基于文献计量学的世界野火研究进展

王 劲，张 恒，王鑫博

（1.内蒙古工业大学土木学院，内蒙古 呼和浩特 010051；2.内蒙古农业大学林学院，内蒙古 呼和浩特 010019）

野火（Wildland Fire）影响生态系统模式和进程，包括植被分布和景观结构、碳循环和区域气候等。根据数据统计，世界范围内平均每年发生森林火灾22万次，受灾面积达到1000 km2，约占森林总面积的1%。火通过对植被的破坏来释放大量CO2、颗粒物以及其他痕量气体，致使空气污染和水土流失加剧，是导致全球气候变化的原因之一[1-2]。目前大约80%的森林火灾由于人为所引起的。人类和火灾一直共存，火灾管理体系一直不完善[3]，而且随着气候变化，林业在火灾监控、管理、救助、重建等方面任务艰巨[4]。经过几十年的发展，研究成果数量增多。领域的发展概貌通过知识单元或知识群的形式以文献回顾为载体呈现在相关研究中，为其提供知识基础[5]。在野火研究中，有限的文献不能较好地反映知识群落之间的复杂关系。所以，有必要了解全世界范围内在该领域进行研究的程度与研究的进展，以更好的应对在该领域出现的问题。

IJWF（International Journal of Wildland Fire）始于1990年，是国际野火灾协会（International Association of wildland fire,IAWF）的旗舰期刊，发布野火研究领域的动态。该期刊旨在满足快速增长的国际荒地火灾科学界的需求，为野火研究提供专门的，多学科的同行评审渠道，以便在科学界、从业者及政策制定者中传播新的火灾研究信息。IJWF的研究主题包括社会科学、遥感、气候变化、火-大气相互作用、古气候和火灾历史、火干扰全球重要性和火灾影响、火灾行为核心，火灾预测和火灾生态学仍然是期刊内容的重要组成部分。随着气候变化，人类活动和对野火认识的深入，野火研究的主题也在不断演变。对于野火研究，研究主题发展轨迹及相互联系如何、研究热点的变化及未来趋势如何，梳理这些问题对于把握野火领域的研究非常必要。

文献计量学在文献信息分析中被广泛应用于评估某一领域的科学发展现状和水平[6]。本文从文献计量学角度，利用CiteSpace软件分析2002—2019年国际野火研究领域有关的研究核心方向、研究主题以及研究热点。

1 材料与方法

CiteSpace软件是一款可视化分析的Java应用程序[7]。基于IJWF期刊2002—2019年以“野火”为主题的文献，利用作者之间合作关系、国家合作关系、被共引文献、关键词等进行可视化分析。

1.1 资料来源

在Web of Science核心数据库中以“International Journal of Wildland Fire”为主题词检索2002—2019年相关收录文章，检索结果共1432条，将检索结果以“全记录（包含引用的参考文献）”的格式下载并保存为纯文本文件，作为文中分析的数据样本。

1.2 方法

检索结果以纯文本格式导出，并导入到CiteSpace软件对其引文的数量、频次、国别与期刊、作者进行统计分析。CiteSpace软件可以展示不同形式的图谱，例如聚类图谱、时间线图谱等，而这些图谱有助于更容易分析出野火研究的进展以及研究热点。平均轮廓值S大于0.3，模版值Q在0～1之间，表明聚类分析有显著意义。

2 结果与分析

2.1 2002-2019年该期刊发文量与影响因子

主题词检索文献共计1432篇，其中2015年、2016年发文量最多。2002—2019年文献发布量时间分布详见图1。从2002年起，发文量呈上升趋势，到2016年发文量达到了122篇文章，而2016年影响因子2.078是近5年最低值；随后2017、2018两年有下降趋势，到2018年影响因子达到了2.748。这说明影响因子与发文量之间存在着一定的联系[8]。

图1 2002-2019年文献发布量

2.2 文献发布国家发文量

对Web of Science检索出来的1432条结果进行国家（地区）发文数量分析，发文数量最多的国家是美国，共发表文章717篇，占比高达50.07%。如表1所示，发文数前10的国家依次为美国、澳大利亚、加拿大、西班牙、葡萄牙、法国、意大利、英国、中国和德国。

表1 发文数量前十的国家/地区

美澳两国的发文量约为全球总发文量的70.04%。图2显示，在野火研究领域美国、澳大利亚和加拿大三国的合作关系最为密切，并且它们与西班牙、法国、中国等国均有合作，这对于世界各国可以更好地防控野火风险，同时也是世界野火研究发展的必然趋势。

图2 2002-2019国家合作关系网

2.3 国际该领域作者发表文献数量

作者共引分析揭示学科之间的关联程度，反映学科专业之间的结构特征和未来发展趋势，而作者耦合分析更为全面地反映一个学科的前沿知识结构，因此将作者耦合分析与作者共引分析相结合可更全面地揭示学科知识结[9]。检索该领域发文作者，其中Smith AMS发文最多，共发表28篇文章，占所以检索结果的1.95%，发文量前十的作者如表2。

表2 发文数量前十的作者

作者耦合关系是指两个或多个作者发表的文章引用了一些相同的文献，反映了文献之间的一些内在联系[10]。L.Leydesdorff于2008年最早研究作者耦合关系，ZHAO实证了作者耦合关系[11]。如图3所示，根据野火究领域各学者研究主题的异同与活跃情况，这些领域中研究比较活跃的作者分别有Smith AMS、Cruz MG、Butler BW、Viegas DX等。当前研究者人数众多，核心网络结构显现，由图3中可知研究主要以团队合作居多。

图3 2002—2019年该领域发文作者共现图

2.4 国际发文机构发文量

通过Web of Science检索机构，从检索结果中可知，United States Department of Agriculture Usda（美国农业部）发文369篇，占检索结果的25.77%排名第一位，从表中显示发文量前二的机构均为美国，可以看出在该研究领域，美国领跑于世界。其中发文前十的机构如表3。

表3 发文数量前十的国际机构

2.5 国际基金资助机构记录文章情况

通过Web of Science检索该领域基金资助机构，其中United States Department of Agriculture Usda记录数97篇，占检索结果的6.77%，排名第一。检索结果前十情况如表4。

表4 文章记录数量前十的国际基金资助机构

2.6 研究主题分析

CiteSpace的共被引聚类分析关键聚类，通过聚类模块色彩、线条及位置标识研究主题绘制研究领域的全貌，从而分析研究主题的演变并寻找研究前沿发展情况[6]。因为研究形式各不相同，导致了众多小聚类的存在。研究主题持续期各不相同，一些聚类持续时间相对较短，这代表着野火研究的不同发展阶段。

2.6.1 基于活跃聚类野火研究探测

2002年左右该阶段仅包含4个主题聚类，即澳大利亚北部、野火行为、南达科塔、基于当前空间的火灾监测。该阶段发表文献的总量不多，影响力高的论文较少。聚类中引用频次最高的文献是Linn等人[12]在《International Journal of Wildland Fire》发 表 的《Studying wildfire behavior using FIERTEC》一文。该文用FIERTEC模型来研究野火行为。野火行为研究为野火的扑救以及森林管理提供了理论依据，根据实验和野火记录，建立火蔓延的模型进行林火行为的模拟，这具有重要的实践指导意义。澳大利亚北部聚类中被引频次最高的是Edwards等在《A tale of two parks:contemporary fire regimes of Litchfield and Nitmiluk National Parks,monsoonal northern Australia》一文。该文论述了基础设施和保有权边界的季节性、燃烧程度和燃烧频率火势的影响[13]。这两篇文章在此阶段的研究中具有一定的代表性，利用模型模拟工具并提出了关键有效的措施，为以后的野火研究提供了研究工具以及研究视角。随着计算机和遥感技术的迅速发展，模型模拟技术进入到多维的空间模拟阶段：例如美国的Farsite模型[14]，加拿大Prometheus模型以及澳大利亚Phoenix模型，模型中还加入树冠火、飞火等火行为模型来提高模型的精确程度。未来高分辨率遥感数据的使用、多种可燃物模型的建立，以及景观尺度的林火行为动态研究，将可以显著提高模型预测能力和结果的可靠性。

2.6.2 21世纪初期野火研究阶段

随着时间推移，聚类图谱显示2004—2010年的发展阶段文献总量较多且与其他聚类节点的连接较强，影响力高的论文很多。主要包含5个聚类，即草地-干旱区森林群落（记为#0聚类），火烈度（记为#1聚类），加拿大北部森林（记为#2聚类），新发展（记为#4聚类），野火行为（记为#5聚类）。其中引用次数最多的是#2聚类中，Westerling等人发表的《Warming and earlier spring increase western U.S.forest wildfire activity》一文，提出了美国西部森林野火活动在20世纪80年代中期突然显著增加与春季和夏季气温的升高以及较早的春季融雪密切相关[15]。Litell等人发表的《Climate and wildfire area burned in western U.S.ecoprovinces,1916—2003》文中提出美国西部的野火燃烧地区适应气候变化很可能取决于特定于生态系统的、季节性的气候变化[16]。在可燃物有限的生态系统中，可燃物管理可能比在气候有限的生态系统中更容易减轻火灾的脆弱性和提高抗灾能力，在这种生态系统中，极端天气条件下的严重火灾将继续造成大部分地区的火灾。Bowman等[17]在《Fire in the earth system》一文中提出了火灾影响全球生态系统的格局和过程。在大多数生态系统中，野火作用于其中，并且是很多植物得以延续的关键[17，18]。野火烧毁地表植物，使得群落再次进行演替，这对生态系统产生一系列的影响[17-19]。

这三篇文章都表示了野火与生态的关系，这代表野火研究的本阶段的研究，主要围绕着火灾的效应，本阶段发表的文献大部分针对火灾发生后的生态和环境影响，气候变化与森林火灾制度之间的相互作用、它们的生态影响和后果，以及景观管理在减轻这些影响方面的作用。这些文章提供了方法和概念上的对比，并从多个角度说明了围绕新的火灾制度出现的不确定性的原因、后果和管理备选方案。野火研究最多的是森林火灾在生态和环境等方面的研究，由此可见，在此方面是野火研究的核心主题。表5报告了分布于#0，#1，#2，#4，#5聚类的各指标排名前十的主要文献。其中突变系数（Burst）表明在相关研究中文献是否处于前沿地位，频次（Frequence）的高低表明该文献与其他学术研究之间关系强弱，中心度（Centrality）的高低表明了文献影响力的强弱。

表5 分布于#0、#1、#2、#4、#5聚类排名前10的主要文献的相关指标

2.6.3 近年野火研究进展

近年来对野火研究的理解有了实质进步。研究主题扩张阶段的聚类包括普通克里格法（记为#10聚类）、温带雨林生态系统（记为#12聚类）以及大型火灾管理（记为#13聚类）三个聚类。#10聚类包含了发表于2010—2017年的共计11篇文献，#12聚类包含了发表于2010—2016年共计17篇文章，#13聚类包含了发表于2011—2016年共计18篇文章，这三个聚类形成时间较晚，属于小聚类。表6列出了#10、#12、#13聚类的各指标排名前十的主要文献及相关指标。与前两个阶段相比较，文献的影响力相对较低，这是因为文献发表的时间不长，新的文献需要时间来检验。在表6报告的高影响力文献中Keeley JE等人发表的关于火灾强度、火灾严重程度和烧伤严重程度：简要回顾和建议使用的文章突现性和被引频次均较高[20]。这一研究阶段，突出了社会科学可以做出的一些贡献。这些论文集借鉴了来自社会科学领域的研究人员的工作，其结果对政策和实践都有影响，每一篇论文都强调了消防管理面临的重大挑战，而这些研究成果代表着现阶段的主要研究方向。

表6 分布于#10、#12、#13、聚类排名前10的主要文献的相关指标

本部分通过绘制时间线图谱，将野火发展不同阶段所得到的成果进行进一步聚类分析。通过对高影响力文献的解读可以发现，每一阶段的发展都推动了新主题的诞生，以建立火灾模型模拟，探究野火与生态的联系以及近年火灾管理等主题，揭示了野火研究三个不同阶段的进展。

2.7 野火研究热点分析

关键词是对论文主题的高度概括，一定程度上代表着论文的核心观点，分析相关文献关键词有助于找到该研究领域的研究热点。表7显示，频次最高的关键词是Wildfire（野火），表中其余关键词，频次也很高。如Forest（森林）、Fire（火）、Model（模型）、Management（管理）等关键词也能反映该领域共同研究的问题。The United States（美国）、Climate change（气候变化）、Behavior（行为）等关键词也能体现野火与气候变化的关系等也是该领域共同关注的问题。

表7 2002—2019年该领域前20高频关键词

通过Citespace软件规定格式导出检索的数据。时间阈值调整为2002—2019年；节点类型选择Keyword；节点阈值调整为Top 50（关键词共现分析）、网络修剪方式选择Pathfinder（寻径）和Pruning Sliced Networks（修剪每篇网络）；其余选项均为默认。图4中模块值高达0.3756，平均轮廓值为0.4022，表明聚类分析有显著意义。从图4关键词图谱可以看出“Wildfire（野火）”“Forest（森林）”“Fire（火）”“Model（模型）”“Management（管理）”等节点相对较大。

图4 2002—2019年该领域文章关键词共现分析Top50

在图5关键词共现聚类图中Citespace把关键词分成了8个主要的热点聚类，节点越大关键词权重越大。8个主要的热点聚类为#1wind（风）、#2united states（美国）、#3remote sensing（遥感）、#4crossdating（对照计年）、#5modeling（模型）、#6drought（旱季）、#7water repellency（拒水性）、#8kakadu national park（卡卡杜国家公园）。由图5分析，2002年以来集中以下研究：一是森林火灾受气候变化影响。从节点大小来看，关键节点主要集中在#1，最大节点为“Forest（森林）”。学界对于森林火灾的研究一直在持续，主要表现在相关关键词包括Vegetation（植被）、Forest fire（森林火灾）、Boreal forest（北方森林）、Climate（气候）等共现频次均较高，且连接线密集。自2002年以来，野火与气候变化的研究一直增加，气候变化对火灾发生的影响包括气温升高以及大气CO2浓度增加。首先，升温和CO2浓度增加导致生长季延长，提高森林和草原的生物量从而增加地表可燃物载量。其次，全球变暖增加了温带大气层中的闪电数量[21]。美国大陆地区的闪电数量将增加50%，显著提高野火风险[21-22]：研究预估美国加州2020—2049年将增加雷击火19.1%[23]。Stock[24]发现加拿大北方针叶林野火中，闪电导致的单次火面积远大于人工火源。气候变化已经显著增加了野火风险，受干旱影响地区显著[25-27]。二是模型模拟研究。通过文献可以发现，早期对模型的研究处在对该模型本身的探索，而当前研究更多的借助模型工具模拟火灾发生以及火行为等。三是遥感与GIS在支持森林火灾管理中的应用进展，探讨如何利用遥感和地理信息系统应用来支持火灾管理。通过文献阅读发现，主要描述了在地方、区域和全球范围内取得的进展和面临的挑战。这也是当前主要的研究热点。

图5 2002—2019年该领域文章关键词聚类共现图

3 结论与展望

利用Citespace软件，对2002—2019年的世界野火领域的研究成果进行整理，绘制知识图谱，对近年来相对活跃的研究主题和文献的关键词进行分析，不仅能探测其研究前沿，说明不同阶段的研究进展，还可以寻找野火领域的研究热点。

研究发现：

1）2002年以后发文量呈持续上升趋势。当前研究者人数众多，在知识图谱中核心网络明显，作者之间的合作较多。发文机构主要集中在美国、加拿大、澳大利亚等国，这3国在合作关系上最为密切。

2）时间线聚类图谱可见各主题形成时间各不相同并且持续时间各异。本研究分为三个阶段进行分析野火研究进展。第一个阶段主要进行了火灾原理等方面的研究，通过建立火灾模型模拟以及火行为的研究。第二个阶段主要进行火灾影响方面的研究，通过火与生态之间的关系并综合自然环境进行研究。第三个阶段主要进行火灾的管理方面的研究，结合遥感技术，对火灾监测领域进行深入探索，在预防火灾方面提供了技术支撑。

3）从关键词共现分析中看，世界野火研究主要在森林火灾与气候变化、社会科学在火灾管理中的应用、遥感技术在火灾管理中的应用进展等几个方面。这些也是近年野火研究的主要研究热点。

基于文献分析，目前野火研究主要以森林火灾为核心，以火行为研究、火模拟模型研究等为主体。研究方法从简单到复杂，从单一到综合。野火研究主要围绕火灾原理，火灾影响展开。存在的问题是如何更好地预防火灾，如何将火灾所造成的损失最小化。基于目前野火研究，为未来野火研究趋势变化奠定了基础。如何更有效预防火灾是野火研究的未来趋势。“火灾监测”将是新的研究热点。火灾监测更多是与遥感、天气等关键词连线紧密，通过这些技术来进行火险等级区域划分，对防治火灾起到了较大影响。因此预见“火灾监测”将持续成为热点，未来的研究应对“火灾监测”进行深入探究。