地理學與地球科學

地理學是橫跨自然與人文社會科學的一門科學。從其中、英文名字中，我們就可以了解它的意義了。在中文裡，地理學的意義是「研究地的道理的學問」；在英文中，地理學是geography，該字是由geo和graphia兩字組合而成，前者是地球之意，後者是記載和描述之意。由此可知，早期地理學的目的是記載和描述一個地區的特性，包括氣候、地形、山川、動植物和物產等。但是科學的發展，不可能僅停留在觀察、描述和記載的階段，還需要適當的解釋，更進一步需要能夠預測及規劃。所以，目前地理學已是「研究（包括觀察、描述、解釋及預測）地球表面各種事物（包括自然和人文）的空間分布及其差異的科學」。

地理學有四大傳統

根據上述定義，我們可知地理學研究的事物，是以地球表面的為主。事物有自然特性者，如氣候、地形、水文、土壤及動植物等；也有人文特性者，如人口、都市、交通、產業和經濟等。由此可知，地理學不但涉及自然現象，同時也觸及人文和社會現象。它討論的空間範圍，不僅包括我們的周遭環境，而且也廣被全地球。因而地理學內容博大精深，是一門綜合自然、人文和社會的科學。

地理學因為研究的主題重點不同，乃產生了四大傳統。茲簡述如下：

一、地球科學傳統──這就是自然地理學的主要內容，也是其他三個研究傳統的基礎，包括氣候學、地形學、水文地理學和土壤地理學等。主要目的在解釋地球表面自然事物的自然特徵。

二、空間分析傳統──研究一種或一系列有意義特色的區位變異，如人口密度的變異、鄉村分布的變異等。地理學者之責任即為整理出影響此種空間分布型態的因素，並尋求改善之道，使其更具有空間效率。

三、區域複合體分析傳統──為空間與生態分析的綜合，合理的區域單位應透過空間差異性的認定，然後方能建立配對區位間的交流與聯繫，此為現代區域計畫的基礎。

四、人類與環境關係的生態分析傳統──以環境資源為導向，探討人類和環境之間的交互作用及其影響；如環境資源保育與經理，環境災害的分析，地理景觀之評價，環境影響評估，土地利用合理性之探討與規劃等與人類之間如何交互作用，及其可能導致的結果。

為使讀者獲得清晰概念，茲將地理學的主題式與統合性分類之關係系統架構圖示如圖一。

由於地理學之內涵中，地球科學為人類活動與統合性地理學研究之基礎，以下將闡述地球科學與地理學之關係。

地理學與地球科學

不論中外，地理學都是起源甚早的一門科學。在我國，最早出現「地理」一詞是易經繫辭之「仰以觀于天文，俯以察于地理」。東漢王充解釋為「天有日月星辰謂之文，地有山川陵谷謂之理」。唐朝孔穎達謂「地有山、川、原、隰，各有條理，故稱理也。」我國第一部地理書籍是「山海經」，其次是「禹貢」。兩書俱寫於春秋戰國時代，距今約二千四百餘年。在西方，地理之名是由古希臘哲人Eratosthenes（276∼194 B.C.）所創，距今已超過二千年。

雖然地理學起源甚早，但是科學的地理學卻到十九世紀上半葉才在德國興起。創立者是洪保德（A.von Humboldtt, 1769∼1859年）和李特爾（K.Ritter, 1779∼1859年）。洪保德偏重自然現象，重視實地考察，創立自然地理學。李特爾重視歷史，研究重點是地面的各種人文現象，創立人文地理學。其中一件比較有趣且巧合的事是兩人都是德國人，一是自然地理學之父，一是人文地理學之父，兩人雖然生不同時（相距10年），卻於同年去世。

洪保德發明等溫線方法，這是目前氣象學中使用最頻繁的方法之一。當時他利用等溫說明了大陸東西兩岸的氣候的差異，而且他還根據等溫線的分布，發現了世界上動植物的分布和氣候之間的關係。洪保德研究地理，重視兩大原則：一是因果原則，一是綜合原則。因果原則即是凡事必求其因，而後推其果。洪保德不論研究那種地理現象，絕不只以氣象學或地質學上之研討為滿足。

綜合原則乃是就一個地區的地形、氣候或植物加以分析，並對全世界其他有同等或類似現象的地區，一併加以分析和比較，以便求得更普遍的定律。由此可知，地理學中的地球科學傳統是由洪保德奠定的基礎。

自洪保德創立自然地理以來，其研究的空間範圍，就是以人類和其儀器能夠到達的地方為主；內容則以自然現象的分布和其演變過程為主，主要有氣候、地形、水文、土壤和動植物等。其中的氣候、地形、水文和土壤均和地球科學有密切關係。譬如：氣候學是地球科學中介於氣象學與自然地理學之間的科學；地形學是介於地質學與自然地理學之間的科學等。圖二所示即自然地理學與地球科學之間的關係。

自然地理學

自然地理學中和地球科學有密切關係的學科有：氣候學、地形學、水文地理和土壤地理等。茲以氣候學和地形學為例，說明二者的關係：

氣候學是研究氣候的物理科學，氣象學是研究天氣的物理科學。兩者表面看來好像有些差別，實際上則關係密切。以前的學者將氣候定義為大氣的「平均狀態」，其實這個定義是相對於天氣而言的，天氣是大氣的「瞬時狀態」。

今天我們已經發現，在氣候史中，實際上並不存在著一個標準狀態，氣候本身也是一個過程，氣候有其穩定性，也有其流動性。這也就是說氣候是某一個較長時間階段中的大氣「統計狀態」。其統計狀態包括頻率、平均振幅和週期等。基本而言，這些統計量會隨階段的轉變而產生變化。研究這些大氣統計量變化的科學就是氣候學。

氣象學研究的是天氣系統。在天氣系統尺度中，空間的波動性質和時間的週期性質，大致呈近似線性的對應關係。換句話說，也就是空間尺度愈大的天氣系統，對應的時間尺度也就愈長。但是最大天氣系統的空間尺度是地球本身，因此全球瞬時天氣圖的長波系統也就是天氣尺度的極限。尺度更大，超過地球本身的大氣過程，由於受到地球大氣的空間範圍的限制，無法再用空間尺度來表示，於是只能表現在時間尺度上。這種時間尺度上的大氣過程是無法用瞬時天氣圖表示的，於是以空間坐標為主的天氣分析，遂轉變成以時間坐標為主的氣候分析。這就是氣象學和氣候學分界的地方，兩者表面上有點差異，實則是互補的科學。

地形學是研究地球表面各種高低起伏地形形狀的科學；地質學是研究地形本身組成岩石、構造及營力的科學。實際上，兩者也亦是相輔相成的。

地形學研究的地形對象是，空間構造、演變過程和時間階段的函數。地形學強調的是在某一個特定時期內，地面地形所發生的變遷及其未來的趨勢。例如：研究台北盆地的形成原因是地質學；研究當前台北盆地的發育程度及其未來演變趨勢是地形學。由此可知，地質學的重點是動力及其作用的結果，而地形學的研究重心是時間變數。實際上，地形學就是整個地質史的最後一章，不過這最後一章卻是時間最短，而且材料也是最豐富的一章。

雖然地理學和地球科學不完全相等，但是地理學卻具有地球科學的傳統，是與地球科學有密切相關的科學。尤其是自然地理學中的氣候學、地形學和水文地理學等，均是自然地理學和地球科學核心學科──氣象學、地質學和水文學──的中間科學。氣候學是以時間坐標為主，研究大氣超長波之大氣過程的學問；地形學也是以時間變數為主，研究地質史上最後一個階段的地形發育及其未來演進趨勢的科學。因而自然地理學乃是與地球科學相關互補的科學，兩者之間不應該互相排斥。兩者若能攜手並進，則對地球科學教育更有助益。

張長義、姜善鑫均任教於台灣大學地理系，本刊編輯委

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