北极和南极属于地球的高纬度地区。由于独特的地理位置和生态环境特征, 以及在全球气候变化中发挥的重要作用, 极地地区一直以来都被许多国家列为地球和环境科学的重点研究区域^[1]。随着极地地缘政治问题越来越受到关注^[2], 各国对极地资源和战略权益展开了白热化的争夺, 除科学活动外, 国内外关于极地管理的研究也随之成为学术界的热点^[3]。对极地地区的探索对于了解地球环境变化, 为我国争取自然资源和战略权益具有重要意义。因此, 明确我国和国际在极地科学研究领域的差异性, 识别和预判不同国家的极地发展导向, 对比不同国家科技政策和战略, 厘清极地科学研究的热点、前沿及发展趋势至关重要。

文献计量是一种基于数理统计的定量分析方法, 它以科学文献的外部特征为研究对象, 研究文献的分布结构和数量关系, 进而探讨科学技术的某些结构、特征和规律^[4]。目前已有很多学者从文献计量角度分析了极地科学的研究热点和趋势^[5]。方斌贤等基于南北极地区文献数据库, 对极地领域发文量和侧重学科做了初步分析^[6]; 王雪梅和牛艺博等分别基于WoS数据库, 分析了1971—2010年和2010—2016年极地研究的发展格局和变化趋势^[7-8]; 王利等基于CNKI和WoS数据库, 分析了2000—2017年中国和国际北极科研领域的综合特征^[9], 还有很多学者针对某一期刊或某一具体的极地相关学科展开文献计量研究^[10-12]。这些研究总结了极地领域的研究成果, 在不同程度上推动了极地文献情报领域的发展, 但由于数据年代过早、没有兼顾中英文文献、仅聚焦南极或北极单一方面等问题, 存在无法全面客观地反映该领域总体状况的局限性。

本文基于Web of Sciences和CNKI数据库, 通过文献计量方法, 从极地科研实力、合作关系、学科相对优势和研究热点等方面对自2013年我国成为北极理事会观察员国以来, 至2018年为止的中国和国际极地科研情况进行统计分析, 在一定程度上揭示近年国际在极地领域研究中的进展和热点, 结合极地科学研究政策, 帮助我国极地科学管理和研究人员明晰自身情况, 获悉可待开发空间, 识别潜在的合作对象, 为我国极地研究提出建议。

1 数据与方法 1.1 数据来源与检索策略

本研究数据来源于Web of Science核心数据集中的Web of Science核心合集: Science Citation Index Expanded (SCI-EXPANDED) (1998年至今)、Social Sciences Citation Index (SSCI) (2002年至今)和中国知网CNKI数据库。

英文文献方面, 根据文献中关于“南极”和“北极”的常用英文表达法, 以antarctic和arctic为主进行检索, 并辅以“南大洋(south ocean)”“乔治王岛(king grorge island)”“中山站(zhongshanzhan station)”等极地相关的海洋、地理和考察站名词, 并排除“古北区(palearctic)”、“北极星(Polaris/north star)”等地质、天文学易混名词。具体检索式如下:

检索式1: ts=(*antarctic＄ or *arctic＄)

检索式2: ts=("king grorge island" or "ross sea" or "weddell sea" or "grove moutain" or "Bransfield" or "prydz bay" or adelie or Svalbard or "Bering Sea" or "Chukchi Sea" or "norwegian sea" or "barents sea" or "white sea" or Greenland or "Kara Sea" or "Laptev sea" or "East Siberian Sea" or "beaufort sea" or "Lomonosov ridge" or "Mendeleev ridge" or "Nansen ridge" or "Nansen basin" or "Eurasian basin" or "Makarov Basin" or "Canada Basin" or "Frobisher Bay") and ts=("high latitude*" or high-latitude* or ice or cusp-latitude* or polar or pole) not ts=(*Antarctic＄ or *arctic＄)

检索式3: ts="zhongshan station＄" or ts="great wall station＄" or ts="yellow river station＄" not ts=(*Antarctic＄ or *arctic＄)

检索式4: ts=(cusp-region* or cusp-latitude* or aurora or "ice sheet" or "ice cover") and ts=(polar or pole) not ts=(*Antarctic＄ or *arctic＄) not ts=(Jupiter or Saturnv or Mars)

检索式5: ts=(Palearctic* or Palaearctic* or "Tibet Plateau" or "Qinghai-Tibet Plateau" or "Tibetan Plateau" or "antarctica lipase" or Polaris or “north star”or Candida-Antarctica or Nearctic or "Arctic mutation" or holarctica or "aurora-a" or "Three Gorges Reservoir" or "outdoor resort" or "Cosmic Ray*" or "Svalbard Radar")

检索式=(ts1 or ts2 or ts3 or ts4) not ts5

对于中文文献, 以南极、北极为核心检索词, 以极地相关的海洋、地理和考察站名词为辅, 并排除“青藏高原”等不相关名词。具体检索式如下:

(SU=('极地'+'南极'+'北极'+'南北极'))OR(SU=('北冰洋'+'冰岛'+'格陵兰岛'+'乔治王岛'+'罗斯海'+'阿德雷岛'+'南太平洋'+'挪威海'+'威德尔海'+'格罗夫山'+'布兰斯菲尔德海峡'+'普里兹湾'+'南大西洋'+'白令海'+'北太平洋'+'楚科奇海'+'巴伦支海'+'白海') AND SU='冰') OR ((SU=('拉普捷夫海'+'东西伯利亚海'+'波弗特海'+'罗蒙诺索夫海岭'+'门捷列夫海岭'+'南森海岭'+'南森海盆'+'欧亚海盆'+'马卡罗夫海盆'+'加拿大海盆'+'弗罗比舍湾')) OR (SU=('中山站'+'长城站'+'黄河站'-'八达岭'-'中山市')) OR JN='极地研究') NOT SU=('青藏高原'+'科普'+'会见'+'封面'+'北极星') NOT TI=('教学'+'课程'+'书评'+'小说'+'中标'+'纪录片'+'论坛'+'会议'+'年会'+'召开'+'闭幕'+'教育'+'本期导读'+'举行'+'培训'+'品牌'+'召开'+'电影'+'出版社') NOT (AU %'本刊')

英文文献选取期刊论文(Article)和综述(Review)类文献, 以出版年为准, 检索时间范围为2018年一年, TOP5%高被引文献检索时间范围为2013—2018年, 剔除不相关和重复的文献后, 最终得到2018年符合检索条件的文章6 179篇; 2013—2018年符合检索条件的文章36 070篇, 按被引频次排名取前5%, 共1 804篇, 检索时间为2019年11月18日。中文文献选取期刊论文类检索, 在哲学与人文科学学科类别里, 只选中地理、考古类别; 社会科学Ⅱ辑里, 排除学前教育、初等教育、中等教育三类。以出版年为准, 检索时间范围为2018年一年, TOP5%高被引文献检索时间范围为2013—2018年, 排除作者为空、不相关、重复及英文文献后最终得到2018年文章642篇; 2013—2018年文章3 532篇, 选取前5%, 共177篇(最高被引频次123, 最低被引频次13), 检索时间为2019年10月12日。

需要说明的是, 虽然WOS数据库中内含“ESI引用百分比”工具, 可以对数据库指定的学科、机构按照论文被引频次进行排名, 自动导出ESI热点论文和高被引论文, 但该功能并不支持用户自由设定学科, 而极地科学又是一门综合性学科, 因此依靠ESI工具进行取舍的结果无法完全符合本文检索结果的题录范围。故本文选择将依据检索式筛选出来的所有文献进行被引用次数排名, 选取TOP5%作为高被引论文。

1.2 分析工具与方法

本文利用VOSviewer文献处理软件处理所得数据, 并进行可视化分析, 直观展示国家和机构间合作关系。

通过计算学科相对优势指数评判各学科竞争力和比较优势。学科相对优势指标源自美国经济学家巴拉萨于1965年提出的显示性比较优势指数(Revealed Comparative Advantage Index, 简称RCA指数)。该指数是衡量一国产品或产业在国际市场竞争力中最具说服力的指标, 后来被国际情报学用于学科优势评价体系中。本文根据RCA指数原理, 将学科相对优势指数定义为: 某区域某学科领域发表的论文数占该区域发表的总论文数的比重与该学科领域发表的总论文数占所有区域所有学科发表的总论文数比重的比值:

${\rm{RC}}{{\rm{A}}_{i, j}} = \frac{{{P_{i, j}}/\sum\limits_{j = 1}^K {{P_{i, j}}} }}{{\sum\limits_{i = 1}^N {{P_{i, j}}/\sum\limits_{i = 1}^N {\sum\limits_{j = 1}^K {{P_{i, j}}} } } }}, $

(1)

其中, P_{i, j}为i区域j学科领域的论文数; $\sum\limits_{j = 1}^K {{P_{i, j}}} $为i区域所有学科领域论文数; $\sum\limits_{i = 1}^K {{P_{i, j}}} $为j学科领域所有区域的论文数; $\sum\limits_{i = 1}^N {\sum\limits_{j = 1}^K {{P_{i, j}}} } $为所有区域所有学科的总论文数。若RCA大于1, 表明该学科在该区域具有相对优势; 若RCA等于1, 表明没有相对优劣之分; 若RCA小于1, 表明该学科在该区域没有相对竞争力。

2 结果与分析 2.1 国际极地科学领域科研实力分析 2.1.1 国家和地区分析

2018年国际共发表极地科学领域英文文献6 179篇, 2013—2018年国际共发表高被引文献1 804篇。发文量TOP10国家见表 1。在发文量和近年高被引文献数量两个方面, 美国和英国均居前两位, 表明两国在极地科学领域的研究水平处于世界领先地位。加拿大和德国分列第3、4名, 构成第二阵营。参考以往文献来看, 近10年极地科学研究领域的实力布局基本稳定。

我国2018年共发表英文文献634篇, 发文量居世界第6位, 表明我国极地研究体量已跟上世界步伐。但近年高被引文献发文量仅居第11位, 通过计算2018年各国发文篇均被引次数发现, 我国以2.62次排名第31位, 低于3.26的世界平均值。可见虽然近年来我国发文数量稳步增长, 但发文质量和影响力还有待提高。

2.1.2 机构分析

2018年国际极地科学领域英文文献发文量TOP10机构见表 2。德国亥姆霍兹联合会和法国国家科研中心作为近年极地科学领域的领军力量, 牢牢占据着总发文量和高被引文章发文量的前两名。美国有3家机构入选TOP10, 表现出较强的国家整体实力。

我国有中国科学院1家单位入选TOP10, 发文量排在第6位。值得说明的是, 中国科学院H指数仅为10, 与其他欧美机构相比仍有较大差距, 并且在近年高被引发文榜单中, 中国科学院仅排在第34位, 这提示我们还应及时跟踪极地前沿领域的学科热点, 着力提高发文质量, 努力打造一所在世界范围内具有较强影响的科研机构。

2.1.3 学科分布分析

国际极地科学研究共涉及14个学科大类, 165个学科小类, 表现出明显的交叉学科特征。鉴于极地区域的特殊环境, 其自然现象往往是多学科多因素共同影响的结果, 从技术上看, 极地研究也需要不同技术手段的相互协调和应用, 因此出现了广泛的学科交叉。

本文仅列出2013—2018年高被引文献所属学科依发文量排名分布结果, 见表 3。从学科大类来看, 国际极地科学研究以地球科学、环境科学与生态学、综合性学科、生物学和工程技术为主, 主要集中在地球科学综合、气象与大气科学、环境科学、生态学、自然地理和海洋学等领域。

2.1.4 来源期刊分析

2013—2018年高被引文献主要来源期刊TOP10情况见表 4。由表可见, 国际极地科学文献所在期刊的级别大部分集中在各学科的Q1区, 表明极地科学领域整体文献质量较高, 相关研究已经比较成熟。从所属的分区领域来看, 这些期刊主要集中于地球科学、气象与大气、自然地理和环境科学领域。

2.2 我国极地科学领域科研实力分析 2.2.1 机构分析

2018年中国极地科学领域发文量TOP10机构见表 5。中国科学院在2018年发文量和近年高被引文献发文量上占据绝对领先地位, 原国家海洋局和中国海洋大学位列第2、3位。从文献语种类型来看, 原国家海洋局、中国海洋大学、武汉大学以发表中文文献为主, 其余机构以英文文献为主。

2.2.2 来源期刊分析

2013—2018年中文高被引文献主要来源期刊TOP10情况见表 6。极地科学领域中文文献来源刊物TOP10级别均为北大中文核心期刊。与英文文献不同, 中文文献来源期刊大多为社会科学类期刊, 自然科学研究成果发表相对较少。

2.3 国际极地科学研究合作关系分析 2.3.1 国家合作关系分析

在2018年发表 10篇以上极地科学论文的47个国家之间的合作关系。中国的数据包括大陆和台湾地区, 英国(United Kingdom)的数据则包括英格兰(England)、苏格兰(Scotland)、威尔士(Wales)与北爱尔兰(North Ireland)。

2018年世界各国在极地研究合作方面根据各自传统学科优势和自然地理位置形成了5个合作圈:

(1) 由俄罗斯和诸多欧洲传统科技强国组成的共现关系网络, 平均合作次数33.82次, 平均合作强度(连线权值和)为415.24。

(2) 由英国、印度、沙特阿拉伯等和美国、澳大利亚、中国、日本等环太平洋国家组成的共现关系网络, 平均合作次数32次, 平均合作强度为613.92。

(3) 由法国、西班牙等欧洲南部国家和阿根廷、南非等近南极洲国家组成的共现关系网络, 平均合作次数30.5次, 平均合作强度为301.8。

(4) 由加拿大和挪威等环格陵兰岛国家组成的共现关系网络, 平均合作次数35.4次, 平均合作强度为792.8。

(5) 由比利时和土耳其两国组成的共现关系网络, 平均合作次数25.5次, 平均合作强度为224。

2.3.2 国际机构合作关系分析

在2018年发表 20篇以上极地科学相关论文的211家机构之间合作关系。2018年世界研究机构在极地研究合作方面主要形成了7个合作圈:

(1) 由美国高校、政府、研究所组成的合作圈。其中, 华盛顿大学(univ washington)、科罗拉多大学(univ colorado)占据中心位置, 是美国极地科学领域研究的核心机构。另外, 阿拉斯加大学费尔班克斯分校(univ alaska fairbanks)、美国航空航天局(nasa)、哥伦比亚大学(columbia univ)、美国国家海洋和大气管理局(noaa)等高校和政府机构在发文量和合作强度方面也表现突出, 是美国极地研究的重点和热点机构。值得一提的是, 组成该聚类的50个机构中, 仅有1所(瑞士苏黎世大学)为非美机构, 表明美国极地研究具有较强的独立性。该聚类平均合作次数56.6次, 平均合作强度为107.44。

(2) 由挪威、瑞典、俄罗斯、德国等欧洲国家的49所机构组成的合作圈。其中, 以丹麦哥本哈根大学(univ copenhagen)、瑞典斯德哥尔摩大学(stockholm univ)、挪威卑尔根大学(univ bergen)为合作中心, 俄罗斯科学院(russian acad sci)、挪威极地研究所(norwegian polar res inst)等为重要参与机构。平均合作次数49.51次, 平均合作强度为103.63。

(3) 由20所英国高校、研究所和其他欧美院校共30所机构组成的合作圈。以英国南极调查局(british antarctic survey)为核心机构。平均合作次数58.4次, 平均合作强度为112.5。

(4) 由澳大利亚、日本、新西兰等国家的28所机构组成的合作圈。以澳大利亚塔斯马尼亚大学(univ tasmania)为核心机构。平均合作次数50.96次, 平均合作强度为90.07。

(5) 由加拿大和丹麦机构组成的合作圈。以丹麦奥尔胡斯大学(aarhus univ)和加拿大环境与气候变化部(environm & climate change canada)为核心机构。平均合作次数50.11次, 平均合作强度为94.56。

(6) 由西班牙和阿根廷、智利等原西语殖民地国家机构组成的合作圈。以阿根廷科学技术研究委员会(consejo nacl invest cient & tecn)为核心机构。平均合作次数29.5次, 平均合作强度为52.25。

(7) 由我国大陆机构组成的合作圈。以中国科学院(chinese acad sci)为核心机构。平均合作次数29.64次, 平均合作强度为78.36。

2.3.3 中国机构合作关系分析

在2018年发表 3篇以上中文极地科学论文的72家机构之间合作关系。其中46家研究机构在极地研究领域形成了9个合作圈:

(1) 以上海海洋大学和中国水产科学研究院为首的“极地水产渔业”研究合作圈;

(2) 以大连海事大学和南京信息工程大学为首的“极地气象”研究合作圈;

(3) 以中国海洋大学为首的“极地海洋学”研究合作圈;

(4) 以同济大学为首的“北极航道”研究合作圈;

(5) 以中国极地研究中心为首的“极地综合科学”研究合作圈;

(6) 以武汉大学为首的“极地测绘”研究合作圈;

(7) 以国家卫星海洋应用中心为首的“极地遥感”研究合作圈;

(8) 以自然资源部第一海洋研究所为首的“极地综合科学”研究合作圈;

(9) 以自然资源部第三海洋研究所为首的“极地生物学”研究合作圈。其余机构并未形成有规模的合作体系, 较为独立。

2.4 极地科学学科相对优势分析

根据2018年各国在极地领域的发文总数、各国当年发文总数、世界发文总数计算得出中国、美国等11个国家极地研究领域的相对优势指数, 见表 7。

由图表可知, 俄罗斯的学科优势指数最高, 为3.71, 说明极地研究在该国科研中的比重极大。中国的学科优势指数较低, 仅为0.41, 说明极地研究在我国科研领域中仍属于小众学科, 受重视程度还远远不够。

2.5 极地科学研究热点分析

对于英文文献, 选取H指数排名TOP10机构在2018年发表的1 635篇文章, 其中被引频次不小于13(Top10机构的最小H指数)次的共86篇。经过统计分析发现这86篇文献主要集中于10个领域(表 8)。可见, 地球科学、环境和生态学、生物学是世界极地科学研究的主流, 其中“极地冰盖不稳定性和海平面变化”“极地生态系统的敏感性与脆弱性”“北极海-冰-气相互作用及其气候效应”是当前国际极地研究领域的重点。由于欧美、澳洲和拉美国家相对我国更临近极区, 其对极区海平面、气候和环境的变化更为敏感, 因此英语体系国家在科学研究、政策战略和国际组织构建上更多地侧重于生态保护和资源开发。

对于中文文献, 选取CNKI中2018年的642篇高被引论文, 其中被引频次大于3次的论文共67篇。经过统计分析发现这67篇文献主要集中于6个领域(表 8)。可见, 中文文献的研究热点主要集中在社会科学领域。结合近年我国极地战略政策可以发现, 我国作为全球性大国, 参与极地事务, 尤其是北极事务已逐渐成为维护本国利益的必然要求, 而相关外部环境因素(如政治、社会和技术环境等)又深刻影响着中国的极地参与进程, 因此亟需对这些因素进行研究和调查, 这也是我国近年来努力推动的极地研究方向。

3 结论与启示 3.1 结论

本文基于Web of Sciences和CNKI数据库, 对2013—2018年中国和国际极地科研情况进行统计分析, 结论如下:

(1) 从国家发文量和高被引文献发文量两方面评判, 美国和英国在极地科学领域的研究水平处于世界领先地位。中国2018年发文量居世界第6位, 而篇均被引次数低于世界平均值。可见虽然近年来我国发文数量稳步增长, 但发文质量和影响力还有待提高。

(2) 德国亥姆霍兹联合会和法国国家科研中心是近年国际极地科学领域研究的领军机构, 而中国目前在该领域还并没有形成一所在世界范围内具有较强影响的科研机构。中国科学院在国内极地科学研究领域占据绝对领先地位, 但与欧美机构相比仍有较大差距。

(3) 国际极地科学研究主要集中在气象与大气科学、环境科学、生态学、自然地理和海洋学等领域, 中文文献则主要集中于北极航道、极地政治与法律等社会科学领域。

(4) 2018年世界各国研究机构在极地研究领域根据各自传统学科优势和自然地理位置形成了多个合作圈, 中国研究机构也依据各自的学科侧重形成了“极地水产渔业”“极地气象”“极地海洋学”等9个合作圈。

(5) 通过计算各国极地科学学科优势指数发现, 中国的学科优势指数仅为0.41, 说明极地研究在我国科研领域中仍属于小众学科, 受重视程度还远远不足。

(6) 通过对顶级论文的研究发现, 当前国际极地科学主要集中在10个领域, 其中“极地冰盖不稳定性和海平面变化”“极地生态系统的敏感性与脆弱性”“北极海-冰-气相互作用及其气候效应”是研究的热点和前沿, 也是我国应着力发展的方向。中文文献研究主要集中于6个领域, 其中“‘冰上丝绸之路’倡议下的国家战略与合作”课题最为学者关注。

3.2 启示与建议

自1983年我国加入《南极条约》以来, 我国的极地科考至今已经进行了37年, 形成了“两船四站三飞机一基地”的极地考察战略格局和基础平台, 并且在极地科学研究中取得了重要进展。但是, 在学术影响力等方面, 我国与欧美国家相比还有差距, 本文通过文献计量分析提出以下建议和启示:

(1) 加强对极地研究的重视程度, 稳步提升学术影响力。鉴于我国极地科学学科优势指数偏低、学术影响力不强的问题, 我国应积极鼓励南北两极领域的科学活动, 提升我国的学术地位和国际话语权。发挥北极战略平台的作用, 在“一带一路”和“冰上丝绸之路”倡议下, 制定完善的北极合作开发和研究体系, 从政治、地理、历史、军事等多个方面为“北极航道”建设提供有力的技术保障。同时, 继续加强南极科考相关研究。由于《南极条约》暂时冻结领土主权问题, 国家未来分享南极资源开发利益的份额取决于其对南极科学的投入和贡献, 因此应加大对南极资源的基础调查和研究, 为未来获取国家利益做好前期准备。

(2) 构建极地合作网络体系, 加强极地学术期刊建设。国家应针对共性需求和挑战, 促进国内各研究院校和国际的合作, 使我国在带动极地研究的双边、多边及区域科技合作中发挥“骨干网”作用。目前的国际合作高水平“强-强”联合不明显, 部分重要组织机构合作还不完整, 需进行体系性规划, 统筹合作层次、合作强度、合作方向之间的关系。同时, 需鼓励和支持极地学术期刊的发展, 培养相关的学术编辑队伍。

(3) 兼顾自然和社会科学, 统筹极地研究长远发展。我国极地研究既涉及自然科学领域也包含具有中国特色的社会科学内容, 因此应明确战略, 优化布局, 引导趋势, 在保持发展北极区域社会科学研究特色的同时, 兼顾两方面发展, 增强我国极地研究的整体实力。