研究课题

01 湖泊系统演化

方向简介：

随着气候变化和人类活动等外部干扰的不断加剧，全球湖泊面临着空间分布格局改变、水质污染、温室气体排放压力增大等生态环境问题。这些问题不仅对湖泊自身功能造成损害，还对全球气候变化产生重要影响。由于湖泊与所属流域紧密相连，湖泊之间也并非完全独立，因此仅研究单个湖泊不足以全面应对这些挑战，亟需深化对流域内湖泊群体运行机制的理解。根据现有研究，湖泊群体在空间分布格局上会呈现出以幂律分布为特征的分形尺度关系，这表明由大量湖泊构成的湖泊系统是一个自组织的复杂系统，其统计特征可能与系统的动力学机制密切相关。然而，目前对湖泊系统空间分布格局的研究还停留在尺度关系的发现和拟合阶段，对其形成机制和环境影响尚未进行深入探究。

02 城市系统演化

方向简介：

对于当前人类面临的环境问题和可持续发展挑战，城市既是问题的出处，也是解决方案的来源。因此，深入了解城市系统的运行和演化机制对解决重大环境问题、实现可持续发展目标至关重要。由于城市的绝大多数特征都依赖其规模，城市规模的统计分布特征及其时空变化规律被认为是理解城市系统动力学机制的关键。 城市的规模可以从人口、土地和经济产值等多个维度进行度量。目前，城市科学的统计视角主要集中在城市规模的人口维度，但还极少有研究关注城市土地面积的统计分布特征及其驱动机制。城市面积的大小是居民个体行为、市场调控和政府导向综合作用的结果，研究其统计分布特征并探究这背后的驱动机制不仅可以带来对城市土地扩张模式的新认识，还有助于理解城市作为复杂系统在物理空间维度的组织和发展方式。此外，不同大小的城市在空间上的排列方式（即城市系统的空间分布格局）也会影响城市与城市之间以及城市与环境之间的物质和能量交换因此，城市面积的统计分析结果还将有助于量化城市土地扩张带来的环境影响，如城市热岛效应和细颗粒物等，从而为城市规划和管理提供科学依据。

03 复杂系统动力学

复杂系统通常由大量个体或组分构成，这些个体或组分之间彼此耦合、相互作用，使系统呈现出非线性、涌现、自发秩序（或自组织）、自适应等集体特性。这些集体特性通常不体现在个体中，也无法轻易地从个体特性中进行预测，所以复杂系统的普遍特点是整体大于其组成部分的简单线性加和。幂律分布是许多复杂系统共有的特征。由于幂律分布与尺度不变性、临界相变、自组织等重要的系统行为有关，研究者们推测，幂律分布的广泛存在可能暗示了在复杂系统的复杂性和多样性背后存在简单且普适的规律，并且这些规律很可能是受到同一个动力学原理的支配。对于不同类型的复杂系统如何以及为何会在空间分布格局上呈现出相似的统计特征，尚未发展出统一的理论，仍然需要进一步的探索和研究。