陳 躍 紅，張 若 婧，張 曉 祥，任 立 良

(河海大學(xué)水文水資源學(xué)院，江蘇 南京 210098)

0 引言

區(qū)劃研究根據(jù)某種地表現(xiàn)象的區(qū)域內(nèi)相似性與區(qū)域間差異性，通過研究區(qū)域單元的形成發(fā)展、分異組合、劃分合并和相互關(guān)系揭示地表現(xiàn)象的地域分異規(guī)律，一直是地理學(xué)的核心內(nèi)容和重要基礎(chǔ)工作[1]。地理區(qū)劃大致分為自然區(qū)劃、經(jīng)濟區(qū)劃、功能區(qū)劃、行政區(qū)劃四大類[2]，本文主要關(guān)注地理區(qū)劃中的自然區(qū)劃，是針對自然要素分異規(guī)律的區(qū)域劃分。自然地理環(huán)境及其組成要素之間相互聯(lián)系、相互制約構(gòu)成一個有機整體，由于地理位置、地形地貌、大氣環(huán)流等要素的共同作用，形成了溫度水分大致相同、氣候模式基本相似、土壤植被等具有共性的自然區(qū)域[3]。根據(jù)自然環(huán)境特征，將地表劃分為不同的空間單元，使空間單元內(nèi)部具有相對一致性、空間單元之間存在明顯差異性，以反映地表自然環(huán)境空間分異格局規(guī)律的區(qū)域劃分即為自然區(qū)劃[4]。自然區(qū)劃是支撐自然資源有序開發(fā)利用和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)，在國土規(guī)劃、資源開發(fā)、產(chǎn)業(yè)布局、生態(tài)文明建設(shè)等領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。

國內(nèi)外學(xué)者基于對自然環(huán)境特征的認識形成了眾多區(qū)劃成果，類別繁多的自然區(qū)劃在不同時期、不同領(lǐng)域具有不同的應(yīng)用價值[5]。中國地域遼闊、自然環(huán)境復(fù)雜多樣，我國學(xué)者在了解自然要素發(fā)生發(fā)展客觀規(guī)律的基礎(chǔ)上，開展了諸多自然區(qū)劃研究，為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展、資源合理分配與生態(tài)文明建設(shè)等提供了科學(xué)指導(dǎo)與參考[5-7]。快速發(fā)展的3S技術(shù)提供了愈加豐富的地理空間數(shù)據(jù)和分析方法，為進一步完善我國各項區(qū)劃方案提供了良好數(shù)據(jù)與方法支撐。因此，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，全面梳理我國自然區(qū)劃相關(guān)研究，通過回顧國內(nèi)外自然區(qū)劃的發(fā)展歷史，總結(jié)我國自然區(qū)劃研究的目標(biāo)、類別、思路和原則等重要內(nèi)容，重點歸納相關(guān)技術(shù)方法，更全面關(guān)注生態(tài)、氣候、水文等區(qū)劃中具有代表性的自然區(qū)劃方案，并結(jié)合國家需求和地理信息科學(xué)技術(shù)發(fā)展分析當(dāng)前自然區(qū)劃研究的特征和潛在發(fā)展趨勢，以期為新時期構(gòu)建更嚴密、完整的區(qū)劃研究體系提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 自然區(qū)劃研究的歷史沿革和理論框架

1.1 區(qū)劃研究的歷史沿革

近代自然地理學(xué)奠基人洪堡(Alexander von Humboldt)揭示了自然要素的“區(qū)域性”規(guī)律(如氣候帶的分布與成因、植被分布的地帶性及其與氣候的依存關(guān)系等)，為自然區(qū)劃提供了理論依據(jù)。李?；舴?Richthofen)在此基礎(chǔ)上強調(diào)區(qū)域內(nèi)各種現(xiàn)象之間的相互關(guān)系，赫特納(Hettner)認為地理學(xué)的基本思想在于區(qū)域差異，并提出“區(qū)域地理樣板”的理論范式[8]。而現(xiàn)代區(qū)劃通常認為始于19世紀霍邁爾(Hommeyer)提出的大區(qū)域(land)、區(qū)域(landschaft)、地區(qū)(gegend)、小區(qū)(ort)四級體系[9]。1899年土壤地理學(xué)奠基人道庫恰耶夫探究自然地理地帶性規(guī)律，提出自然綜合體的概念；20世紀初“區(qū)域地理”在歐洲和美國開始萌芽,1905年英國赫伯特森(Herbertson)[10]首次提出全球自然區(qū)，依據(jù)地形、氣候和植被等要素將世界劃分成六大自然區(qū)域和12個副區(qū)，對區(qū)域地理學(xué)和景觀學(xué)產(chǎn)生了深遠影響；1908年法國地理學(xué)家加盧瓦(Lucien Gallois)在著作《Regions naturelles et noms de pays》[11]中對“自然區(qū)域”概念進行系統(tǒng)研究，他高度重視空間差異性，認為需要進行自然地理劃分以辨析人類與物理世界之間的相互作用；1925年蘇聯(lián)自然地理學(xué)家貝爾格(ЛевСемёнвичБерг)以月平均氣溫為指標(biāo)，根據(jù)氣候和自然景觀的關(guān)系，將全球低地氣候劃分為11種氣候帶(型)；1928年農(nóng)業(yè)氣象學(xué)家謝良尼諾夫(Selyaninov)[12]研究作物分類和農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃方法，制定了一系列農(nóng)業(yè)氣候指標(biāo)；1936-1949年阿利索夫(Alisof)根據(jù)盛行氣團和氣候鋒位置及其季風(fēng)變化，將全球氣候劃分為13個氣候帶；1959-1978年斯特拉勒父子(Arthur Strahler、Alan Strahler)以氣團的源地、分布和氣候鋒的位置及其季節(jié)變化為基礎(chǔ)，并參考氣溫和降水指標(biāo)，將全球氣候劃分為3個帶、13個型和27個亞型；1989年美國學(xué)者貝利(Bailey)認為區(qū)劃是按照空間關(guān)系組合自然單元，并將地圖、尺度、單元和界線等概念引入生態(tài)系統(tǒng)區(qū)劃，提出了生態(tài)自然地域劃分；近年來西方的自然綜合區(qū)劃[13]側(cè)重于生態(tài)領(lǐng)域的綜合區(qū)劃，如奧爾森(Olson)的美國生態(tài)自然地域劃分。

我國學(xué)者于20世紀初開始對自然要素的分異規(guī)律展開研究，以羅開富[14]、黃秉維[15]、任美鍔[16]、趙松喬[17]等學(xué)者為代表，取得了一系列具有代表性的全國自然區(qū)劃研究成果，在我國資源開發(fā)與發(fā)展規(guī)劃過程中發(fā)揮了重要作用。早期一些宏觀綜合自然區(qū)劃多根據(jù)自然地帶性和區(qū)域分異規(guī)律劃分，受客觀條件和基礎(chǔ)資料限制[5]，一定程度上依賴專家經(jīng)驗。新中國成立初期，為滿足日益增長的國民經(jīng)濟建設(shè)和社會生產(chǎn)需求，在全國范圍內(nèi)開展了大量區(qū)劃工作[7]。20世紀80年代我國進行的區(qū)劃工作主要針對特定的自然要素，部門區(qū)劃成果豐富。與綜合區(qū)劃相比，部門區(qū)劃能反映單個自然要素的空間分異規(guī)律，指導(dǎo)相關(guān)政府部門和行業(yè)進行自然資源的科學(xué)管理與合理開發(fā)。該時期區(qū)劃研究結(jié)合了自然地理學(xué)的基本理論，區(qū)劃方案與體系結(jié)構(gòu)不斷完善，發(fā)展的區(qū)劃方法多采用分級分區(qū)方法，即依據(jù)一定的地理要素評價指標(biāo)進行等級和區(qū)域劃分，實現(xiàn)區(qū)劃研究從定性為主到定量為主的轉(zhuǎn)變。分級分區(qū)的關(guān)鍵在于確定指標(biāo)體系，主要分為單項指標(biāo)或綜合指標(biāo)構(gòu)建，指標(biāo)體系中閾值的合理性、等級的科學(xué)性尤為重要。20世紀90年代以來，我國更加重視環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展，區(qū)劃研究在生態(tài)環(huán)境領(lǐng)域取得快速發(fā)展，形成了大批卓越的區(qū)劃研究成果[18]。

1.2 自然區(qū)劃的理論框架

自然區(qū)劃的理論體系(圖1)涵蓋區(qū)劃研究的方方面面。首先，需確定區(qū)劃目標(biāo)與所屬類別，結(jié)合自然要素的特點與實際情況，歸納自然要素的空間分異規(guī)律；其次，在區(qū)劃原則的指導(dǎo)下，構(gòu)建科學(xué)的指標(biāo)體系，按照合理的區(qū)劃思路，應(yīng)用先進的技術(shù)方法劃分區(qū)域范圍；最后，對各區(qū)劃單元進行命名并揭示其自然環(huán)境的區(qū)域特征，形成最終區(qū)劃方案并為國土規(guī)劃、統(tǒng)籌管理及政策制定提供指導(dǎo)[19]。

圖1 自然區(qū)劃研究理論框架Fig.1 Theoretical framework of natural regionalization

(1)區(qū)劃目標(biāo)。區(qū)劃的最終目標(biāo)是構(gòu)建一個具有等級層次的完整體系，在各層級內(nèi)劃分成區(qū)域內(nèi)相似、區(qū)域間相異的空間單元。不同區(qū)劃的具體目的不同，但總體可以概括為：揭示區(qū)域分異規(guī)律、構(gòu)建等級體系、探究自然要素分布格局。

(2)區(qū)劃類別。根據(jù)不同的區(qū)劃單元體系，可分為區(qū)域區(qū)劃和類型區(qū)劃[2]。按照鄭度[2]的定義，區(qū)域區(qū)劃反映的是自然過程中相互依存的區(qū)域個體[20]和區(qū)域綜合體特征，類型區(qū)劃對象則是具有共同類型結(jié)構(gòu)特征的區(qū)域[2]。另一種較好理解、更常用的區(qū)劃方式是根據(jù)區(qū)劃主導(dǎo)因素，分為綜合區(qū)劃和部門區(qū)劃。綜合區(qū)劃是根據(jù)多種自然要素的綜合特征進行區(qū)域劃分，研究對象是自然綜合體，需建立在充分了解自然環(huán)境的復(fù)雜結(jié)構(gòu)與地域分異規(guī)律的基礎(chǔ)上，將地域單元作為整體以發(fā)現(xiàn)自然綜合體的空間結(jié)構(gòu)、格局特征，增進對自然資源、人地關(guān)系的認識，以最大限度滿足自然資源開發(fā)、利用、治理等實際應(yīng)用[21]。而部門區(qū)劃主要針對自然環(huán)境中某單項要素，著重考慮該要素本身的分異情況，如氣候區(qū)劃、地貌區(qū)劃、水文區(qū)劃、土壤區(qū)劃、植被區(qū)劃及災(zāi)害區(qū)劃等部門區(qū)劃種類繁多，針對不同實體的特定或主導(dǎo)功能，往往需要充分研究單項要素的形成原因、影響因素及尺度變化等，以便面向具體的部門應(yīng)用。

(3)區(qū)劃原則。區(qū)劃原則是選取區(qū)劃指標(biāo)、建立區(qū)劃層級單元的前提[22]，是區(qū)劃的重要指導(dǎo)，也是區(qū)劃思想的集中體現(xiàn)，是必須遵循的準(zhǔn)則，貫穿于整個區(qū)劃過程，并且與區(qū)劃目的、依據(jù)相適應(yīng)，以保證區(qū)劃結(jié)果能客觀反映區(qū)域分異規(guī)律。主要包括以下四方面：1)發(fā)生學(xué)原則與地帶性、非地帶性原則。自然地理要素的空間分異往往與其成因和發(fā)生發(fā)展密不可分[4]。此外，地帶性與非地帶性是自然界最基本的地域分異規(guī)律，要將緯度差異產(chǎn)生的地帶性規(guī)律與海陸位置、地形、大氣環(huán)流等引起的非地帶性規(guī)律相結(jié)合，才能充分反映不同尺度的空間分異規(guī)律[2]。2)綜合性與主導(dǎo)性原則。區(qū)劃既要廣泛關(guān)注各種變化較快的動態(tài)要素(如氣象要素)，又要分析變化相對緩慢的地形地貌要素等[3]，各類要素中必然存在主導(dǎo)要素，而其他要素只起調(diào)節(jié)、協(xié)同作用。一個區(qū)域內(nèi)可能存在多種特征類型，為保證分區(qū)的完整性，在每個分區(qū)中需以該區(qū)明顯特征類型為區(qū)劃依據(jù)。因此，必須全面研究區(qū)域的各個特征，綜合分析相互關(guān)系，選出對區(qū)域差異起決定性作用的因素，才能保證區(qū)劃的客觀性和真實性[1,23]。3)相似性和差異性原則。該原則是相似區(qū)域聯(lián)結(jié)、相異區(qū)域劃分的決定條件。區(qū)劃工作是根據(jù)區(qū)域內(nèi)相似性和區(qū)域間差異性加以識別和概括，然后進行區(qū)域的合并和分異[23,24]。相似性不僅表現(xiàn)在單一的主導(dǎo)因素，也可能體現(xiàn)在區(qū)域內(nèi)的其他自然要素。根據(jù)朱阿興等[25,26]提出的地理學(xué)第三定律可知：“地理環(huán)境越相似，地理特征越相近”，其中的地理相似性就是指兩個空間位置在地理環(huán)境(包括空間和非空間要素)上的綜合相似性。因此，在地理研究中常常在相似的地理環(huán)境中尋找同一種地理現(xiàn)象。但我國幅員遼闊，各部分自然環(huán)境不可能完全一致，在區(qū)域內(nèi)部仍有一定差異[23]，這些差異正是劃分下一級區(qū)域的依據(jù)。因此，從區(qū)劃方案的高級別區(qū)域單元到低級別區(qū)域單元，單元內(nèi)部的相似性逐級增加，低級別區(qū)域既具有高級別區(qū)域的一般特征，又保留了有別于其他低級別區(qū)域的特征。4)連續(xù)性和等級性原則。在進行區(qū)劃時應(yīng)從整體出發(fā)，保證區(qū)域(如流域或行政單元等)的完整性與連續(xù)性；此外，應(yīng)按照從整體到局部、從高級到低級逐級分區(qū)，多采用大區(qū)、地區(qū)、亞區(qū)、區(qū)的區(qū)劃體系。等級性是自然環(huán)境空間格局的基礎(chǔ)，也是區(qū)域逐級劃分的理論依據(jù)，不同等級的地域分異具有一定關(guān)系[4]，高級別和低級別之間為包含和從屬關(guān)系，且各級別的劃分指標(biāo)與分區(qū)級別存在對應(yīng)關(guān)系[27]。

(4)區(qū)劃思路。區(qū)劃研究經(jīng)歷了從“定性為主”到“定性與定量相結(jié)合”的發(fā)展過程，隨著定量化區(qū)劃方法的發(fā)展，區(qū)劃思路從“自上而下”方式為主，到“自上而下”和“自下而上”相結(jié)合，再到“自下而上”為主。但基本區(qū)劃思路整體上采用“自下而上”逐級合并和“自上而下”順序劃分相結(jié)合的方式并沿用至今[1]?！白韵露稀笔怯奢^低等級區(qū)域單元歸并形成較高等級區(qū)域單元，能在大的分異背景下揭示中低等級區(qū)域單元的形成與特征；多采用組合、聚類的歸并方法，將毗鄰的小地域合并，形成完整閉合的大區(qū)域，且在歸并過程中，隨著等級層次逐漸升高，區(qū)域數(shù)量由多變少、區(qū)域面積由小變大。“自上而下”則是通過分析各自然要素的區(qū)域分異，將較高等級區(qū)域單元分成較低等級區(qū)域單元，在大的區(qū)域單元內(nèi)從上而下、從大至小揭示其內(nèi)在差異。從整體到局部、從高級到低級逐步分區(qū)，多采用地理相關(guān)法和主導(dǎo)標(biāo)志進行“自上而下”順序劃分，但該方式擬定界限較粗糙，主要是為客觀把握整體自然分異規(guī)律。

(5)區(qū)劃命名編碼。我國自然區(qū)劃一般設(shè)計兩個層級以上的區(qū)劃體系，一級區(qū)劃為“大區(qū)”，二級區(qū)劃為“地區(qū)”，三級區(qū)劃為“小區(qū)”等。為保證區(qū)劃單元命名的規(guī)范化與標(biāo)準(zhǔn)化，多個等級的區(qū)域化單元命名主要遵循以下原則：1)體現(xiàn)區(qū)劃方案的層級特征，標(biāo)識出各區(qū)域單元的主要特點；2)反映區(qū)劃方案層級之間的對應(yīng)關(guān)系，既要體現(xiàn)不同層級的隸屬或關(guān)聯(lián)關(guān)系，又要顯示同一級別各區(qū)域單元間的特征遞變規(guī)律;3)要具有明確的地理信息標(biāo)識，明確必要的自然背景及管理的側(cè)重信息。遵循上述原則的命名有助于更直觀了解基礎(chǔ)地理信息，使區(qū)劃方案更好地服務(wù)于后續(xù)管理并便于推廣。鑒于上述命名規(guī)則，一級區(qū)劃的命名范式常以“地理位置+氣候溫度帶”命名，將主導(dǎo)因素融入命名體系。編碼順序從東北方向的區(qū)域開始，以順時針方向?qū)Ω鲄^(qū)域進行順序編碼命名。為配合命名體系以及便于計算機處理分析、數(shù)據(jù)庫管理、制圖綜合等多方面需求，參考《信息分類和編碼的基本原則與方法》(GB/T7027-2002)[28]確定我國區(qū)劃的編碼方式，一級區(qū)劃對應(yīng)Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ……，二級區(qū)劃對應(yīng)A、B、C……，等等。

2 自然區(qū)劃的方法體系

在遵循地域分異規(guī)律的基礎(chǔ)上，以區(qū)劃原則為指導(dǎo)思想，根據(jù)區(qū)劃目標(biāo)與需求進行系統(tǒng)分析。首先研究影響因素、構(gòu)建指標(biāo)體系、確定區(qū)劃的基本單元，再采用區(qū)域劃分方法將定性分析與定量計算相結(jié)合，在各層級上進行區(qū)域劃分，最終構(gòu)建一個具有層級體系的完整方案。國際上根據(jù)地理地帶性分異規(guī)律，多采用指標(biāo)體系進行區(qū)域劃分，如常用的Koeppen氣候—植被分類方案和Holdridge生命地帶圖式。我國20世紀80年代以前的區(qū)劃多依據(jù)指標(biāo)與專家經(jīng)驗，之后開始將數(shù)理方法運用至小范圍的區(qū)域化研究，再逐漸發(fā)展到全國尺度。技術(shù)方法是實現(xiàn)區(qū)域劃分的必要手段[29]，本文將相關(guān)區(qū)劃方法歸納為定性與定量兩大類。

2.1 定性方法

(1)歷史分析法。通過實地古地理和歷史自然地理遺跡考察，借鑒相關(guān)古籍文獻及地質(zhì)歷史研究資料，深入探討地理分異的發(fā)生發(fā)展過程，并根據(jù)自然區(qū)域逐級產(chǎn)生的分異和相對一致性，劃分出不同等級、不同成因的基本區(qū)域單位[4]。

(2)專家集成法。早期區(qū)劃工作受數(shù)據(jù)資料、技術(shù)條件等限制，多基于專家經(jīng)驗進行劃分，在遵循發(fā)生學(xué)原則以及地帶性、非地帶性規(guī)律的基礎(chǔ)上，力求區(qū)劃方案簡單明確。

(3)地理相關(guān)分析法。從地理要素特征入手，比較各自然要素的分布，了解自然綜合體地域分異輪廓，按若干重要因素相關(guān)依存關(guān)系確定區(qū)劃界線。

(4)景觀制圖法。蘇聯(lián)學(xué)者于19世紀50-60年代初步形成了景觀制圖的方法論，用以研究地理規(guī)律和地表景觀分布，探尋地理分化的原因和能顯著表征分化的標(biāo)志物，在圖上描繪出地理綜合體[30]；通過研究景觀類型的組合，確定具有區(qū)域特色的自然地理區(qū)域，在景觀圖中標(biāo)明區(qū)域界線。該方法在大比例尺區(qū)劃中廣泛應(yīng)用，能較準(zhǔn)確地劃定自然地理區(qū)域[2]。

2.2 定量方法

(1)疊置法。將各類自然要素(氣候、地貌、土壤、植被區(qū)劃等)的空間分布進行疊加，產(chǎn)生新的空間關(guān)系，以相重合的邊界或二者之間平均位置作為區(qū)域界線，從而確定綜合自然區(qū)劃界線，如李旭旦先生提出的“界線法”。隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，空間疊置和區(qū)劃方案可視化操作更便捷，GIS也成為區(qū)劃工作中不可或缺的工具。疊置法多應(yīng)用于綜合區(qū)劃，將眾多的部門區(qū)劃疊加，能發(fā)現(xiàn)多層數(shù)據(jù)間的差異、聯(lián)系和變化等特征，具有方便理解、處理便捷、顯示直觀的特點，但其結(jié)果不能客觀地表達綜合自然地理單元，且各部門區(qū)劃的層級、尺度難以統(tǒng)一。因此，疊置法應(yīng)用范圍有限，可作為輔助方法。

(2)成因分區(qū)法。從自然現(xiàn)象或要素的形成機理出發(fā)進行劃分[31]。例如：氣候區(qū)劃中，按照氣候的形成方向，阿利索夫提出了以盛行氣團為主、海陸位置為輔的氣候分類方式，將南北半球各分為7個氣候帶、若干個氣候型；20世紀80年代我國八省一校采用流域水文模型參數(shù)進行水文分區(qū)[32]，先建立流域下墊面特征與水文模型參數(shù)的關(guān)系，實現(xiàn)單項水文模型參數(shù)的分區(qū)，再進行綜合水文區(qū)劃。

(3)分級分區(qū)法。依據(jù)一定的地理要素評價指標(biāo)進行等級和區(qū)域劃分，關(guān)鍵技術(shù)在于指標(biāo)體系的構(gòu)建。例如：氣候區(qū)劃和生態(tài)區(qū)劃中常用的柯本氣候分類系統(tǒng)，指標(biāo)嚴格，具有明確的數(shù)值界限。在指標(biāo)選擇過程中，既可以直接參照國際或國家的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)(如氣象干旱等級、土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等)，也可以按照區(qū)劃目標(biāo)建立新的分區(qū)指標(biāo)體系。分級分區(qū)法包括單項指標(biāo)分級和綜合指標(biāo)計算[33]：前者是對單一指標(biāo)數(shù)值進行定量分級，如專家打分分級、基于ArcGIS的自然斷點分級等；后者首先需要選擇各單項指標(biāo)，確定權(quán)重，然后構(gòu)建公式綜合各項要素，再按照綜合指標(biāo)的等級分區(qū)[34]。

(4)多元統(tǒng)計法。通過處理、分析多變量數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)規(guī)律性結(jié)論，從而提取區(qū)域特征進行劃分。常用的多元統(tǒng)計法包括主成分分析、因子分析、多元回歸分析等，多用于區(qū)劃研究中的變量選擇與特征提取。其中，因子分析通過建立從高維到低維的映射實現(xiàn)指標(biāo)歸類，在減少數(shù)據(jù)冗余的同時保留了主導(dǎo)因素[35]，如韓翠華等[36]基于正交旋轉(zhuǎn)因子分析對中國年、冬、夏、半年4個時間尺度的氣溫變化特征進行分區(qū)。

(5)聚類算法。通過識別數(shù)據(jù)特征的相似性和差異性捕捉空間關(guān)系，能較好地識別和分析地理區(qū)域中的模式。近年來，聚類算法在探索區(qū)域分異特征中取得明顯進展，如K-means、模糊聚類(FCM)、層次聚類等方法常用于區(qū)劃研究中，其中凝聚型層次聚類的原理與區(qū)劃研究中“自下而上”逐級合并的思想一致。例如：丁裕國等[37]提出統(tǒng)計聚類檢驗與旋轉(zhuǎn)經(jīng)驗正交函數(shù)相結(jié)合以實現(xiàn)我國氣候類型區(qū)劃；韓微等[38]在劃分中國溫度區(qū)域時，對比了K-means、Ward′s層次聚類、基于旋轉(zhuǎn)正交經(jīng)驗主函數(shù)分析的統(tǒng)計檢驗聚類的劃分結(jié)果。

(6)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。目前廣泛應(yīng)用于大量復(fù)雜數(shù)據(jù)的處理，是非參數(shù)化的模式識別方式，根據(jù)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行初始化、訓(xùn)練等步驟自動調(diào)節(jié)各要素間的權(quán)重，達到映射真實系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和狀態(tài)，最后通過連接權(quán)重進行識別或分類[39]。例如：自組織映射神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型(SOM)根據(jù)數(shù)據(jù)集進行自動分類，在空間上展示為不同的類型區(qū)[40]。SOM是一種無監(jiān)督學(xué)習(xí)，運用競爭學(xué)習(xí)策略，將高維的樣本映射到二維的神經(jīng)元，且能維持輸入空間的拓撲結(jié)構(gòu)，泛化能力很高，常用于水文區(qū)劃研究，特別是流域范圍水文同質(zhì)區(qū)的確定。

(7)其他機器學(xué)習(xí)算法?；跈C器學(xué)習(xí)算法對復(fù)雜多樣的數(shù)據(jù)進行深層次分析，將決策過程自動化，從已知示例中得出泛化結(jié)果，以數(shù)據(jù)為驅(qū)動，更高效地利用信息。例如：在確定區(qū)域過渡地帶的邊界時，李雙成等[41]對局部生態(tài)地理分界通過空間小波變換確定樣帶的模極大值，從而定位過渡帶，與專家劃分結(jié)果比對發(fā)現(xiàn)界線的準(zhǔn)確性顯著提高。

3 中國自然區(qū)劃方案

隨著地理大數(shù)據(jù)與地理信息空間分析技術(shù)的快速發(fā)展，我國各項自然區(qū)劃研究不斷完善，本文主要歸納我國代表性的綜合區(qū)劃和部門區(qū)劃方案。

3.1 綜合區(qū)劃

國外綜合自然區(qū)劃開展較早，可追溯到18世紀末，基于自然地域系統(tǒng)研究逐漸演化出區(qū)劃的理念。20世紀40年代后，蘇聯(lián)學(xué)者根據(jù)自然地帶性表征地表要素的分異，對綜合自然區(qū)劃進行了系統(tǒng)研究。我國自20世紀50年代開展區(qū)劃工作以來，以羅開富[14]、黃秉維[15]、任美鍔[16]、趙松喬[17]等為代表的學(xué)者探討了綜合區(qū)劃的方法論與相關(guān)問題[5]，提出了全國范圍的綜合自然區(qū)劃方案。其中，1958年黃秉維主持的《中國綜合自然區(qū)劃(初稿)》以高等級單元反映地帶性規(guī)律，以低等級單元反映非地帶性規(guī)律，形成了一套完整的綜合自然區(qū)劃理論體系[15]，對我國綜合自然區(qū)劃后續(xù)研究起到典范作用；1961年任美鍔等根據(jù)自然綜合體地域分異和自然差異的主次矛盾進行了我國綜合自然區(qū)劃[16]。以上綜合自然地理區(qū)劃方案總體上是以反映自然綜合體地域分異、服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為主旨，既滿足了當(dāng)時的社會生產(chǎn)需要，又推動了我國綜合區(qū)劃研究的深入發(fā)展。

近年來，更多定量方法逐漸被引入綜合自然區(qū)劃。由于綜合區(qū)劃需要考慮多個要素，故多采用GIS疊置法，通過疊加多個部門區(qū)劃得到綜合區(qū)劃。例如：郭子良等[42]對多個分區(qū)(氣候區(qū)、土壤區(qū)、植物地區(qū)、動物地理省、植被區(qū))進行疊加形成基本地理單元，將全國劃分為三級自然保護區(qū)。隨著對地觀測資料日益豐富，通過建立綜合指標(biāo)進行綜合區(qū)劃的研究逐漸增多，如黃姣等[43]選擇溫度、水分、地形、植被作為溫度帶、干濕地區(qū)和自然界三級分區(qū)系統(tǒng)的指標(biāo)，運用GIS與SOM網(wǎng)絡(luò)開展中國綜合自然區(qū)劃，并與鄭度的生態(tài)地理區(qū)劃[44]、鄭景云等的中國氣候區(qū)劃方案[45]進行對比。此外，定性與定量相結(jié)合的綜合自然區(qū)劃也取得諸多進展，主要是在大尺度上采取定性劃分，在小尺度上采用定量分析，如張海燕等[46]在整合自然資源大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上構(gòu)建自然資源綜合區(qū)劃評定指標(biāo)體系，宏觀大區(qū)以地帶性與非地帶性為主導(dǎo)運用聚類分析劃分，較小單元采用層次分析法確定主導(dǎo)因素，數(shù)據(jù)以中、小尺度為主。

3.2 部門區(qū)劃

部門區(qū)劃針對自然環(huán)境中某類要素的分布，著重考慮該要素本身的地域分異特征[2]，并對應(yīng)部門性的分支科學(xué)，如地貌區(qū)劃、氣候區(qū)劃、水文區(qū)劃等。

3.2.1 地貌區(qū)劃 地貌是地表環(huán)境中最基本的組成要素，地貌區(qū)劃是對各地區(qū)地貌特征的劃分[47]。我國地勢起伏大，形成地貌的營力過程復(fù)雜多樣，致使地貌類型與自然景觀繁多[48]。傳統(tǒng)的地貌區(qū)劃以地貌類型圖為基礎(chǔ)，根據(jù)地貌形態(tài)成因與宏觀形態(tài)結(jié)構(gòu)特征，在平原、臺地、丘陵、山地分類的基礎(chǔ)上按起伏度對山地進一步劃分。李炳元等[49,50]建立了較完備的中國基本地貌類型劃分指標(biāo)體系，較好顯示了中國地貌基本結(jié)構(gòu)；柴慧霞等[51]通過遙感影像解譯得到新疆地貌類型，利用ArcGIS進行柵格化，再運用地理格網(wǎng)法確定各級地貌區(qū)劃單元，提高了地貌分區(qū)定量化、數(shù)字化的精確度與可靠性，對區(qū)域發(fā)展建設(shè)具有一定價值；程維明等[27]在1∶25萬地圖上基于專家知識和上述指標(biāo)體系，在高級區(qū)劃單元中逐級分解，完成全國五級地貌區(qū)劃單元的精確劃分，形成多層級、系統(tǒng)性的全國地貌區(qū)劃體系，對區(qū)域地貌學(xué)發(fā)展具有重要指導(dǎo)作用；Wang等[52]提出多尺度地貌類型的層次分類體系，一級為地貌類型，二級為地貌類別，三級為地貌形態(tài)，將中國地貌劃分為3個等級、9個級別。

3.2.2 氣候區(qū)劃 氣候區(qū)劃將氣候特征相似且空間連續(xù)區(qū)域進行聚合，為國家和地區(qū)制定相關(guān)氣候規(guī)劃和應(yīng)對氣候災(zāi)害等提供了科學(xué)依據(jù)。經(jīng)典的氣候分類分區(qū)法將氣象要素的多年均值作為一級、二級指標(biāo)，是一種靜態(tài)的氣候特征地理分類方式[53]，可揭示氣候分異規(guī)律，目前已形成較成熟的氣候區(qū)劃理論方法。國際上特別是全球尺度，德國氣候?qū)W家柯本提出的柯本氣候分類是提出最早、應(yīng)用最廣泛的氣候分類方法，該方法以氣溫和降水為指標(biāo)，參考自然植被分布狀況將全球氣候分為5類11型，是世界各國氣候分區(qū)的基礎(chǔ)[54]。Kottek等[55，56]采用更新至2000年的全球氣候資料，運用柯本—蓋革氣候分類方法重新編制了世界氣候3級區(qū)劃圖。我國氣候區(qū)劃方法主要有指標(biāo)體系分級法、旋轉(zhuǎn)主分量分析法、聚類算法。指標(biāo)分級法以中國氣象局預(yù)測減災(zāi)司制定的全國氣象地理一級、二級區(qū)劃和32個省(市、區(qū))氣象區(qū)劃為代表，通過參考行政區(qū)域界限、地形分布及我國自然區(qū)劃成果，對氣候要素設(shè)定指標(biāo)閾值進行區(qū)域劃分。此套氣象區(qū)劃方案規(guī)范了氣象產(chǎn)品的地理分區(qū)范圍，定義了區(qū)劃標(biāo)準(zhǔn)，提高了各類氣象產(chǎn)品區(qū)域邊界的一致性，為氣象行業(yè)及衍生的災(zāi)害信息描述提供幫助。鄭景云等[45,57]參考中科院制定的氣候區(qū)劃指標(biāo)體系，根據(jù)氣象站點數(shù)據(jù)制定了我國氣候溫度帶、干濕區(qū)、氣候區(qū)三級區(qū)劃，對氣候變化與資料更新有了深入認識。旋轉(zhuǎn)主分量常用于分析降水的時空分布特征，如劉吉峰等[58]對全國各站點的冬、夏最高(低)氣溫數(shù)據(jù)進行旋轉(zhuǎn)主分量分析，將荷載中心對應(yīng)的站點作為聚類中心進行統(tǒng)計聚類檢驗，按照區(qū)劃原則將全國最低、最高氣溫分別劃分為11個、12個區(qū)域，兩種方法相結(jié)合使區(qū)劃更具客觀性。聚類算法方面，秦愛民等[59]采用分層聚類和相似分析方法，對中國月、季、半年、年平均氣溫進行區(qū)劃，以尋求適用于不同季節(jié)氣溫分析與預(yù)測的區(qū)劃方案。

3.2.3 水文區(qū)劃 水文區(qū)劃是按照水文流域特點進行劃分，保證區(qū)劃單元內(nèi)水文條件較一致，區(qū)劃單元間水文特征差異較顯著[23]。國外的水文區(qū)劃主要通過回歸分析與聚類算法識別流域中的水文同質(zhì)區(qū)，以實現(xiàn)水文模型參數(shù)移用，K-means算法和Ward′s層次聚類算法是常用的聚類方法[60]。此外，Kohonen[61]提出的SOM在水文同質(zhì)區(qū)確定中得到廣泛應(yīng)用，如Srinivas等[62]結(jié)合SOM自組織神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和模糊聚類(FCM)將美國印第安納州的流域劃分為7個區(qū)域。我國水文區(qū)劃的宏觀研究分為3個階段：1)羅開富等擬定中國第一個水文區(qū)劃草案[63]，以流域、水流形態(tài)、冰情與含沙量為基礎(chǔ)將全國分為3級9區(qū)，由于觀測資料短缺，雖是粗線條的劃分，但為水文區(qū)劃的發(fā)展奠定了良好開端；2)20世紀80年代八省一校采用基于流域水文模型參數(shù)的水文分區(qū)法進行綜合水文分區(qū)[32]，并對新安江模型參數(shù)水文分區(qū)結(jié)果精度與穩(wěn)定性進行定量分析；3)20世紀90年代熊怡[23]編撰《中國水文區(qū)劃》，系統(tǒng)研究了全國范圍水文特性與部門單項水文要素，進一步推進了我國水利事業(yè)建設(shè)。我國水文區(qū)劃方法主要有地理景觀法、流域水文模型參數(shù)法、疊置法、聚類算法及人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。1)地理景觀法，如張國平等[64]在DEM、水系和地貌基礎(chǔ)上，建立了我國三級流域劃分方案與流域編碼體系，為水文氣象科研與應(yīng)用提供了一種新的流域劃分方法。2)流域水文模型參數(shù)法，如趙晶東等[65]運用暴雨洪水產(chǎn)匯流參數(shù)分析法得到各水文分區(qū)的產(chǎn)匯流參數(shù)變化規(guī)律，實現(xiàn)對水文資料的移用，以便經(jīng)濟合理地布設(shè)區(qū)域水文站網(wǎng)。3)疊置法，如尹民等[66]應(yīng)用全國水資源分區(qū)成果并疊加中國地貌區(qū)劃圖、中國干燥度圖和中國徑流帶圖形成二級分區(qū)，疊加全國水資源三級分區(qū)圖、水系與水庫節(jié)點以及湖泊濕地分布圖形成三級分區(qū)，側(cè)重研究河流生態(tài)環(huán)境需水量。4)聚類算法，多應(yīng)用于流域區(qū)域，如劉金濤等[67]采用主成分分析提取因子，通過K-means聚類得到水文區(qū)劃結(jié)果，為無資料流域水文預(yù)測提供依據(jù)。

3.2.4 生態(tài)區(qū)劃 生態(tài)區(qū)劃是對生態(tài)區(qū)域和生態(tài)單元的劃分、合并[9]，基于地理和生態(tài)學(xué)知識，以生物的地域分異規(guī)律為核心區(qū)劃依據(jù)，比較分析環(huán)境問題，特定目標(biāo)范圍內(nèi)的生態(tài)區(qū)劃可為環(huán)境管理提供決策依據(jù)[68-70]。國際上經(jīng)典的生態(tài)區(qū)劃方案是美國的生態(tài)地域、生態(tài)大區(qū)、生態(tài)省、生態(tài)地段4級體系生態(tài)區(qū)劃方案[9]，已推廣至全球范圍。我國生態(tài)區(qū)劃在綜合自然區(qū)劃基礎(chǔ)上發(fā)展而來[3]，鄭度[44]編制的《中國生態(tài)地理區(qū)域圖》是早期全國范圍內(nèi)較完善的生態(tài)地理區(qū)劃成果；劉闖等[71]綜合我國自然地理綜合區(qū)劃的主要學(xué)派并對比中國與亞洲地區(qū)生態(tài)區(qū)劃方案，確定我國生態(tài)地理四大一級區(qū)。生態(tài)區(qū)劃方法主要包括指標(biāo)分級法[72]、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、聚類算法和疊置法等。指標(biāo)分級法應(yīng)用廣泛，如傅伯杰等[18]在綜合我國生態(tài)環(huán)境特點的基礎(chǔ)上，建立各級生態(tài)區(qū)指標(biāo)體系，在強調(diào)自然分異的基礎(chǔ)上更關(guān)注人類活動的影響以及突出了一些區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在小范圍應(yīng)用較多，如李雙成等[39]采用策略性循環(huán)尺度轉(zhuǎn)換范式，在青藏高原內(nèi)選取89個樣本點，運用SOM網(wǎng)絡(luò)將青藏高原生態(tài)環(huán)境劃分為4類區(qū)域。聚類算法上，謝高地等[73]以縣域為基本單元，采用系統(tǒng)聚類分析和空間疊置方法，將全國劃分為三級區(qū)劃系統(tǒng)；孔艷[3]運用典型相關(guān)分析建立生態(tài)地理分區(qū)指標(biāo)體系，利用K-means聚類，通過等值線繪制出生態(tài)地理分區(qū)界線，將中國劃為18個生態(tài)地理分區(qū)，為生態(tài)地理分區(qū)提供了一種便于操作的技術(shù)流程；倪健等[74]對全國氣象站點提取分區(qū)指標(biāo)，運用ISODATA模糊聚類輔以TWINSPAN、CCA等多元統(tǒng)計。

3.2.5 災(zāi)害區(qū)劃 災(zāi)害區(qū)劃一般分為綜合災(zāi)害區(qū)劃和單災(zāi)種區(qū)劃，由于區(qū)域自然地理環(huán)境及國情不同，各國和地區(qū)對災(zāi)害區(qū)劃的要求存在較大差異。綜合災(zāi)害區(qū)劃體現(xiàn)各項災(zāi)害的綜合損失及其空間分布情況。我國從1985年開始自然災(zāi)害區(qū)劃工作，研究我國自然災(zāi)害的分異規(guī)律[75]。張?zhí)m生等[76]從致災(zāi)因子、承災(zāi)體兩方面確定7項指標(biāo)，對全國縣級單元進行聚類分析，形成全國自然災(zāi)害區(qū)劃方案；王勁峰[77]根據(jù)地震、洪水、干旱等災(zāi)害的強度組合將全國劃分為嚴重災(zāi)區(qū)、重災(zāi)區(qū)、中災(zāi)區(qū)和輕災(zāi)區(qū)。單災(zāi)種區(qū)劃主要針對洪澇[78]、地質(zhì)災(zāi)害等，全球尺度上主要為由世界銀行牽頭的“災(zāi)害風(fēng)險熱點區(qū)研究計劃”(hotspots projects)[78]，以識別各種自然災(zāi)害的高風(fēng)險地區(qū)，國家尺度上主要包括美國、日本和歐洲國家的地震、洪水災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃圖等[75]。我國也形成一系列具有代表性的全國范圍單災(zāi)種區(qū)劃研究成果，對大尺度防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃等宏觀決策具有重要作用。例如：張行南等[79]采用成因分析法，從氣象、徑流、地形三方面選取指標(biāo)進行疊加分析，計算各圖斑綜合隸屬度，通過非線性分級得到中國洪水危險程度區(qū)劃圖，可作為防洪規(guī)劃等宏觀決策的依據(jù)；朱良峰等[80]從滑坡災(zāi)害的誘發(fā)因子和背景因子選取指標(biāo)，并疊加歷史滑坡分布密度圖，采用信息量模型將滑坡分為四級，得到中國滑坡災(zāi)害危險性區(qū)劃，從危險性、區(qū)域社會經(jīng)濟易損性兩方面進行評估；張平倉等[81,82]在分析全國山洪災(zāi)害成因與時空分布的基礎(chǔ)上，對臨界雨量系數(shù)、山洪重現(xiàn)期和社會經(jīng)濟程度3個指標(biāo)進行分級，并按照“就高”原則，將全國山洪災(zāi)害防治區(qū)分為一級重點防治區(qū)、二級重點防治區(qū)和一般防治區(qū)三大區(qū)域，以便有針對性地提出各區(qū)山洪災(zāi)害防治對策。

3.2.6 植被區(qū)劃 植被區(qū)劃是根據(jù)植物區(qū)系與植物群落的組成、分布以及與環(huán)境的不同組合情況劃分出植被同質(zhì)性區(qū)域。植被在太陽輻射作用下呈現(xiàn)緯度地帶性，同時受大氣水分影響呈現(xiàn)經(jīng)度地帶性，因此需了解地理空間單元內(nèi)各種植物和植被分類單元的空間分布規(guī)律[83]。植被區(qū)劃必須要有明確的植被標(biāo)志，按照各地區(qū)特征進行系統(tǒng)劃分[84]。吳征鎰[85]通過劃分中國植物屬和科的分布區(qū)類型，將全國植物區(qū)系劃分為2個植物區(qū)、7個亞區(qū)、22個地區(qū)及亞地區(qū)；方精云等[86]簡述中國已有的植被區(qū)劃方案，雖在植被帶名稱與界線存在分歧，但普遍認為中國有8個主要植被帶，并對爭議的分界線提出修改；徐文鐸等[87]將我國東北地區(qū)分成4個植被生態(tài)區(qū)、11個植被生態(tài)亞區(qū)、34個植被生態(tài)小區(qū)，是合理開發(fā)利用植被資源和管理生態(tài)的基礎(chǔ)。

3.2.7 其他區(qū)劃 1)土壤是重要的自然資源之一，為研究土壤性狀差異、加強對土地的改良利用，通過研究不同地區(qū)土壤特征進行土壤區(qū)域劃分，以期合理規(guī)劃不同土區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[88]。席承藩等[88]將全國分為4個土壤大區(qū)、15個土帶、64個土區(qū)；龔子同等[89]以土壤系統(tǒng)分類為基礎(chǔ)，將全國土壤劃分為3個土壤區(qū)域、16個土壤地區(qū)與54個土區(qū)；劉慶花等[90]利用1981年中國土壤分區(qū)圖的一級大區(qū)與全國縣界疊加分析，對土壤一級大區(qū)進行中國土壤系統(tǒng)分類和土壤區(qū)劃屬地化研究。2)農(nóng)業(yè)區(qū)劃針對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件、特點等，服務(wù)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)建設(shè)[91]。我國是農(nóng)業(yè)大國，由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素的多樣性，農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究豐富，對促進我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)揮重要作用。從針對不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素，到全國尺度、區(qū)劃尺度甚至區(qū)縣尺度的區(qū)劃研究均有涉及[92]。如梅方權(quán)等[93]根據(jù)各地自然生態(tài)條件和水稻種植特點將全國分為6個稻區(qū)、16個稻作亞區(qū)，形成中國水稻種植區(qū)劃圖，對水稻生產(chǎn)發(fā)展與管理具有重要作用。

表1總結(jié)了我國一些具有代表性的綜合區(qū)劃與部門區(qū)劃。整體而言，區(qū)劃工作具有系統(tǒng)性與復(fù)雜性，涉及指標(biāo)的量化選擇、區(qū)劃方法和單元界線的精細劃定等。目前不同區(qū)域、不同類別均有較成熟的區(qū)劃方案，但近年來對綜合區(qū)劃關(guān)注不夠，區(qū)劃方法相對傳統(tǒng)，發(fā)展較緩慢，綜合自然區(qū)劃也亟待在總結(jié)成功經(jīng)驗的基礎(chǔ)上不斷推陳出新。

表1 我國代表性自然區(qū)劃方案Table 1 Representative natural regionalization schemes in China

4 總結(jié)與展望

通過整理分析上述自然區(qū)劃研究成果，得到如下結(jié)論：1)區(qū)劃理論方法不斷改進、創(chuàng)新。早期區(qū)劃工作多為示意性，構(gòu)建過程不清晰，涉及的定量區(qū)劃方法相對簡單，隨著數(shù)理方法和計算機技術(shù)的發(fā)展，區(qū)劃工作在定量方法應(yīng)用上取得了諸多進展。區(qū)劃方法的發(fā)展過程可分為定性為主、定性定量相結(jié)合和當(dāng)前以定量為主3個階段，在指標(biāo)的選擇上從倚重主觀判斷逐漸重視定量確定。但區(qū)劃各環(huán)節(jié)的定量方法還需進一步加強[95,96]，尤其在當(dāng)今人工智能時代，大量的機器學(xué)習(xí)方法有助于區(qū)劃方法的進一步完善。2)區(qū)劃方案持續(xù)完善、空間尺度日益細化。早期的區(qū)劃方案因資料匱乏，多以部門或?qū)ｎ}區(qū)劃方案為主，主要從單一視角探究地表自然要素宏觀尺度的空間分異規(guī)律。隨著社會經(jīng)濟快速發(fā)展，綜合區(qū)劃方案日益完善，20世紀90年代以來，我國生態(tài)環(huán)境保護與可持續(xù)發(fā)展意識逐漸增強，生態(tài)區(qū)劃方案得到快速發(fā)展。當(dāng)前，我國經(jīng)濟建設(shè)進入新常態(tài)，在社會生產(chǎn)和經(jīng)濟建設(shè)中會產(chǎn)生新的區(qū)劃需求，區(qū)域或省市級等精細尺度的區(qū)劃方案不斷增多，區(qū)劃研究也需與我國新時期生產(chǎn)建設(shè)需求相適應(yīng)。3)區(qū)劃數(shù)據(jù)更豐富多元。衛(wèi)星遙感與觀測站網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展為自然區(qū)劃研究提供了豐富的地表觀測數(shù)據(jù)，以往區(qū)劃研究主要面向陸表自然環(huán)境要素，資料有限且常用某指標(biāo)長時段的均值表征其平均狀態(tài)，缺乏利用長時序數(shù)據(jù)刻畫動態(tài)特征和變化趨勢[96]。目前遙感數(shù)據(jù)空間/時間/光譜/輻射分辨率不斷提高，數(shù)據(jù)的時序性和動態(tài)性不斷提升，加強了對多時相、多尺度、多類型地表觀測數(shù)據(jù)的綜合考慮和運用，尤其在劃定單元界線時，現(xiàn)有的豐富對地觀測數(shù)據(jù)能為單元界線的精準(zhǔn)劃定提供有力支撐。

未來自然區(qū)劃研究將在以下方面繼續(xù)加強：1)推進定量化、智能化區(qū)劃研究。區(qū)劃研究既要遵循定性方法的經(jīng)驗性，也要加強定量方法的科學(xué)性，在發(fā)生學(xué)原理的基礎(chǔ)上應(yīng)采用定性方法在宏觀層面進行把控，加強定量方法在區(qū)劃各環(huán)節(jié)的準(zhǔn)確刻畫。在地理大數(shù)據(jù)與空間智能發(fā)展階段，基于機器學(xué)習(xí)的地理空間智能化方法的應(yīng)用有助于提升區(qū)劃方案的準(zhǔn)確性和科學(xué)性，包括指標(biāo)量化選擇、區(qū)劃聚類和單元界線精確劃分等環(huán)節(jié)。一方面，目前衛(wèi)星遙感等技術(shù)可獲取多類型、高質(zhì)量、高精度的地表觀測數(shù)據(jù)，如何從多源海量數(shù)據(jù)中遴選出關(guān)鍵指標(biāo)是區(qū)劃研究的前提。以往研究多靠經(jīng)驗判斷，而現(xiàn)在許多機器學(xué)習(xí)方法可以根據(jù)區(qū)劃目標(biāo)自動篩選關(guān)鍵因子，提高指標(biāo)選取效率，增強區(qū)劃研究的自動化和智能化。另一方面，根據(jù)指標(biāo)因子如何自動確定區(qū)域邊界是獲取區(qū)劃圖的關(guān)鍵。目前一些基于機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的地理空間方法為區(qū)劃基本空間單元的劃分提供了智能化技術(shù)和方法；同時，對于一些區(qū)域間過渡地帶，如何將聚類結(jié)果向區(qū)劃結(jié)果科學(xué)合理地轉(zhuǎn)換也是日后研究的方向[95]。此外，應(yīng)繼續(xù)思考如何在統(tǒng)一理論認識的前提下，通過新方法和新數(shù)據(jù)的結(jié)合，實現(xiàn)區(qū)劃單元劃界技術(shù)的突破，以提高區(qū)劃方案的統(tǒng)一性與可重復(fù)性。2)發(fā)展動態(tài)化的區(qū)劃研究。隨著全球氣候變化和土地利用/覆被變化的加劇，陸表各項基本要素也在不斷改變，區(qū)劃研究也需要不斷更新，對自然要素的時間變化特征與趨勢加以分析，建立動態(tài)區(qū)劃以滿足對發(fā)展規(guī)律的研究。在全球氣候變化大背景下，進行動態(tài)觀測以響應(yīng)氣候變化，將傳統(tǒng)的靜態(tài)區(qū)劃發(fā)展為動態(tài)區(qū)劃，分析長時序時空演變格局，以期為中國溫室氣體減排計劃和區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)保護措施的制定、實施提供決策參考。同時，遙感能獲取的地表觀測數(shù)據(jù)種類與時空分辨率不斷提高，為我國區(qū)劃研究提供了豐富的長時序、高空間分辨率的遙感數(shù)據(jù)，為地理空間動態(tài)特征分析提供了更精細化的數(shù)據(jù)支撐。3)完善多要素、多尺度的區(qū)劃研究。地理區(qū)劃要針對不同地表現(xiàn)象和時空尺度，進行多要素、多過程、多尺度耦合，探索地理系統(tǒng)的格局分布與演化，揭示其復(fù)雜的相互作用機制。在單要素部門區(qū)劃基礎(chǔ)上，考慮多要素相互作用產(chǎn)生的綜合性地表空間格局。同時，對于已有宏觀層面的區(qū)劃方案，推進區(qū)劃等級、尺度細化，進一步完善同一體系下小尺度區(qū)劃方案，以滿足市縣級政府的需求。4)加強面向新時期國家需求的區(qū)劃研究?，F(xiàn)有的區(qū)劃方案對我國宏觀層面決策、調(diào)控起到重要作用，在我國社會經(jīng)濟快速發(fā)展的新時期，區(qū)劃工作也應(yīng)服務(wù)于國家發(fā)展的新需求。新時期要不斷完善生態(tài)文明建設(shè)所需的各類區(qū)劃方案，明確各類生態(tài)功能空間單元的界限，為生態(tài)文明建設(shè)提供基礎(chǔ)框架。同時，需發(fā)展面向我國“雙碳”目標(biāo)的區(qū)劃研究，一方面明確不同等級和層次的碳匯單元界線，提升碳匯增量，另一方面需有序?qū)崿F(xiàn)低碳轉(zhuǎn)型，推進低碳綠色能源開發(fā)利用，根據(jù)不同地區(qū)的風(fēng)光水能資源等級和條件，科學(xué)界定光伏/風(fēng)電/水電用地的開發(fā)層次和等級的區(qū)劃單元界線，在國土空間區(qū)劃中統(tǒng)籌推進可再生能源與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，為國家推動經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型和生態(tài)文明建設(shè)提供科技支撐。