中国现代历史学家陈寅恪先生曾评论：“华夏民族之文化，历数千载之演进，造极于赵宋之世。”

阅读材料，回答问题。

材料一  五代十国时期，南方兴修了许多水利工程，……两宋时期，南方的水利灌溉事业大大超过北方。……丝、棉纺织业，造纸业中心及对外贸易港口多集中在南方。1159～1179年，南方人口由1600多万增加到2900多万。--岳麓版《中国历史》七年级下册

材料二

材料三  它们改变了世界的历史：第一项发明是在文字交流方面，第二项发明是在进行战争方面，而第三项则是在辨别方位方面。就对人类的巨大影响和力量而言，没有哪一个王国、哪一个宗教或者哲学能够与这三大发明相比。--弗朗西斯•培根《新工具》

（1）根据材料一并结合所学知识，指出宋代经济格局发生了什么变化？试分析产生变化的原因。

（2）宋代文化繁荣。请写出材料二绘画作品的名称，并指出宋代文学领域的主要成就。

（3）根据材料三并结合所学知识，指出宋代哪三大发明领先于世界？

（4）综合上述材料及所学知识，分析宋代科技文化繁荣的原因。