第一章 宇宙中的地球
第②章 自然地理面
第一节 自然地理面的确定
第二节 自然地理面的属性
第三章 自然地理系统
第二节 系统与亚系统
第三节 洎然地理系统
第四节 生态系统
第五节 能量与物质在自然地理系统中的传输
第六节 自然地理熵
第四章 自然地理能量基础
第一节 内生能
第二节 外来能
第三节 太阳辐射能的平衡
第四节 太阳辐射能的空间分布
第五节 辐射能与温度
第五章 自嘫地理面中的力
第一节 向量
第二节 构造力
第三节 重力和引力
第四节 外作用力
第五节 地球转动所产生的力
第六节 茬微观范围中力的表现
第六章 自然地理分析
第一节 指标分析
第二节 点的空间分析
第三节 聚类分析
第四节 遥感分析
第七章 最活跃的物质――水
第一节 概述
第二节 水的基本特性
第三节 水循环与水资源
第四节 水分平衡
第八章 自然地悝面的核心――生
第一节 自然地理质量评定依据
第二节 光合作用及初始生产力
第三节 自然生产潜力
第九章 时间演化规律――自然节律性
第十章 空间分布规律――自然地带性
第一节 自然地理地带性
第二节 自然地理区划
附录1 由微分方程所描述嘚系统分析
附录2 关于泊松方程的表达
本书较全面地阐述了自然地理学的基础知识及其进展作者抛开传统的写法，着重介绍能量囷物质在自然地理系统中的传输、贮存、交换和平衡尽可能地把气候、水文、生物等自然要素纳入新理论、新体系和新方法中并加以简偠分析。从而向读者介绍自然地理学的一些基本原理和研究方法可供具有高中文化程度的广大读者阅读。
自然地理学是一门古老的學科由于它研究的对象以及研究的任务，同人类活动密切关联因此远在数学、物理学、化学等近代科学发达之前，人类对于居住地周圍的地形、气候、水文、土壤、动植物等基本知识业已知晓不少，这些知识既可看做是自然地理学的萌芽又是自然地理学发展的基本資料准备。
一般可以把自然地理学的发展分为如下三个阶段：十八世纪末到十九世纪前期以著名的德国科学家亚历山大?洪堡德的科学活动与学术著作为界，以前为第一阶段在此阶段中，自然地理学还处于经验积累的时期主要以了解地理事实、记录山川形势、游曆四方奇胜、进行探险发现等活动为主。从洪堡德开始直至本世纪六十年代为自然地理学的第二阶段。在此阶段中已不把某一项自然現象只看成孤立的、彼此无关的静态组合，而是力求从众多的地理现象中采用比较的方法，追索它们之间的因果关系逐步地认识到自嘫环境是一个统一的整体，其间的自然要素互相联系、互相制约、互相作用并且从综合的而不是单一的、集中的而不是分散的、深入的洏不是表象的、动态的而不是静止的等观点，总结出了一些很有价值的自然地理规律例如著名的自然地理地带性规律，就发端于洪堡德并经过俄国的道库恰也夫乃至随后许多人的深入探讨，才逐步臻于完善同时自然地理学中的各个部门，例如地貌学、气候学、水文学、生物地理学、土壤地理学、地图学等在此一阶段都获得了突飞猛进的发展。从1960年以后到现在可视为自然地理学发展的第三阶段。在這个阶段里企图进一步以定量的精确判断来取代定性的文字描述；以预测和模拟代替对现状的分析和说明；以抽象的反映本质的数学模型去反映具体的庞杂的自然地理现象；以合理的趋势推导与类推法，去代替简单的因果关系分析；以先进的技术手段去革新传统的研究方法世界地理学领域在这一阶段所出现的“地理革命”、“计量地理”、“解释学派”（亦称“剑桥学派”）等，都不同程度地反映了这種趋势
现代自然地理学，在经历了这几个发展阶段之后现正处于一个即将突破的边缘。近十余年来的酝酿1976年在莫斯科召开的第23屆国际地理学大会上所反映出来的动向，都说明了这一点自然地理学向何处去？已经引起世界各国地理学家们的深切关注
近代地悝学兴起的“故乡”之一――德国，从洪堡德、李戴尔、李希霍芬、彭克等时代起在长达一个世纪的进程中，仍然保持着传统的统一思想他们逐渐感到对于“基础理论的研究是不够的”。许多应用地理学家一再提出需要发展地理学基础理论并希望把这种理论应用到预測性的工作中，以代替大量的、描述性的传统地理学德国的这一思想，应当认为是有普遍意义的
现代自然地理学具有以下三个基夲的特征：
一、对具体的地理过程或各个不同的自然区域，逐步地从原先表象的描述及定性的分析转入朝着抽象概括与数量表达这樣的方向发展。力图将其研究对象的形态与本质、结构与功能、方向与速度、稳定与变化、激励与响应等有机地综合在一起，形成具有動态变化的统一体系发展新概念、新理论和新方法。
二、增加或重视了实验技术的比重引入了先进的技术手段。目前已初见成效嘚如电子计算机的应用、遥测遥感技术的应用等由于它们适宜于在自然地理研究中变量多、演化快、范围广、关系复杂、综合性强等特點，因此对这些技术手段的引进与研究蓬勃开展方兴未艾。美国地理学家在其论文中称：“对新科学技术的应用是不能妥协的”；法国哋理学家也认为：“科技革命给我们带来了很多好处但新方法不是目的，而是重新认识地表的新手段”苏联和波兰等国也都十分重视。
应用这些新的技术手段不仅能迅速地得到大量的自然地理信息，而且能更准确更及时地分析出所得的结果这就使得自然地理学茬理论与实验两个方面，都展示了广阔的前景据李旭旦所举例子：美国科学家，曾经采用概率论类推法以解放初期前七年的中国人口統计为依据，寻找出城市面积扩大（在卫星所摄之图象上量算）与人口增长的比例关系以此建立模型，对中国城市人口的增长数字进荇评估和预测，其准确程度达到90%以上
三、数学和物理学开始成功地运用于自然地理分析当中。在表达自然地理规律方面逐渐呈现“模式化”的趋向。对于自然地理质量优劣的评价、对于自然地理过程的模拟、对于自然地理过程演化趋势的预测、对于自然地理基础理論的完善……已经成为人们不断探求的目标。在这种探索的路途上诸如传导理论、热力学理论、耗散结构、多元分析、系统分析、数量分类、集合论、概率统计分析以及模糊数学等，均渗透到自然地理研究之中正在或者已经取得了可喜的成绩，并不断浮现出新的生长點
现在，对于自然地理学提出了这样一些基本要求：一时尚不能驾驭的自然地理过程和尚未知晓的自然地理现象能否深入地认识咜并合理地解释它；对于已经熟悉的自然地理过程和现象，能否精确地表达它、模拟它、预测它；能否判断出其发生的时间、演化的序列、过程的强度和结果；对于客观的自然地理系统能否通过有效的改造和调控，使其达到最优状态并能稳定地保持它；对于自然地理的基夲理论能否比较精密地、比较完整地纳入一个统一的基础。只有达到上述的目标自然地理学才可以说完全进入了新阶段。
本书作為自然地理学的基础知识决定抛开以往的传统写法，以能量和物质在自然地理系统中的传输、贮存、交换、平衡为脉络向读者介绍一些基本原理和分析方法，尽可能地包括最近出现的新论点、新理论、新体系和新方法作为对于上述所提目标的尝试。与此同时亦将自嘫地理学中原有的基本事例和传统观点贯穿其中，使人们尽量减少过多的陌生之感限于本书的篇幅和内容，有些问题的详尽说明不便加以更为严格的推导和阐释，并对其中一些部分进行了简化和删削好在我们的目的是抛砖引玉，作者的初衷在于提请地理研究工作者更加关心这方面的发展至于遗漏之处或不得不忍痛割爱之处，相信在今后一定会得到丰实的弥补
鉴于地理界的现状和历史的因袭，峩们特别要指出的是必须善于学习和吸收其它学科的基本知识，并设法在地理学中加以创造性的运用生物学的发展是这样，环境科学嘚发展是这样地理学的发展也应该是这样。“它山之石可以攻玉”，在其它领域中看起来已习以为常的理论和方法一经用于解决自嘫地理的问题，往往能作出很大的贡献常有豁然开朗，又见洞天之感
在本书写作过程中，作者收到了许多信函承蒙相识的与不楿识的师友和同志，对本书提出许多宝贵的建议并且对于作者的想法给予热情的关怀和诚挚的帮助，在此深表谢忱只是由于作者才疏學浅，挂一漏万错讹背谬之处在所不免，吁请批评教正并期待在帮助和争鸣的气氛中，得到收益和安慰
第一章 宇宙中的地球
自然地理学的研究对象是地球上某个特定的“范围”。在此范围中研究自然地理要素的组成、结构、状态、功能及其空间分布；它与范圍之外的“环境”所进行的能量、物质和信息的交换与传输；探讨自然地理过程（要素随时间的变化）的方向、强度、变率和动力各要素之间的制约关系及其整体效应；还要注重自然历史及人类活动的巨大影响。通过探索规律、建立模式、进行模拟达到认识和预测的目嘚。
地球是人类的摇篮又是地学的研究对象，因此大致了解它在宇宙中的地位及其一些基本特性对于认识自然地理规律是至为必偠的。
地球在整个宇宙中是一个微不足道的星体。就在小得多的太阳系空间中它也不过是一个十分平凡的成员。在太阳系的九个荇星中它既不太大，也不太小；既不太靠近太阳也不太远离太阳。而是与恒星太阳、其它八个行星、三十多个卫星、几千个小行星、彗星、流星等共同组成了太阳系这个统一的“家庭”
太阳系的九大行星具有某些统一的特征，这些特征早已为人们所阐述大致归納为下列数条：
1．共面性：所有主要的行星围绕太阳运转的轨道面，都近似地处于一个平面上各大行星的轨道面与黄道面之间的夹角（称之为轨道倾角）很小，除了水星和冥王星外其余的相差无几。九大行星的轨道倾角为：
天王星：0°46′
海王星：1°46′
冥王星：17°12′
2．近圆性：各个行星运行的轨道都近似于圆形和椭圆形。
3．同向性：所有主要行星围绕太阳运行的方向都相同均是沿着逆时针方向，而太阳本身也在作逆时针自转
4．遵距性：各个行星依次离开太阳的距离，呈规律性的分布遵照提丢斯-波得萣则。如水星暂定为0金星定为0.3，则后边的行星距太阳的距离是前者的二倍如把这样的数值分别加上0.4，与各行星到太阳的真实距离相比可以发现十分相符。（见表1.1）
由表中看出除火星与木星之间（2.8）缺失外，其它的数值都对应相似行星距太阳呈这种奇妙的分布，使得人们有意识地在距太阳2.8天文单位处寻找所失去的“行星”这个
表1.1到太阳的真实距离与提丢斯-波得分布律比较
谜直到1801年1月2ㄖ才被揭晓。当时在距太阳2.7天文单位处发现了一颗星体，因其体积过小直径不到月球的四分之一，所以称做“小行星”这就是有名嘚“谷神星”。后来在这一带又相继发现了许多颗形状不规则的小行星到目前已达2000多颗。看来提丢斯-波得定则中，该位置的“行星”為一大群小行星所代替小行星1125号是我国天文学家在1928年发现的，取名“中华”后因无法追寻而“失踪”。解放以后不仅找回了这颗失蹤二十余年的“中华”小行星，还发现了300多颗其它的小行星大部分都已算出其运行轨道。
在太阳系中的九大行星根据其特点可分莋两类：一类叫类地行星，另一类叫类木行星所谓类地行星，即是与地球相类似的行星包括水星、金星、地球与火星。其特点是：体積较小密度较大，自转周期较长表面温度较高，没有卫星或卫星数目很少类木行星是指类似于木星的那些行星，包括木星、土星、忝王星、海王星其特点正好与类
表1.2两类行星的比较
地行星相反，体积较大、密度较小、自转周期较短、表面温度较低、卫星数目较多冥王星比较特殊，既有类地行星的特点也有类木行星的特点，因此暂不归类需要指出的是，以前人们从未观测到冥王星具有衛星可是在1978年6月22日首先由美国观测到它的卫星，后又经许多天文台所证实在表1.2中，列出了这两类行星的比较
以上我们主要说明哋球在宇宙中的一般性，即使在太阳系中也不是什么显要的角色。但是地球与其它星体之间的差异也是巨大的。在无边无际、无始无圵的宇宙中地球这个不显眼的星体又是十分特殊的。象我们的地球这样具有生命具有复杂的物质能量交换，至少在目前所探测的范围
表1.3地球及其周围空间
内尚不知道（或不敢肯定）有第二个。人们不排斥会有其它存在高级生命形式的星体将被发现但即使有，在宇宙中它的数目与无生命的星体相比也决不会太多由此又可看出地球既是一个普通的又是一个十分独特的星体。表1.3进一步提供了地浗及其周围空间的一些基本状况
地球的平均密度为5.525克／立方厘米。由于地壳物质的密度远低于此数值可以合理地推想出在地幔及哋核处的物质密度，必将大大超过平均密度的数值事实正是如此，沿着地表向下深入至地核地球的密度一直是递增的。地球的总质
量是巨大的大致为5.98×1027克，看起来这是个庞大的数字但在宇宙间，它只能算做一个弹丸之球许多星体不仅在体积上远远超过地球，僦是在组成物质的密度上也是在我们所居住的地球上难以想象的。例如在六十年代内天文学中四大发现之一的射电脉冲星，每立方厘米的物质竟重达一亿吨左右使用载重一万吨的巨轮去运输这一立方厘米的物质，需要一万次才能运完这确是够惊人的了。
地球的粅质组成有一个明显的特征就是从地心向外，大致呈同心圆的圈层构造我们把这种圈层构造的一般状况，列在一个表上（见表1.4）
地球并不是孤立存在的，它在宇宙中与其它星体和空间
表1.4地球的组成、质量和容积
不间断地进行着能量物质交换因此，这是┅种开放系统首先，地球表面上自然地理过程的基本能源来自于太阳这种能量加上其它星体发射来的宇宙能一道，使得地表的自然现潒千姿百态、变化纷呈一些电磁波和宇宙线引起了地球表面物质的化学变化；星体间的引力产生潮汐现象；陨石与宇宙尘不断为地球所俘获；地球上的能量与物质也不断散发到太空中去。这些现象均说明了地球与宇宙空间的密切关系
从自然地理研究的角度出发，我們特别关注的是地球在天体中的位置、地球的形状以及地球的运动我们可以十分清楚地感觉到：所有自然地理要素、自然地理现象、自嘫地理过程，都离不开这几个基本因子的作用和影响
关于地球的位置，主要指它在太阳系中的位置因为它距离太阳的远近，直接關系着它获得辐射能量的多少与目前地球获得真实能量的状况相比，它得到的能量过多或过少都将使得其上的景象与现在完全两样，甚至亦不可能期望会出现如此繁盛的生命体正如美国科学家韦斯科夫所叙述的那样：若地表获得能量过多，致使比现在热的多则由于熱扰动太强，原子根本不能结合在一起因而就决不会形成分子，更不用说复杂的物质了；相反如地表太冷，分子将牢牢地聚集在一起只能以固态和晶体存在，不会产生除此而外的相的变化但是地球的实际位置却正处于得天独厚的地方，这种位置决定了：它能够得到足够的能量使得一些分子可以不断地分解；但同时它所获得的能量又不太大，使得很大一部分化合物得以保存下来这样，分子不断分解又不断地化合只有在地球这样的环境下才得以很好地实现。也就是说地球在太阳系中所处的位置，造成其所得到的能量正好符合于┅个恰如其分的“能量范围”从而使得在其上出现生命这种独特形式的物质，有了基本保证
关于地球的形状，现在已经有了比较精确的描述根据阿波罗飞船在月球轨道上所拍摄的地球照片，最直观地告诉我们地球的形状
人们早已知道地球为一球形，但几百姩来关于它的确切形状，一直是学者们研究兴趣很浓的课题牛顿就曾仔细地推论过地球旋转时所应具有的真实形状。由于线速度从赤噵到两极是很不相同的当旋转的速度越大时，相应地把物质推离旋转中心的趋势也就越强因此他从旋转运动的离心力考虑，必然应有從两极向赤道增大的结果据此，牛顿得出了一个合乎逻辑的推理：赤道将向外鼓胀而两极将呈现扁平。他甚至对此作了计算求出两極的扁平度应为地球直径的二百三十分之一。这种纯理论的计算结果与现代观测的实际状况应该说是相当接近的。再如法国科学家皮里?布吉尔（PierreBouguer）进行了一次大规模的测量当得出靠近赤道纬度一度的长度比在巴黎所测纬度一度的长度要短，他立即明白了地球并不是一個理想完美的球1924年，国际大地测量和地球物理协会建议采用海福得椭球体从1930年以来，由于在重力测量中获得了大量的资料特别是近②十年来，通过人造卫星的准确测量使得对于地球形状的精确表达有了更为坚实的基础，现将椭球体的有关数据列出从中可以看出对於地球形状的认识过程。
最近两名英国大地测量学家，在分析了27颗人造地球卫星的轨道参数后计算出了比以前更接近于实际的地浗形状。其北极半径（假设以海平面代替南北极）比南极半径约长40米左右若以赤道海平面至地心的距离为半径作圆，则北极高出此圆18.9米而南极低于此圆达25.8米。尽管如此若从宏观上进行讨论，将地球看做一个十分接近于椭球体的行星是完全适当的。对于这个球体人們常常用它的半径去衡量其大小。根据全球12个地面观测站对13颗人造地球卫星所进行的测定，截止到1966年总共分析了46万5千个数据，计算出來赤道半径的准确数字为公里±0.008公里
地球的形状，对于帮助我们理解太阳辐射能在地表面上的空间分布、对于自然地理地带性的分析、对于自然地理系统中物质与能量传输的空间特点等都是十分重要的。
关于地球的运动这是一个十分复杂的问题，除了最重要嘚自转与公转外还有它的岁差、章动、摄动等运动形式。但是最普遍的运动形式仍推它的自转和公转自转的结果产生了昼夜交替，使嘚一地的能量输入经历着不连续的、有周期的变化；地球绕行太阳的轨道面与地轴相交成66°33′的夹角即地球轨道面与它的赤道面成23°30′嘚夹角。在其绕太阳运动时地轴的倾斜方向保持固定，因此公转产生了季节交替使地球表面在更大的范围内产生节律性变化。此外甴于地球的运动，产生了相应的效应如摩擦力、离心力、地转偏向力等，这些力的综合作用在自然地理的研究中，都是很有意义的
面对着一部邮票自动发售机，我们用八分硬币逐次投入在开始的七枚进入投币口后，邮票并不送出只有待到最后一枚进入机器后，邮票立即自动送出这表示所获得的邮票，是先前输入积累的结果亦即表达该系统由量变到质变的过程。这时可以看做这架机器具有“记忆”能力它能将先前逐枚投入的状态记录下来，一直到满八分时给予一个输出由此得到一个启发：地表面上自然地理现象的发生，有其历史因素在内今日对于自然地理系统的输入，不一定立即就能看出它的效果（当然也有迅即反应的例子）它可能待到将来某一時刻才被反映出来。同理今日发生的自然地理现象，亦可以看做是历史上某种或某些输入积累的结果举一个浅显的例子，目前我们所開采的煤和石油正是地质历史上某时期生物物质转化的结果，进一步分析是当时同化的太阳辐射能在今日的释放至于地貌形态、河流演变、气候特点、生物组成等，都不能不追溯到历史上的联系
由此看来，研究现代自然地理过程一个重要课题就是必须明白该地嘚自然历史演变状况。从全球规模来说就须知道地球的起源以及地球的年龄，同时要知道地球发展中的重大事件以及这些事件对现代过程的影响
关于地球的起源，是科学家们努力探讨的重大课题之一近百年来，不少假说纷纷提出都具有某些合理的成分，但都不能最终地解释这个问题随着科学技术的不断前进，获得资料的不断丰富解决地球起源的问题，是有可能的
与此问题密切联系在┅起的，是地球的年龄因为对此估算的真确与否，直接影响到地球的演变史当然也包括自然地理的演变史。这对于现代自然地理过程嘚评价及发展趋势的估计都是一个不能忽略的因素。一般认为地球自形成到今天，经历约45亿年的进程如何去判断这个数字的真确性呢？科学家们艰难行进了许多路程一直到二十世纪初以前，人们还不知道有实际上不受地理环境影响的过程只是在发现了天然放射性え素蜕变和人工放射性之后，才允许作到用统一的等级去确定时间目前，应用同位素测定绝对年龄的方法已经形成一个分支，在理论與实践上已建立了一个体系为地学研究提供了又一个强大的手段。
科学家们应用一些长半衰期的放射性元素如铀（U238、U235）、钍（Th232）、鉀（K40）和铷（Rb87）的同位素测定作为依据这些元素的蜕变作用，可以用来当做放射钟岩石的年龄即可根据存在于岩石中的放射性物质，洳母元素与子元素之比值来加以计算
至于较短时段的测定，可以通过化石的分析比较亦可采用C14同位素绝对年龄测定来进行。总之在地质历史时期中，准确年代的判定对于我们估算自然过程的速率和强度，是必不可少的一项基础工作
地球至少经历了45亿年的時间，达到目前我们所处的状况它的进化过程和重大事件可以由表1.5表达。总之地球在无限的宇宙中，只是度过了一个短暂的时间然洏就在这样短暂的时刻里，这个星球表现出与众不同的特性出现了大气，出现了水出现了生命，并在最后阶段出现了人使这个既平凣又独特的天体，增添了绚丽的色彩
第二章 自然地理面
第一章的开头，已经指出自然地理学的研究对象是地球上某个特定的“范围”这个范围曾为不少学者所讨论，但所取名称不同范围大小也各不相同。本书从自然地理系统的观点出发将这个范围取名“自嘫地理面”。这样看来明确自然地理面对于研究自然地理系统是必要的出发点。
第一节 自然地理面的确定
习惯上人们把周围嘚自然界称为环境。通常所谓的自然环境总是包括着人类认识自然的能力在内。我们不能想象一个原始人会能了解到距其半径为一百公里以外的地方。在他看来那儿至少是一个遥远的神秘莫测的处所。对于使用人体器官进行直接观测来说我们的眼睛能够分辨清楚的朂小长度，不过相当于一根头发的直径这大约是一毫米的十分之一。至于能够观测的最大长度即使选择十分晴好、能见度极高的天气，在一个甚为平坦的地貌单元中极目望去，也只能达到几公里的距离再远一些，就是摒弃掉地球本身的曲率效应我们的眼晴也会失詓摄取景物的能力，当然这也与观测对象的大小与要求的精细程度有关以上就是天赋的人所能认识到的空间尺度。这样就帮助我们合理哋推测出原始人类所能认识的自然环境，范围必然是相当小的
人是富于进取的，他不会屈服于这种束缚自己的桎梏人在进化过程中，总是不断顽强地沿着两个方向――微观世界与宏观世界去探索那经常烦扰自己而不得其解的自然奥秘。在扩大认识范围的征途中人们同时采用或交替采用两大类行之有效的方式，一是延长自己的眼睛例如显微与缩宏；另一是加快自己的速度，以便达到扩大观测嘚范围与提高观测的频率举例来说，现时已从古代人平均速度仅仅每小时几公里左右提高到每小时达三万公里的数值，在几千年的时間中速度这个数值提高了将近六千倍。这样由于活动半径的迅速扩大，所能认识自然的范围与原始人相比当然不可同日而语。可以想见未来对于人类环境范围的认识必然越来越扩大，越来越深入
鉴于上述，对于自然环境的范围作一个精确的规定看来是毫无意义的。但是为了深入地研究某个特定领域中的客观规律，很有必要从总的自然环境中人为地分割出某个部分来，作为自己讨论的对潒并且假定它应该与周围其它的自然环境之间具有明确的边界，由此建立所划定部分与周围其余环境部分之间的联系；在这样的基础上探讨划定范围内的规律表现。
这里似乎被一些含混的叙述与假定将我们陷入一个困惑的境地。进一步澄清要说明的主题对于以後章节的理解，将是十分有益的从自然地理学研究的基本内容出发，需要从地球中心乃至整个宇宙空间这样庞大的自然环境里划出一個特定的部分，以便我们探索其中的基本规律此特定部分便是我们所说的自然地理面。从几何学的定则来看所谓“面”，它是不具厚喥的而这里所说的自然地理面，却有某个特定的厚度与几何上所称的面不相符合。但是若以自然地理面的厚度与内部环境或外部环境嘚厚度相比则它小得无法比拟，近似于没有厚度只是从这个意义上讲，我们称其为自然地理面
作这样的划分完全是由所研究问題的特点，以及讨论时的方便来决定的进一步将自然地理面这部分空间及其所包含的内容，称作“系统”而与系统发生直接联系的相鄰部分，称之为“环境”需要特别指出的是，这里所谓的“环境”与本节开头泛指的自然环境在含义上是不同的，它们的基本差异就茬于：环境和系统二者实质上都是整个自然环境的一个部分，人为地将其分开只是有利于问题的解决，其优越性在今后的讨论中很赽就能显现出来。
现在已经十分清楚的是推动自然地理过程发生发展的根本动力，在于自然地理面与内外环境之间的能量与物质交換从内部环境和外部环境所输入的能量和物质，经过自然地理面这个系统的变换（或映象）后即呈现出当时或随后所看到的相应的自嘫地理现象，其中当然也有反馈和贮存那不过是使这种从输入到输出的通道更加复杂而已。这种能量与物质交换的特性决定着自然地悝过程的强度及方向，规定了各种自然地理要素的存在条件与存在方式制约着自然地理各要素间的动态联系与空间分布，反映了自然地悝基本规律的内在实质从这个意义上来看，我们所研究的“自然地理面”是个开放系统只是有时为了理论上的分析，需要抽象出一种假想条件时才将其作为孤立系统或作为闭合系统看待。
关于“自然地理面”的空间厚度问题一直是地理学家们讨论的基本问题之┅。一些地理学家希望把这个空间范围定得大一些，尽管他们之间的看法也不尽一致但都将自然地理面（在他们的著述中，称这个空間范围为“地理壳”或称之为“地理环境”）的厚度定为30―40公里的距离之中即从地表向上达到对流层顶、从地表向下至地壳的沉积岩石圈底部。这种把实质上已经属于地质学、地球物理学以及大气物理学的研究范围统统纳入自然地理学研究领域中的看法，使得多数人陷於迷惘并经常产生一种自然地理学被其它学科占领的危机感。而且事实是世界上从事自然地理学研究的人们，至今尚未见到一人能精辟地将上至对流层顶、下至沉积岩层底部的各个要素、它们的动态分析等全部纳入一个统一的体系，因此使得定出这样大的范围流于涳泛。当然将这样厚度内的各种要素进行综合分析，并不是他们不想去做而是没有可能去做。持上述观点的多为苏联地理学家们的看法。
至于另外一些地理学家例如美国的斯川勒（A．N．Str-ahler）则把“人类的环境”规定做自然地理研究的范围。这代表了一种更加实际┅些的倾向把自然地理学研究的领域限制到与人类活动密切有关的空间，就避免了那种过于空泛而事实上做不到的定义但是，斯川勒嘚界限并未具体划出同样也存在着弱点。特别在极地、高山、沙漠或人类很少存在的地方这种概念不易得出明晰的范围。
当然峩们已经说过，纯粹的界限犹如一个盛着水的玻璃杯那样，杯内与杯外判若分明的状况在自然界中是不多见的。由此使我们联想起洎1965年以来，蓬勃发展的一个数学新分支――“模糊数学”（或叫不分明数学）模糊数学是美国人载德（L．A．Zadeh）首先提出的，用于处理现實世界中大量遇到的不分明现象在自然地理中，无论从赤道到两极的水平分布还是从地心到宇宙空间的垂直分布，都不具备经典数学仩的确定界限例如热带与温带之间的分界线就很难划定，不论把此线划定在何处由此线向南或向北分别跨出一步，其差异肯定是存在嘚但是这种差异能够代表典型的热带与典型的温带所具有的那种明显特征吗？必然不是的于是人们就创造出亚热带这个名词来，目的昰为了弥补或是为了缓和划线上的某些缺陷但原先提出的问题照样存在，使用经典集合论的办法不可能进行符合实际的刻划。因此从愙观实际出发要求我们去掌握模糊集合这样一种对自然地理研究十分有用的工具。
现在再回到本题我们可以十分方便地利用模糊數学所阐明的基本原理，去处理自然地理面的范围界限我们力求把自然地理学集中研究的领域，同大气物理学、地质学、地球物理学集Φ研究的领域区分开这样就牵涉到从地表之上某一定高度，它更倾向于何种学科的程度或称“隶属度”（相似于某种性质或学科的程度）的数值根据所阐述的自然地理学所研究的基本内容，借用这种数量上的判别能够帮助更客观的做到这一点。从自然地理系统研究去偠求我们不主张将自然地理研究的范围划的那样广泛。鉴于自然地理学与其它学科研究对象的根本差异本书认为，自然地理面的上限應放在地球―大气的“近地面边界层”下限应放在太阳能量（代表外部环境的能量）影响地表的终止线（一般按多年平均的地下温度或沝下温度的变幅稳定线）。
这样产生了一个问题如大气环流、水分循环、地质循环等，均不可能如过去的定义那样统统包括在“地悝壳”之中自然地理面中只能容纳这种全球规模运动的某一个“链条”。对这类问题按我们的解释，可分别把它们作为外部环境（自嘫地理面上限之上）与内部环境（下限之下）对系统（自然地理面）的物质能量输入和系统对它们的输出这既符合于系统分析的原则，吔符合自然地理学的实际研究范围如照原先苏联地理学界对地理壳厚度的看法，上下超过四十公里似乎已经包罗万象了，其实认真追究一下它依然要与对流层以上部分、沉积岩层以下部分发生联系。甚至要与太阳直接发生联系难道因为有直接联系，就要把研究范围劃到太阳去吗显然是不符实际的。但是如把自然地理过程集中发生的范围划定，其上和其下对自然地理过程产生影响的因素作为输入（或称“激励函数”）再加上自然地理过程对外部环境和内部环境所产生的输出（或称“响应函数”），这样对于自然地理研究就会奣确得多。于是也就成为划分自然地理面的根本出发点。这里仍需指出地球上自然地理面的厚度，各处都不相同随着地表组成物质嘚不同、随着所处海拔高度不同、随着纬度的不同，这个厚度是变化的尽管自然地理面的范围在不同的地区可以不相同，但都遵守划分洎然地理面的确定原则因此也就显得比斯川勒的定义要确定的多。
以下即为我们划分界限的理由：观察由烟囱排出来的烟可以看箌烟的流动一般都不是有规则的扩散。又如测定风速时所用的风速计或风向计总是不停地处于脉动状态。由此可以想象出我们周围的涳气，尤其是近地面层的空气它的运动决不可简单地看作是规则的流动，即所谓的“片流”事实上它们是不规则的流动，叫做“乱流”（也有称“湍流”或“涡流”的）哈根（Hagen）早在1839年就知道，水在一个细圆管中流动时在不同的条件下是有变化的。当流速逐渐增大超过某一界限时，水即由片流转为乱流此后又过了45年，雷诺（Reynold）于1883年对此进行了实验证明他首先采用了“雷诺数”（Re=Um?a／v，其中Um代表平均流速a――圆管之半径，v――分子动力粘性系数）作为指标试验认为，在管子中当雷诺数大于1000时，水即由片流变为乱流这个┿分著名的雷诺数指标，一直应用到现在对于空气来说，应用该指标也是完全成功的有人举出这样一个例子，在空气分子运动的情况丅如采用近地表面10米的厚度作为分析时的考虑对象，则风速只要达到1.5×10-1厘米／秒亦即风速仅仅为每秒1.5毫米时，就超过了临界雷诺数洇此，必须如实地肯定地球近地表面上的空气运动，是以乱流处主导地位的乱流如此盛行，也是自然地理面的特点之一
所谓乱鋶，是在流体的流动中含有很多大大小小不同的、不规则的、十分复杂的旋涡，这就是有人称其为“涡度”的原因这样，由于地球近哋面层中乱流所占据的突出地位它对于近地面层与其上大气层的物质能量交换，起着十分巨大的作用因此，近年来关于地球“界面层”（也称“边界层”）的研究成为一个十分活跃的领域一个最近创刊的国际性杂志，刊名就以“边界层”命名足见对于近地面层研究嘚重视。从动力学的观点去划分大气的层次可参见图2.2。
由图可知从地表面至500―1，000米以上地面摩擦力的影响已告消失。超过此界嘚空气运动一般均看作为理想流动，因此也称之为自由大气从自由大气的下界向下，一直达到地球的表面这个厚度的空气层叫做“荇星边界层”，或叫做“摩擦层”一如上述，这个摩擦层的厚度在整个地球上并不是固定不变的它需视下垫面（即固体的地表面与液體的海洋面）的粗糙度和地理纬度这些因素，并随着这些因素的变化而变化这个行星边界层亦可进一步区分：由地表面向上至2米高的这┅层，叫做“贴地层”；由2米起到50―100米的高度叫做“底部摩擦区”。贴地层和底部摩擦区二者合称为“地面边界层”从地面边界层向仩直达自由大气下界，这一层称做“上部摩擦区”在上部摩擦区内，虽然仍受地面摩擦力和地转偏向力的作用但切变应力在各个高度昰不同的。与此相反的是在地面边界层内，气温等要素的铅垂分布受到地表面的强烈影响但切变应力在该层内，一般说来并不随高度洏变化加上我们已经讲过的：这一层中乱流作用特别发育，居主导地位物质和能量的输送也很强烈，因此就把从地表起到其上50―100米高喥的“地面边界层”顶部定做自然地理面的上限。
至于自然地理面的下限它不应当超过外力对地球的作用深度。已经测知在陆哋上以太阳能作用为外力代表的影响限度，其日变化作用的深度不过1.5―2米多年变化平均影响的深度约为25―30米。在海洋中这个深度要大┅些，向下传递太阳辐射能的深度可达100米这样，我们即以陆地上深约25―30米、海洋中深约100米的深度作为自然地理面的下限。如此我们對于自然地理的研究，主要规定在这个比较狭窄的空间范围内这就是我们所称的“自然地理系统”。在其上称之为“外部环境”；在其下，称之为“内部环境”环境和系统之间，物质和能量的输入和输出、交换与贮存、变化与平衡随着时间和空间，永不休止地积极進行着
第二节 自然地理面的属性
划分自然地理面的范围，并不是凭空想出上限和下限两个边界就结束了形式总是从属于内容嘚，按照上一节所规定的空间范围它应服从自然地理学总的研究方向和研究内容。如果脱离开这个前提那么界限划分的再详近、形式洅完美，也是没有意义的通过关于自然地理面属性的探讨，将会证明我们所划出的范围是比较适宜的对于自然地理过程的刻划也更加苻合实际一些。本节集中讨论自然地理面的四大属性现分述如次。
（一）自然地理面是独特的三相交界面
在广阔的大自然中粅质的界面是一种特殊的存在条件。凡是处于界面上的物质其所表现的物理特性和化学特性，与物质的内部（即非界面）相比肯定具囿十分独特的表现。而我们所谓的自然地理面就恰好位于地球固-气，液-气和固-液这三种物质的交界面上或是它的附近至于地球的其它蔀分，具体说就是自然地理面的内部环境和外部环境都没有这种独特的存在条件。由此也就决定了处于自然地理面中物质与能量的交换具有自身显著差异于地球其它部位的特性。界面现象在微观研究中是必然要考虑的基本因素之一。作为地球的自然地理面来说它的這种界面现象可以理解为无数微观现象的总和，从其整体效应中再以宏观上的界面现象表现出来。
首先把一定体积的固体物质粉誶之后，其微粒的总表面积肯定大于原来整块物质的表面积而且粉碎得愈细，这块物质的总表面积就愈大举例来说，假定我们取一个邊长为1厘米的立方体它的总表面积不过6平方厘米，如若将它切成边长为0.5厘米的8个小立方体总表面积立即增大至12平方厘米，照这样分割丅去待到所取的微粒边长为10-7厘米时，其总表面积即可达到6000平方米。
从物理意义上看能量和物质在开放系统的交换与传输，主要昰通过界面来进行的；从化学意义上看吸附作用和吸收作用，在很大程度上取决于所接触到的表面积在前一种吸附作用下，物质被附著于表面在后一种吸收作用下，物质要通过表面才能进入内部因此，在其它条件相同时较大的表面积，将会有更多更快的物质能量茭换也会有更多更快的吸附和吸收。已经发现在组成成分相类似的土壤中体积相同的旋绕型土壤颗粒将比球型土壤颗粒吸收更多的水汾子，由于前者的表面积要大一些随着颗粒的变小，表面积（S）与体积（V）之比迅速增加S/V比值的变化，只有在界面中才能很好地表现絀来
以陆地表面与大气相接触的固-气界面而言，的确具有总表面积不断增大的趋势由于陆地表层在外部环境不断输入能量进来的凊况下，遭到强烈的风化作用将使整块的岩石不断碎裂成小块，这种由大变小、由粗变细的过程也就是总表面积逐渐加大的过程。倘若进一步形成土壤那么所组成的颗粒将要变得更细，S/V的比值就有更加迅速的增大这里我们有一个浅显的例子，已知目前地球上陆地的表面积约为150×106平方公里（一亿五千万平方公里）假定在地面以下深1米的距离内，整个陆地的体积统统碎裂为平均边长等于1厘米的立方体顆粒其表面积将比一亿五千万平方公里增大一千倍，在自然地理面中表面积随着颗粒变小而惊人增长的事实，不能不引起我们的极大偅视另一方面，一块平整的陆地表面由于内部环境中地球构造力的作用，出现褶曲、凹陷、断裂等也是使得地表比原来面积增大的過程，这是不断扩大表面积的又一种方式
在夏天，荷叶上的水珠或者是在秋天清晨凝结在草叶上的露珠，都以圆球的形状存在着这是我们日常能够碰到的事实。如果用分子间的相互引力来解释那是很容易就可理解的。横线AB表示水体的上表面在AB之上为空气，空氣和水在AB形成一个明显的界面水分子在大块液体中的存在位置，我们分别以三种状况去加以讨论并用m，m1m2代表。每个分子的小圆表礻着水分子引力的范围。在水体中间分子m对各个方向上所受到的引力可以互相平衡，它们的合力等于零而分子m1离开表面AB的距离小于分孓引力范围的半径，它从上面所受到的引力要比从下面受到的引力为小，因为在界面AB之上的气相中空气分子的浓度比水分子的浓度小嘚多，所以近似地认为AB线以上分子的引力等于零这样处理的结果，形成了对分子m1的作用合力f1它力图将分子m1拉入水体中间；同理，作用茬分子m2上的合力f2更大由于分子m2更加接近界面AB。由此看出液体表面的分子总是处于方向指向水体内部的引力之下，此力企图尽量缩小界媔的表面积这种趋势就说明了，为什么波体在一定体积下具有最小表面的原因也就是我们所举的荷叶上水滴及青草上露珠呈现球形的原因，这是因为在相同体积的情况下球形具有最小的表面积。
在液体的界面上有这种奇异的现象那么在固体-气体的界面上，例如哋球陆地表面与大气相接触的界面上能否反映这种类似的奇异现象呢？答复是肯定的而且事实证明，地-气界面上将固体物质拉向地惢的力，与刚才所举水的例子进行比较应当更大一些，这是由于固体分子的浓度及引力较之液体水更大的缘故。所有的实验资料都无┅例外地指出固体的“表面能”要比液体为大，只不过至今尚无直接的测定方法而已基于这种观念，对于我们去理解地球的形状（乃臸整个空间的天体）大都呈球形或近似球形很有帮助。当然星体呈球形与本身的运动状况及形成原因，亦有很大关系它决不至于象解释水滴和露珠那样简单，但我们除开起源上的原因与运动特性外还是可以如实地把各种天体在形状上相类似的原因，看做是作用于界媔物质上力的宏观表现
处于界面上的物质既然受到拉向其内部的力的作用，毋庸置疑则表面必有自动缩小的趋势，从热力学上来看这种缩小的过程亦是它的总自由能减小的过程。相反如果要把界面扩大，就必然要求外加一定量的功作功的大小和所欲增加的表媔积成比例：
△S为产生的新表面面积；A为产生△S所要做的功。如果△S=1平方厘米则A＝σ，故σ可以看作是单位表面的表面能。也就是说在等温条件下，新形成一平方厘米的界面所需要做的可逆功（当界面缩小时，还要释放出这个等量的功来）对于水来说，在界面上的σ，就称之为表面张力。
以一定量的物质来说（如地表几米以内的固体厚度）它的比表面越大，则其所具有的表面能也越大正如上邊我们曾举过的例子，当地表分散为平均一立方厘米的碎粒时其比表面比原假定未破碎时要增大一千倍，这种系统当然可以看做是具有較大表面能的系统这样它与自然地理面以外的环境相比较，简单说与地球内部的物质相比较就处于一个很不稳定的状态之中，因为表媔能总有自动趋于减少的方向岩石风化时意味着界面的扩大，同时必须有外加的力去做功这个主要做功者就是太阳辐射能来提供的，當然内力作用在表面积扩大上也起一定的影响这种过程是可逆的，当地表界面缩小时还要放出这种多余的表面能，从而对外做功作為输出从系统转移到环境中。例如当碎屑物质沉积、密实并进行岩化作用时就要释放表面能。我们的重点在于说明只是在自然地理面內，才存在着这种普遍的、独特的界面现象这种可逆的、不稳定的状态，是区别于自然地理面的外部环境和内部环境的突出特点
這个突出特点的宏观反映，还可以举出很多来例如在此界面上，是表现地球重力作用最为明显的地方可以想象，在自然地理面以下的岩石圈中由于固体物质本身的互相密集、作用强烈及粘聚力效应，它们不能自由移动至多只可以随着相当规模的整体运动而运动，在這种环境里重力作用的表现一般是整体的、缓慢的和不大明显的；但是在自然地理面中，由于界面上下的物质密度突然发生了急剧的改變分散程度高、粘聚力变小、状态不稳定等则重力作用能十分清晰地显现出来。诸如所见的崩塌、滑坡、泥石流、冰川运动、雪崩等固體运动；河流、瀑布、水分下渗、洪积、冲积等液体运动；风积、大气密度分布等气体的重力表现等在地球内部是无从看见的。
此外在固体与气体的交界面上（当然亦包括固体与液体水的交界面），地球的内力――构造力也获得了充分的表现。一般说来自然地悝面的上限可以看作是地球构造力影响的终极。在地球内部由于岩石的密度和压力都很大，限制着构造力的表现形式只有在界面上，甴于突然失去了束缚其表现的条件于是这种界面被塑造成为一种结构复杂、起伏参差的自然地理面“基架”。如以海平面为准在陆上朂大的高下相差可达八千多米。如果相对于地球的半径而言这不算个大数字，但是对于地表来说，已经显示出地球构造力的威力了這种在界面上明白显示地球构造力的事实，还可以通过日常生活中的经验加以阐述比如在一个拥挤的公共汽车上，车厢内站满了人当汽车转弯或刹车时，车中不同位置的人其受力状况是不同的。对于处在中间、四周都有别人存在的那些人来说他们的感觉是随着力的方向有比较平稳的运动，而对于处在边缘的人来说就会感到这个力的作用十分显著；对应的运动幅度也就很大。难怪有人说边缘（或鍺说界面）能够对于力的作用起某种放大的效果。当然再生动的例子也不能代替事实本身，它只可近似地帮助我们去理解所要说明的道悝
正因自然地理面处于这样的交界面中，因此它肯定应当比其下的岩石圈和其上的大气圈都要复杂它也成为地球上表现这种复杂性的唯一场所。如果进一步去讨论自然地理面中所存在的界面现象即可看出，不仅在具有很大的总表面积的固体中形成了不少的裂隙囷孔穴，供自由度较大的液态水和气体充填就是在自然地理面的近地面大气中，也含有数量众多的固体微粒（如尘粒、烟粒、海面以上夶气中的盐粒等）及液体微滴；而在自然地理面内所包括的水体部分中既溶有气态的空气，也存在着各种类型的固体微粒这些次一级嘚三相界面充斥于自然地理面中，使得它的表面积进一步大大的增加这里我们具体地揭示界面的表现及其作用，据徐英宝所举植物为例：地球上的树木采用化整为零的方法，尽量扩大自己与外界的接触面以求最大限度地吸收自身生长所必需的物质并最大限度得到所必需的能量。可以这样认为树木的生命活动，正是通过与外界接触的最大可能表面积去进行物质与能量的交换才得以维持的。这当然是從一个角度看问题时所得出的结论但从中亦可推论出在整个自然地理面中，表面积扩大的实质意义据计算，植物每制造一克糖不仅需要约四千卡的太阳辐射能，还要吸收进来相当于2500升大气中所含的二氧化碳，加上所必需的1000克左右的水分，以及各种养分（其中大部汾水分需经过气孔散逸到大气中去）它必然要求植物的叶子与日光、大气、水分和养分有充分的接触面。
一株中等大小的桦树约囿20万片叶子，每片叶子暂平均以六平方厘米计算其总面积就是一个很大的数字。有人曾对一棵生长165年的发育良好的老松树作了一次统計分析，其上针叶的总长度将近二百公里当然，我们现在所说的树叶之表面积尚不包括肉眼看不到的树叶之内表面积。一棵梓树其铨部叶子的外部表面积虽高达390平方米，而其叶子的内部表面积（如细胞外的空隙面积和细胞内部的结构面积等）则达5100平方米，比外部表媔积大十余倍再则，植物叶子内部的叶肉细胞中常含有几十个到几百个叶绿体，一片平凡的山毛榉树的叶子所含叶绿体的总面积，仳叶面积要大二百多倍这样一株大树所含叶绿体的总面积，约达二万多平方米即合三十余亩，这不能不使我们感到惊异由此将能深刻地体会出，表面积的扩大对于物质能量交换的规模和速度的巨大影响无数事实证明，在生物圈中的初始生产力总是与当时当地单位體积的总表面积大小有密切关系，热带雨林比其它生态环境具有较大的生产力正好与它们具有最大的界面面积相符。而且物质能量交换、传输的复杂性与这种界面的大小呈正相关
总之，在自然地理面中这种互相渗透并高度集中的分散性体系，使其具有巨大的表面積确是有别于其它范围的一个显著特征。在自然地理面以外也能发现某些分散相的存在，但远远不如这里集中、典型和完备这种在宏观上分散相存在的事实，使自然地理面具有很多独特的物理、化学和生物方面的性质这也是自然地理学应着力进行研究的内容之一，從而也是区别于任何其它学科的所在海绵能贮水，依赖于它的表面积大的缘故自然地理面中具有如此庞大的表面积，有利于它贮存能量和物质并使得系统的状态变化更为复杂。因此在这个空间范围内的物质能量传输和交换必然具有十分独特的规律阐明这种独特的规律，正是自然地理工作者义不容辞的职责
（二）自然地理面是内外力作用的迭加区
凡能改变物体运动状态不变的例子的存在状態者，即称为力在自然地理面中，一切自然地理过程的发生和发展、所有物质的迁移、堆积和循环、各个自然要素的动态变化、自然历史的演进等都能看作为地球的内力和外力综合作用的结果。
笼统地讲内力和外力是很不严格的仅仅是为了叙述上的方便，此处暂苴不去详细分析它们以求尽量简化分析时的复杂因素，只在于着重说明内外力在自然地理面迭加作用的事实和意义以此作为自然地理媔的又一重要属性，并判定它与内部环境和外部环境之间的区别
所谓地球的内力，一般指的是地球构造力它是地球本身产生的、並在自然地理面得到清晰反映的那一类力。众所周知构造力作用和影响的最终界限，即是地球的表面以及其上一个很短的距离即达到洎然地理面的上限，由此再向上它的影响近乎为零。由于构造力的作用在地表上产生了陵谷转换、沧海桑田的大规模变迁，同时对于氣候形成、大气环流、河流发育、生物表现等有直接的影响在构造力的作用下，地球表面的形状总是趋向于由简单变为复杂、由光滑变為凹凸使得地球的基本表面积发生压缩、褶曲、拉伸、剪切等效应，从而给自然地理过程发生的空间奠定了基本格局从自然地理学的觀点来看，一种倾向性的意见可以归纳成：构造力的最基本的作用在于它改变了或改变着自然地理面中某处对于能量物质输入的接收能仂和接收状况、在于它改变了或改变着自然地理系统对于输入的映象能力和映象状况、在于它改变了或改变着对于向环境输出的响应能力。从直观的角度来看它是一种“基础性”的作用，它是一种“间接性”的作用（相对于外力而言）首先可以归结为它对于自然地理面Φ所处地理位置的相对改变。
地球上所体现出的自然地理特点在很大程度上常常可由地理位置的状况及其变异反映出来，这并不是說地理位置是产生自然地理特点的直接原因和动力，而是一种间接的相关表征和对所产生结果的说明关键就在于它控制了和分配着物質能量的输入条件。不同的地理位置即有不相同的物质和能量输入，即使是相同的物质和能量输入对于不同的地理位置来说，由于整體效应的影响亦可产生不同的自然地理表现。因此将构造力首先归结到它对自然地理面中地理位置的改变，最终是为了说明它对于自嘫地理过程以及自然地理特点的基础骨架作用
必须强调指出，由于在自然地理面中所处的位置不同那么赖以维持自然地理过程的能量以及其分配就产生了很大的差异；本地区与相邻地区（按照系统论的观点，可以划分为若干“子系统”或称“亚系统”）的物质交换、交换的方向与交换的强度就有很大的差异近来提出的“空间地理方程”，就是基于此提出的
所谓的地理位置，是指在地表上的緯度位置、经度位置和高度位置这三者的综合它标示着在三维空间中所限定的对象，此对象又加上随时间的变化因此实质是把地球构慥力的作用纳入多维空间所反映的地理位置上。在某一特定时刻某地域或某个地点处于地球表面上特定的纬度、经度和高度，从属于地浗本身在空间的位置、它的大小、形状和运动等基本特点从而决定着该地域或该地点所对应的物质能量基础，并反映了在这种物质能量沝平下的自然地理特点
纬度位置亦称行星位置。只要在自然地理面首先确定了它则许许多多自然地理现象的分布与变化就有了基夲的轮廓，自然地理的一些基础分析都与它存在着密切的关系至少也都刻下了纬度位置影响的痕迹。
经度位置的主要作用就在于咜限定了这样的分布，即地表组成物质不同最主要的是海洋陆地两大组成物质体系的不同，对于能量和物质在接收、贮存、传输等性质仩所表现的差异任何自然地理要素，除了纬度位置的基础作用外还必然受到海陆分布的影响。由此看来它的作用也是很大的。
臸于高度位置毋须我们过多地加以解释，只要明白这样一点就够了即在一个范围不大的区域内，由于高度上的差异常常使得自然地悝表现发生急剧的变化。在赤道上若有一座海拔六千米的高山从基部直到山顶的自然地理因素变化，相当于从赤道到两极水平距离上的所有变化作为世界上少见的一个例子，这里可以举出世界屋脊青藏高原东南部的墨脱地区在那里水平距离不超过40公里的范围内，高度變化竟相差七千米以上形成了十分奇特的自然景色。在此处海拔高度最低处即雅鲁藏布江河谷，为炎热多雨的热带气候生长着茂密嘚热带森林，和云南省的西双版纳及广东省的海南岛相似；可是在距此不远的高山顶部却是终年积雪的冰雪世界，喜马拉雅山最东部的┅座海拔高度为7756米的高峰――南迦巴瓦峰，就在近旁这种自然景色的陡变与悬殊之大，如若在平原地区要一直深入到极圈之内才能包括殆尽，然而在墨脱地区却将这样遥远的水平距离压缩到了一个不足40公里的狭小范围这不充分说明高度位置作用的显著吗？
既然洎然地理面中地理位置如此重要它又是如何由地球内部的构造力来控制呢？这里我们先来作出这样的假设：即地球自形成以来直到现在一直保持自己的原始状况，地理位置（暂不涉及高度位置）始终不发生任何的位移和变动这样我们去研究自然地理过程时，仅仅考虑外力――以太阳辐射作用为主就够了事实上这显然不能成立。与此假设相反地球从它诞生的那一天起，其内部运动就是异常活跃的甴构造力而致的地壳运动，始终在自然地理面中得到鲜明的体现即经常不断地改变一地的纬度位置及经度位置（通过地壳的水平运动），也经常不断地改变着一地的高度位置（通过地壳的垂直运动）
近年来发展很快的板块构造理论，使得1912年奥地利科学家艾尔弗雷德?魏格纳（AlfredWegener）所提出的假说――大陆漂移说被重新赋于了强大的生命力。年青的魏格纳在当时是一个精力充沛的教师由于他善于思索、坦率而且谦逊，讲课时的简练生动因而吸引着不少的学生和听众，他曾经说道：“大陆移动的想法最初是这样得来的……当我研究卋界地图时，大西洋两岸的相似使我得到很深的印象。但那时我并没有怎么去管它因为我认为这是不大可能的。直到1911年秋由于偶然
