陳留林 孔嘉 鄧三鴻 諶陳晨

(1自然資源部極地科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 中國(guó)極地研究中心, 上海 200136;2南京大學(xué)信息管理學(xué)院, 江蘇 南京 210023;3江蘇省數(shù)據(jù)工程與知識(shí)服務(wù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210023)

提要 由于南北兩極在地球氣候系統(tǒng)中的重要作用和自然資源潛力, 兩極的科學(xué)研究已成為世界大國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn),近年來(lái)的投入和產(chǎn)出持續(xù)增強(qiáng)。極地領(lǐng)域的科學(xué)研究?jī)?nèi)容廣泛, 涉及天文學(xué)、大氣科學(xué)、海洋科學(xué)、地質(zhì)學(xué)、生物學(xué)等多領(lǐng)域, 本文首次通過(guò)文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的方法對(duì)2015—2017年國(guó)際極地研究格局進(jìn)行全面系統(tǒng)分析, 從發(fā)文趨勢(shì)、主要發(fā)文國(guó)家、發(fā)文機(jī)構(gòu)、研究領(lǐng)域分布、研究主題等角度進(jìn)行可視化分析, 幫助科研團(tuán)隊(duì)識(shí)別潛在前沿、合作對(duì)象和技術(shù)擁有者, 為極地科技管理者提供研究概況數(shù)據(jù)支撐, 從而為我國(guó)下一步的極地研究科技布局和國(guó)際合作提供啟示性建議。

0 引言

南極和北極位于地球的高緯度地區(qū), 由于其地理的獨(dú)特性和在地球氣候系統(tǒng)中的重要作用,南北極的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和戰(zhàn)略意義得到空前重視。自大航海時(shí)代、英雄探險(xiǎn)階段后, 20世紀(jì)50年代極地研究跨入了科學(xué)考察的新時(shí)代[1], 美國(guó)、俄羅斯、加拿大、德國(guó)、英國(guó)、澳大利亞等國(guó)家積極投身極地探索, 并提出了較為明確的國(guó)家戰(zhàn)略和研究計(jì)劃。我國(guó)極地研究起步較晚, 大規(guī)模極地考察始于1984年, 至今已經(jīng)進(jìn)行了36次南極考察、11次北冰洋科考和16次黃河站科考, 建立了極地冰川學(xué)、海洋學(xué)、生物與生態(tài)學(xué)、地球物理學(xué)、天文學(xué)等覆蓋地球全圈層的多學(xué)科研究領(lǐng)域, 在南極冰蓋起源、北冰洋酸化、黑洞演變等前沿問(wèn)題上取得了一批重要成果。加入了國(guó)際北極科學(xué)委員會(huì)(International Arctic Science Committee, IASC)、南極研究科學(xué)委員會(huì)(Scientific Committee on Antarctic Research,SCAR)、北極科學(xué)部長(zhǎng)級(jí)會(huì)議等主要國(guó)際極地科學(xué)合作組織和平臺(tái), 與主要國(guó)家極地研究機(jī)構(gòu)建立了雙邊合作關(guān)系。2017年, 我國(guó)發(fā)布的《中國(guó)的南極事業(yè)》報(bào)告中也明確將提升南極科學(xué)研究水平、保護(hù)南極環(huán)境和生態(tài)系統(tǒng)、廣泛開(kāi)展國(guó)際交流與合作作為重要方向。次年, 我國(guó)發(fā)布了《中國(guó)的北極政策》, 旗幟鮮明地提出將認(rèn)知北極、加強(qiáng)北極科學(xué)國(guó)際合作作為我國(guó)的北極政策目標(biāo)之一[2]。近年來(lái), 顯著的氣候變化影響和潛在的資源前景促使各國(guó)愈加重視極地研究, 并成為國(guó)際學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)[3]。各國(guó)的投入逐漸加大, 研究的主題與國(guó)家利益結(jié)合愈加緊密, 國(guó)際合作交流也更加廣泛深入, 極地科學(xué)研究已經(jīng)成為各國(guó)積極參與國(guó)際極地治理的關(guān)鍵科技支撐。

學(xué)術(shù)期刊不僅是發(fā)布科研成果的載體, 更是知識(shí)的集成平臺(tái)。對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行深入挖掘, 一方面有助于科研管理者和政策制定者了解研究領(lǐng)域的宏觀布局和趨勢(shì), 另一方面有利于科研工作者了解本學(xué)科的最新研究熱點(diǎn)、動(dòng)態(tài)和前沿, 促進(jìn)研究人員匯集力量集中研究國(guó)際前沿和關(guān)鍵問(wèn)題。部分學(xué)者根據(jù)極地研究特定領(lǐng)域的戰(zhàn)略規(guī)劃、科技進(jìn)展等總結(jié)該領(lǐng)域科學(xué)前沿問(wèn)題及發(fā)展態(tài)勢(shì)[4-5], 或?qū)夂蜃兓?、水文要素、極地生物[6-7]等進(jìn)行科學(xué)實(shí)驗(yàn)與探究。本研究通過(guò)文獻(xiàn)計(jì)量對(duì)近年來(lái)國(guó)際極地研究論文發(fā)表格局進(jìn)行系統(tǒng)分析, 包括對(duì)發(fā)文趨勢(shì)、主要發(fā)文國(guó)家、發(fā)文機(jī)構(gòu)、研究領(lǐng)域分布、研究主題等進(jìn)行分析, 總結(jié)2015—2017年國(guó)際極地研究的變化和趨勢(shì)。結(jié)合國(guó)際極地科技政策, 提出研究熱點(diǎn)、發(fā)展趨勢(shì)和政策建議, 以幫助科研團(tuán)隊(duì)識(shí)別潛在的合作對(duì)象和技術(shù)擁有者, 為辨析各國(guó)行動(dòng)意圖和我國(guó)極地布局提出啟示性建議。

1 研究方法

ISI Web of Science 是全球最大、覆蓋學(xué)科最多的綜合性學(xué)術(shù)信息資源, 收錄了自然科學(xué)、工程技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)等各研究領(lǐng)域具有高影響力的多種核心學(xué)術(shù)期刊[8]。此次分析基于Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)中的 Science Citation Index Expanded(SCIE)文獻(xiàn), 以主題TS = ("north pole" OR "south pole" OR Antarctic* OR Arctic*OR "polar research" OR "polar region*" OR Greenland OR Bering OR Svalbard OR "Barents Sea" OR "Kara sea" OR "polar cap" OR "polar area" OR "polar aurora*" OR "polar wind" OR"polar faculae" OR "Amundsen sea" OR "Canada Basin" OR "Chukchi sea" OR "polar ice sheet*" OR"polar orbit" OR "Ross sea" OR "Siberian sea" OR"Southern Ocean" OR "Weddell sea" OR "Alaska"OR (polar AND (cloud* OR mesosphere OR stratospheric OR permafrost OR icebreaker OR ocean OR "sea ice")))為檢索策略, 文獻(xiàn)類型選擇Article及Proceedings paper, 選取2015—2017年的論文數(shù)據(jù), 共檢索文獻(xiàn)24295篇, 根據(jù)標(biāo)題、關(guān)鍵詞、摘要對(duì)文章進(jìn)行人工篩選, 去除與極地研究無(wú)關(guān)的文章, 剩余相關(guān)文獻(xiàn)14248篇。利用python對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的發(fā)文量、國(guó)家特征、合作狀況以及主題分布等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析, 并通過(guò)Echarts、Citespace進(jìn)行可視化展示。

在討論相關(guān)的學(xué)科領(lǐng)域時(shí), 我們借助Web of Science的研究方向字段(SC), 參照中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《學(xué)科分類與代碼》(GB/T 13745-2009),對(duì)于有疑問(wèn)的方向, 我們抽取了相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行了實(shí)際的主題分析和辨別。

2 國(guó)際極地研究力量布局分析

2015—2017年, 極地研究相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量和參考文獻(xiàn)數(shù)量整體呈緩慢上升趨勢(shì), 2017年極地研究主題相關(guān)文獻(xiàn)達(dá)5140篇, 引用相關(guān)參考文獻(xiàn)297370篇次。經(jīng)計(jì)算, 2015—2017年極地相關(guān)研究文獻(xiàn)的篇均引文均高達(dá)50篇以上, 從相關(guān)研究[9-10]來(lái)看, 極地領(lǐng)域的科研人員對(duì)文獻(xiàn)信息的吸收和借鑒能力較強(qiáng), 有助于提高極地研究的延續(xù)性、科學(xué)性, 促進(jìn)其整體科研水平的發(fā)展。

2.1 極地研究主要國(guó)家分析

極地研究共涉及138個(gè)國(guó)家(地區(qū)), 主要分布在歐洲、北美洲、東亞以及大洋洲, 如圖1所示。美國(guó)、英國(guó)、加拿大分別位列文獻(xiàn)產(chǎn)出量排行榜前三名, 分別產(chǎn)出相關(guān)文獻(xiàn)5423篇、2173篇、1931篇。計(jì)算第一機(jī)構(gòu)的歸屬國(guó)家, 美國(guó)在2015—2017年內(nèi)仍位居榜首, 年均論文產(chǎn)出1000篇, 遙遙領(lǐng)先。加拿大穩(wěn)居第二, 發(fā)文量每年均在300篇以上。英國(guó)、德國(guó)、挪威、俄羅斯也穩(wěn)居前列, 這與極地科研的總體情況較為一致。

圖1 國(guó)家(地區(qū))研究論文情況統(tǒng)計(jì)Fig.1.Statistics of papers by region

如表1所示, 2015—2017年中國(guó)產(chǎn)出相關(guān)文獻(xiàn)共1151篇, 論文產(chǎn)出量逐年增多, 年增長(zhǎng)率達(dá)到20%, 排名也逐年提高。從中國(guó)以第一國(guó)家身份的發(fā)文情況來(lái)看, 發(fā)文量和排名每年均有提高,2017年排名已達(dá)第3名, 這是國(guó)家整體科研水平提升的體現(xiàn), 同時(shí)也是我國(guó)極地戰(zhàn)略受到重視,“人、財(cái)、物”投入不斷增加的結(jié)果。

表1 中國(guó)極地研究總產(chǎn)出與第一國(guó)家產(chǎn)出情況Table1.Statistics of China polar research

2.2 極地研究主要機(jī)構(gòu)分析

2015—2017年, 極地研究共涉及7427個(gè)機(jī)構(gòu), 需要指出的是, 盡管中國(guó)科學(xué)院、俄羅斯科學(xué)院等擁有數(shù)量眾多的二級(jí)機(jī)構(gòu), 但限于數(shù)據(jù)源的問(wèn)題, 無(wú)法區(qū)分二級(jí)機(jī)構(gòu), 因此中國(guó)科學(xué)院、俄羅斯科學(xué)院等均作為一個(gè)單獨(dú)機(jī)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)計(jì), Top20機(jī)構(gòu)參與研究的統(tǒng)計(jì)情況如圖2所示。

圖2 Top20機(jī)構(gòu)研究論文情況統(tǒng)計(jì)Fig.2.Top 20 organizations in polar research

在Top20的機(jī)構(gòu)中, 8個(gè)來(lái)自美國(guó), 3個(gè)來(lái)自挪威, 由此可以看出美國(guó)和挪威在極地研究的重要地位以及機(jī)構(gòu)參與的廣泛性。美國(guó)極地研究力量眾多且分散, 呈現(xiàn)明顯的去中心化的系統(tǒng)創(chuàng)新布局, 美國(guó)自然基金委員會(huì)(NSF)負(fù)責(zé)組織大學(xué)和研究所參與極地研究, 美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)、美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)等機(jī)構(gòu)則更多集中在業(yè)務(wù)性、基礎(chǔ)性工作, 各個(gè)大學(xué)的研究各具特色, 幾乎在極地研究各個(gè)領(lǐng)域保持著領(lǐng)先地位。挪威的極地研究力量布局集中在“四校兩所”, 特羅姆瑟大學(xué)、卑爾根大學(xué)、奧斯陸大學(xué)、挪威科技大學(xué), 以及挪威極地研究所和挪威海洋研究所[11]。英國(guó)、德國(guó)、中國(guó)、俄羅斯分別僅有1個(gè)機(jī)構(gòu)在Top20中, 這與國(guó)家極地科技力量的集中布局有關(guān), 英國(guó)南極調(diào)查局(British Antarctic Survey)、德國(guó)亥姆霍茲極地海洋研究中心(Helmholtz Ctr Polar & Marine Res)、俄羅斯科學(xué)院(Russian Acad Sci)均是各國(guó)極地研究的核心機(jī)構(gòu), 在該國(guó)的極地學(xué)術(shù)研究和事務(wù)咨詢中發(fā)揮領(lǐng)導(dǎo)地位。加拿大整體發(fā)文量排名靠前但相關(guān)機(jī)構(gòu)研究勢(shì)力較為均衡, 考慮到加拿大較少?gòu)氖履蠘O科學(xué)研究, 其在北極的研究力量和實(shí)力不容小覷。俄羅斯科學(xué)院是論文產(chǎn)出量最多的機(jī)構(gòu), 共621篇, 在Top20研究機(jī)構(gòu)中占比9.29%, 這得益于俄羅斯科學(xué)院眾多的分支機(jī)構(gòu), 如烏拉爾分院、西伯利亞分院、遠(yuǎn)東分院三所分院及其15個(gè)地區(qū)科學(xué)中心, 下屬研究機(jī)構(gòu)多達(dá)432所[12],其中希爾紹夫海洋研究所、植物和動(dòng)物生態(tài)所、永久凍土研究所是極地研究產(chǎn)出的主要力量。作為學(xué)術(shù)成果的第一作者機(jī)構(gòu), 俄羅斯科學(xué)院在2015年和2017年都位居榜首, 三年以來(lái), 年均以第一機(jī)構(gòu)身份產(chǎn)出相關(guān)文獻(xiàn)超過(guò)122篇。阿拉斯加大學(xué)費(fèi)爾班克斯校區(qū)(Univ Alaska Fairbanks)和華盛頓大學(xué)(Univ Washington)總發(fā)文量分別為595篇和432篇, 分別位列第二和第三名。

如表2所示, 中國(guó)在研究機(jī)構(gòu)Top 20中, 僅有中國(guó)科學(xué)院(Chinese Academy of Sciences)上榜。2015—2017年, 中國(guó)科學(xué)院極地研究相關(guān)文獻(xiàn)共產(chǎn)出為364篇, 2017年發(fā)文157篇, 位列第3名。中國(guó)科學(xué)院在極地相關(guān)研究中占有重要地位,2017年以第一機(jī)構(gòu)身份產(chǎn)出相關(guān)文獻(xiàn)72篇, 連續(xù)三年位列第3。中國(guó)科學(xué)院下屬研究所眾多, 海洋所、青藏高原所、西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、空間科學(xué)中心等均參與極地研究工作, 研究人員規(guī)模和實(shí)力相對(duì)較強(qiáng)。中國(guó)科學(xué)院在近3年進(jìn)步顯著, 綜合來(lái)看已經(jīng)成為極地研究綜合實(shí)力在前3的研究機(jī)構(gòu)。國(guó)家海洋局(State Ocean Adm)在2015—2017年共發(fā)文134篇, 位列第2名; 中國(guó)海洋大學(xué)(Ocean Univ China)共發(fā)文98篇, 位列第3名。整體來(lái)講, 我國(guó)極地科研的群體數(shù)量和產(chǎn)出能力還離世界一流水平有著一定差距, 結(jié)合后文高被引論文的分析, 高水平的成果也不突出,開(kāi)創(chuàng)性的工作和引領(lǐng)極地前沿的能力有待加強(qiáng),需要實(shí)現(xiàn)從“跟跑”到“并跑”的大幅進(jìn)步。

表2 中國(guó)科學(xué)院極地研究總產(chǎn)出與第一機(jī)構(gòu)產(chǎn)出情況Table2.Statistics of paper by Chinese Academy of Sciences in polar research

2.3 極地多學(xué)科領(lǐng)域的國(guó)家研究力量對(duì)比

極地研究相關(guān)文獻(xiàn)Top20研究方向(SC字段)的統(tǒng)計(jì)情況如表3所示。

表3 Top20研究方向統(tǒng)計(jì)Table 3.Top 20 SC in polar research

地質(zhì)學(xué)(Geology)、氣象學(xué)與大氣科學(xué)(Meteorology & Atmospheric Sciences)、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)(Environmental Sciences & Ecology)、海洋學(xué)(Oceanography)等是文獻(xiàn)量較多的研究方向。利用Citespace對(duì)極地研究方向進(jìn)行聚類分析, 以聚類結(jié)果為依據(jù), 分別對(duì)其進(jìn)行人工判別和篩選,分為極地海洋學(xué)、極地冰川學(xué)、極地生物學(xué)、極地地球物理學(xué)、極地大氣與空間物理學(xué)、極地天文與天體物理學(xué)、極地環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)等相關(guān)的7個(gè)類別。對(duì)發(fā)文量Top10的國(guó)家在這7個(gè)領(lǐng)域的發(fā)文量排名進(jìn)行統(tǒng)計(jì), 如圖3所示。

圖3 各國(guó)極地研究不同領(lǐng)域發(fā)文情況Fig.3.Statistics of polar paper by region and SC

極地海洋學(xué)的研究主要涉及海洋水文、海洋化學(xué)、海洋生物學(xué)和海洋氣象學(xué)等, 對(duì)氣候變化與自然環(huán)境保護(hù)有著重大意義。美國(guó)在極地海洋學(xué)領(lǐng)域占有極大優(yōu)勢(shì), 其次是英國(guó)、德國(guó)、挪威和加拿大等國(guó), 需要指出的是英國(guó)和德國(guó)對(duì)南北極的研究重視程度較為均衡, 挪威對(duì)北極研究較為重視, 加拿大則較少涉及南極海洋學(xué)研究。

冰川學(xué)主要涉及冰川物理學(xué)、冰川水文氣候?qū)W、冰川地質(zhì)地貌學(xué)等。極地冰川以其特有的科學(xué)研究?jī)r(jià)值引起各國(guó)科學(xué)家和各國(guó)政府的高度重視。20世紀(jì)中期以后, 冰川研究重點(diǎn)從山地冰川轉(zhuǎn)向?qū)O地冰蓋的考察和研究, 尤其對(duì)南極大陸冰蓋(地球上最大的冷源)的研究[1]。2015—2017年, 極地冰川相關(guān)文獻(xiàn)共計(jì)2668篇, 美國(guó)是冰川研究文獻(xiàn)產(chǎn)出最多的國(guó)家, 國(guó)家冰芯實(shí)驗(yàn)室(NICL)保存和分析了南極大陸和格陵蘭島的幾乎所有冰芯樣品和數(shù)據(jù), NOAA和NASA的衛(wèi)星則為全球提供了極地冰蓋遙感監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)記錄。冰川研究文獻(xiàn)產(chǎn)出緊隨其后的是是英國(guó)、德國(guó)。在全球變暖的背景下, 極地冰川的研究將會(huì)受到越來(lái)越多的重視。

極地生物學(xué)的研究主要涉及生物多樣性保護(hù)、生態(tài)學(xué)、古生物等。2015—2017年, 共產(chǎn)出4506篇文獻(xiàn)。美國(guó)是極地生物學(xué)研究最多的國(guó)家,加拿大、英國(guó)位列該研究主題文獻(xiàn)產(chǎn)出量排行榜的第2名和第3名。

地質(zhì)、地球環(huán)境、地理學(xué)等是極地地球物理學(xué)較為重要的研究方向。2015—2017年, 極地地球物理學(xué)相關(guān)研究共產(chǎn)出文獻(xiàn)6283篇, 是文獻(xiàn)產(chǎn)出量最多的研究領(lǐng)域。美國(guó)是極地地球物理學(xué)研究最多的國(guó)家, 2015—2017年共產(chǎn)出相關(guān)文獻(xiàn)2507篇, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于其他國(guó)家。英國(guó)與德國(guó)位列該研究主題文獻(xiàn)產(chǎn)出量排行榜的第2名和第3名。

作為日地空間系統(tǒng)的重要部分, 日地空間環(huán)境易受太陽(yáng)風(fēng)暴的影響產(chǎn)生空間災(zāi)害性天氣, 會(huì)給人類的航天、通訊、導(dǎo)航、電網(wǎng)、宇航員健康和空間安全等帶來(lái)嚴(yán)重威脅和巨大損失, 因此日地物理的研究、監(jiān)測(cè)和預(yù)報(bào)十分重要[13]。經(jīng)篩選后極地大氣與空間物理學(xué)研究主題相關(guān)文獻(xiàn)共2044篇。美國(guó)是極地大氣與空間物理學(xué)研究成果最多的國(guó)家, 英國(guó)、德國(guó)位列該研究主題文獻(xiàn)產(chǎn)出量排行榜的第2名和第3名。這些研究多為氣候變異相關(guān)研究、氣候模型的研究、邊界層相關(guān)研究、大氣環(huán)流以及天氣預(yù)測(cè)等。

南北極是天文觀測(cè)的絕佳窗口, 為研究諸如宇宙起源、早期宇宙和宇宙暗物質(zhì)、暗能量等重大問(wèn)題提供一個(gè)新機(jī)遇[14], 極地天文與天體物理學(xué)極具研究意義, 南極天文學(xué)被南極研究科學(xué)委員會(huì)(SCAR)定義為六大優(yōu)先研究領(lǐng)域之一[15]?？傮w來(lái)看, 極地天文與天體物理學(xué)的相關(guān)文獻(xiàn)較少,經(jīng)篩選后僅有328篇。美國(guó)仍是天文與天體物理研究最多的國(guó)家, 2015—2017年共產(chǎn)出相關(guān)文獻(xiàn)166篇, 遙遙領(lǐng)先。其次是中國(guó), 產(chǎn)出相關(guān)文獻(xiàn)51篇; 英國(guó)緊隨其后, 有48篇相關(guān)文獻(xiàn)。

環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)是一種研究人類社會(huì)發(fā)展活動(dòng)與環(huán)境演化規(guī)律之間相互作用關(guān)系, 尋求人類社會(huì)與環(huán)境協(xié)同演化、持續(xù)發(fā)展途徑與方法的科學(xué)[16]。極地環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)相關(guān)文獻(xiàn)共3836篇。美國(guó)是參與該領(lǐng)域研究最多的國(guó)家, 2015—2017年共產(chǎn)出相關(guān)文獻(xiàn)1305篇, 遠(yuǎn)超其他國(guó)家。加拿大與挪威位列該研究主題文獻(xiàn)產(chǎn)出量排行榜的第2名和第3名, 分別產(chǎn)出相關(guān)文獻(xiàn)731篇和497篇。根據(jù)關(guān)鍵詞聚類結(jié)果, 氣候變化、海平面上升、海洋生態(tài)系統(tǒng)、生物多樣性是該領(lǐng)域的研究重點(diǎn)。

2015—2017年, 中國(guó)在極地研究的幾個(gè)領(lǐng)域中各有側(cè)重。中國(guó)最為突出的是極地天文與天體物理學(xué)領(lǐng)域, 共發(fā)文51篇, 位居所有國(guó)家中的第2名; 其次是極地大氣與空間物理學(xué), 中國(guó)發(fā)文231篇, 位列第4名。在極地海洋學(xué)領(lǐng)域發(fā)文158篇, 在極地冰川學(xué)領(lǐng)域發(fā)文178篇, 在極地生物學(xué)領(lǐng)域發(fā)文262篇。排名較低的是極地地球物理學(xué)、極地環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué), 分別發(fā)文373篇和202篇。整體來(lái)說(shuō), 中國(guó)近3年有所進(jìn)步, 但是對(duì)比美國(guó)和英國(guó)等國(guó)家來(lái)看, 雖然中國(guó)相對(duì)名次較高, 但是絕對(duì)數(shù)量還有著明顯差距, 這也表明中國(guó)還需要繼續(xù)發(fā)揮優(yōu)勢(shì)學(xué)科的長(zhǎng)處, 彌補(bǔ)弱勢(shì)學(xué)科, 提高綜合科研實(shí)力。

3 國(guó)際極地研究合作網(wǎng)絡(luò)和熱點(diǎn)分析

3.1 極地研究合作網(wǎng)絡(luò)分析

將2015—2017年總發(fā)文量在Top 20的國(guó)家進(jìn)行國(guó)家科研合作網(wǎng)絡(luò)分析, 如圖4所示, 原點(diǎn)大小表示國(guó)家發(fā)文量, 連線粗細(xì)表示合作強(qiáng)度。

圖4 Top20國(guó)家科研合作網(wǎng)絡(luò)Fig.4.Cooperation network of top 20 regions

在Top20國(guó)家中, 各個(gè)國(guó)家之間均存在合作關(guān)系, 聯(lián)系十分緊密, 呈現(xiàn)了以地理位置毗鄰的區(qū)域化合作以及強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手的現(xiàn)象。美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)家合作廣泛, 起到了重要的媒介作用。歐洲國(guó)家之間的合作緊密程度明顯強(qiáng)于亞洲, 一方面是出于極地研究歷史、地緣和語(yǔ)言溝通方面的優(yōu)勢(shì), 另一方面作為環(huán)北極地區(qū)最為重要的國(guó)家聯(lián)合體-歐盟在推進(jìn)極地研究過(guò)程中發(fā)揮著巨大的影響作用, 如歐盟發(fā)布的《歐盟北極政策建議》中提出“與所有北極伙伴國(guó)家建立雙邊合作,加強(qiáng)與其在科學(xué)研究和投資等領(lǐng)域的合作”[17]。環(huán)北極國(guó)家在基礎(chǔ)研究設(shè)施和數(shù)據(jù)共享方面也逐漸呈現(xiàn)區(qū)域化一體化趨勢(shì), 如北極陸地研究和監(jiān)測(cè)國(guó)際網(wǎng)絡(luò)(International Network for Terrestrial Research and Monitoring in the Arctic, INTERACT)集成了全球15個(gè)國(guó)家和政府在北極地區(qū)的87個(gè)陸地觀測(cè)站, 其中俄羅斯共擁有21個(gè)觀測(cè)站, 加拿大擁有20個(gè)觀測(cè)站, 挪威擁有10個(gè)觀測(cè)站, 各站之間的樣品、數(shù)據(jù)和研究設(shè)施均按照合作協(xié)議進(jìn)行共享[18]。

此外, 如圖4所示, 美國(guó)和英國(guó)之間的合作強(qiáng)度是網(wǎng)絡(luò)中最高的, 美國(guó)、德國(guó)、挪威與其他國(guó)家的合作較為均衡, 與中國(guó)合作關(guān)系最強(qiáng)的是美國(guó), 其次還有德國(guó)、英國(guó)、加拿大、澳大利亞等, 但合作密切程度均不及美國(guó)與其他國(guó)家的合作。中國(guó)還應(yīng)加強(qiáng)同其他國(guó)家尤其是極地研究強(qiáng)國(guó)的互動(dòng)關(guān)系, 進(jìn)一步進(jìn)行知識(shí)和技術(shù)的引進(jìn)和傳播。

2015—2017年極地研究總發(fā)文量Top20的機(jī)構(gòu)科研合作網(wǎng)絡(luò), 如圖5所示。

圖5 Top20機(jī)構(gòu)科研合作網(wǎng)絡(luò)Fig.5.Cooperation network of top 20 organizations

美國(guó)阿拉斯加大學(xué)費(fèi)爾班克斯校區(qū)(Univ Alaska Fairbanks)、科羅拉多大學(xué)(Univ Colorado)、美國(guó)華盛頓大學(xué)(Univ Washington)以及美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局(NOAA)是該網(wǎng)絡(luò)中整體合作關(guān)系最強(qiáng)的機(jī)構(gòu), 也反應(yīng)了美國(guó)在極地科技創(chuàng)新活動(dòng)中的緊密協(xié)作程度。根據(jù)合作強(qiáng)度來(lái)看, 美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局、美國(guó)科羅拉多大學(xué)(Univ Colorado)與美國(guó)華盛頓大學(xué)(Univ Washington); 丹麥哥本哈根大學(xué)(Univ Copenhagen)與丹麥奧胡斯大學(xué)(Aarhus Univ); 阿拉斯加大學(xué)費(fèi)爾班克斯校區(qū)與美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局(US Geol Survey)是關(guān)系最為緊密的三組合作機(jī)構(gòu), 且呈現(xiàn)出以地理區(qū)域?yàn)楹献鲗?duì)象選擇的現(xiàn)象, 形成了國(guó)家的群體創(chuàng)新格局。中國(guó)科學(xué)院(Chinese Acad Sci)與其他極地研究的主力機(jī)構(gòu)合作強(qiáng)度較為分散, 沒(méi)有特別突出的合作對(duì)象, 相較而言, 美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局、俄羅斯科學(xué)院(Russian Acad Sci)、英國(guó)南極調(diào)查局(British Antarctic Survey)等機(jī)構(gòu)是與中國(guó)科學(xué)院合作較為緊密的研究機(jī)構(gòu)。

3.2 極地研究熱點(diǎn)分析

識(shí)別極地研究的熱點(diǎn)與前沿, 對(duì)于了解和掌握極地研究發(fā)展現(xiàn)狀有著重要作用。

圖6給出了2015—2017年Top100的關(guān)鍵詞聚類結(jié)果, 大致分為與北極海洋和大氣相關(guān)、與南極相關(guān)海域與群島相關(guān)、與北極相關(guān)海域與群島相關(guān)、與極地生物與生態(tài)系統(tǒng)相關(guān)、與極地地質(zhì)相關(guān)、與極地環(huán)境與氣候、與極地冰川相關(guān)、與利用建模研究極地發(fā)展變化相關(guān)的8個(gè)類別,詳見(jiàn)表4?？梢钥吹? 總體而言, 極地環(huán)境與生態(tài)與極地地質(zhì)類方向的相關(guān)研究較多。在北極地區(qū),海冰動(dòng)力學(xué)變化、大氣環(huán)流、格陵蘭冰蓋、凍土和苔原變化及其社會(huì)經(jīng)濟(jì)影響是國(guó)際上研究的焦點(diǎn), 巴倫支海、楚科奇海、白令海、波弗特海、弗拉姆海峽、斯瓦爾巴群島是研究的熱點(diǎn)區(qū)域;在南極地區(qū), 南大洋環(huán)流、南極冰蓋動(dòng)力學(xué)、冰芯古氣候、海洋生物與生態(tài)等是國(guó)際上研究的焦點(diǎn), 南極重要的邊緣海如威德?tīng)柡！⒘_斯海以及南極半島是研究的熱點(diǎn)區(qū)域。

圖6 Top100關(guān)鍵詞聚類圖譜Fig.6.Cluster analysis of top100 keywords

表4 Top100關(guān)鍵詞聚類詳細(xì)結(jié)果Table 4.Detailed results of top100 keywords

續(xù)表4

續(xù)表4

一個(gè)學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)基礎(chǔ)是由該學(xué)科領(lǐng)域的共被引文獻(xiàn)集合組成的, 而研究前沿是由引用這些知識(shí)基礎(chǔ)的施引文獻(xiàn)集合所組成的[19]。文獻(xiàn)共被引圖中每個(gè)圓圈表示一個(gè)文獻(xiàn)節(jié)點(diǎn), 圓圈的大小表示文獻(xiàn)的被引次數(shù), 每個(gè)年輪不同的顏色表示不同的年份, 每個(gè)年輪的厚度表示該文獻(xiàn)每年的被引頻次。外圍有深色圓圈的節(jié)點(diǎn)表示該文獻(xiàn)有較大的中介中心, 表明該文獻(xiàn)在極地研究過(guò)程中有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)作用。

2015—2017年Top20文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)的疊加圖及聚類分析, 如圖7所示?？梢钥闯? 2015年及2016年多集中于與大氣環(huán)流相關(guān)的研究。而2017年除上述兩種類別外, 永久凍土、極地土壤相關(guān)主題以及與生物多樣性、極地物種相關(guān)的主題集中出現(xiàn)。高被引文獻(xiàn)表明該文獻(xiàn)本身受到本領(lǐng)域較多學(xué)者的關(guān)注, 同時(shí)這些文獻(xiàn)的質(zhì)量、觀點(diǎn)和研究方法等得到了本領(lǐng)域研究者的認(rèn)可[20]。文獻(xiàn)被引次數(shù)最高的為318次, 是DeConto等[21]在2016年發(fā)表于《NATURE》的《Contribution of Antarctica to past and future sea-level rise》一文,主要研究極地氣候變化對(duì)海平面上升的影響。其次是關(guān)于冰川消融、空間大地測(cè)量相關(guān)的模型研究[22]以及歐亞冰蓋的時(shí)間演變問(wèn)題[23], 其次是關(guān)于環(huán)境污染[24]、凍融效應(yīng)對(duì)土壤的影響[25]研究。

圖7 2015—2017年Top20文獻(xiàn)共被引網(wǎng)絡(luò)疊加及聚類分析Fig.7.Overlay co-citation network and cluster map of high-cited papers

4 總結(jié)與討論

極地研究具有很強(qiáng)的綜合性特征, 是大國(guó)之間利益和影響力競(jìng)爭(zhēng)的戰(zhàn)略制高點(diǎn)[26]。通過(guò)對(duì)2015—2017年138個(gè)國(guó)家的極地文獻(xiàn)分析, 可以得出如下結(jié)論和建議。

1.美國(guó)、英國(guó)、加拿大、德國(guó)和挪威這5個(gè)國(guó)家在極地研究中一直保持著強(qiáng)大的科研能力與影響力, 國(guó)家內(nèi)部科研機(jī)構(gòu)之間形成了創(chuàng)新集群,在極地國(guó)際合作方面也展示出區(qū)域合作中心的特點(diǎn), 國(guó)際合作交流程度較強(qiáng); 中國(guó)、俄羅斯、丹麥、法國(guó)和澳大利亞等國(guó)家的科研能力位于第二梯隊(duì), 相比較而言我國(guó)的極地研究已具備數(shù)量和規(guī)模優(yōu)勢(shì), 但國(guó)際合作強(qiáng)度較低, 且主要依賴于美國(guó)。

2.極地研究呈現(xiàn)出以地理位置毗鄰的區(qū)域化合作以及強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手的現(xiàn)象。美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)等科技實(shí)力較強(qiáng)的國(guó)家合作廣泛, 而相關(guān)文獻(xiàn)產(chǎn)出TOP20的機(jī)構(gòu)多來(lái)自美國(guó)和挪威, 且也呈現(xiàn)出以地理區(qū)域?yàn)楹献鲗?duì)象選擇的現(xiàn)象。北極八國(guó)之間的合作緊密, 在2018年北極理事會(huì)發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)北極國(guó)際科學(xué)合作的協(xié)議》之后, 北極八國(guó)合作趨勢(shì)將進(jìn)一步增強(qiáng)。相比較而言, 亞洲國(guó)家相互之間的區(qū)域化合作較弱, 以美國(guó)和歐洲國(guó)家作為主要合作對(duì)象。我國(guó)極地研究主要以美國(guó)為合作對(duì)象, 在中美科技激烈競(jìng)爭(zhēng)的態(tài)勢(shì)下, 美國(guó)勢(shì)必會(huì)選擇后退和“卡脖子”, 加大與俄羅斯、德國(guó)和北歐國(guó)家之間的合作或許是較好的選擇,尤其是與這些國(guó)家在優(yōu)勢(shì)研究領(lǐng)域方面的合作。

3.各國(guó)的極地研究力量布局和成果產(chǎn)出與國(guó)家的戰(zhàn)略目標(biāo)之間有非常明顯的支撐關(guān)系, 如挪威的極地環(huán)境與生態(tài)學(xué)的研究產(chǎn)出位居世界第3, 而且全部集中在北極地區(qū), 有力地支撐了“北極環(huán)境事務(wù)的世界領(lǐng)導(dǎo)者”的國(guó)家極地戰(zhàn)略目標(biāo)。加拿大將北極海岸帶生態(tài)系統(tǒng)和可持續(xù)漁業(yè)作為國(guó)家戰(zhàn)略目標(biāo)的重點(diǎn), 可以看到加拿大在極地生物學(xué)和環(huán)境生態(tài)學(xué)產(chǎn)出位居世界第2, 形成了很好的科技支撐優(yōu)勢(shì)。這些科技優(yōu)勢(shì)和信息優(yōu)勢(shì)將在國(guó)際極地治理的進(jìn)程中扮演核心的角色, 成為維護(hù)國(guó)家利益、實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略目標(biāo)的硬實(shí)力。同時(shí), 極地科學(xué)產(chǎn)出與政策制定之間也能夠形成良好互動(dòng),基于科學(xué)證據(jù)的政策制定是推進(jìn)極地治理能力的趨勢(shì), 一個(gè)國(guó)家的極地研究核心機(jī)構(gòu)與極地事務(wù)咨詢機(jī)構(gòu)多數(shù)情況下是一體的(如AWI、BAS、AAD)。

4.從極地研究的熱門領(lǐng)域來(lái)看, 地質(zhì)學(xué)、氣象學(xué)與大氣科學(xué)、環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、海洋學(xué)等是文獻(xiàn)量較多的研究方向, 氣候變化、海冰、生態(tài)系統(tǒng)等是相關(guān)學(xué)者關(guān)注較多的熱點(diǎn)主題。對(duì)于我國(guó)來(lái)說(shuō), 極地大氣與空間物理學(xué)、極地天文與天體物理學(xué)是我國(guó)的優(yōu)勢(shì)學(xué)科, 但極地環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)和極地地球物理學(xué)均跌出發(fā)文量TOP10榜單, 考慮到極地環(huán)境保護(hù)與國(guó)家極地權(quán)益維護(hù)之間的密切關(guān)系, 以及極地地球物理與資源勘探之間的緊密聯(lián)系, 這兩方面是我國(guó)未來(lái)應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)投入的領(lǐng)域。

總體而言, 我國(guó)的極地研究科技布局需進(jìn)一步優(yōu)化, 需加強(qiáng)國(guó)家極地總體戰(zhàn)略目標(biāo)和極地科技前沿的雙重牽引, 重點(diǎn)建設(shè)多個(gè)世界一流的科研機(jī)構(gòu),形成具有我國(guó)特色的極地科技創(chuàng)新集群; 應(yīng)加強(qiáng)極地國(guó)際合作的路徑設(shè)計(jì), 降低中美競(jìng)爭(zhēng)所帶來(lái)的合作依賴風(fēng)險(xiǎn); 加大投入, 注重研究成果的創(chuàng)新性和影響力, 實(shí)現(xiàn)極地研究從數(shù)量向質(zhì)量轉(zhuǎn)變。