理解基础研究---北京大学

1、宋长青宋长青北京，2016 年 1月14日, 1/1理解基础研究理解基础研究以地理学科为例以地理学科为例一、理解基础研究和学科一、理解基础研究和学科二、理解学科问题二、理解学科问题三、理解研究过程三、理解研究过程四、理解研究范式四、理解研究范式五、理解研究项目五、理解研究项目报告提纲报告提纲基础研究基础研究 应用研究应用研究名家名家名人名人热点热点前沿前沿知识知识学问学问一、理解基础研究和学科一、理解基础研究和学科二、理解学科问题二、理解学科问题三、理解研究过程三、理解研究过程四、理解研究范式四、理解研究范式五、理解研究项目五、理解研究项目报告提纲报告提纲研究对象：地理要素核心问题：格局、过程

2、、机制分析与表达：尺度二、理解学科问题二、理解学科问题7研究对象：地理要素自然要素人文要素二、理解学科问题二、理解学科问题8水文土壤生物气候社会经济文化历史土壤-水文生态-水文气候-水文社会-经济社会-文化社会-历史陆地表层系统单单要素要素多多要素要素全全要素要素核心问题：格局、过程、机制二、理解学科问题二、理解学科问题9格局：要素格局、系统格局格局：要素格局、系统格局过程：物理、化学、生物、人文过程过程：物理、化学、生物、人文过程机制：自然驱动、人文驱动机制：自然驱动、人文驱动分析与表达：尺度二、理解学科问题二、理解学科问题10尺尺度度大尺度大尺度中尺度中尺度小尺度小尺度尺度：尺度：空间范围

3、、时间密度、演化速度、时空分辨、复杂程度、平面表达空间范围、时间密度、演化速度、时空分辨、复杂程度、平面表达二、理解学科问题二、理解学科问题11单要素多要素全要素小尺度中尺度大尺度机制过程格局尺 度 维（描述维）要 素 维问 题 维二、理解学科问题二、理解学科问题12 单要素单要素 小尺度小尺度格格 局局 单要素单要素 中尺度中尺度格格 局局 单要素单要素 大尺度大尺度格格 局局 多要素多要素 小尺度小尺度格格 局局 多要素多要素 中尺度中尺度格格 局局 多要素多要素 大尺度大尺度格格 局局 全要素全要素 小尺度小尺度格格 局局 全要素全要素 中尺度中尺度格格 局局 全要素全要素 大尺度大尺度

4、格格 局局单要素多要素全要素小尺度中尺度大尺度机制过程格局尺 度 维（描述维）要 素 维问 题 维二、理解学科问题二、理解学科问题13问 题 维单要素多要素全要素小尺度中尺度大尺度机制过程格局尺 度 维（描述维）要 素 维二、理解学科问题二、理解学科问题14问 题 维 单要素单要素 小尺度小尺度过过 程程 单要素单要素 中尺度中尺度过过 程程 单要素单要素 大尺度大尺度过过 程程 多要素多要素 小尺度小尺度过过 程程 多要素多要素 中尺度中尺度过过 程程 多要素多要素 大尺度大尺度过过 程程 全要素全要素 小尺度小尺度过过 程程 全要素全要素 中尺度中尺度过过 程程 全要素全要素 大尺度大尺度

5、过过 程程单要素多要素全要素小尺度中尺度大尺度机制过程格局尺 度 维（描述维）要 素 维二、理解学科问题二、理解学科问题15 单要素单要素 小尺度小尺度机机 制制 单要素单要素 中尺度中尺度机机 制制 单要素单要素 大尺度大尺度机机 制制 多要素多要素 小尺度小尺度机机 制制 多要素多要素 中尺度中尺度机机 制制 多要素多要素 大尺度大尺度机机 制制 全要素全要素 小尺度小尺度机机 制制 全要素全要素 中尺度中尺度机机 制制 全要素全要素 大尺度大尺度机机 制制单要素多要素全要素小尺度中尺度大尺度机制过程格局尺 度 维（描述维）要 素 维问 题 维单要素小尺度格 局单要素大尺度格 局一、理解基

6、础研究和学科一、理解基础研究和学科二、理解学科问题二、理解学科问题三、理解研究过程三、理解研究过程四、理解研究范式四、理解研究范式五、理解研究项目五、理解研究项目报告提纲报告提纲一、科学数据是开展实验科学研究的基础地理数据的特点 数据类型！ 数据精度！ 数据丰度！ 数据功能？三、理解研究过程三、理解研究过程17三、理解研究过程三、理解研究过程18类型 精度微观系统格局微观要素格局宏观系统格局宏观要素格局三、理解研究过程三、理解研究过程19类型 丰度微观系统过程微观要素过程宏观系统格局宏观要素过程宏观要素格局三、理解研究过程三、理解研究过程20丰度 精度微观系统格局、过程与机制微观系统格局宏观系

7、统过程宏观要素格局、过程与机制类型中观格局、过程与机制中观系统格局中观要素过程中观要素格局中观系统过程大数据：是社会科学的大救星自然科学l观测、记录、分析数据l推到出各种方程l在历史的丰碑上留名l这种对数据的崇拜早已成为物理家、化学、 天文学家、地理学家、生物学家们的信念21社会科学社会科学l同样看重数据l同样追求数学分析与统计的“程序正义”l同样不断地实验与调研l同样试图建立各种模型l但很少有普遍公认的模型l社会学、心里学、管理学、教育学都如此大数据来了大数据：处理方法的思维转变从抽样到全样l工业时代学的抽样方法（系统、分层、定额等）不复有效l利用技术获得一切想统计到的信息22从绝对精确到无

8、限近似l传统搜索得到全部信息l一些宏观趋势下推导出的一些模糊、不精确的未知目标从因果到关联l“理论已死”：靠理论作决策随时决策l依赖于因果性的决策只依赖于相关性死一个，还一个死一个，还一个（图片由网上下载）知识大爆炸大数据过去人们经常感叹：进入知识大爆炸知识大爆炸社会几年前也有人感叹：进入信息海量递增信息海量递增社会现在有人感叹：进入大数据大数据时代究竟什么意思？倒退了倒退了！23知识知识信息信息数据数据知识知识信息信息数据数据知识知识信息信息数据数据大数据要求大分析Big data is nothing without big analysis分析、预测是大数据的核心通过去探求”是什么”而不

9、是”为什么”，大数据分析能够帮助我们更好的了解这个世界大数据分析是从垃圾数据中淘金24像赌石？像赌石？（图片由网上下载）地理大数时代的挑战地理学是否要从“为什么”到“是什么”？地理大数据与地理事实的关联？建立怎样的数据挖掘方法？建立怎样的随尺度转换的数据聚类方法？实现怎样原地理学目标？25一、科学数据是开展实验科学研究的基础二、科学研究的本质是方法论的探索。三、科学研究的提升是科学理论的认知。理解科学研究的本质理解科学研究的本质26一、理解基础研究和学科一、理解基础研究和学科二、理解学科问题二、理解学科问题三、理解研究过程三、理解研究过程四、理解研究范式四、理解研究范式五、理解研究项目五、理解

10、研究项目报告提纲报告提纲1 1、研究范式根概念的理解、研究范式根概念的理解 定议：开展科学研究、建立科学体系、运用科学思想的坐标、参照系与基本方式，科学体系的基本模式、基本结构与基本功能。 它指的是一个共同体成员所共享的信仰、价值、技术等等的集合。指常规科学所赖以运作的理论基础和实践规范，是从事某一科学的研究者群体所共同遵从的世界观和行为方式。 范式是一种对本体论、认识论和方法论的基本承诺，是科学家集团所共同接受的一组假说、理论、准则和方法的总和，这些东西在心理上形成科学家的共同信念。2 2、地理学研究范式的划分、地理学研究范式的划分经验科学经验科学实证科学实证科学系统科学系统科学大数据科学大

11、数据科学目的目的定义区划指标，刻画定义区划指标，刻画区域类型和区域差异区域类型和区域差异刻画格局与过程的联系，刻画格局与过程的联系，探求其动力学解释探求其动力学解释刻画地理类型区和地刻画地理类型区和地域综合体多要素谐同域综合体多要素谐同演化规律演化规律刻画地理事件与地刻画地理事件与地理要素的时空联系，理要素的时空联系，揭示其发生本质揭示其发生本质假设假设地理空间不重复。具地理空间不重复。具有绝对的差异和相对有绝对的差异和相对的近似性的近似性地理要素演化基本遵守地理要素演化基本遵守物质和能量守恒定律。物质和能量守恒定律。共存同一系统中地理共存同一系统中地理要素相互依存，协同要素相互依存，协同演化

12、演化地理事件与遥相关地理事件与遥相关地理要素具有内在地理要素具有内在联系联系方法方法调查，测量，制图。调查，测量，制图。实验、统计和模型模拟实验、统计和模型模拟方法方法统计，模型模拟，集统计，模型模拟，集成方法成方法信息科学、计算科信息科学、计算科学，地理科学方法学，地理科学方法数据需求数据需求简单简单精确精确种类丰富种类丰富数据量大数据量大分析原理分析原理区域时、空差异分析区域时、空差异分析中观，宏观尺度区域差中观，宏观尺度区域差异分析异分析多尺度地理类型和地多尺度地理类型和地域综合体变化分析域综合体变化分析多尺度地理事件与多尺度地理事件与地理要素内在的因地理要素内在的因果关系分析果关系分析

13、取得成果取得成果建立地带性规律，地建立地带性规律，地理区划理区划在一定程度上理解了地在一定程度上理解了地理要素演化的动力过程。理要素演化的动力过程。地理类型和地域综合地理类型和地域综合体变化机制与调控。体变化机制与调控。对地理事件发生的对地理事件发生的监测和预测监测和预测存在缺陷存在缺陷小尺度缺陷小尺度缺陷理想假设多理想假设多方法不成熟方法不成熟本体特征模糊本体特征模糊人才知识结构人才知识结构地理学地理学地理地理+ +物理物理地理地理+ +物理物理+ +系统系统地理地理+ +计算机计算机+ +计算科学计算科学划分划分特征特征案例1、北京大学陶澍院士执行项目情况149271063河水腐殖酸起源研

14、究面上项目1993-01-017结题249471064树脂-半透膜囊模拟水环境中有效态微量金属的生物吸收面上项目1995-01-019结题349525102环境背景值与环境容量国家杰出青年科学基金1996-01-0160结题440031010典型微量有机污染物的区域环境过程重点项目2001-01-01130结题540332015环渤海西部地区多环芳烃的区域环境过程重点项目2004-01-01160结题640571140作物叶面对多环芳烃的吸收面上项目2006-01-0147结题740710019001东亚大陆多环芳烃排放、输出与长距离输送潜力国际(地区)合作与交流项目2008-01-01100

15、结题840730737中国北方多环芳烃的空间格局和区域环境过程的经向变异重点项目2008-01-01180结题940771179天然有机物影响持久性有机污染物在土壤中聚积的机理面上项目2008-01-0148结题1041130754中国大气与表土多环芳烃污染的空间格局、成因与健康影响重点项目2012-01-01340在研1141390240中国东部地区典型半挥发持久性有机污染物的来源、归趋、人群暴露及健康风险重大项目2014-01-012000在研案例2、中科院生态中心傅伯杰院士项目情况149171006黄土高原小流域景观生态评价、设计和规划研究D010106 面上项目1992-01-015.

16、5结题249571003景观空间格局对土壤侵蚀和元素迁移的影响研究D010106 面上项目1996-01-0112结题349725101 综合自然地理学D010106国家杰出青年科学基金1998-01-0160结题449831020环渤海地区土地利用变化与土地持续利用模式D010106 重点项目1999-01-01120结题590102018黄土丘陵沟壑区景观格局演变与水土流失机理D010106 重大研究计划2002-01-01100结题640321101 土地利用与生态过程D010106创新研究群体科学基金2004-01-01360结题740571005 区域生态系统恢复格局设计及其评价D0

17、10106 面上项目2006-01-0150结题840930528流域景观格局与水土流失的尺度特征与耦合方法D0103重点项目2010-01-01190结题940971065黄土高原退耕还林还草多尺度土壤固碳效应研究D010106 面上项目2010-01-0158结题1041230745生态系统服务的权衡与集成- - 以延河流域为例D0103重点项目2013-01-01310在研1141390460黄土高原生态系统与水文相互作用机理研究D010106 重大项目2014-01-012000在研案例3、兰州大学陈发虎院士项目情况149101015中国西部第四纪晚期突发事件（侧重气候）的研究兰州大学

18、D0104青年科学基金项目1992-01-014.5结题249571065甘肃河西走廊全新世全球变化记录研究兰州大学D0104面上项目1996-01-0110结题349871072甘青新石器文化演进与全新世环境变化关系的研究兰州大学D0104面上项目1999-01-0116结题440125001综合自然地理学兰州大学D010106国家杰出青年科学基金2002-01-0180结题540271116西北干旱区湖泊孢粉记录与全新世环境变化研究兰州大学D0104面上项目2003-01-0129结题640421101青藏高原和中东亚干旱区环境变化与地表过程研究兰州大学D0104创新研究群体项目2005-01-01360结题790502008中国西部干旱半干旱区全新世气候变化的集成研究兰州大学D0104重大研究计划2006-01-01100结题840971056近千年来我国中纬度地区东西向湿度时空变化的湖泊记录研究兰州大学D010106面上项目2010-01-0160结题941130102中国西北干旱区末次冰期/间冰期气候环境变化的模式和机制兰州大学D0104重点项目2012-01-01310在研1041372180季风边缘区阿拉善高原湖泊/湿地记录的全新世夏季风变化框架和干旱事件研究兰州大学D02