进入“人类世” 以来，高强度人类活动已成为改变地球环境和人地耦合关系的主导力量[1-2]，特别是全球气候变化和经济全球化的“双重驱动”，正在重塑全球人地关系及其地域格局，形成了人类经济活动与地表环境交互作用、耦合渗透的地表圈层——“人地圈”[3]。“人类世”“人地圈”构成了地球表层人地系统问题审视、演进规律探究和综合治理实践的新型时空坐标，也为跨区域、多尺度、流空间格局下的人地系统认知范式重构、关键技术体系重建指明了新方向、提出了新要求。地理学作为研究地球表层人地关系及其时空变化规律的交叉学科，正在经历前所未有的人类应对系统性风险挑战，也在迎接引领时代科技赋能创造性发展机遇。近年来，在现代信息技术、地理探测与模拟技术支撑，以及系列国家重大项目(计划)的积极推动下，地理学理论研究与技术方法得到了快速发展，地理科学研究主题从“多元”趋向“系统”，研究方式从知识描述、格局与过程耦合向复杂人地系统模拟预测与优化调控转变[4]，研究范式也从过去的知识描述，到地理要素和地域综合体时空演变规律的探索发现，发展到区域可持续发展的治理工程与管理调控路径[5]。 随着现代人地关系演进及其多要素交互作用日益增强，地理学的研究重点更加聚焦人地耦合系统，致力于科学揭示复杂人地系统结构特征、功能机制及其调控策略[6-7]。特别是大数据[8]、遥感技术[9]和智能算法[10]等先进技术手段的广泛应用，极大地提高了科学研究的深度和精度。面对经济全球化和世界人口持续增长，全球人地矛盾及人地交互作用不断强化和复杂化，以人口流、资金流、技术流、物质流、信息流等为主导的流空间格局、过程及其耦合系统研究日益迫切。全球气候变化带来了极端降水、高温干旱和旱涝急转等重大极端天气与气候事件频发，严重冲击着人类经济社会发展和资源、生态、环境、农业和社区安全[11]。特别是气候变化的直接影响正在加快加重，有可能破坏推进全球可持续发展议程的行动及其落实首项目标“消除贫困”的不懈努力，全球性气候政策也可能通过提高能源和粮食价格给全球贫困人口带来财政负担[12]，进一步加剧区域性人地矛盾问题与人地协调难题。 现代人地系统综合研究亟需加快构建多尺度、跨区域、贯通式研究体系[3]。人地系统科学作为人地系统耦合与可持续发展研究的理论基础，能够通过多维视角、综合理念和系统思维为可持续发展决策提供科学支撑[13]，其在国家经济、社会和生态文明建设中的重要性日益凸显[14]。面对复杂人地系统，迎接新技术革命和服务国家重大战略，现代地理科学亟需革新原有科研范式，推进创新科学理论、系统方法和学科体系，尤其是创新发展人地系统科学与工程具有特殊重要的科学价值和现实意义。在此背景下，笔者提出土地资源工程理论框架，呼吁发展中国土地工程[15]，深入开展地理工程研究，以更好地利用资源和发展生产力[16]。强调现代地理工程是现代地理学与工程学的新型交叉学科，是关于运用地理学理论与方法探究区域性工程技术难题和解决特定人地系统问题的学问。创新发展现代地理学，亟需立足现代人地系统、补齐工程技术短板，推进地理工程化理论探索与应用[17]。2024年河南大学率先成立地理科学与工程学部，确立了交叉型、综合性、工程化的学科建设新思路。在此，笔者系统提出地理科学(Science)-地理技术(Technology)-地理工程(Engineer)-地理实践(Practice)四维融通模式(Geo-STEP)。该模式有利于充分发挥时空大数据、人工智能和地理大模型的综合优势，探索创建以地理科学理论为根基、技术突破为引擎、工程应用为载体、实践转化为路径的学科发展新格局。本文侧重剖析Geo-STEP模式科学内涵、基础理论及其交互机制，以及面向国际科学前沿和国家战略需求的创新应用场景，探索完整的地理科学理论突破-技术迭代-工程落地-实践应用的创新链条，为“人类世”“人地圈”时空格局下地理科学创新与发展提供范式参考。 1 Geo-STEP模式理论架构 1.1 Geo-STEP科学内涵与四维结构 Geo-STEP模式是一套系统化、综合性、贯通式的现代地理学方法论体系(图1)。STEP是指科学(S)-技术(T)-工程(E)-实践(P)四维融通的学科发展通式，Geo-STEP模式是STEP通式在地理学科领域的深度融合与创新实践，它以人地系统耦合与可持续发展为核心目标，以人地系统探测与工程化治理为中心任务，聚焦多维度关联、多体系耦合、多场景协同，通过地理科学、地理技术、地理工程、地理实践的四维融通创新和协调运行，构建面向人地系统耦合与治理现代化的地理科学研究新范式[18]。Geo-STEP模式源于笔者近20a主持开展黄淮海平原农区空心村综合整治、毛乌素沙地复配成土造田、黄土高原治沟造地、太行山区坡地整治等项目研究及工程实践，其核心是坚持问题导向与应用方向，打破传统地理学的学科壁垒，推进从地理科学理论、关键技术到工程治理、实践应用的全链条创新。
图1 Geo-STEP四维结构模型 Fig.1 Four-dimensional structural model of Geo-STEP 1)地理科学(S)，是Geo-STEP模式的理论根基，它不仅涵盖自然地理学、人文地理学与信息地理学的科学理论，更强调这些理论的交叉融合与创新发展。在“人类世”“人地圈”时空格局下，地理科学更加聚焦人地耦合系统结构、功能及其演化规律，致力于揭示人类活动与地理环境之间的复杂互动关系、交互作用机理、地域分异与系统耦合过程，其核心是推进构建现代人地系统科学及其理论体系，探明人地系统的复杂行为规律、多维度地理空间格局及其动态演进特征，为解析区域地理问题和解决人地失衡难题提供科学基础。 2)地理技术(T)，是Geo-STEP模式的创新引擎，主要包括对地观测技术、时空大数据、人工智能与地理大模型等前沿技术。进入智能化新时代，地理信息技术已从传统的地理信息系统发展到云平台、智能感知与决策支持系统，通过构建自然-人文-生态交叉融合模型、多模态大语言模型等，系统耦合多圈层交互过程和优化地域格局，极大提升了现代地理学协同观测、动态监测、情景预测和格局模拟、决策应用的综合能力，以及优化设计、风险评估等技术方法，为深入推进复杂人地系统研究和工程化治理实践提供了先进技术与方法支持。
