆發(fā)，長三角、朱三角地區(qū)的民工荒,二線、三線城市房價猛漲，......全球升溫？西北干旱區(qū)氣候轉(zhuǎn)型？........蝴蝶效應(yīng)的起源：1961年，為了預(yù)報天氣

6、，洛侖茲（E·Lorenz）用計算機(jī)求解仿真一個非線性天氣系統(tǒng)。為了考察一個很長的序列，他不是讓計算從頭開始，而是從中途運(yùn)行:把上次的輸出作為計算的初值輸入，一小時后，發(fā)生奇跡：天氣變化迅速偏離上一次的模式，相似性完全消失了。“對初始值的極端不穩(wěn)定性”，即：“混沌”，又稱“蝴蝶效應(yīng)”一只蝴蝶在巴西扇動翅膀，有可能會在德克薩斯引起一場龍卷風(fēng)。從此以后，“蝴蝶效應(yīng)（ButterflyEffect）”之說不脛而走。“蝴蝶效應(yīng)”發(fā)人深省，在于其深刻的科學(xué)內(nèi)涵和內(nèi)在的哲學(xué)魅力。從科學(xué)的角度來看，“蝴蝶效應(yīng)”反映了復(fù)雜系統(tǒng)的一個

7、重要特征：系統(tǒng)行為對初始條件的敏感性。例：Logistic方程的迭代過程:對初值變化的響應(yīng)對離散形式的Logistic方程:xn+1=μxn(1-xn)進(jìn)行迭代運(yùn)算，如果取μ=2.5,xo=0.5時x1=0.625x2=0.5859375………x28=0.599999998x29=0.6x30=0.6………吸引子，.....可以看出，當(dāng)n的值大于29時，x的值不再改變，即使改變x0的值，只要取μ=2.5,迭代方程最終會收斂到0.6，不同的只是達(dá)到收斂值的迭代路徑。即：不論初值為什么，迭代方程最終都會被吸引到一個固定值

8、，這個固定值被稱為吸引子。再取μ=3.3，x0=0.5，可得：……………..x32=0.479427020x33=0.823603283x34=0.479427020x35=0.823603283…………….倍周期，....,混沌!可見，當(dāng)μ取3.3時，有兩個吸引子，這種收斂軌跡被稱為周期2軌跡。3<μ<4時,系統(tǒng)的動力學(xué)行為十分復(fù)雜，系統(tǒng)由倍