基于SCIE数据库的国际深海研究文献计量分析

刘燕飞, 王金平, 高 峰



基于SCIE数据库的国际深海研究文献计量分析

刘燕飞, 王金平, 高 峰

(中国科学院兰州文献情报中心, 甘肃 兰州 730030)

利用数据分析工具Thomson Data Analyzer(TDA)和网络分析工具UCINET对SCIE文献数据库2007–2016年国际深海研究文献数据进行计量分析, 以期揭示国际深海研究的现状、趋势和热点分布。研究结果表明: (1)国际深海研究论文在近十年来持续增长, 英国、美国、法国和德国在深海研究领域的学术影响力最强, 其中美国处于研究合作核心地位。(2)中国科学院、俄罗斯科学院和美国伍兹霍尔海洋研究所等是主要的发文机构, 其中伍兹霍尔海洋研究所处于研究合作核心地位。(3)与国际深海研究联系最紧密的学科领域包括海洋与淡水生物学、海洋学、地球科学综合、生态学等。(4)深海研究的热点分布在深海生物多样性研究、深海营养环境研究、海底无脊椎动物研究, 以及海底有孔虫类和食物网分析研究。(5)中国在深海领域的研究发展迅速, 但国际影响力较为欠缺。未来, 中国需要加强该领域气候变化、海洋生物等方向的研究, 并借助高水平的国际合作, 进一步提升国家和机构在深海研究方面的国际影响力。

深海研究; 文献计量; 发展态势; SCIE数据库

深海作为海洋系统的重要组成部分, 蕴含丰富的矿产和生物资源, 在整个地球科学和全球变化研究中都处于十分重要的地位。深海研究不仅支撑着国家发展的战略需求, 还孕育着地球系统科学新的理论革命[1]。但是迄今为止, 人类对于深海还知之甚少。深海研究是当前地球科学的前沿领域。随着对深海研究重视程度的增加, 国际上不断开展深海研究和探测计划, 例如“国际综合大洋钻探计划”[2](IODP)、“国际大洋中脊计划”[3](InterRidge)、欧洲“海底观测网计划”[4](ESONET)、美国和加拿大“海王星”海底观测网络计划[5](NEPTUN)、日本“新型实时海底监测网络计划”[6](ARENA)等, 这些深海科学研究和探测计划的实施对深海科学研究的发展具有重要推动作用[7]。

鉴于深海科学研究的重要意义, 国内外开展了许多关于深海资源开发、深海高新技术和深海生物群落等总体发展趋势的研究。例如, 刘少军等[8]对深海采矿研发现状进行分析后指出, 深海资源开发竞争正迅速加剧; 高艳波等[9]对深海高技术发展现状及趋势的总结表明, 深海油气资源开发技术和装备是国际海洋高技术竞争的热点, 并将引领和支持深水油气产业发展; 深海海洋平台[10]、深海潜水器[11]、滑翔机[12]等技术开发研究受到高度重视[13]; 深海微生物资源开发也成为国际争夺的焦点[14-15]。以上研究主要侧重深海研究中的某一重点方向, 且并未从文献计量这一角度进行分析。在深海领域研究的文献计量分析方面, 顾笑迎等[16]对1900—2012年深海资源研究进行了文献计量分析, 指出深海沉积物与深海生物资源是深海资源研究的热点; Belter基于文献计量分析总结美国国家海洋和大气管理局(NOAA)近十年在大气和海洋领域的研究, 但该研究只针对单一机构, 并且重点不在于深海研究[17-18]。

综上, 虽然深海研究受到广泛关注, 但国内外研究中尚无近十年来深海研究整体状况的文献计量分析, 本文研究将有助于填补这一空白, 分析结果将有助于为该领域聚焦研究目标和寻找突破口提供科学依据。本文基于文献计量学方法, 采用数学与统计学方法描述、评价和揭示深海研究的现状、趋势和热点分布, 以期为深海领域的相关研究和决策提供参考。

1 数据与方法

本文通过文献计量学的方法来揭示深海研究的发展态势。文献数据来源于美国信息科学研究所(ISI)的科学引文索引扩展(Science Citation Index Expanded, SCIE)数据库, 该科技期刊文献检索系统收录了世界范围内各学科领域内最优秀的科技期刊, 收录的论文能够反映科学前沿的发展动态[19]。在SCIE数据库中, 以检索式为“abyssal” or “dipsey” or “dipsy” or “bathybic” or “benthic” or “bathypelagic” or “hypobenthos” or “abyssalpelagic” or “bathythermograph” or “abysmal sea” or “deep sea” or “deep-sea” or “deep ocean” or “blue water” or ((“deep-water” or “deep water”) and (sea or ocean))按主题进行检索; 分析数据时段为2007—2016年; 数据库更新日期为2017年11月10日; 文献类型包括研究论文(Article)、学术会议论文(Proceeding article)和研究综述(Review)。共检索到深海领域研究文献40 678篇。

本文利用汤森路透集团开发的数据分析工具Thomson Data Analyzer(TDA)进行科技期刊引文数据分析, 利用社会网络分析工具UCINET进行文献数据挖掘与可视化处理。

2 结果与讨论

2.1 研究总体趋势

2007—2016年, 全球深海研究领域共发表论文40 678篇。全球深海研究论文数量除了2014年回落(–9.1%)之外, 其他年份均呈增长态势, 年均复合增长率为5.1%, 最大年度增长率达16.3% (2015年)。以上深海研究相关文献的统计分析表明, 近十年来, 国际深海研究在全球范围内受到持续关注(图1)。

图1 2007—2016年深海研究论文总量的年代变化

2.2 主要研究力量

2.2.1 主要国家

1) 主要国家概况

2007—2016年, 国际深海研究较多的国家主要有美国、英国、德国、法国、中国、澳大利亚、加拿大等国家。其中美国在该领域具有绝对优势, 深海领域研究发文量占国际论文总数的29.2%, 并且总被引次数最高。英国、法国和德国在该研究领域具有较强的学术影响力, 位居首位的是英国, 篇均被引次数达17.2次/篇(表1)。中国在深海研究领域显示出迅猛的发展势头, 近十年来发文量显著增加, 年平均增长率达16.7%, 远超德(7.7%)、英(5.8%)、法(5.0%)、美(4.5%)等国(图2)。虽然中国发文量位居全球第五, 占比7.9%, 但篇均被引次数(8.7次/篇)位列发文量前10位国家的末位。以上分析凸显出中国虽然在深海研究领域发展迅猛, 但学术影响力不足的问题。

表1 2007—2016年深海研究发文量前10位的国家

2) 主要研究国家研究主题

表2为发文量前10位国家主要的深海研究主题比较。结果表明, 各国在深海研究领域除了大型无脊椎动物、富营养化、底栖生物、生物多样性、稳定同位素、沉积物和有孔虫类等共有的基本研究主题之外, 还进行了各自的特色主题研究。例如, 美国侧重气候变化、海水缺氧、珊瑚礁等特色主题研究; 英国、德国、法国等国家侧重地域影响的南大洋、地中海、北极等主题和海洋生物学的新物种、生物地理学等主题; 澳大利亚侧重珊瑚礁、气候变化、南大洋等特色研究。

图2 2007—2016年深海研究前5位国家的发文量变化

表2 主要研究国家的研究主题比较

中国的研究主题有所不同, 特色研究主题词偏重生态学和古海洋学与古气候学。比较而言, 中国在深海研究领域需要加强气候变化、海洋生物学等方向的研究。

3) 主要国家合作情况

在主要国家的深海研究合作方面, 美国、德国、英国和法国处于合作关系网络的中心位置(图3), 这些国家的技术优势和研究实力是使其成为全球合作中心的主要因素。荷兰、意大利、西班牙等第二梯队合作国家, 以及澳大利亚、加拿大、挪威等第三梯队合作国家在国际深海研究合作中也具有重要地位。中国在合作关系网络中处于中等偏弱的位置, 主要与美国、英国、德国、加拿大和日本等国建立合作关系。

国际科研合作与交流不仅是科学发展的必然趋势, 也是提升研究水平与研究影响力的重要途径。对中国而言, 需要巩固与美、英、德、法等深海研究领域核心国家的合作关系, 并拓展国际合作的范围, 扩大深海研究影响力。

2.2.2 主要机构

1) 主要机构概况

从机构发文量来看, 2007—2016年, 国际深海研究发文较多的机构包括中国科学院、俄罗斯科学院、美国伍兹霍尔海洋研究所(Woods Hole Oceanog Inst)、法国科学研究中心(CNRS)和法国海洋开发研究院(IFREMER)等, 如表3。中国科学院发文量为1 103篇, 位列第一。从总被引次数和篇均被引次数等指标来看, 美国伍兹霍尔海洋研究所的研究影响力优势突出, 篇均被引次数达到26.6次/篇。中国科学院的篇均被引次数仅为9.1次/篇, 与国际一流影响力的研究机构之间存在较大差距, 因此, 中国研究机构需要在未来进一步提升学术影响力。

图3 主要研究国家的合作关系

节点大小表示中心度; 连线粗细表示相关度大小, 图4、图7同

The size of nodes represents degree centrality, and the thickness of lines represents correlation, the same Fig.4, Fig.7

表3 2007—2016年深海研究发文量前10位的机构

2) 主要机构合作情况

在机构间合作方面, 美国伍兹霍尔海洋研究所处于核心地位, 如图4所示。机构间的合作呈现出很强的区域性特点, 主要可分为三个部分: 以伍兹霍尔海洋研究所为中心的美国研究机构群、以法国海洋开发研究院为中心的欧洲研究机构群、以及由日本东京大学和海洋研究开发机构组成的日本研究机构群。值得注意的是, 中国科学院在机构合作发文方面处于相对独立的位置, 与三个研究机构群均未形成比较强的关联。与国家合作情况类似, 对于中国的研究机构而言, 促进与国际科研机构的合作与交流同样是提升研究水平与研究影响力的重要途径。

2.3 研究热点

2.3.1 学科领域分布

按照SCIE数据库的学科分类, 全球深海研究主要的学科领域分布情况见图5。近十年全球深海研究主要涉及的学科领域包括: 海洋与淡水生物学、海洋学、地球科学综合、生态学、环境科学、古生物学、地球化学与地球物理学、多学科科学、水产学、动物学等。

2.3.2 研究热点分析

1) 高频关键词分析

通过统计所分析文献中的作者关键词得到, 生物多样性(1 062次)、深海(1 031次)、有孔虫(966次)、大型无脊椎动物(925次)、沉积物(856次)、底栖生物(819次)、稳定同位素(708次)、富营养化(738次)、硅藻(557次)、生物分类学(535次)、群落结构(535次)、气候变化(523次)、生物扰动(439次)、地中海(399次)和鱼类(384次)是出现频次最高的关键词。

图4 主要机构研究合作关系

图5 深海研究的主要学科领域分布

百分比表示该学科的文献数占全部文献的比例

The percentage represents the ratio of papers of one subject to all papers

通过对关键词归类组合发现, 深海研究的研究热点表现为以下5类: (1)古海洋与古气候学: 有孔虫、沉积物、稳定同位素、生物地层学、气候变化、数值模拟、全新世、季节性、碳循环; (2)深海生态系统: 生物多样性、底栖群落、群落结构、生物扰动、食物网、初级生产、附生生物、入侵物种、栖息地; (3)深海生物物种: 大型无脊椎动物、底栖生物、底栖无脊椎动物、鱼类、多毛类、甲壳纲; (4)深海水体环境与水质监测: 富营养化、水质、硅藻、重金属、缺氧、海洋酸化、水框架指令; (5)热门海域: 地中海、南极洲、南大洋、北极、波罗的海、南海。

顾笑迎等[16]对1900—2012年深海资源研究的文献计量分析指出, 深海资源研究热点主要集中在5个方面: (1)生物物种、进化及多样性; (2)沉积物; (3)大洋环流与气候; (4)有机物; (5)生态环境与群落结构。与本文得到的深海研究热点对比表明, 深海生物物种、进化及多样、生态环境与群落结构、沉积物等深海资源研究热点同样是深海研究热点的重要组成。

2) 关键词年度变化分析

利用TDA对排名前30的关键词进行年度变化可视化分析, 见图6。分析结果表明, 大型无脊椎动物、底栖生物、生物多样性、沉积物、群落结构等研究一直是持续的研究热点; 气候变化、珊瑚礁、有孔虫、富营养化、生物多样性研究在近十年持续增长, 其中富营养化研究在2008—2009年、2011—2012年和2014–2016年3个阶段研究突增; 稳定同位素在2007—2013年增长, 而自2013年之后出现衰退; 生物扰动、大型无脊椎动物自2008年以来出现了衰退, 近年来略有回升。

图6 2007—2016年深海研究前30个关键词的年度变化

3) 热点关联分析

通过对所分析文献的高频关键词进行关联可视化分析(图7), 得到深海研究领域的关键研究方向: (1)以深海新物种、底栖生物为核心的深海生物多样性研究, 并以此延伸出海底群落结构、生物扰动等海洋生态系统研究。(2)以富营养化为中心, 延伸出的水质、硅藻、浮游植物等海洋营养环境研究。(3)基于稳定同位素分析的海底有孔虫类、食物网研究。

总结而言, 国际深海研究的主要研究热点包括: (1)深海新物种的发现、分类与特征描述; (2)底栖生物群落的分布、结构、生物多样性、威胁与保护研究; (3)河口环境底栖生物研究; (4)全球变化对深海生物的影响; (5)海洋水体富营养化及水质监测; (6)全新世古海洋演变及特征研究; (7)基于稳定同位素分析的食物网研究。未来, 随着深海研究新成果和新技术的不断进步, 深海研究领域将迎来更大的研究热潮。

图7 国际深海研究主题关系图

3 结论

1) 2007—2016年, 国际深海研究论文的数量整体呈稳态增长趋势, 在全球范围内受到持续关注。英国、美国、法国和德国在深海研究领域的学术影响力最强。其中美国在深海领域的研究实力显著强于其他国家, 并在合作网络中处于核心地位。

2) 深海研究主要的发文机构包括中国科学院、俄罗斯科学院、美国伍兹霍尔海洋研究所、法国科学研究中心和法国海洋开发研究院等, 其中美国伍兹霍尔海洋研究所具有明显的影响力优势。在机构间合作方面, 美国伍兹霍尔海洋研究所处于核心地位。机构间的合作呈现出很强的区域性特点, 主要的研究机构合作关系包括美国、欧洲和日本三个研究机构群。

3) 与国际深海研究联系最紧密的学科领域包括海洋与淡水生物学、海洋学、地球科学综合、生态学、环境科学、古生物学、地球化学与地球物理学、水产学、动物学、自然地理学。

4) 国际深海研究的关键主题包括生物多样性、深海、有孔虫类、大型无脊椎动物、沉积物、底栖生物、稳定同位素、富营养化、硅藻、生物分类学、群落结构、气候变化、生物扰动、地中海和鱼类等。深海研究热点分布在深海生物多样性研究、深海营养环境研究、海底无脊椎动物研究, 以及海底有孔虫类和食物网分析研究。

5) 2007—2016年, 中国在深海领域研究势头迅猛, 但在该领域研究影响力较为欠缺。研究机构中, 中国科学院虽然在深海领域研究发表论文数量较多, 但篇均被引次数较少, 并在机构合作发文方面处于相对独立的位置。中国在深海研究较为侧重生态学和古海洋学与古气候学领域, 未来需要加强气候变化、海洋生物等方向的研究, 包括: 全球变化对深海生物的影响; 深海新物种的发现、分类与特征描述; 底栖生物群落的分布、结构、生物多样性、威胁与保护研究; 古海洋演变及特征研究; 海洋水体富营养化及水质监测; 基于稳定同位素分析的食物网研究等。并借助高水平的国际合作, 进一步提升国家和机构在深海领域研究的国际影响力。

另外, 深海技术的发展是深海研究领域中的一项重要内容。本研究针对SCIE文献数据进行分析, 可以反映近十年来全球深海研究的大体趋势。但对以专利形式发表的深海技术揭示不足, 将在下一步的研究中针对专利文献进行深入分析。

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A bibliometric analysis of international deep ocean research based on the SCIE database

LIU Yan-fei, WANG Jin-ping, GAO Feng

(Lanzhou Library, the Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730030, China)

Using the Thomson Data Analyzer (TDA) and UCINET as data and network analysis tools, the literature data of deep ocean research during 2007—2016 from Science Citation Index Expanded (SCIE) database are analyzed based on bibliometrics to show the international development progress and trends of deep ocean research. The results indicate the following: (1) The research on deep ocean has kept growing over the past 10 years. In addition, The United Kingdom, The United States, France, and Germany have the biggest academic influence in this field, and the core of research cooperation is in The United States. (2) Chinese Academy of Sciences, Russian Academy of Science, and Woods Hole Oceanographic Institution are the institutions with the largest amount of publications on deep ocean research, and the core of research cooperation is the Woods Hole Oceanographic Institution. (3) The subject areas having the closest relationships with deep ocean research are Marine and Freshwater Biology, Oceanography, Geosciences, Multidisciplinary, and Ecology. (4) Deep ocean research is mainly concentrated on biodiversity, nutrients environment, macroinvertebrate, foraminifera, and food web in the deep sea. (5) China has seen rapid development in deep ocean research, but the academic influence needs to be improved. China needs to have additional research on climate change and marine benthos and greater international cooperation to improve the research on deep ocean areas.

deep ocean research; bibliometric analysis; development trend; SCIE database

(本文编辑: 刘珊珊)

[Strategic Priority Research Program of the Chinese Academy of Sciences, No. XDA11000000]

May 9, 2017

刘燕飞(1990-), 女, 甘肃武威人, 研究实习员, 硕士, 主要从事大气与海洋战略情报研究, 电话: 0931-8270063. E-mail: liuyf@llas.ac.cn

P71; G255

A

1000-3096(2017)12-0017-09

10.11759/hykx20170509001

2017-05-09;

2017-11-23

中国科学院战略性先导科技专项(XDA11000000)