第一章 地理科学的复杂性
钱学森在他所创导的系统科学中，提出了11个门类（自然科学、社会科学、数学科学、系统科学、思维科学、人体科学、军事科学、行为科学、地理科学、建筑科学和美术艺术）五个层次（哲学层次、哲学桥梁层次、基础科学层次、技术科学层次、工程技术层次）和一个作为“环境”的前科学，“现代科学技术体系”是系统科学在基础层次上的实例，见图1.1(马蔼乃，2011)。
图1.1 钱学森的现代科学技术体系
地理科学（钱学森等，1994)是钱学森在研究“现代科学技术体系”的基础上于1986年首先提出来的。它与众所周知的地理学既有联系，又有区别。联系表现在地理学研究“人地关系”，实际上已经表明地理学既是自然科学，又是社会科学；区别在于，长期以来受“还原论”的影响，将自身分解为自然科学的自然地理学，社会科学的经济地理学，人文学科的人文地理学。而地理科学则确切地阐明是自然科学、社会科学之间的桥梁科学，研究“人地系统”、“人地系统工程”。钱学森在系统科学的工程技术层次上，提出了“社会主义建设的总体设计部”，在社会主义总体设计部的表述中，清楚地表达了人地系统工程，实际上是一个“人地系统工程”的顶层设计，包括两大部分）社会系统工程和地理系统工程，左边三项（政治文明建设、物质文明建设、精神文明建设）是社会系统工程，右边一项（地理建设）是地理系统工程，见图1.2。
图1.2 社会主义总体设计部是人地系统工程
地理系统工程是开放的、复杂巨系统（马蔼乃，2006)，而且是网络系统。不言而喻，社会系统工程更加是开放的、复杂巨系统了。时至今日，我们研究的是开放的、网络的、复杂巨系统。与钱学森时代提出的“系统”来比较，应该更加强调“网络”。而且网络的复杂性随着人们深入的研究，发现网络的节点，可以是不同层次的“集群”或者是“个体”。一方面，按照通常的理解，系统是既有跨度，又有层次的，似乎是有“规则”的，实际上网络节点的重要性，有时是个体的权重远远超过了集群的权重，这样就增加了复杂度；另一方面，按照通常的理解，网络又是“牵一发而动全身”的，但是按照“小世界”的规则（瓦茨，2006)，网络个体与集群的影响又是有“范围”的，有“限制”的。以上两方面，都带来了复杂度的增加，地理系统工程的网络系统，在不同的条件下，低层次的小系统，会影响全局。
1.1 地理科学与现代科学技术体系
按照2009年12月，作者对钱学森现代科学技术体系的第二种解读方法（马蔼乃，2010)，见图1.3，地理科学与建筑科学、军事科学、人体科学同样是穿透自然科学、社会科学、人文科学的桥梁科学。
图1.3 地理科学在现代科学技术体系中的地位
地理环境包括自然环境与人工环境两部分。自然环境的研究，以自然科学为基础，人工环境的研究，以人工科学（即钱学森的建筑科学）为基础。军事科学中的信息技术与地理科学中的“天地人机信息一体化网络系统”是可以平时民用，战时军用的。人体科学离不开环境，人体生态系统，实际上就是人体系统与地理环境系统的综合。地理环境是完整的系统，离不开地理系统的研究。从定性到定量研究地理科学，离不开数学科学。认识地理现象是依靠人脑进行的，因此地理思维科学显得十分重要。改造地理环境必须依靠人的行为，因此行为科学对于地理科学也是不可或缺的。地理科学是穿透自然科学、社会科学、人文学科的桥梁科学，因此地理科学是现代科学技术体系中的一部分，而且是非常重要的部分。2011年出版的《地理科学与现代科学技术体系》详细地阐述了其中的关系(马蔼乃，2011)。地理科学的研究在一些重要的方面发展了现代科学技术体系。
1.1.1 发展了现代科学技术体系
随着《地理科学丛书》的完成，地理哲学、理论地理科学、地理信息科学、地理系统工程的体系研究中，将钱学森现代科学技术体系的11个门类，扩充成为15个门类。因为11个门类分哲学层次、基础理论层次、技术科学层次、工程技术层次。哲学按照各个门类的矛盾特殊性而分类，构成整体的“哲学系统”（基础理论实际上是需要发展“复杂性科学”；技术科学在当前信息科学与技术的冲击下，主要是“信息科学”；在工程技术层次上，主要是系统工程的技术工程科学，见图1.4。
图1.4 发展现代科学技术体系从11到15个门类
从11个门类到15个门类，使得现代科学技术体系纵横交织，构成网络系统。后四个门类同样具有哲学层次、基础理论层次、技术科学层次和工程技术层次，见图1.5。
图1.5 新四个门类的四个层次
除哲学系统外，其他14个门类的哲学层次，实际上是各个科学门类的矛盾特殊性，符合恩格斯的分类原则，也符合“矛盾论”的分类原则(四个层次的区分符合“实践论”的认识论。哲学有其特殊性，哲学是认识上的*高概括，在基础科学层次上，是“科学哲学”，而不是哲学理论；在技术科学层次上是“信息哲学”（技术哲学），而不是哲学技术；在工程技术层次上是“工程哲学”，而不是哲学系统工程。
1.1.2 发展了系统科学
钱学森的系统科学实际上并没有完成。在系统科学的理论层次上，钱学森给出了“现代科学技术体系”的开放的、复杂巨系统实例（在工程技术层次上给出了 “社会主义建设总体设计部”的开放的、复杂巨系统的实例。在技术科学层次上没有给出实例，地理科学在技术科学层次上，给出了“天地人机信息一体化网络系统”的开放的、复杂网络巨系统，补充了系统科学，发展了系统科学。
1.1.3 认识了地理思维
地理科学对形象思维与抽象思维几乎是并重的，地理工作者的野外考察，首先接触到的地理现象，都是形象的感性认识。从感性到理性，从形象到抽象是很自然的。近三四十年来的遥感技术与遥感信息，特别是遥感影像，也是从图像开始的。如果说野外实况是“原型”，那么遥感影像就是“信息模型”。地理科学的研究从形象的原型或图像（二维、三维）开始，抽象为“语言、文字”的描述(一维），形成“概念”，概念与概念的逻辑推理与经验的联想，形成头脑中的“意象”。地理现象的形象好比是“几何”，抽象的概念好比是“代数”，那么这“意象”就是“解析几何”了。头脑中的“地理意象”是类比的基础，在类比的过程中，往往产生“创造性”思维的“火花”。
由此可以确信，以P波（13～30HZ)为主的抽象思维（左半脑为主），以α波（9～12Hz)为主的形象思维（右半脑为主）的分析，需要进一步分解成α1波（11～12HZ)为形象思维，α2彼(9～10Hz)为意象思维。地理思维具有左右半脑频繁交替进行思维的特点，在意象思维阶段极容易达到创造性思维的程。
地理思维，*先是右脑的c#波，然后是左脑的α1波，再后是右脑的β波，这已经十分接近创造性思维的“灵感” 彼(5～8Hz)了（马蔼乃，2007)。符合实践论的认识，这样的认识有助于地理科学的教育与科研。
1.1.4 联系了人体科学
将人体放置在地理环境中，称为人体生态系统，这样地理科学与人体科学就联系起来了。从人体生态系统的理念出发！认识了人体与宇宙同源的“天人合一”的科学思想（马蔼乃，2008)，也认识了人体系统工程实际上是人体生态系统医学（马蔼乃等，2007)。进一步的研究，将会对“人体潜能”的认识，以及如何开发“人体潜能”提出科学的论据。
1.1.5分离了建筑科学
钱学森在1996年提出建筑科学，1986～1996年之间，是把建筑科学放在地理科学之中来研究的。为什么1996年将建筑科学从地理科学中分离出来，我们的理解是，地理科学是发现地理规律的科学，建筑科学是参与了“人的行为”的创造性的科学，2009年12月，作者对钱学森现代科学技术体系的第三种解读方法(瓦茨，2006)，明显地看到地理科学与建筑科学同属于一个太极，即“土太极”，见图1.6。
图1.6 地理科学与建筑科学——“土太极”
图1.6中思维科学属于人脑特有的功能，左（阳）右（阴）半脑分别属于“木太极人体科学（阳）与行为科学（阴），分别属于“水太极”；社会科学(阳）与军事科学（阴），分别属于“金太极”（地理科学（阳）与建筑科学(阴），属于“土太极宇宙系统与自然科学属于“火太极”。人脑“小宇宙”与
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