城市一直是人文地理学、经济学、社会学研究的核心领域之一。今天城市正在替代农村成为人类主要的聚居形式,并且其外部环境、内部组成、结构、功能和发展演化正变得越来越复杂。随着科技的发展,人们对城市系统的复杂性认识和研究也在不断深入。以往经济学、社会学、生态学等学科对城市系统的研究,多采用分解与还原的思想研究其局部、片面的特征,但城市系统的整体性决定了其规律仅仅用还原论的方法是不能被完全揭示的。地理学对城市系统的传统研究存在两个倾向,一个是把城市系统作为均质实体,研究其在时间轴上的演化,而忽视空间特征;另一个是研究城市系统静态的空间分异与组合,而忽视过程的研究。复杂性科学对城市系统的研究方兴未艾,但由于其自身理论与方法尚不成熟,目前它对城市系统的研究比较零散、片面、不够成熟。为此,本文提出了城市地理空间系统这一概念,力图立足现代地理学的研究范式,从系统的、综合的视角,运用城市地理学、城市经济学、城市规划学、系统科学、复杂性科学等学科的理论与方法,对城市地理空间系统的复杂性做探索性研究。本文共分为六章。第一章绪论,论述本论文的选题背景与选题依据,研究框架与研究内容,研究方法与技术路线。第二章复杂性科学的引介及其在地理学和城市系统研究中的应用。首先讨论复杂系统的内涵、研究方法及复杂性的刻画与度量;然后简述了复杂性科学的发展历程;最后综述了复杂性科学在地理学和城市系统研究中的应用,指出目前城市系统复杂性研究存在的问题。第三章城市地理空间系统研究。首先提出本文的研究对象——城市地理空间系统。进而讨论了城市地理空间系统的边界与环境、要素与子系统、复杂性特征。第四章城市地理空间系统相互作用机制的复杂性。研究了城市地理空间系统要素之间、子系统之间和系统与环境之间相互作用的非线性机制、多重反馈机制、竞争与协同机制、自组织机制和复杂适应机制。第五章城市地理空间系统结构和功能复杂性。首先,研究了城市系统人口分布、土地利用、交通网络的结构复杂性及三者的复杂关联。其次,讨论了城市系统的功能复杂性。进而探讨了城市地理空间系统结构、功能、环境三者互动的复杂性。第六章城市地理空间系统演化的复杂性。首先提了城市地理空间系统演化复杂性的概念模型,进而探讨了其演化的混沌与秩序、周期与趋势、不确定性、渐变与突变等复杂规律。