2015—2019年国际大气科学领域科研合作态势的图谱分析*

徐静雯 黄琬青 胡泽文 曹 玲

（南京信息工程大学管理工程学院，南京 210000）

我国气象领域经过60多年的发展，已经涌现出以中国科学院、南京信息工程大学、南京大学和北京大学等为引领的国际顶尖科研团队和大量高价值科研成果。2000—2016年，大气科学领域出版的180581篇国际论文中，中国学者论文占比达到10.24%（数据来源：Web of Science）。国际大气科学领域高产国家、机构、高校和作者之间的国际合作态势、主要科研团队及研究方向，能够及时为中国气象局、科研工作者、气象部门和气象科技工作者提供科研合作指引。因此有必要运用CiteSpace等可视化分析软件，绘制国际大气科学领域高产国家、机构和学者的科研合作网络，深层次地挖掘领域的科研合作态势，并以科学知识图谱的直观视角展示国际大气科学领域的科研合作态势、合作模式及其之间的差异。

目前已经有众多学者利用知识图谱方法与工具对一些学科的科研合作状况、研究前沿与热点进行可视化分析。科学计量之父普赖斯是较早关注科研合作的学者之一，他在1963年指出，当今科学发展的重要动力之一是科研合作［1］。随后越来越多的学者对不同学科领域的科研合著概况进行了定量研究，使用社会网络分析法对合著网络的结构进行测度和分析。相关研究涵盖：不同学科科研合作者之间的小世界网络，网络规模及结构差异分析［2，3］；常用知识图谱工具的功能、方法流程及应用领域综述［4］；国内外网络资源聚合与导航研究的科研合作情况分析［5］；中美英有机化学、工程环境、经济学和管理学被引和未被引文献作者科研合作社区的结构、规模与差异研究［6］；以及中国气象学者科研合作网络的合作小团体和中心度等指标分析［7］。此外，国内学者总结归纳和实证分析了科学合作的动机类型和合作规模［8］、科学合作论文影响力［9］、国内外跨地域科研合作模式［10］，以及生物医学领域机构合作的网络特征等［11］。然而，综合运用 CiteSpace［12，13］、Bicomb［14］和 SPSS1.9［15］等可视化分析工具，以及共现分析、因子分析和聚类分析等可视化分析方法对国际大气科学领域文献进行计量分析的文献极少。本文将融合这些可视化分析工具和方法，对国际大气科学领域文献的作者、国家和机构等进行共现分析和因子分析，以可视化直观的方式展示出国际大气科学领域的高被引文献，以及高产作者、国家和机构之间的科研合作模式和近期研究方向。

1 数据来源与研究方法

数据来源：基于Web of Science核心库，限定论文出版周期为2015—2019年，检索日期为2020年5月8日，检索学科类别为METEOROLOGY ATMOSPHERIC SCIENCES，并剔除非论文类文献，得到73240篇国际大气科学领域论文样本。

研究方法：综合运用知识图谱工具CiteSpaceIII与共现分析方法，以国家、机构和作者节点为分析对象，统计出领域高产国家、机构和作者，并基于共现分析方法对领域高产国家、机构和作者之间的科研合作模式进行全面分析和解读。由于国际合作论文的国别归属涉及第一作者和通讯作者的分配问题，目前国内外研究尚无有效的解决途径，同时也是本文存在的一个问题。本文统计高产国家和机构时未考虑合作论文的重复计数，例如：中美合作的论文分别计入中国和美国发表的论文数量。由于所有国家的论文数量统计标准是一样的，即两国之间的合著论文数量分别归属于两国所有，同比例增加了两国论文数量，因此高产国家的论文数量会受到一定的影响，造成总体比例高于100%，然而对高产国家、机构及科研团队识别的影响相对较小。

CiteSpaceIII可视化图谱软件的参数设置如表1所示。

表1 CiteSpaceIII软件的参数设置Tab.1 Parameter Setting of Citespace III Software

2 国际大气科学领域研究进展

2.1 大气科学领域研究文献数量的年度分布情况

图1展示了2015—2019年国际大气科学领域73240篇论文的年度分布情况。

由图1可以看出，国际学者比较重视大气科学领域的研究，领域研究文献数量呈现逐年递增的趋势，尤其2017—2019年的文献数量增幅较大，年均发文数量达到13000篇以上。2019年发表的文献数量高达15841篇，占比上升到21.63%。总体来看，2015—2017年发文数量增幅相对较小，分别是0.64%和0.16%的波动；2017—2019年发文增幅相对较大，分别是1.37%、0.77%的波动。

图1 2015—2019年国际大气科学领域研究文献数量的年度分布Fig.1 Annual Distribution of the Amount of Research Literature in the Field of International Atmospheric Science from 2015 to 2019

2.2 大气科学领域的重要期刊

表2可以看出，国际大气科学领域期刊的载文分布呈现出典型的马太效应和二八定律，即领域20%高影响力期刊出版了领域80%文献。大气科学领域顶级期刊Atmospheric Chemistry and Physics，Journal of Geophysical Research Atmospheres，Atmospheric Environment的载文量达到3600篇以上，占总文献量的比例分别为5.82%、5.44%和5.04%。领域TOP10期刊发表的文献量占总文献量的比例达到39.89%。

表2 2015—2019年大气科学领域载文量TOP10期刊Tab.2 TOP 10 Journals in the Field of Atmospheric Science from 2015 to 2019

2.3 大气科学领域高被引论文的国家、期刊和主题分布

通过对表3所示国际大气科学领域2015—2019年期间高被引TOP50论文的第一作者国籍、发表年代、载文期刊和研究主题等四个方面进行统计分析，结果发现：

表3 2015—2019年大气科学领域高被引TOP10论文的基本概况（部分）Tab.3 Overview of TOP 10 Highly Cited Papers of Atmospheric Science Field from 2015 to 2019（Part）

1）中美英学者的高被引论文数量较多。高被引TOP50论文中，美国、英国和中国的学者数量分别为15人（占比30%）、9人（占比18%）和5人（占比10%）。日本、瑞典、意大利各有2人（占比4%）。这说明中美英学者在国际大气科学领域高被引文献产出方面占据主导地位，具有较大的国际影响力。

2）大气科学领域高被引论文数量的年度分布呈现逐渐递减趋势。2015至2019年期间领域高被引论文数量分别为28、14、7、1和0篇，占比分别为56%、28%、14%、2%和0%。

3）Nature Climate Change刊载的高被引论文数量较多。从TOP50高被引论文的期刊分布来看，Nature Climate Change、Atmospheric Chemistry and Physics、Earth System Science Data刊载的高被引论文数量位居前三，分别达到17篇、7篇和6篇论文，占比分别为34%、14%和12%。其中Nature Climate Change期刊高被引论文量最多，在一定程度上反映了该刊在国际大气科学领域具有较高的权威性和学术影响力。

4）高被引论文的研究主题涵盖环流、海洋、大气、干旱、植被和卫星。海洋环流（包括沃克环流、温跃层环流）以及大气-海洋的相互作用是大气科学领域高被引论文中出现频率较高的研究主题。其他研究主题涵盖：大气迁移和扩散模拟系统、全球变暖和海表温度变化问题、环流现象产生原因及影响和干旱预测预警机制、等等。

3 国际大气科学领域科研合作态势

3.1 大气科学领域高产国家及其科研合作态势

表4和图2分别展示了2015—2019间大气科学领域发表论文数量居前的高产国家和科研合作态势。

表4 2015—2019年国际大气科学领域的高产国家及发文情况Tab.4 High-yielding Countries and Publications in the Field of International Atmospheric Science from 2015 to 2019

图2 2015—2019年高产国家合作态势总图Fig.2 General Map of Cooperation among High-producing Countries from 2015 to 2019

结合表4和图2，可以看出，美国和中国大气科学领域的科研实力最强，是2015—2019年科研产出最多的两个国家，科研产出量占比分别高达34.13%和21.62%。两国文献数量总和高达55.75%，超过所有国家发文量的一半。德国和英国的科研产出紧随其后，分别占比9.43%和9.23%。此外，如图2所示，高产国家之间的科研合作较为密切，其中英国（网络中心度为0.87）、德国（0.64）、法国（0.39）、美国（0.34）、意大利（0.25）和西班牙（0.17）分别位于科研合作网络中的核心枢纽位置，网络影响力较高，网络中心度在0.17～0.87之间。其他国家虽然发表文献数量较多，但是网络影响力相对较小，中心度都低于0.09。

国际大气科学领域高产国家之间的科研合作较为密切，美国与中国、法国和意大利、德国与瑞士等之间已经形成多个较为密切的科研合作子网。其中规模最大的科研合作子网以法国和意大利为核心国家，共包含4个成员国家，由二者串联并以各自为中心与他国展开合作。高产国家美国（发文量24999篇）为核心的科研合作网络呈现发散式分布态势，包含4个成员国家：中国（发文量15833篇）、加拿大（发文量3734篇）、日本（发文量3464篇）和韩国（发文量1968篇），呈现出强强联合的合作态势。英国为核心的科研合作子网同样呈现出发散式星型分布态势，与澳大利亚（发文量3270篇）、南非（发文量785篇）和新西兰（发文量528篇）的合作较为密切。此外，德国（发文量6904篇）为核心的科研合作网络呈现出线型分布态势，合作成员涵盖瑞士（发文量2395篇）、荷兰（发文量2073篇）、奥地利（发文量1208篇）和希腊（发文量919篇），其中瑞士与德国的合作最为密切。瑞典（发文量1721篇）为核心的科研合作网络，整体围绕瑞典，呈现发散式分布态势，涵盖4个成员国家：俄罗斯（发文量2405篇）、挪威（发文量1565篇）、芬兰（发文量1422篇）和丹麦（发文量697篇）。综上所述，国际大气科学领域高产国家之间会进行密切的科研合作，如美国与中国、法国和意大利、澳大利亚与英国等。此外，也有部分国家可能基于政治、经济或自身等原因，常常选择在国家之内进行研究合作。无论国内合作还是国际合作，国家之间的研究人员进行频繁密切的学术交流对于大气科学领域的发展大有裨益。

3.2 国际大气科学领域高产机构及其科研合作态势

表5和图3分别展示了2015—2019年大气科学领域发表文献数量居前的高产机构和科研合作态势。

图3 2015—2019年国际大气科学领域的主要机构及其合作图Fig.3 Major Agencies in the Field of Atmospheric Science and Collaborations from 2015 to 2019

表5 2015—2019年国际大气科学领域TOP10高产机构及其产出数量Tab.5 TOP 10 Productive Institutions in the Field of International Atmospheric Science and Output Number from 2015 to 2019

如表5所示，中国和美国的研究机构几乎垄断了大气科学领域的产出成果，在前十名中，中国机构占比50.51%，美国机构占比44.11%，总占比95%。中国大气科学领域的高产机构主要为中国科学院、南京信息工程大学、中国科学院大学。而美国大气科学领域高产机构主要为美国国家海洋和大气管理局、美国国家航空航天局和国家大气研究中心。大气科学领域TOP10高产机构的发文数量呈现马太效应，发文量居前的三个机构中，中国科学院、美国国家海洋和大气管理局、南京信息工程大学的发表文献量分别占TOP10高产机构发文量的26%、12%和10%，几乎占TOP10机构文献量的一半（48%）。

此外，如图3所示，国际大气科学领域高产机构之间的科研合作较为密切，其中中国科学院（中心度为0.71）、美国国家海洋和大气管理局（中心度为1.25）、科罗拉多大学（中心度为1.12）、美国国家航空航天局（中心度为1.02）是网络影响力较强、处于网络核心枢纽位置的重要研究机构。这些高产机构之间已经形成了合作关系密切的科研合作网络，团队的核心机构及规模如表6所示。同时表7也展示了三个规模最大科研团队的团队成员名称、科研产出数量、网络中心度及初次合作发文时间。

表6 科研合作团队的核心机构及团队规模Tab.6 The Core Organization and Team Size of the Scientific Research Cooperation Networks

表7 TOP3核心机构的科研合作网络Tab.7 Research Cooperation Network of TOP3 Core Institutions

4 国际大气科学领域高产作者及其科研合作概况

2015—2019年国际大气科学领域涌现出大量高产学者，涵盖中国科学院JIANPING LI，JUNJI CAO和LEIWANG；兰州大学QIANG ZHANG；夏威夷大学BINWANG；南京信息工程大学TIM LI和HUIJUNWANG；夏威夷大学BINWANG；浙江大学 RENGUANG WU；巴黎萨克雷大学PHILIPPE CIAIS；南京大学MING XUE。这些高产作者的发文量都在百篇以上，同时已经通过自己在科学界的影响力组建了多个实力较强的科研团队。大气科学领域高产作者的科研合作态势如图4所示。

从图4可以看出，国际大气科学领域的高产学者单位多为中国机构，涵盖中国科学院、兰州大学、南京信息工程大学等中国顶级气象研究机构和高校，并且这些高产学者在科研网络中拥有较大的网络影响力。其中科研合作网络影响力较强的高产作者分别有巴黎萨克雷大学PHILIPPECIAIS、南京信息工程大学HUIJUN WANG、兰州大学QIANG ZHANG。

图4 国际大气科学领域高产学者之间的科研合作态势Fig.4 Research Cooperation among High-yielding International Atmospheric Scientists

此外，国际大气科学领域高产学者之间具有较强的科研合作偏好，已经形成了8个科研实力较强且网络影响力较大的科研团队，其中规模较大的四个科研团队及团队成员信息如表8所示。主要涵盖：科罗拉多大学化学家JOSE JIMENEZ教授为中心的科研团队，包括香港理工大学土木与环境工程系大气环境方向的首席教授TAO WANG、美国北卡罗来纳州立大学海洋、地球和大气科学系教授YANG ZHANG等九位研究人员，该团队近期研究方向主要聚焦于非典和新冠病毒等疾病的气溶胶和空气传播风险研究［16，17］；南京信息工程大学大气科学家，中国工程院院士王会军教授为核心的科研团队，包括中国科学院大气物理研究所周天军研究员、美国宾夕法尼亚州立大学高级数据同化和可预报性技术研究中心主任张福青教授等8位研究成员，主要研究领域为气候模拟与气候变化、东亚季风气候变异及其预测［18］、中国北方地区极端气候的变化、成因及预测研究［19，20］；美国夏威夷大学气象系和中美大气海洋研究中心主任BIN WANG教授为网络枢纽的科研团队，团队成员涵盖南京信息工程大学的TIM LI、巴黎萨克雷大学的PHILIPPE CIAIS、中国科学院的PENG ZHANG等7位成员。团队近五年的主要研究方向涵盖：厄尔尼诺-南方涛动［21］、热带气旋［22］、全球季风变化［23］、全球气候变暖、气候动力学、热带大气季节内振荡等；兰州大学张强教授为中心的科研团队，包括中国科学院大气物理研究所曹军骥和王跃思等8位研究员，主要研究领域为城市大气环境污染、大气气溶胶、颗粒物污染、古气溶胶循环、温室气体排放与全球气候变化研究等［24，25］。

表8 四个规模较大的科研合作团队Tab.8 Four Large-scale Scientific Research Cooperation Teams

通过对科研合作团队成员结构的分析发现，大气科学领域各科研团队成员来自多家科研机构或高校，其中规模较大的科研团队会包含部分国际背景的学者，说明大气科学领域科研合作呈现出明显的国际化合作态势，各国研究人员之间的科研合作十分紧密，学术交流较为频繁。在TOP10高产作者中，中国学者占比为80%，且每个科研合作团队中，中心度最高的学者也都来自中国，中心度越高代表其在该团队中越重要。这表明中国学者在大气科学领域的科研成果不仅数量居多，且其科研质量和学术影响力也较高。

5 结论

国际学者比较重视大气科学领域的研究，2015—2019年，国际大气科学领域出版了73240篇论文，文献数量呈现逐年递增的趋势，尤其2017—2019年的文献数量增幅较大。近五年的年均发文数量达到13000篇以上，2019年发表的文献数量高达15841篇，占总量的21.63%。

国际大气科学领域的期刊-文献分布方面，呈现出典型的集中-离散分布趋势，即国际大气科学领域80%的论文分布在20%的主流期刊上面，其中国际大气科学领域顶级期刊Atmospheric Chemistry and Physics，Journal of Geophysical Research Atmospheres，Atmospheric Environment在2015—2019年分别发表了3600篇以上的领域文献。

国际大气科学领域国家和机构之间的科研合作呈现出强强联合的态势。科研实力最强的国家分别为美国、中国、德国和英国，其中美国与中国、德国与瑞士、德国与荷兰、澳大利亚与新西兰之间的科研合作较为密切。国际大气科学领域科研产出较强的机构分别为中国科学院、美国国家海洋和大气管理局、南京信息工程大学、美国国家航空航天局和中国科学院大学。机构科研合作图谱显示，国际大气科学领域已经形成以这些科研产出较强机构为核心的紧密型科研合作网络。

在国际大气科学领域的科研合作团队方面，已经形成了多个规模较大且科研实力较强的科研团队。主要涵盖科罗拉多大学化学家JOSE JIMENEZ教授为中心科研团队，成员涵盖香港理工大学教授王韬TAOWANG、美国北卡罗来纳州立大学教授YANG ZHANG等九位研究人员，团队近期研究方向主要聚焦于新冠病毒等疾病的气溶胶和空气传播风险研究；中国工程院院士王会军教授为核心的科研团队，涵盖中国科学院大气物理研究所周天军研究员、美国宾夕法尼亚州立大学张福青教授等8位研究成员，主要研究领域为气候模拟与气候变化、东亚季风气候变异及其预测。