人文地理學(xué)上的重大發(fā)現(xiàn)——評(píng)葉大年等著《城市對(duì)稱分布與中國(guó)城市化趨勢(shì)》

文/歐陽(yáng)自遠(yuǎn)

中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所 貴陽(yáng) 550002

2011年，葉大年院士等人所著《城市對(duì)稱分布與中國(guó)城市化趨勢(shì)》（以下簡(jiǎn)稱《城市對(duì)稱分布》）在安徽教育出版社出版了。這家出版社曾經(jīng)出版過(guò)有關(guān)院士的系列著作，在國(guó)內(nèi)頗有影響。早在1995年，我就知道葉大年在從事城市分布規(guī)律的研究，此后我還讀過(guò)他在報(bào)紙上發(fā)表的有關(guān)文章，并且為此書(shū)寫(xiě)了序言，盡管如此，我在第一時(shí)間讀到它的時(shí)候，心情依然十分激動(dòng)，仍然感到內(nèi)容新穎。我認(rèn)為城市對(duì)稱分布的提出是人文地理學(xué)的重大進(jìn)展，《城市對(duì)稱分布》是對(duì)地理科學(xué)的原創(chuàng)性貢獻(xiàn)。

1800年德國(guó)的地理學(xué)家洪堡發(fā)現(xiàn)南美洲巴西的海岸線和西非幾內(nèi)亞灣的海岸線驚人吻合，1912年德國(guó)氣象學(xué)家魏格納提出了“大陸漂移學(xué)說(shuō)”，過(guò)了60年，“大陸漂移學(xué)說(shuō)”和“海底擴(kuò)張學(xué)說(shuō)”結(jié)合起來(lái)形成了“板塊學(xué)說(shuō)”，于是掀起了一場(chǎng)轟轟烈烈的地球科學(xué)革命，其間氣象學(xué)家、地質(zhì)學(xué)家和地理學(xué)家的發(fā)現(xiàn)和創(chuàng)新性思維都源于地圖。作為地理學(xué)一個(gè)重要分支的人文地理學(xué)有一種發(fā)展趨勢(shì)，即更加社會(huì)科學(xué)化，而遠(yuǎn)離母體科學(xué)——地球科學(xué)，無(wú)怪乎有些人文地理的巨著里竟然鮮有地圖或干脆沒(méi)有地圖。值得慶幸的是我國(guó)老一輩人文地理學(xué)家是非常重視地圖的作用的。1935年，著名的地理學(xué)家胡煥鏞指出，從黑龍江的黑河連直線到云南騰沖，可將中國(guó)分成面積相等的兩部分，但是直線以東人口占全國(guó)的96%，直線以西人口只占全國(guó)的4%。這條線是赫赫有名的“胡煥鏞線”。同樣也是過(guò)了60年，葉大年發(fā)現(xiàn)城市的分布在地圖上是對(duì)稱的，又經(jīng)過(guò)了16年的努力，用近200幅地圖清清楚楚地表達(dá)了世界各地的主要城市和中國(guó)所有城市的對(duì)稱性，用簡(jiǎn)明的文字?jǐn)⑹隽顺鞘蟹植寂c地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，就這點(diǎn)而言，是前所未有的。所以我認(rèn)為《城市對(duì)稱分布》的出版是對(duì)人文地理學(xué)的重大貢獻(xiàn)。自從有精確的地圖以來(lái)，看過(guò)地圖的人數(shù)以億計(jì)，為什么別的人沒(méi)能發(fā)現(xiàn)這個(gè)規(guī)律，而偏偏讓一個(gè)礦物學(xué)家葉大年發(fā)現(xiàn)呢？我以為恰恰是礦物學(xué)家對(duì)于對(duì)稱有特殊的敏感，加之他對(duì)前蘇聯(lián)科學(xué)家關(guān)于發(fā)展對(duì)稱概念的沿革又十分熟悉，使他建立了廣義對(duì)稱的新概念，只有用廣義對(duì)稱的概念，才能揭示出城市對(duì)稱分布的規(guī)律來(lái)。

從耗散結(jié)構(gòu)的觀點(diǎn)出發(fā)，認(rèn)為城市是分等級(jí)的，同一等級(jí)的城市空間上是對(duì)稱結(jié)構(gòu)。對(duì)稱結(jié)構(gòu)的形式有行列（一維平移對(duì)稱）、格子（二維平移對(duì)稱）、旋轉(zhuǎn)對(duì)稱、左右對(duì)稱。如同結(jié)晶學(xué)一樣，城市對(duì)稱的基礎(chǔ)是平行四邊形格子，也就是說(shuō)，同等級(jí)的城市的分布是平行四邊形格子，作者給出了中國(guó)、美國(guó)、歐洲、南美洲和南亞次大陸特大城市的城市分布格子。不同等級(jí)的城市之間是分形結(jié)構(gòu)的關(guān)系，即特大城市分布是大格子，大中城市是中等格子，小城市是小格子，也可以說(shuō)，分形結(jié)構(gòu)是縮放對(duì)稱。我相信，任何人看到這些地圖都會(huì)感到十分驚訝！任何有初中文化程度的人都能明了《城市對(duì)稱分布》的內(nèi)容，都可以用公開(kāi)出版的地圖來(lái)核對(duì)它們的真實(shí)性。

作者在書(shū)中只用了一頁(yè)的篇幅概括出經(jīng)濟(jì)地理學(xué)的對(duì)稱原理：（1）一個(gè)地區(qū)地質(zhì)的對(duì)稱性決定它自然地理的對(duì)稱性；（2）自然地理的對(duì)稱性決定經(jīng)濟(jì)地理的對(duì)稱性；（3）氣候條件，特別是年平均氣溫和年平均降雨量會(huì)影響自然地理的對(duì)稱；（4）重大政治經(jīng)濟(jì)活動(dòng)會(huì)影響經(jīng)濟(jì)地理的對(duì)稱程度；（5）對(duì)稱或色對(duì)稱的經(jīng)濟(jì)地理格局是合理的格局。整部書(shū)，特別是第一篇總論是按脈絡(luò)展開(kāi)的，讀者很容易閱讀和理解。

作者把城市看成是經(jīng)濟(jì)的縮影，把經(jīng)濟(jì)在空間上的關(guān)系通過(guò)城市這個(gè)等效點(diǎn)的關(guān)系來(lái)表示，城市的對(duì)稱分布也是經(jīng)濟(jì)對(duì)稱的體現(xiàn)。如同結(jié)晶學(xué)中，復(fù)雜的具體的結(jié)構(gòu)對(duì)稱關(guān)系可以用等效點(diǎn)系表示一樣，使復(fù)雜的問(wèn)題高度簡(jiǎn)化。因此我認(rèn)為作者的這一發(fā)現(xiàn)是重大的原創(chuàng)性發(fā)現(xiàn)。

眾所周知在地理學(xué)中有著名的克里斯塔勒中心地原理，是說(shuō)明城市等級(jí)、數(shù)量和分布規(guī)律的理論。該理論認(rèn)為，城市人口集中地的范圍是正六邊形的中心，城市的大小、數(shù)量和分布都取決于城市功能的多少和強(qiáng)弱。這個(gè)理論是以假設(shè)地面是一個(gè)完全均質(zhì)的平原為出發(fā)點(diǎn)的，根本沒(méi)有考慮地面的不均一性，更談不上討論城市分布和地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系。也許正是這個(gè)原因，人們常常應(yīng)用“中心地原理”去研究微觀的、小區(qū)域的經(jīng)濟(jì)地理問(wèn)題。如果囿于克利斯塔勒的中心地原理是不可能發(fā)現(xiàn)十幾萬(wàn)、幾十萬(wàn)乃至幾百萬(wàn)上千萬(wàn)平方公里面積上城市的分布規(guī)律的。葉大年沒(méi)有否認(rèn)六邊形中心地的存在，而是將它淡化為配位數(shù)定律，并證明平均配位數(shù)必定等于6。葉大年發(fā)現(xiàn)的對(duì)稱性，除了格子狀的平移對(duì)稱外，還有旋轉(zhuǎn)對(duì)稱，即以大中城市為中心，周邊的城市呈現(xiàn)出靶形的分布。城市的靶形分布既可以從克里斯塔勒的中心地的六邊形原理推出，也可以從杜能的環(huán)形功能帶演繹出來(lái)，當(dāng)然也可以用配位數(shù)定律直接推導(dǎo)出來(lái)。但是作者的著作中極少論述城市的功能。作者還用相當(dāng)大的篇幅闡述了不同的地質(zhì)地理單元內(nèi)城市分布的對(duì)稱性，即軸對(duì)稱或中心對(duì)稱。這些對(duì)稱性的存在與克里斯塔勒的中心地原理完全沒(méi)有關(guān)系。所以說(shuō)對(duì)稱分布論和克里斯塔勒的中心地理論與杜能的環(huán)形功能地帶的理論并沒(méi)有直接的聯(lián)系。

作者提出的第四條原理是指重大政治、軍事、經(jīng)濟(jì)、文化乃至歷史事件會(huì)對(duì)城市的分布產(chǎn)生影響。在書(shū)里作者用生動(dòng)而鮮活的事例詮釋了這一原理。例如，對(duì)哈薩克斯坦、巴基斯坦、尼日利亞和緬甸首都的搬遷原因做了精彩的分析，結(jié)論正在被越來(lái)越多的政治動(dòng)蕩的事實(shí)所證實(shí)；三峽水庫(kù)的修建和前蘇聯(lián)古比雪夫水庫(kù)修建對(duì)城市分布的影響做了令人信服的對(duì)比；以湖南和江西兩省經(jīng)濟(jì)和城市發(fā)展對(duì)稱關(guān)系為例，分析了兩千年來(lái)朝代的更迭、戰(zhàn)爭(zhēng)和對(duì)抗對(duì)城市分布的影響。既有科學(xué)性又有趣味性，這是本書(shū)的亮點(diǎn)之一。

作者提出的第五條地理對(duì)稱原理，是一條哲學(xué)層面上的原理，但卻是最重要的，它是形成經(jīng)濟(jì)地理對(duì)稱的原動(dòng)力。用自然科學(xué)的術(shù)語(yǔ)來(lái)詮釋它，即一個(gè)孤立的系統(tǒng)會(huì)自然地走向平衡穩(wěn)定，也可以這樣說(shuō)，對(duì)稱破缺是活性所在。具體地說(shuō)，經(jīng)濟(jì)地理上明顯的不對(duì)稱就會(huì)引發(fā)人們要求對(duì)稱的訴求，京九鐵路的修建就是如此。作者把城市的靶形分布分為“莫斯科型”和“鄭州型”兩種，鄭州型是適應(yīng)對(duì)稱的破缺“要求”而產(chǎn)生的，這種要求就是河南省省會(huì)由開(kāi)封搬遷到鄭州。葉大年根據(jù)這條原理大膽地預(yù)測(cè)贛州、懷化、宜昌、梧州、六盤(pán)水、阜陽(yáng)都會(huì)作為新的大城市而崛起。從對(duì)稱分布論提出16年以來(lái)的發(fā)展歷程看，預(yù)測(cè)正在變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。他對(duì)鐵路交通建設(shè)的建議，有些已經(jīng)列入國(guó)家計(jì)劃得到實(shí)施。所有這些都說(shuō)明，地理對(duì)稱原理的實(shí)用性。

書(shū)的結(jié)束語(yǔ)雖然篇幅不到兩頁(yè)，但它回答了讀者可能會(huì)提出的問(wèn)題，指出城市對(duì)稱分布理論中尚待繼續(xù)深入研究的問(wèn)題，如城市對(duì)稱分布形成機(jī)制的數(shù)學(xué)證明，也許正如作者在前言中所說(shuō)“最終的數(shù)學(xué)證明留給既精通數(shù)學(xué)又懂得經(jīng)濟(jì)的專家去完成吧”。