基于知识图谱的国际低碳经济研究现状与趋势

王静田，付晓东

(中国人民大学 应用经济学院，北京 100872)

提要：基于文献计量可视化分析软件Citespace，以Web of Science数据库核心合集收录的1990—2020年间发表的5 627篇低碳经济研究文献为分析对象，绘制低碳经济研究知识图谱，揭示该研究领域的团队、热点和演进趋势。结果显示，低碳经济研究分为探索阶段、发展阶段、繁荣阶段，早期对低碳经济的研究主要集中在生态植被、环境科学、能源、商业经济等方面，近几年更加关注生物化学、数学和计算生物学、纳米科学、环境和职业健康、区域和城市规划等多学科研究方向。中国对低碳经济的研究起步较晚，投入大、发文量多，但是文章的国际影响力尚显不足。美国、英国、西班牙、澳大利亚对低碳经济的研究也十分深入，美国的科研水平在国际上处于领军地位。还探讨了低碳经济研究的期刊、学科、资助机构、作者、国家、研究热点和前沿。

一、引言

全球变暖对人类的生存和发展提出严峻的挑战，低碳经济转型受到越来越多国家和地区的重视。不可持续性的能源利用方式导致气温升高、冰川融化、生态系统退化、自然灾害频发，深度触及了农业和粮食安全、水资源安全、能源安全、生态安全和公共卫生安全，其严重程度不亚于世界大战和经济大萧条[1]。

低碳发展不仅是一句口号，更应被赋予实际行动。早在1972年，《人类环境宣言》开始了保护全球环境的“行动计划”。《联合国气候变化框架公约》是世界上第一个为全面控制二氧化碳等温室气体排放而制定的国际公约。“低碳经济”一词起源于2003年英国能源白皮书，英国政府提出要在2050年之前将二氧化碳排放量减少60%。《巴黎协定》呼吁采取行动将人为导致的全球变暖幅度保持在2 ℃以下，并努力将温度限制在1.5 ℃以下。过去100多年间，人类能源利用经历了薪柴、煤炭、油气时代的转变，从高碳、低碳、走向无碳，低碳转型于环境、于国家经济发展大有裨益[2]。

低碳经济的构成要素主要包括低碳能源、低碳技术、低碳产业、低碳管理、低碳定价与交易等。低碳能源包括天然气、风能、太阳能、核能、地热能、生物质能等，具有碳排放量低、高效率、低污染、可持续应用的特点。近些年，氢能的利用受到各国的关注[3-4]。低碳技术涉及电力、交通、建筑、冶金、化工、石化等部门以及可再生能源、油气资源和煤层气的勘探开发、二氧化碳捕获与埋存等领域的新技术[5]。低碳产业涉及农业、工业和服务业等各行业的节能减排技术和低碳金融等产业[6]。低碳管理包括顶层设计、行业发展、企业运行、政务管理、群众生活方方面面，还包括利用法律、制度、大数据前沿技术进行低碳管理[7]。低碳定价与交易包括碳税[8]、排放交易机制[9]、混合政策[10]等。低碳发展涉及生态系统、经济模式、转型路径和技术水平等方面，在数字技术应用[11]、低碳城市、低碳生产、低碳生活等方面也有所渗透。尽管低碳经济相关研究已经取得诸多进展，但是尚没有文献计量分析对其进行梳理。

目前，文献计量学的分析方法被诸多学者应用[12-13]。常用的文献分析工具有Vosviewer，HistCite，BibExcel，CutNetExplorer等。美国德雷赛尔大学陈超美教授开发的Citespace作为一款优秀的文献计量软件，能够以知识图谱的方式可视化展现文献之间的关系，有效的挖掘特定主题的知识基础、学科结构和研究前沿。本文应用Citespace知识图谱分析方法研究1990—2020年“低碳经济”相关文献的主题特征，包括期刊、学科、资助机构、国家、作者以及研究热点和趋势，梳理低碳经济研究知识脉络，帮助学者把握研究前沿。本文拟解决的关键问题包括：

问题1：低碳经济研究的时间和空间维度是什么样的？

问题2：低碳经济研究的群体和资金资助者是谁？

问题3：低碳经济研究的研究热点和前沿是什么？

二、研究方法和数据来源

(一)研究方法

本研究应用Citespace科学知识图谱软件，并用可视化方式呈现分析结果。中介中心性是 Citespace 分析中的重要概念，用来确定共引网络中的关键节点，一般认为大于0.1的节点在共引网络中能起到桥梁作用，突发节点代表着该学科领域的研究前沿或趋势。在聚类图谱中，modularity是网络模块化的评价指标，modularity Q值>0.3表明得到的网络社团结构是显著的，值越大，网络聚类越好。Silhouette值是用来衡量网络同质性的指标，S>0.5，表示聚类结果具有合理性。

(二)数据来源

数据来源于Web of Science数据库核心合集，检索时间为2020年2月1日。在该数据库中，检索主题词是“lower carbon economy”，文献类型选择“论文(Article)、综述(Review)、会议文献(Proceedings Paper)和书信(Letter)”4种。时间跨度设置为1990年至2020年，共得到检索记录5 627条。保存记录内容为“全记录与引用的参考文献”，文件格式为“纯文本”。

三、研究现状

(一)文献研究的时间趋势

从时间轴看，年度发文数量是衡量低碳经济研究热度与发展趋势的重要指标。低碳经济研究的总体发文量呈上升趋势，将其划分为3个主要阶段(见图1)：1990—2003年是探索阶段，1988年11月，世界气象组织和联合国环境规划署联合成立了政府间气候变化专业委员会(IPCC)，并于1990年发布第一次评估报告，由此推动了1992年《联合国气候变化框架公约》的制定，这是世界上第一个为全面控制二氧化碳等温室气体排放的国际公约，低碳经济的相关研究陆续展开。2003—2010年是发展阶段，“低碳经济”一词首次出现在2003年英国能源白皮书中；2005年，京都协定书开始生效；2007年，“巴厘岛路线图”要求发达国家在2020年前将温室气体减排25%～40%；2008年世界环境日的主题被定为“转变传统观念，推行低碳经济”，把低碳经济看作实现全球可持续发展的重要途径。2009年联合国气候变化会议在哥本哈根举行，这是自1990年气候变化谈判以来，规模最大、规格最高的一次会议，被喻为“拯救人类的最后一次机会”。值得注意的是，中国在这一次会议中决定要将2020年单位GDP二氧化碳排放量比2005年下降40%～45%，超出了巴黎路线图的要求，中国学者对低碳经济的研究也剧增。2010—2020年为繁荣阶段，新能源技术成本不断下降，可再生能源成为全球第二大电力来源，低碳技术、低碳能源、低碳生活受到全球政界、业界和学界的关注。

图1 低碳经济研究分年度发文量

(二)文献研究的空间分布

1.期刊共现分析

对检索文献进行统计分析，发现发文量大于100篇的期刊，包括《能源政策》《清洁生产》《先进材料》《能源程序》《可持续发展》，《能源政策》的载文量最多，占比达4.21%。低碳经济研究方向主要集中在生态环境科学、工程学、能源燃料、商业经济、材料科学、化学、计算机科学、公共管理学等方面，呈现多元视角特点。

期刊共被引可以对期刊进行分类和定位。在Citespace中，节点类型选择共被引期刊，选择标准设置为前50。低碳经济共被引期刊前三位主要是《能源政策》《能源》《可再生与可持续能源评论》。通过期刊中心性分析可知，《科学》期刊的中心性最高，达0.32，《能源政策》的中心性是0.16，《自然》的中心性是0.12，说明这些期刊所刊载的低碳经济文章质量非常高，对低碳经济的学术研究起到支撑作用。

2.学科共现分析

学科共现分析可以研究低碳经济研究的学科分布情况。按照学科的文献频次进行排序，环境科学与生态学以3 513篇占据压倒性优势，随后是工程学(1 514)、能源与燃料(1 404)、商业经济学(1 044)。分析学科分布的时间趋势，发现早期的研究集中在环境科学、工程、能源燃料和商业经济方面，随着科技进步和社会发展，近几年学者更加关注生物化学、数学和计算生物学、纳米科学、环境和职业健康、区域和城市规划等多学科研究方向。同时也反映出数字经济时代，新一代信息技术的应用在低碳经济研究领域发挥巨大的作用。

3.基金资助分析

基金资助机构分析反映了国家对该领域的重视程度以及话语权。研究发现中国国家自然科学基金是最大的资助者，占比达到10.61%。排名前20名的基金资助机构中，中国的机构有9家，来自英国(3家)、欧盟(2家)、美国(2家)、日本(1家)、澳大利亚(1家)、加拿大(1家)、巴西(1家)的基金资助机构对低碳经济也十分关注。据统计，2019年中国国家自然科学基金共为1 437个单位的所属科研机构提供了资金支持，立项总数超42 000项，总金额高达213亿元。

(三)高影响力作者群体分析

1.国家合作网络分析

为了更好地了解国家合作网络情况，在CiteSpace中，节点类型选择“Country”，Years Per Slice设置为1，选择标准设置为前50，运行得出国家共现图谱。在生成的可视化图谱中，节点越大，表明该国家发表的与低碳经济主题相关的论文就越多。可清晰地看出发文量排前5位的国家依次是中国、美国、英国、德国和澳大利亚，其中中国居于低碳经济研究的核心位置，与其他国家的合作十分密切。地理位置相近的国家合作更为紧密。

发文量排名前10的国家中，排名第1位的中国共发表文献2 503篇，占总发文量的44.48%，远领先于其他国家。美国、英国分别发文812篇和526篇，占总发文量的14.43%和9.35%。澳大利亚在高发文国家中排名第5位，共发文267篇。分析前5位国家的分年度发文量中，中国对低碳经济的研究起步较晚，但是发展势头迅猛，2010开始，中国学者的发文量激增，美国学者的发文量仅次于中国，英国、德国、澳大利亚学者有关低碳经济的研究也呈波动上升趋势。

中介中心性可以衡量国家的重要性和影响力，排名前5的国家及中心性是美国(0.35)、德国(0.18)、澳大利亚(0.17)、英格兰(0.16)、意大利(0.16)。美国作为科研实力雄厚的大国，从“能源独立”向“能源主导”，非常重视低碳技术的掌控和清洁能源的研发，而中国的中心度仅有0.02，说明中国低碳经济研究虽然投入大、发文量多，但是文章的国际影响力还需提高。

2.机构合作网络分析

从发文机构来看，排名前3的机构分别是中国科学院(189篇)、华北电力大学(126篇)、美国能源部(105篇)，其中，发文量排名前10的研究机构中，中国的研究机构有6所，美国的研究机构有2所。

对发文机构进行合作网络分析。从合作强度来看，中国科学院作为最大的研究低碳经济的机构，与清华大学、华北电力大学、利兹大学、北京交通大学、上海交通大学、麻省理工学院、乌德勒支大学等高校联系较为紧密。厦门大学、四川大学、重庆大学等中国南方高校的合作也十分紧密，反映出中国在低碳经济方面的研究团队规模大、实力强，合作紧密。

3.被引文献分析

被引文献记录了某个研究领域的重要成果，有助于理解低碳经济的研究逻辑和理论基础。节点类型选择Reference，运行得到文献的共被引图谱。中介中心性最高的文献是Davis于2010年发表的文章[14]，该文章提出了一个基于全球消费的二氧化碳排放清单，并计算了基于消费的能源和碳强度。本文对WOS中作者被引频次排序后，发现被引频次排名前3的文章大都探讨低碳技术，包括展示有助于聚合物电解质燃料电池研发的纳米复合催化剂[15]，可应用于捕获一氧化碳的晶体ZIFs制备[16]，探索电容储能技术在微电子、交通运输、工业生产等领域的应用[17]。

本文还分析了作者合作网络，发现作者合作网络比较分散，存在许多孤立的作者簇，而且中介中心性也比较低。

四、研究热点和前沿

(一)研究热点分析

学术文献的关键词概述了论文的研究主题，关键词的聚类分析可用于确定某研究领域的热点和前沿。在Citespace软件中，Years per slice设置为2年，节点类型选择Keyword，选择标准设置为前50，聚类方式选择Log-Likelihood Ratio，共得到9个聚类(见表1)。4个聚类主题中，聚类1、3、4、6与动植物的生态系统、光合作用紧密相连，是低碳经济研究的重要领域之一。聚类0关注碳排放目标的制定以及实现方式。聚类2、5关注可再生能源及其技术，是低碳经济研究非常重要的话题。聚类7、8关注气候变化、环境污染和温室气体。

表1 低碳经济研究的关键词聚类表

主题1：碳排放

聚类0是整个聚类网络中规模最大、关键词数量最多的聚类，主要关键词是carbon nanotube|CO2emission。在碳排放预测方面：许多学者在不同尺度运用低碳社会情景分析方法(LCS)预测碳排放[18]。在减排措施方面：为实现2050年二氧化碳减排50%的目标，提高碳价格、拍卖二氧化碳排放许可证、开征碳税的力度尚显不足，将税收收入投入到新技术应用中，有利于实现低碳社会，保持经济发展[19]。在减排技术方面：纳米技术革命为制造比当今电池更高效、更廉价的太阳能电池提供了可能性[20]。此外，还有关于碳税、低碳生产生活、低碳旅游等方面的研究。开征碳税很困难的情况下，通过发放碳排放证书可以使得低碳项目的投资者获得更便宜的贷款，这种措施的效率不如碳税，但更加容易实施。Ahmad[21]提出了一种简单易行的城市生活垃圾焚烧回收方法。Li[33]认为低碳城市的政策标准应充分考虑到人口城市化和低碳经济的可持续发展。

主题2：可再生技术和能源

聚类2主要关键词包含radiant heat transfer|renewable energy，聚类5主要包含的关键词是economics|field condition。

可再生能源方面：以可持续的方式从生物质中产生的氢，被认为是未来低碳或非碳基能源系统燃料市场的重要组成部分，可以用作内燃机的燃料和车辆的燃料电池[22]。Urbaniec[23]分析了两段式氢气发酵工艺的概念、特点及关键技术问题。生物炼制有望在未来低碳经济中发挥重要作用[24]。Suttles[25]发现生物能代替电力部门的化石燃料，可以大幅度减少二氧化碳排放。技术应用方面：学者注重开发稳定高效的催化材料，以便于可再生能源的生产。将二氧化碳转化为化工原料是将可再生能源快速引入化工生产链的有效方法[26]。相对成本有效的大规模存储选择对于实现氢作为能量载体的全部潜力至关重要，氢的地下储存可以大幅降低储存成本，并提供缓冲能力，以满足供应可能出现的中断或不断变化的季节性需求[27]。经济方面：Li等人[28]考虑了碳税和分时电价，并从共享经济的角度提出了电动汽车路径问题的优化模型。使用生物质作为化学原料的经济潜力几乎与蒸汽生产一样高，表明了其重要性[29]。

主题3：气候变化

聚类7主要包含的关键词是arctic ecosystem|organic nitrogen，聚类8主要包含的关键词是air pollution|use efficiency，主要分析温室气体、环境污染和能源效率。氮氧化物的人为来源主要有汽车、电厂、工厂，会导致臭氧污染、酸雨、土壤酸化、水体的富营养，藻类植物疯狂繁殖，破坏生态系统平衡。有机氮的吸收是北极植物的一种普遍适应性综合征[30]。化石燃料成本低廉、使用方便，随着碳捕获和碳管理技术的实施，碳的使用还要持续很长时间[31]。人们对温室气体排放的预测存在不确定性，使用麻省理工学院综合全球系统模型(IGSM)，Webster[32]模拟了到2100年，气温出现0.9 ℃至4.0 ℃的变化范围。Prechel[33]发现结构更复杂、资本依赖性更强的公司位于环境标准较低的州时具有更高的污染率。

主题4：生态系统

聚类1主要关键词是biorefinery，聚类3主要关键词是geothermal spring，聚类4主要关键词是stomatal conductance，聚类6主要关键词是leaf flutter。

生物炼制和生态循环方面：Mohan[34]认为生物能源和生物材料的生产具有巨大的潜力，生物炼制提供了一个可持续的绿色选择，可以满足日益增长的需求。De[35]认为利用水电解可再生能源产生的氢气可成为21世纪推动未来生物经济和电气化的平台分子。在微生物代谢过程中使用氢气的潜力是多方面的，这为新的生物技术开发和应用提供了广泛的机会，最大限度地提高了有效利用可再生资源的能力。地热研究和气候变化方面：Weidner[36]认为高强度温室种植和城市园艺之间的比例对粮食自给、废物同化和碳足迹有很强的依赖性，这一结果可能会激励城市决策者考虑在分散管理废物战略的过程中推广城市农业，向持续循环的城市经济迈进。为了实现一个支持可持续实践和循环氮经济的堆肥产业，利益相关者必须集体行动，这有助于减少与农业相关的直接和间接温室气体排放，促进土壤再碳化[37]。全球气候变化影响海洋和河口的鱼类资源，渔业，海洋保护区边界、低岛屿国家以及疾病发生率也受到温度和海平面小幅上升的影响[38]。海洋酸化的速度比过去3亿年来任何时候都要快，对全球海洋生物以及经济活动构成了生态挑战[39]。

(二)研究前沿分析

Citespace的时区演化图能反映不同时期某一领域的研究趋势，本文取时间切片为2年，以提高知识图谱在时区上的区分度，图谱共393个节点，1 165条连线(见图2)。结合关键词频次、中介中心性，可以看到1990年开始，学者重点关注碳、二氧化碳、增长、经济。1994年左右学者开始关注气候变化、排放。2002年开始，有学者关注氢的利用和存储，2008年之后，低碳经济、能源利用、可持续发展、绿色经济、生物能、氢经济成为众多学者研究的热点话题。

图2 低碳经济研究时区图谱

突现词是指特定时间内出现频次较高的词汇，通过分析突现关键词可了解某一领域的研究前沿。将突现词的最小持续时间单位设置为1，共得到84个突现关键词。根据突现时间和持续时间跨度，将研究前沿分为以下几个阶段。

1990—1992年初期，学者主要从生态系统角度，关注光合作用、植物、氮元素，以及生态系统的修复与利用效率的提升。1993—2004年，得益于《联合国气候变化框架公约》的制定，学者开始关注低碳经济的增长分析、温室气体，比如氮、磷、氢等物质。2005—2009年，学者开始关注燃料、燃料电池、生物燃料、碳税和氢经济。2005年，国际油价在2004年强劲攀升的基础上屡创新高，各国开始重视开发清洁高效的环保型能源，出台法案鼓励使用可再生能源，推广节能环保技术。2010—2013年，低碳经济、低碳城市、低碳旅游越来越受到重视，城市化、碳排放、经济增长、循环经济成为前沿研究领域。

“使用效率”突现时间较早且跨度最长，相关研究的分年度文献发表量总体较为稳定，因此“使用效率”这一关键词所涉及的研究领域最为稳健。近几年的突现关键词是循环经济、生命周期评估、能源消费、强度等，因而这几个词所涉及的研究领域是目前也是未来一段时间内低碳经济研究的前沿。

五、研究结论

运用Citespace文献计量软件，对1990—2020年Web of Science数据库核心合集收录的5 627篇以“lower carbon economy”为主题的文献进行分析，绘制低碳经济研究的知识图谱，结果显示。

《能源政策》是刊载低碳经济论文最多的期刊，《科学》所刊载的低碳经济文章质量较高，对低碳经济的学术研究起到支撑作用。低碳经济的研究方向主要集中在环境科学、机械、能源、商业经济等方面，近几年集中在生物化学、数学和计算生物学、纳米科学、环境和职业健康、区域和城市规划等多学科研究方向，数字技术的重要性逐渐突显。中国对低碳经济的研究起步较晚，但是发展势头迅猛，中国低碳经济研究虽然投入大、发文量多，但是文章在国际上的影响力比较弱。美国、英国、西班牙、澳大利亚对低碳经济的研究也十分深入，美国的科研水平在国际上处于领军地位，影响力也比较大。各国作者合作网络比较分散。中科院、华北电力大学、美国能源部是发文量比较多的机构。

低碳经济研究分为探索阶段(1990—2003)、发展阶段(2003—2010)、繁荣阶段(2010—2020)，对低碳经济的探索从关注光合作用、植被、微量元素、生态系统的修复与利用效率的提升；到构建温室气体减排指标以及各种应对措施，比如，实施碳税、发展生物燃料、氢经济，到低碳技术的改进、低碳能源的高效利用、低碳生活、低碳城市、循环经济的践行，低碳成为未来不可逆转的趋势。通过关键词聚类分析，确定了4个聚类主题，发现碳排放、循环经济、能源消费和可再生能源是未来的研究方向。