大資料驅動的地理綜合問題
地理系統是自然、人文多要素綜合作用的複雜巨系統[1-2]，地理學家常用地理綜合的方式對地理系統進行主導特徵的表達[3]。如以三大階梯概括中國的地形特徵，以秦嶺—淮河一線和其它地理區劃的方式揭示中國氣溫、降水、植被、土壤及生態環境在水平和垂直方向上的地帶性與非地帶性規律，利用胡煥庸線[4]、T型開發結構等描繪我國人口、社會和經濟發展的總體格局。這些方法早期以宏觀結構和定性分析為主體，對我國生態保護、社會經濟發展和國家安全保障起到了巨大的支撐作用。伴隨著對地觀測體系的快速發展，當前已經積累了巨量的對地觀測資料。如何利用大資料的手段對地理系統進行綜合[5-6]，探索全球氣候變化下中國地理環境的演化，是當前地球科學研究的關鍵問題。
請利用“附件資料”一欄中列出的描述全球和中國地理不同方面特徵的資料集，回答以下問題：
- 在眾多描述地理環境的變數中，一些簡單的指標背後蘊藏了深厚的內涵，對人類的生存發展具有重大深遠的影響，如大氣中二氧化碳的濃度、全球年平均氣溫等。降水量是一個連續變化的變數，而土地利用/土地覆被型別則是一個存在突變和離散分佈的變數。同時，它們都具有時空分佈不均勻的特徵。請從附件資料中選取相關資料集，為這兩個變數分別構建一套描述性統計方法，用1~3個較為簡潔的統計指標或統計圖表，對這兩個變數在1990~2020年間中國範圍內的時空演化特徵進行描述和總結。
- 近年來，以暴雨為代表的極端天氣事件對人類的生產生活造成了越來越難以忽視的影響。請結合附件中所給的資料，建立數學模型，說明地形-氣候相互作用在極端天氣形成過程中的作用。
- 降雨、地形和土地利用對於暴雨等極端天氣災害的形成都具有不可忽視的影響。這其中，降雨的時空變異性和不可控性都最強；土地利用作為自然條件和人類活動的綜合結果，雖然也隨時空演化，但具有一定可控性；地形是最為穩定、不易改變的因素。請考慮第2問所反映的從“暴雨”到“災害”中上述三方面因素的角色及其互動作用，確定暴雨成災的臨界條件；並結合第1問中降雨量和土地利用/土地覆被變化的歷史時空演化特徵，對2025~2035年間中國境內應對暴雨災害能力最為脆弱的地區進行預測。請以地圖的形式呈現你們的預測結果。
- 在中國級別的尺度上，描述自然地理特徵的地形可以概括為“三級階梯”，而降水中具有標誌性意義的“800mm等降水量線”則與區分我國南北方的“秦嶺—淮河”一線大體重合；描述人文地理特徵的人口分佈及其社會經濟活動總量等指標，則被由連線黑龍江黑河與雲南騰衝的“胡煥庸線”清晰地劃分成東密西疏的兩部分。那麼，對於自然地理和人文地理交匯點的土地利用/土地覆被情況，結合其在前三問中描述、估計和預測任務中的“特性”，利用地理大資料，建立相應的數學模型，對資料進行簡化和綜合，描述中國土地利用變化的特徵與結構。從準確性和有用性兩個方面解釋驗證你們的總結。
名詞解釋
- 地理綜合：指採用系統性的思維，綜合運用各種地理資訊和分析方法，對地理系統的整體結構、功能和演變規律進行整體性認知和描述的過程。地理綜合通常體現在綜合自然要素、綜合人文要素、綜合時空尺度、綜合定性定量分析和綜合基礎理論與應用幾個方面。
- 複雜巨系統：由大量相互聯絡、相互作用的要素組成的超大型系統。複雜巨系統通常由成千上萬個要素組成，涉及的子系統及層次眾多。系統內部各要素之間存在著錯綜複雜的相互聯絡和反饋機制，隨時間演化且難以用簡單的因果關係描述。此外，複雜巨系統還具有非線性、開放性、自組織性等特徵。
- 三大階梯：我國的地形格局西高東低，可以形象地概括為“三大階梯”，其中第一級階梯為青藏高原，平均海拔在4000米以上，被稱為“世界屋脊”；青藏高原以東是第二級階梯，以大興安嶺—太行山—雪峰山為界，海拔大多在1000-2000米之間；第二級階梯以東是第三級階梯，大部分地區海拔在500米以下。
- 土地利用/土地覆被：土地利用（land use）與土地覆被（land cover）是一對既有聯絡又有區別的概念。土地利用描述了“人類如何利用土地資源”，其結果可以是農業用地、工業用地、交通用地、居住用地等。土地覆被描述了“陸地表面是何種狀態”，如各類作物、森林、草地、房屋、水泥及瀝青路面等。一方面，土地利用是土地覆被髮生改變的主要原因；另一方面，土地覆被也為土地利用提供了前提條件或制約。
- 描述性統計方法：在對資料不持有預設立場的情況下，使用數字、圖表等方式，對原始資料進行定量總結、概括的方法。描述性統計方法一般關注資料的集中趨勢、離散程度、分佈形態等特徵，經典的描述性統計指標有平均數、方差、折線圖、散點圖、頻率分佈直方圖等。與之相對應的是推斷性統計方法，即根據預設的立場（稱為假設），對資料進行特定的統計操作（稱為假設檢驗），從而證實或推翻預設立場的方法。
- 等降水量線：將地球表面年降水量（包括降雨、降雪、降冰雹等）相等的點連線而成的線。在我國，800mm等降水量線不僅與“秦嶺—淮河”這一南北地理分界線重合，也與一月份0℃等溫線、水田與旱地的分界線、水稻和小麥種植分界線、亞熱帶與暖溫帶的分界線、溼潤與半溼潤的分界線大體重合，具有重要的地理意義。
人工智慧產品輔助答題規範
以大模型為代表的人工智慧產品（諸如ChatGPT、Perplexity、文心一言、通義千問等）已經在人們的生產生活不同方面嶄露頭角。如果你們在回答上述問題時採用了人工智慧產品，請遵循以下原則：
- 把人工智慧產品作為答題的輔助工具，而非主導手段。人工智慧產品可以在資訊蒐集、開拓思路和工具學習等方面助一臂之力，但是不可以替代你們的獨立思考。
- 對人工智慧產品的輸出應當先理解，再利用。最終呈現在解答中的內容，應當是你們自己的語言。如果在查重檢測中發現你們論文使用人工智慧產品與其他參賽隊的輸出內容雷同，將被判為違規，並按競賽規定受到處罰。
- 在使用人工智慧產品輔助論文寫作中，正文和數學模型及公式引用出處應是正式發表的文獻或輸入論文所提供的網址可在網上查詢到的內容，而非引用人工智慧產品得到的內容或結果。
- 披露對人工智慧產品的使用情況。答題過程中，如果使用了人工智慧技術，請在正文最後以附錄形式披露所採用的人工智慧產品、提供的輸入及對輸出的後續處理策略，內容包括但不限於演算法組合採用的開發框架、開源軟體，演算法邏輯中的技術路線、假設條件、引數與超引數等。