地理学三大定律

李小文院士的这篇论文中，针对Tobler第一定律的局限性，提出了时空邻近度的概念。
“地理学第一定律”是Tobler于1970年提出了描述地理现象空间相互作用的：“任何事物都是空间相关的，距离近的事物比距离远的事物的空间相关性更大”。但是对于距离的定义和空间邻近关系的描述是含糊的，因此，作者加入时间维，用“流”的概念来理解和表达传统应用中的“距离”,从而用“时空邻近度”来替代“空间邻近度”,以促进地理学第一定律的更广泛应用。
空间邻近度正比于公共边界长，反比于中心距。其中，非常重要的是对距离的定义，这里的距离并不等同地理空间上两点之间的欧氏距离，而是地理空间中的相对匀质的地理单元之间的距离。
在时空邻近度的概念中，对“流”我有以下的看法：

a) 流是一个很重要的度量概念，代表某种地理单元在一定的时空范围内的流动，这种流动会导致邻近区域的特征相似性增加。
b) “流”在不同的场景有不同的含义，比如人流、物流、商业流、信息流、空气流等。
应用：可以用来研究传染病传播的空间格局。比如，SARS中，可以用地理学第一定律来解释和预测传染病媒体的流如何形成该病流行的空间格局。在这次的新冠病毒传播中，可以解释为什么黄冈和孝感是除了发源地武汉以外疫情最严重的两个地方。

地理学第二定律可以理解为空间异质性定律(Law of Spatial Heterogeneity)，空间的隔离，造成了地物之间的差异，即异质性，分为空间局域异质性和空间分层异质性，前者是指该点属性值与周围不同，例如热点或冷点；后者是指多个区域之间互相不同，例如分类和生态分区。
我们可以将地理学第二定律和第一定律综合起来。从宏观来看，地理空间之间存在着差异，即异构性。从微观来看，地理空间是连续的，所以地理空间存在相关性。
地理学第二定律可以用来解释地表之间存在差异。比如，针对地壳圈层中层状结构地质体的地质属性沿着层面方向和垂直于层面方向的变化率存在显著差异这一特点,我们可以用地理学第二定律补充定律来表征层状介质属性顺层和穿层方向变化率存在很大差异这一普遍规律。

《基于地理第三定律的空间预测》这篇论文首先分析了地理第一定律和地理第二定律的局限性：1）大样本集；2）平稳性假设；3）小地域。然后在此基础上提出了地理第三定律： “两个点（区域）的地理配置越相似，目标变量在这两个点（区域）的值（过程）越相似。
地理第三定律的比较性要求基于样本点和预测点的比较进行预测，而不是基于从整个样本集合中得出的显式关系进行预测，所以对样本集的分布或大小没有特定要求。
地理第三定律探讨了地理配置中相似性的使用（变量结构和空间足迹），而第一定律和第二定律研究了距离变化（第一定律的空间相关性和第二定律的空间异质性） 。另一个不同之处在于，第一定律和第二定律着重于地理相似性或基于一个变量（即空间距离）的差异，而第三定律则着重于许多地理变量的配置相似性。从某种意义上说，第一定律和第二定律可以看作是第三定律的特例。
应用：例如，在犯罪分析中，学者们经常研究犯罪发生率高的地区的地理环境（收入，教育，社会福利等地理变量的配置），并运用得出的条件来确定其他哪些地区更有可能发生此类犯罪[1]。在土壤科学中，研究人员研究了某些地区在某些地理环境（气候，地质，地形，植被和时间等地理变量的配置）下的土壤形成，然后期望在其他位置或其他地方发生类似的土壤形成过程[2]。

References
[1] Wortley, R., and M. Townsley, eds… 2016. Environmental Criminology and Crime Analysis. Vol. 18. London: Taylor & Francis.
[2] Dokuchaev, V. V. 1883/1948/1967. “Russian Chernozem.” In Selected Works of V. V. Dokuchaev, Moscow, 1948, 1, 14–419, (for USDA-NSF), Publ. by S. Monson, 1967. (Transl. into English by N. Kaner). Jerusalem: Israel Program for Scientific Translations.

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