场 (地理):修订间差异
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在空间分析、地理信息系统和地理信息科学中,地理场(英語:geographic field),简称场(field),是一种充满空间、因地而异的属性,例如温度或密度。[1]该术语借自物理学和数学,原因是地理场与诸如电磁场或引力場的物理场(向量或纯量)有很多相似之处。其同义词有空间依赖变量(spatially dependent variable,地质统计学)、统计表面(statistical surface,专题制图)和强度量(intensive property,物理学和化學),这些学科之间的交叉也很常见。地理场最简单的形式模型是以函数形式给出空间内各点的取值(即t = f (x, y, z))。[2]
历史
地理应用领域中,场的建模和分析是在五个基本独立的运动中发展起来的,这些运动均发生在1950年代和1960年代:
- 专题地图中可视化领域的制图技术,包括等值线地图。在理论制图学中,“统计表面”(statistical surface)的概念到1960年已得到广泛接受,它使用第三个维度来表示变量中的连续定量变化。[3]统计表面作为概念和术语,一直在制图学中使用。[4]
- 始于1950年代的地理学计量革命,引领了现代空间分析学科,尤其是引力模型和势能模型等技术。尽管没有专门使用“场”一词,但他们将物理场的的数学形式引入了地理学。[5]
- 栅格GIS模型和软件的开发,始于1960 年代的加拿大地理信息系统,该系统绘制了土地覆盖类型等字段。[6]
- 英·瑪哈在1960年代首创的制图建模技术[7],后来由Dana Tomlin以数学形式表达,开发成为栅格GIS中的地图代数。[8]
- 地质统计学起源于1950年代的采矿地质学,最初是从在有限样本点中插值构建连续变化的场的方法,逐步发展起来的。 [9]相关文献更常使用区域化变量(regionalized variable)等术语,而不是“场”。[10]
尽管理念类似,但它们均没有使用“场”(field)一词,并且这些应用的基础概念模型直到1990年才随着地理信息科学兴起而得到整理。
1980年代,GIS核心技术日趋成熟,学者开始对GIS软件的基础——地理空间的基本概念进行理论化。 Donna Peuquet[11]、Helen Couclelis[12]等人开始认识到,矢量和栅格数据这两类模型之间的竞争,对应着两种不同的看待世界的方式:世界是充满了对象(objects),还是“基于位置”或“基于图像”且充满了局地属性(properties)。Michael F. Goodchild于1992年从物理学引入了“场”一词,以反映位置-属性的概念模型的形式。 [13]在1990年代,栅格和矢量之间的辩论转变成了关于“对象观点”或“场观点”谁占主导地位,是否有哪个反映了现实世界的本质,而另一个只是概念抽象的辩论。 [14]
场的性质和类型
场在地理思维和分析中很有用,因为当属性随空间变化时,由于其基础的空间结构和过程,它们倾向于在空间模式中这样做。根据沃尔多·托布勒的地理学第一定律,一个常见的模式是:“一切事物都与其他事物相关,但近处的事物比远处的事物更相关。”[15]也就是说,场(尤其是自然场)往往会渐变,邻近的位置具有更接近的值。这一概念已被表述为空间依赖或空间自相关等形式,它是地质统计学方法的基础。[16]与之相关的还有一个如今较不知名的概念,但它至少自从亚历山大·冯·洪堡以来就是地理理论的基础:空间关联(spatial association),它描述了现象如何“物以类聚”。[17]这个概念常用在地图代数的方法中。
尽管“场”的基本概念来自物理学,但地理学家已经发展出其独立的理论、数据模型和分析方法。发生这种分化的一个原因是,尽管地理场可能形式上类似于引力和电磁力的模式,但它们的基本性质可能差异悬殊,并且是由全然不同的过程形成的。地理场可以按其本体论或基本性质分类为:
- 自然场(natural field):在低于人类感知的尺度上形成的物质属性,因此在人类尺度上呈现出连续性,例如温度或土壤湿度。
- 聚合场(aggregate field):由个体聚合而成的的统计构造的属性,例如人口密度或树冠覆盖率。
- 势场(field of potential)或影响场(field of influence):用于衡量概念性的、非物质的量(因此与物理学领域最密切相关),例如任何给定位置,某个人希望使用某间杂货店的概率。
![Picture of the U.S. state of Georgia divided up and colored by geologic feature.](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/34/Geologic_Map_of_Georgia.png/220px-Geologic_Map_of_Georgia.png)
地理场也可以根据测量变量的值域类型进行分类,而值域类型决定了空间变化的模式。连续场具有连续(实数)的域,通常呈现出随空间的渐变,例如温度或土壤湿度;离散域[18]也称为覆盖类型[19]或区域类型地图,[20]具有离散(通常是定性)域,例如土地覆盖类型、土壤类别或地表地质构造,其格局通常包含了各个同质值区域,区域间具有值变化的边界(或过渡区域)。
在地理应用中,既有纯量场(对于任何位置具有单个值),也有向量場(对于任何位置,有表示不同但相关属性的多个值),但前者更常见。
地理场可以存在于时间领域和空间领域上。例如,温度随时间和空间位置而变化。事实上,時間地理學和类似的时空模型中,许多方法将个体的位置视为随时间变化的函数或场。[21]
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