中图分类号：N941.4;K90文献标识码：A 地理系统是开放的复杂巨系统，复杂性特征明显，以地理系统和人地关系为探究对象的地理科学是一门实践的学问。改革开放20年以来，我国国民经济建设空前活跃，在工农业生产布局、国土资源规划和整治、城市规划、旅游规划、高新技术产业等国民经济建设实践以及计量方法、GIS技术、遥感等技术方法的推动下，我国地理研究空前繁荣，在理论和方法两方面都取得了很大进步。随着学科的深入，人们不满足于对空间差异的描绘和解释，开始探讨地理系统发展变化的深层次的规律问题。于是，地理系统复杂性开始走上地理研究的舞台。 1 地理系统复杂性研究的科学背景和意义 1.1 科学研究从探索简单性到探索复杂性 科学史表明，近代科学发展的主旋律是沿着古代科学家毕达哥拉斯、阿基米德等人开创的方向前进的，即探索自然现象所蕴涵的简单性、和谐性和规律性，并且把它用直观的数学形式或语言形式表达出来（王鸿生，1996）[1]。地理学的发展也不例外。然而，世界的本质是怎样的？简单性，还是复杂性，或者还是二者兼而有之？这是一个发人深思的话题。 在简单性原则和还原论的指引下，科学的发展取得了辉煌的成就，但这种科学研究从一开始就遇到了困难：它不能解释自组织和整体功能涌现现象，人们不得不逐渐认识复杂性是世界的本质属性[2]。复杂性是客观的，不是简单性的线性组合和现象，特别不仅仅是简单性的表现结果。随着科学的发展和技术的进步，20世纪自然科学不再像以往一样偏重于在复杂性中探索简单性而忽略了在简单性中探索复杂性，科学研究开始重视复杂性问题的探讨。系统论、控制论和信息论以及耗散结构理论、协同学、超循环论、突变论、分形几何和混沌学等新科学理论也相继诞生[1-3]，为解决复杂性问题提供了新的方法和思路，促进了全新的自然观和方法论的发展，进而引发了研究复杂性和复杂系统的复杂科学，在科技界、产业界、金融界、政府和社会公众都引发了广泛的兴趣和关注[4-6]。尽管在复杂性的概念和研究领域尚存在较大分歧，但已经被有些科学家誉为是“21世纪的科学”，是现代科学的前沿之一[7]。 1.2 复杂性研究的主要领域和主要方法 目前，复杂系统研究主要集中在人脑系统、生命系统、生态系统、社会系统、经济系统、互联网系统等方面。钱学森指出“复杂性是开放的复杂巨系统的动力学特征”。从认识论层面上看，复杂性研究改变了人们认识问题的视角，使人们更加注重从整体论出发，以整体和还原相结合的视角来研究认识事物。SFI研究所侧重于复杂自适应系统理论研究、MIT学者提出系统动力学研究、中国学者钱学森则提出开放的复杂巨系统的概念等等，从不同侧面对复杂性进行研究（戴汝为，成思危，2000）[8-9]；从方法论层面看，借助计算机等现代工具发展了一套解决复杂系统问题的方法，如神经网络、元胞自动机、多智能体、遗传算法、综合集成研讨厅体系等，成为问题探索的有力工具。 1.3 地理系统复杂性研究的意义 由人类社会和地理环境共同组成的地理系统是一个复杂巨系统。著名自然科学家耗散结构理论的创始人比利时科学家Prigogine I(1987)首先认识到城市的形成是一种社会的自组织的宏观有序现象[10]，我国科学家钱学森先生也认识到地理系统是“开放复杂巨系统”[11]。正是由于地理系统过于复杂，地理学的理论研究一直落后于地理学的实践，被认为是追随型的学科[12]。地理系统的复杂性特征决定了其研究必须采取复杂性方法。空间系统复杂性研究成为地理学面临的迫切任务[13]，它几乎涉及到地理研究的各个分支领域。地理空间复杂性是复杂科学的重要内容，其研究成果也将会丰富和完善，具有跨学科综合集成特征的复杂性科学研究的内容和方法。 2 近期地理系统复杂性研究的主要内容 周成虎等(1999)[13]对地理系统复杂性进行过系统的总结，把地理系统的复杂性概括为5个方面：1)地理系统的综合性、层次性和高维性；2)地理系统的多尺度性与自相似性；3)地理系统的开放性与非平衡性；4)地理系统的非线性与突变性；5)地理系统的有序性和自组织性。并且断言“基于现代系统科学的思想，在复杂性科学的理论框架下，应用非线性理论和方法来描述、分析、模拟和预测空间系统的复杂动态行为，并构筑新一代的高级分析模型将是本世纪地理研究的第三次革命”。其实，地理系统复杂性研究主要是围绕地理系统本身的复杂性性质以及对地理系统复杂性的刻画进行研究两个方面而展开，它们水乳交融，互为依托。 2.1 地理系统及其解释 系统是人观察问题的一种思路，一种方法。洪堡堪称是一位系统自然地理研究的先驱，在他的著作《宇宙》中指出所有的自然科学的重要目标是“在研究复杂性中认识统一性”，在描述国家和地方时，他强调系统研究[14]。把系统方法引入地理学还要归工于哈特向、乔莱、哈维等地理学家[13]。然而，当深入探讨地理空间行为和空间演化规律时却发现地理系统具有非线性、多层次、多尺度、突变性、随机性、自组织、自相似等复杂系统的特点时，地理学家就需要用复杂理论和方法进行研究。 系统理论具有极强的解释能力，它已经成为自然科学、社会科学和思维科学的重要工具。系统是由不同要素组成的具有一定结构和功能的整体。系统有整体性、层次性、结构性和功能性等特点。从系统论的角度看，地理系统可以划分为以自然力为主导的自然地理系统和以认识因素为主导的人文地理系统。两个子系统相互作用、相互影响共同构成高层次的地理系统，同时又可以划分出更低一级的若干子系统。围绕不同层次系统，发展出各自主题的学科。地理科学的核心是研究人地关系及其空间状态，研究对象是有人类以来的人与地球的表层系统，简称地理系统或人地系统。地理系统应该包括大气、水、岩石、土壤、生物等自然要素以及人类社会要素，各组成要素之间相互影响、相互制约，形成不可分割的整体，并且随着科学技术的进步，人类作用的空间范围将会扩大，地理系统的范围必将随之发展变化。人是指人群，人类聚居和人类社会（包括农村和城市）；地是地理环境，即地球的表层人类赖以生存的环境。地理系统包括人类社会系统与地球表层的地理系统两个子系统，是一个“开放的复杂巨系统”[11]，在时空上处于动态演化过程之中，要求网络思维和多学科综合研究，用系统理论来研究地球表层，它涉及人类活动和自然资源、生态环境的相互关系，还要把人地关系上升到地理系统和它的时空分异层次进行考察[15]。之所以把地理系统看成是复杂的巨系统，而不是看成简单系统，不仅在于组成地理系统子系统数目的众多，还在于组成这一系统的子系统之间存在着复杂的层次结构、功能结构关系以及促进系统发展变化的非线性因素。
