地球科學熱點前沿及重點熱點前沿解讀

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科學研究的世界呈現出蔓延生長、不斷演化的景象。科研管理者和政策制定者需要掌握科研的進展和動態，以有限的資源來支持和推進科學進步。洞察科研動向，尤其是跟蹤新興專業領域將對其工作產生重大的意義。

科睿唯安（Clarivate Analytics）發布了「研究前沿」（Research Fronts）數據和報告。定義一個被稱作研究前沿的專業領域的辦法，源自於科學研究之間存在的某種特定的共性。這種共性可能來自實驗數據，也可能來自研究方法、概念或假設，並反映在科學家在論文中引用其他科學家的工作這個學術行為之中。

通過持續跟蹤全球最重要的科研和學術論文，研究分析論文被引用的模式和聚類，特別是成簇的高被引論文頻繁地共同被引用的情況，可以發現研究前沿。當一簇高被引論文共同被引用的情形達到一定的活躍度和連貫性時，就形成一個研究前沿，而這一簇高被引論文便是組成該研究前沿的「核心論文」。研究前沿的分析數據揭示了不同研究者在探究相關的科學問題時會產生一定的關聯，儘管這些研究人員背景不同或來自不同的學科領域。

總之，研究前沿的分析提供了一個獨特的視角來揭示科學研究的脈絡。研究前沿的分析不依賴於對文獻的人工標引和分類（因為這種方法可能會有標引分類人員判斷的主觀性），而是基於研究人員的相互引用而形成的知識之間和人之間的聯絡。這些研究前沿的數據連續記載了分散的研究領域的發生、匯聚、發展（或者萎縮、消散），以及分化和自組織成更近的研究活動節點。在演進的過程中，每組核心論文的基本情況，如主要的論文、作者、研究機構等，都可以被查明和跟蹤。通過對該研究前沿的施引文獻的分析，可以發現該領域的最新進展和發展方向。

2013 年，Clarivate Analytics發布了《2013 研究前沿——自然科學和社會科學的前 100 個探索領域》白皮書。2014年和2015年，Clarivate Analytics 與中國科學院文獻情報中心成立的「新興技術未來分析聯合研究中心」推出了《2014 研究前沿》和《2015 研究前沿》分析報告，引起了全球廣泛的關注。

2016 年，中國科學院科技戰略諮詢研究院戰略情報研究所，繼續在《2015研究前沿》的基礎上，推出《2016 研究前沿》。報告仍然以文獻計量學中的共被引分析方法為基礎，基於 Clarivate Analytics 的 Essential Science Indicators（ESI）資料庫中的 12 188個研究前沿，遴選出 2016 年自然科學和社會科學的 10個大學科領域排名最前的 100 個熱點前沿和 80 個新興前沿。

地球科學

熱點前沿及重點熱點前沿解讀

地球科學領域Top10 熱點前沿發展態勢

地球科學領域Top10 研究前沿延續氣候變化與地球化學、固體地球物理學和地質學研究平分秋色之勢。氣候變化研究方面的熱點包括：全球變暖突然趨緩（hiatus 現象）、氣候系統模式研究、高亞洲冰川質量變化研究、土壤碳循環對氣候變化的響應、北極放大效應與中緯度極端天氣的關係、末次間冰期氣候變化研究；地球化學研究熱點包括內陸水體和海洋的碳循環、地球早期海洋的演化以及與之相關的生物進化，固體地球物理學和地質學研究熱點包括2011 年東日本大地震同震滑動研究、下一代地震動衰減地面運動預測模型研究（表1.1 和圖1.1）。

表1.1 地球科學領域Top10 熱點前沿

圖1.1 地球科學領域Top10 熱點前沿的施引論文

重點熱點前沿—— 全球變暖突然趨緩（hiatus現象）

作為21 世紀國際氣候變化研究的一個全新熱點，全球變暖突然趨緩在國際上備受關注——大量觀測數據顯示，自20世紀末（1998 年）以來，儘管大氣中的溫室氣體濃度持續增加，但全球溫度年均值並未升高。這一現象也被稱為hiatus（「間斷」或「停滯」）現象。由於hiatus現象的發現可能對盛行的「人類活動導致氣候變暖」的觀點構成挑戰，因此吸引了科學界的熱切關注，進而引發普通民眾對氣候變暖問題的諸多疑慮和熱議。

在科學領域，人們對全球表面陸地和海洋溫度數據進行了大量校正和比對，並重點從輻射強迫的影響和氣候系統內部自然變率的影響兩個角度研究了可能導致全球變暖突然趨緩的各種機制。目前普遍的看法是：現階段的全球變暖趨緩是自然氣候變率的一部分，從歷史上看不足為奇，但是各種作用機制的相對重要性仍缺乏定量分析證據；儘管未來還有可能發生類似的全球變暖突然趨緩事件，但隨著溫室氣體濃度增加，已經持續數十年的全球變暖趨勢仍很有可能延續下去。

對hiatus 現象的科學研究報道始於2009 年，至2015 年短短几年間圍繞該問題的科學研究已形成一個特色鮮明、引人注目的熱點前沿，位列地球科學領域Top10 熱點前沿第三位，核心論文47篇。除Nature Climate Change於2014 年3 月專題刊發了氣候科學專家對全世界熱議的近年來地球表面溫度升高的趨勢突然減緩問題的系列討論之外，Science、Journal of Geophysical Research-Atmospheres、Nature等頂級綜合期刊和地球科學期刊也刊發了大量相關研究成果。

有17 個國家參與了hiatus 現象研究47 篇核心論文的研究工作。從國家和機構層面看，美國占絕對領先優勢，中國貢獻了4 篇核心論文，與德國並列排名世界第6 位（表1.2）。中國科學院、中國海洋大學各參與了2 篇論文工作。從不同國家和機構對該研究前沿的跟進情況看，美國貢獻了超過一半的施引論文，遙遙領先於其他國家；核心論文數排名第2 位的英國施引論文數也穩居次席；中國在該領域積極跟進，產出施引論文280 篇，排名第5 位，其中中國科學院施引論文數排名世界第5 位（表1.3）。

表1.2「全球變暖突然趨緩（hiatus 現象）」研究前沿中核心論文的Top 產出國家和機構

表1.3 「全球變暖突然趨緩（hiatus 現象）」研究前沿中施引論文的Top 產出國家和機構

重點熱點前沿——內陸水體和海洋的碳循環

碳是地球上生命有機體的關鍵成分，它以CO2、碳酸鹽及有機化合物等多種形式在環境中不斷循環。大量研究表明，全球碳循環的動態變化與氣候變化及人類活動影響有著密切關係。海洋碳循環是全球碳循環的重要組成部分，是影響全球變化的關鍵控制環節。海洋作為一個巨大的碳庫，具有吸收和儲存大氣CO2的能力，影響著大氣CO2的收支平衡，研究碳在海洋中的轉移和歸宿，對於預測未來大氣中CO2含量乃至全球氣候變化具有重要意義。與海洋相比，雖然內陸水體（如河流、湖泊等）的面積經常小到被忽略，但由於內陸水體對人類活動排放的碳有著強烈的彙集，內陸水體富營養化對其生產和分解過程有著強力拉動，內陸水體的碳源匯功能十分活躍，因而內陸水體對陸地碳循環會產生重要影響。

了解各碳庫尤其是海洋和內陸水體的碳循環過程及其動態變化，通過物理、化學和生物反饋機制來認識上述碳庫碳循環與氣候變化、生態系統、人類活動等的相互作用與影響過程已經成為當前地球科學領域研究的熱點。

熱點前沿「內陸水體和海洋的碳循環」的核心論文主要集中在揭示內陸水體（如河流、河流網路、湖泊、水庫、濕地等）和海洋的碳降解和碳排放以及上述碳排放如何抵消碳匯。陸地到海洋的碳通量如何受人類因素的影響以及不斷變化中的沿海海洋碳循環也都是該熱點前沿致力於解決的問題。

根據核心論文的產出國家和機構的分析（表1.4），可以看出，美國在該領域的表現尤為突出，美國參與了絕大多數核心論文（11 篇）的工作。在美國之後，瑞典在該研究領域也成果顯著。瑞典烏普薩拉大學發表了5 篇核心論文，在本領域所有研究機構中位列第一。

從表1.5 的數據可以看出，美國的施引論文最多，達554 篇，佔全部施引論文的44.4%。瑞典、英國、加拿大、德國、中國的施引論文數量分列2 ～ 6 位，所佔比例均超過10%。施引論文Top 機構中有4 家屬於瑞典，反映出瑞典研究機構對該領域的關注。相比而言，美國僅有2 家機構入選施引論文Top 機構。中國科學院以66 篇施引論文位於施引論文數量Top 機構的第4 位。

綜上所述，美國是內陸水體和海洋的碳循環研究領域的主要研究國家，瑞典在該領域的研究實力很強，英國、加拿大、德國等也是該領域的積极參与者。中國雖然在核心論文排行榜上籍籍無名，但施引論文數量排名迅速攀升，在一定程度上反映出中國對相關領域研究的重視和關注。

表1.4 「內陸水體和海洋的碳循環」研究前沿中核心論文的Top 產出國家和機構

表1.5 「內陸水體和海洋的碳循環」研究前沿中施引論文的Top 產出國家和機構

新興前沿及重點新興前沿解讀

新興前沿概述

地球科學領域有2 項研究入選新興前沿，「2012 年夏洛特皇后群島地震斷層帶研究」和「基於GEOTRACES 等計劃開展的北大西洋和南大洋痕量元素組成研究」（表1.6）。

表1.6地球科學領域的2 個新興前沿

重點新興前沿—— 基於GEOTRACES 等計劃開展的北大西洋和南大洋痕量元素組成研究

近年來，學術界逐漸認識到痕量元素在海洋生態系統動力學及碳循環中的重要作用，並考慮系統地研究全球痕量元素及其同位素的海洋生物地球化學循環，從而逐漸形成了一個新的國際科學研究計劃——「痕量元素及其同位素的海洋生物地球化學研究」（GEOTRACES）。該計劃旨在研究特定痕量元素（如鋁、錳、鐵、鋅、銅、鎘、釷等）及其同位素在全球海洋的分布情況以及上述元素的源、匯和內部循環情況；研究痕量元素及其同位素對全球變化的響應，幫助理解古海洋環境的演變過程以及預測未來海洋環境的變化。

2016 年度地球科學領域新興前沿「基於GEOTRACES 等計劃開展的北大西洋和南大洋元素組成研究」利用近期開展的數次GEOTRACES 測量等活動，在北大西洋和南大洋的痕量元素組成研究方面取得了重大進展，多項成果發表在Science、Nature等頂級期刊上。該前沿有11 篇核心論文，參與的國家集中在美國、瑞士、德國、英國和法國。瑞士的表現最為搶眼，被引頻次最高的兩篇論文均來自瑞士的研究機構。2014 年，瑞士蘇黎世聯邦理工學院的研究人員對北大西洋溶解鐵的來源進行了定量研究，同時還對末次冰期南大洋的鐵施肥（iron fertilization）進行了研究。美國夏威夷大學、伍茲霍爾海洋研究所、英國利物浦大學等機構基於近期GEOTRACES 測量的結果，分析了北大西洋和南大洋主要顆粒物的元素組成，研究了上述區域海洋的鐵、錳、鎘、鋁等痕量元素的濃度、外部來源、內部循環以及富集等過程。

本文摘編自由中國科學院科技戰略諮詢研究院、中國科學院文獻情報中心、英國科睿唯安著《2016研究前沿及分析解讀》第1、4章，內容有刪減。

（本期編輯：安靜）

2016研究前沿及分析解讀

中國科學院科技戰略諮詢研究院、中國科學院文獻情報中心、英國科睿唯安 著

北京：科學出版社 2017.03

ISBN 978-7-03-052209-2

《2016研究前沿及分析解讀》以文獻計量學中的共被引分析方法為基礎，基於科睿唯安的Essential Science Indica-tors(ESI) 資料庫中的12188個研究前沿，首先，遙選出2016年自然科學和社會科學的10個大學科領域排名最前的100個熱點前沿和80個新興前沿，重點選擇一些研究前沿進行詳細統計分析和解讀；其次，以高度概括的視角對美國、英國、德國、法國、中國和日本六國在180個前沿的基礎貢獻水平和潛在發展水平進行評估描述；最後，在10個領域分別展開中國和美國在100個熱點前沿和80個新興前沿參與情況的比較分析，以期較為全面地掌握中國與美國這一科技強國的差距與優勢。

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