应对气候变化技术的文献计量分析

汪航　曾膑　仲平　张贤 刘家琰 杨扬

摘要：气候变化对自然环境和经济社会发展的影响日益加剧，威胁人类可持续发展的进程。进行应对气候变化技术研究不仅可以加深人类对于气候变化科学的认知，而且可以为未来缓解和适应气候变化的政策和措施提供重要依据。本文利用文献计量方法对1988—2018年来自Web of Science数据库中应对气候变化技术研究的科学文献进行了系统的数据统计与分析，通过气候变化研究的发文历程、主要研究机构分布、研究主题的发展与演变等方面的数据揭示了现阶段全球应对气候变化技术的总体科研状况，并一定程度上预估了其未来发展趋势。主要研究结果表明：①在所有研究国家当中，美国和英国在应对气候变化技术领域长期处于领先地位，而中国虽然发文量和H指数相对靠前，但篇均被引频次较低，需要注重整体发文质量的提高。②基金资助论文在论文总数中所占比例越来越大，截止到2018年，其比例已经占到了75.28%。③全球发文主要机构中，美国仍然占据了首位，而中国的主要发文机构中仅中国科学院发文量、H指数、篇均被引频次较高，中国其他发文机构还需进一步提升科研实力和在应对气候变化领域的影响力。④在主要研究方向梳理中，中国和全球的主要研究方向基本一致，但工程学、技术与科学和能源燃料等研究方向在中国的起步较晚、发展较慢，还需要继续加大投入，向世界先进水平靠拢。⑤从关键词随时间的变化可以看出，生物质技术、CCS技术和太阳能、风能、氢能源等可再生能源技术是应对气候变化的关键性技术，也会是未来全球的主要发展方向。

关键词 ：气候变化技术；文献计量；发展趋势；研究热点

中图分类号 TV213.4

文献标识码 A 文章编号 1002-2104（2018）12-0001-08 DOI：10.12062/cpre.20181025

气候变化问题是全人类共同面临的重大挑战，它对地球自然生态系统和人类生活等诸多方面已经造成了严重影响[1-4]，许多科学家致力于这一庞大、复杂的科学领域开展研究，以期加深对于气候变化的科学认知和找到应对气候变化的方案措施。随着气候变化的加剧，关于如何解决气候变化问题和采取什么样的技术来应对气候变化已经成为学者们研究的重点方向。目前世界各国在应对气候变化技术研发方面已经进行了一定的投入，形成了一系列应对气候变化技术。如在能源领域发展可再生能源技术[5-6]、生物质技术[7-8]来减少对化石能源的使用，从而减缓气候变化。在减少碳排放领域中的CCS技术[9-10]，农业领域的节水灌溉技术[11-12]，分析气候变化影响和预测气候变化危害的遥感技术[13-14]等。然而，在不同技术的应用领域、影响范围和成熟度均有不同，需要在对应对气候变化技术的发展状态和未来的发展趋势有一定了解的基础上，才能更好地结合国家现状进行技术研发和科研投入。基于以上原因本文对过去30年以来应对气候变化技术研究的科学文献进行数据统计与分析，从中窥探应对气候变化技术研究的發展历程、重点研究力量、研究主题与热点的演变特点等，以期为政策制定者提供科学依据。

1 研究方法

本文基于Web of Science（WOS）平台下的Science Citation Index Expanded（SCI-E）网络数据库进行检索，WOS是世界最著名的论文数据库之一，包含 SCIE/SSCI收录的12 000多种世界权威的、高影响力的学术期刊，许多学者基于WOS平台进行了文献检索[15-17]。

本文的检索式主要由“气候变化”和“技术”两个检索词确定，为TS=（ "techn*" and （"global change" or "climate change" or "global environmental change" or "globalchange" or "climatechange" or "globalenvironmentalchange" or "global warming" or "global climate warming" or "global climate cooling" or "global cooling"）。检索时间范围为1988—2018年，检索时间是2018年10月6日。

2 结果分析与讨论

2.1 应对气候变化技术研究基本情况

2.1.1 应对气候变化技术发文量演变特征

图1中的a图展示了1988—2018年全球在应对气候变化技术领域发文量随时间的变化趋势。可见，30年来应对气候变化技术研究的文献呈现明显增长趋势，根据增长速度的快慢大致可分为三个阶段。第一阶段为1988—1998年，这一阶段为应对气候变化技术研究的起始阶段，由1988年的1篇增长至1998年的111篇，累计发文量占总发文量的3.73%；第二阶段为1999—2007年，这一阶段为应对气候变化技术的平稳发展阶段，由1999年的175篇增长至473篇，累计发文量占总发文量的12.10%；第三阶段为2008—2018年，这一阶段为应对气候变化技术的快速发展阶段，由2008年的657篇增长至2018年的2 087篇，累计发文量占总发文量的84.17%。

图1中的b图展示的是累积发文量前五的国家近30年来在应对气候变化技术领域的发文情况。总体上看，这五个国家在应对气候变化技术领域的文献数量都呈现出明显的增长趋势，从时间序列上看美国和英国在该领域的起步最早，并且在应对气候变化技术领域长期处于一个领先地位。中国在该领域的研究起步最晚，并且曾长期处于一个发文量较低的水平，一直到2007年在应对气候变化领域的发文量也不足50篇。但是在进入第三阶段即2008年以后，中国在应对气候变化技术领域的文献数量飞速增长，由2008年的48篇增长至2018年的268篇，年均增长率为22.36%，远高于其他国家，并于2010年超过了德国和澳大利亚，位居世界第三，紧接着在2014年超过了英国，位居世界第二，仅次于美国。这说明随着经济的发展，

国民收入的提高，中国越来越关注气候变化带来的一系列影响，并积极的投入科研力量，以更好地应对气候变化。

从三个阶段累积发文量前五国家文献占比上看，美国及英国一直是气候变化研究的核心国家，但美国论文占全球比重逐步下降：1988—1998年间美国论文数占全球50%，1999—2007年下降至37%，2008—2018年，更下降至28%。在研究的国家（地区）中，除美国外的其他国家的论文占全球份额在逐年增加，特别是中国，其增长特别明显，在1988—1998年，中国论文占全球1%，1999—2009年上升至4%，2009—2018年更是上升到了10%以上。

2.1.2 应对气候变化技术领域论文引用情况

图2统计了30年来应对气候变化技术研究论文产出最多的10个国家及其论文篇均被引频次和H指数，论文产出总量排名依横坐标从左到右由高到低排序。可以看到，美国和英国无论是发文数量还是H指数和论文篇均被引频次都处于一个领先水平，这表明美英两国在应对气候变化领域具有较高影响力和国际话语权。相比之下，虽然中国论文产出位居前3，H指数也相对较高，但是论文篇均被引频次在10个国家中最低。这一方面说明近年来中国在应对气候变化技术领域的高影响力论文占国际比重较大，另一方面也说明中国论文的总体影响力还有待进一步提高。

2.1.3 应对气候变化技术基金投入情况

本文进一步对2005年以来气候变化研究论文中的基金论文进行了统计（基金论文指的是有基金资助的论文）。结果显示，基金论文数量在2005年以前很长一段时间都处于空白，在2005年以后基金论文数量开始多了起来，由2005年的7篇上升至2018年的1 571篇，基金論文所占比例从2005年的2.04%增加到2018年的75.28%，越来越多的基金在投入到应对气候变化技术的科学研究中。在1988—2018年间，基金资助机构中资助论文数量超过300篇的仅有4个，分别是中国国家自然科学基金（739篇）、美国国家科学基金会（551篇）、英国自然环境科学理事会（386篇）和欧盟（324篇）。

2.2 应对气候变化技术主要发文机构及国际合作情况

2.2.1 全球及中国应对气候变化技术机构和地区分布

表1统计了1988—2018年间全球在应对气候变化技术文献数量前15的机构、机构所在地、文献数量以及被引情况。表中机构以美国居多（8个），其次是英国（3个）、中国（1个）、法国（1个）、德国（1个）、荷兰（1个），这表明美国的机构在应对气候变化技术领域的科研实力相对高于其他国家。

仅从各机构的文献数量上看，加州大学系统和中国科学院这两个机构处于绝对的领先地位，两者的文献数量分别为733篇和718篇，高居第1和第2，并且这两个机构的文献数量远远高出其他机构，比排名第三的机构法国国家科学研究中心分别高出了245篇和230篇。这表明加州大学系统和中国科学院在应对气候变化技术领域的科研实力和科研投入远高于其他机构。

但是从衡量一个机构整体影响力的篇均被引频次和H指数上看，加州大学系统、美国能源部、伦敦大学等机构更具影响力。而中国科学院虽然总发文量位居第2，H指数排名第5，但是其论文篇均被引频次相对较低，仅为20.54，远低于其他国家，一方面说明近年来中国科学院在应对气候变化技术领域的高影响力论文占国际比重较大，另一方面也说明中国论文的总体影响力还有待进一步提高。

同时，表1还统计了1988—2018年间中国在应对气候变化技术文献数量前15的机构、文献数量以及被引情况。从文献数量上看，仅中国科学院的文献数量超过了200篇，从被引总频次上看超过2 000次的机构仅有中国科学院、北京师范大学、清华大学、北京大学4个机构，从篇均被引频次上看，仅南京农业大学（40.66）、北京大学（34.07）和武汉大学（31.6）的篇均被引频次超过了30次，其余机构的篇均被引频次都在30次以下，从H指数上看，仅中国科学院较高为60，其余机构普遍在30以下。这表明我国大部分科研机构在应对气候变化领域的科研实力和影响力还处于一个较弱的水平，需要进一步加大科研投入，以提高在应对气候变化技术领域的科研水平和国际影响力。

2.2.2 应对气候变化技术国际合作情况

根据2.1.1中应对气候变化技术发展趋势的划分，我们利用bibexcel软件对三个阶段的国家间合作论文数量排名前10的国家进行了提取，并使用Pajek软件对提取出来的文件进行了可视化分析，分析结果如图3所示。第一阶段（1988—1998年），美国与其他国家的合作论文数量远高于其他国家，为216篇。同时，我们还能看出美国是这些国家间合作的主要对象，在应对气候变化技术领域具有很大影响力。在第二阶段（1990—2007年），美国同样是合作论文数量最高的国家，但是我们可以发现，其他国家的合作论文数量相较于第一阶段也有了较大提升，例如英国的合作论文数量由第一阶段的58篇增长至447篇。同时，中国在这一阶段与其他国家的合作论文数量有了较大提升，为102篇，位居第9。到了第三阶段（2008—2018年），国家间在应对气候变化技术领域的合作有了巨大进步，合作论文数量有了巨大提升。同时我们可以发现在这 一阶段不再出现国家间合作集中于某一个国家的情况，这表明应对气候变化技术这一领域越来越受到各国的重视，各国在应对气候变化技术领域的差距有所减小。

2.3 应对气候变化技术主要研究方向

表2按照应对气候变化技术发展阶段统计了世界各国在不同时期主要研究方向的变化情况，从时间序列上看，排名没有发生变化的是生态环境科学，其中生态环境科学在三个阶段的发文占比均处于首位，分别为34.05%、36.71%和39.24%，这表明生态环境科学一直是世界各国研究的主要方向，在应对气候变化这一领域具有重大作用。

同样排名变化较小的学科是能源燃料，在三个阶段的发文占比排名分别为第3、第4和第3，但是从发文占比上看它在三个阶段分别为19.89%、11.59%和15.70%，略有下降，这表明能源燃料虽然仍是应对气候变化技术的主要研究方向，但其所受到的重视程度有所下降。

排名上升较为明显的是工程学和科学与技术，其中工程学在三个阶段的发文占比排名分别为第4、第3和第2，发文占比分别为16.69%、15.58%和19.41%；科学与技术在前两个阶段的发文占比均在第5名以后，而在第三阶段排名第4，发文占比达到了15.70%。这表明工程学和科学与技术受到各国的重视程度越来越高，在应对气候变化领域的重要性越来越大，在未来一段时间内可能是应对气候变化的主要技术发展领域。

气象大气科学和地质学在三个阶段的发文占比和发文占比排名上看，是呈现出一个下降趋势的，其中气象大气科学的发文占比由22.03%下降到了10.70%，排名由第2下降到了第5，地质学更是跌出了发文占比前五。这表明气象大气科学和地质学在应对气候变化技术领域所受到的重视程度有所下降，造成这一现象的主要原因可能是经过前两个阶段的发展，气象大气科学和地质学领域的技术基本已经趋于成熟造成的。

同样，表2按照应对气候变化技术发展阶段统计了中国在不同时期主要研究方向的变化情况，从时间序列上看，排名没有发生变化是生态环境科学，其中生态环境科学在三个阶段的发文占比均处于首位，分别为51.94%、34.62%和37.87%，略微有所下降。这表明生态环境科学一直是中国研究的主要方向，在应对气候变化这一领域具有重大作用，但随着时间发展其他学科受到的重视程度也有所提升。

工程学和技術与科学在我国应对气候变化技术领域的发展起步较晚，其中工程学是在第二阶段的发文占比才升至前5，科学与技术是在第三阶段的发文占比才升至前5，但是这两个学科的发展都较为迅速，到第三阶段的发文占比分别为21.09%和18.17%，位居第2和第3。这表明这两个学科在中国应对气候变化技术领域所受到的重视程度越来越高，对于缓解和适应气候变化带来的一系列问题的贡献越来越重，是实现我国可持续发展的重要途径。

地质学和农业在我国应对气候变化技术领域的发文占比在近年来有所降低，但是这两个学科的发文占比仍然较高，在第三阶段分别为10.79%和8.63%。这与我国农业大国的身份和我国复杂多样的地质条件密不可分，在未来一段时间内，这两个学科将仍是我国研究的主要方向之一。

能源燃料是应对气候变化技术的主要领域和重点突破方向，但是能源燃料在我国的发文占比呈现出一个不稳定状态，其在第一阶段的发文占比为12.90%，位居第4；但是在第二阶段的发文占比排名跌出了前5，仅为6.59%；

到第三阶段，能源燃料的发文占比排名提升到了第4，为15.92%。这表明我国更加地明确和认识了能源燃料对于应对气候变化的作用和贡献，在未来一段时间内需要加大对能源燃料研究方向的投入和研究。

2.4 应对气候变化技术研究热点

2.4.1 不同时期应对气候变化技术研究热点

为了解应对气候变化技术在三个发展时期的研究热点及研究热点的变迁，本文对相关文献的题目关键词、摘要关键词和著者关键词进行清洗，合并同义词，并分别取各时期词频最高的前10个关键词，整合结果如表3。各时期的高频关键词有一定的变化和转移，如氢能源在第二阶段和第三阶段开始出现，废弃物利用在第二和第三阶段不再出现。但是生物质、碳汇、CCS等应对气候变化的关键性技术在三个阶段都有出现，并且排名较高。

2.4.2 各阶段应对气候变化技术关键词耦合

图4代表在1999—2007年以及2008—2018年两个时间段的关键词耦合情况。在1999—2007年，燃料电池和氢两个关键词共同出现频率较高，说明在这个时间段，研究文献主要聚焦于氢燃料电池的研究。生物质和可再生能源的共同出现频率也相对较高，说明在这个阶段，生物质和可再生能源已经引起了关注。

从2008—2018年关键词耦合情况来看，可再生能源领域已经取得了明显的进步，包括太阳能、氢能、风能、生物燃料等，都与可再生能源有着密切的关联。碳捕捉、封存与利用（CCS）也在这个时间段开始发展，但是与其他关键词的耦合情况并不多，说明CCS领域的研究较为独立。

3 结 论

（1）应对气候变化技术的科研产出量不断增加，美国和英国在应对气候变化技术领域长期处于领先地位，直到2014年中国超越了英国，发文量位居世界第二。同时中国的H指数也相对靠前，但是中国的篇均被引频次仅为19.14，相对较低，还需加强论文整体水平。

（2）中国国家自然科学基金资助的论文数最多为739篇，有基金资助的论文所占比例从2005年的2.04%增加到2018年的75.28%。表明基金的投入是逐渐成为应对气候变化技术的主要驱动力。

（3）全球发文数量前15的机构中隶属于美国的科研机构最多有8个，而隶属于中国的科研机构仅有中国科学院1所。并且在中国发文数量前15的机构中除了中国科学院，其余机构的发文数量、H指数和篇均被引频次均较低。中国还需要加大对应对气候变化的科研投入，以提高国际影响力。同时，随着时间的推移，国家间的合作越来越密切，各国在应对气候变化技术领域的差距有所缩小。

（4）中国主要研究方向和全球主要研究方向基本一致，但工程学和技术与科学在中国的起步相对全球来说较晚，并且中国对于能源燃料的研究起步晚、发展慢，发文占比不稳定。需要在这些领域投入更多的科研经费，努力达到世界先进水平。

（5）关键词排名前10中遥感技术、废弃物利用、地热利用在近年排名有所下降，而生物质、CCS技术和太阳能、风能、氢能源等可再生能源技术排名均有所上升，是应对气候变化的关键性技术和未来的主要发展方向。

（编辑：李 琪）

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Abstract Climate change has an increasingly negative impact on natural environmental， economic， and social development， and threatens the process of human sustainable development. The technical and academic research on climate change can provide an important basis for future making policies and taking measures on tackling climate change. This research used bibliometric method to conduct statistical analysis of the scientific literature on climate change related technologies in Web of Science database from 1988 to 2018， revealing the history of climate change research， the distribution of major research institutions， and the evolution of research themes. The results showed that： First， the United States and the United Kingdom had taken the leading position in the field of studying the technologies for tackling climate change for a long time. Chinas publication volume and H index were relatively high amongst all the involved countries， but the average frequency of each article cited was low. Second， the proportion of fundsupporting papers was increasing， and it reached up to 75.28% by 2018. Third， amongst the major organizations publishing papers on climate change related technologies， most of them were from the United States. Amongst major Chinese organizations， the number of published papers， H index， and the average frequency of each article cited from Chinese Academy of Sciences were comparatively high， and other Chinese academic organizations would need to improve their scientific research strength and influence in this field. Fourth， Chinas main research directions were basically consistent with the global research tendency， but areas of the engineering， technology and science， and energy fuels started far behind and developed slowly. Fifth， seen from the change of the keywords over time， the renewable energy technologies such as the biomass technology， CCS and solar energy， wind energy， and hydrogen， were key technologies for tackling climate change and also the main global development directions in future.

Key words climate change technology； bibliometric； development trend； research hotspot