基于Citespace的气候变化对海洋生态影响研究状况分析

吴烁佳 柯乃威 魏莹莹 李梁梅 龚浩

摘要：为探明气候变化对海洋生态影响方面的研究，采用科学计量软件Citespace从Web Of Science 核心数据库中选取2018～2022年间发表的关于气候变化对海洋生态影响的研究论文进行定量分析。从研究国家、机构、作者、期刊和关键词等方面展开可视化定量分析并进行结果总结。结果表明：2018～2022年，发文量最大的国家为美国；以WANG C为核心的团队发文量最多；从关键词分析上看，研究者们主要从海洋酸化、珊瑚礁、海平面上升、物种分布模型和北极熊等方面研究气候变化对海洋生态的影响；关键词的突现检测结果显示，继早年研究气候变化对海洋生态造成的危害后，海洋生态系统的恢复成为近年来的新热点和趋势。随着气候变化和人类活动的加剧，海洋生态受到严重破坏。研究成果可为海洋生态方面的研究者提供参考。

关键词：

气候变化； 海洋生态； Citespace； 可视化分析

中图法分类号：Q89

文献标志码：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.07.017

文章编号：1006-0081（2023）07-0100-06

0 引 言

在海洋生态系统中，物种的时空分布与环境特征休戚与共。突发性和非线性的气候变化通常会引起海洋生态系统的改变，所导致的危害也不断增加。工业的快速发展使大气中碳含量水平逐年上升，全球平均海表温度上升趋势明显。自1979年起，全球海水表层温度以0.13 ℃/10 a的速率上升［1］。全球气温升高导致冰川融化，海平面上升［2］。同时，由于海水吸收了空气中过量的二氧化碳，导致海洋酸化、溶解氧质量浓度减少，这些海洋生态变化给海洋生物带来了严重影响［3］。韦兴平等［4］指出气候变化对浮游生物、海鸟、岩海岸生态系统、红树林生态系统、珊瑚礁生态系统均存在深远影响。Hughes等［5］发现：气候变化导致珊瑚礁大规模白化，生态环境受到严重破坏；澳大利亚大堡礁自1980年观测记录数据以来，经历了3次超大规模白化事件。研究显示，海洋温度空间变化，使海洋生物的物种分布重组［6］。21世纪以来，沿海地区的海平面持续上升，这将导致低洼地区发生更频繁和更严重的沿海洪水，并使海岸受到侵蚀。以往100 a一遇的极端海平面事件，到21世纪末可能每年都会发生［7］。本文通过Citespace来探究相关科研的动态变化過程和核心文献，并将其科学知识的结构、规律和分布情况进行可视化，以此分析海洋生态和气候变化相关研究的发展趋势及不足，可为后续研究提供借鉴。

1 数据采集和分析方法

本文中用来分析的文献数据均来自美国Thomson Reuters公司开发的Web Of Science（WOS）核心数据库，检索截至2022年6月24日。在WOS上以“marine ecology AND climate change”为关键词进行搜索，语言为“English”，文献类型选择“Article”，时间分段为2018～2022年，最终共检索出3 348篇文献。剃除一些引用量较少的文献后得到文献3 000篇。

检索到的外文文献信息以WOS中“全记录与引用的参考文献”格式导出，导出的文件整合到“download_.txt” 格式的新建文件中。本文采用CiteSpace 6.R3软件对所得的3 000条文献数据的作者、机构、国家、关键词、发表期刊进行可视化分析。软件参数设置如下：时间分段为2018～2022年，时间切片为1 a，功能界面的节点类型根据分析目的选择作者、机构、国家、关键词、论文共被引、作者共被引和期刊共被引等，其余参数均保持系统默认值。

2 检索结果

2.1 国家/地区和机构合作分布

在国家合作关系中，通过生成国家共现图谱，可考察国家间的合作关系，如图1所示。国家共现图谱共生成155个节点，1 350条连线，密度为0.113 1。研究结果表明，2018年1月至2021 年6月，155个国家或地区对气候变化与海洋生态进行研究。其中，发文量最大的国家是美国（1 250篇），其次是澳大利亚（545篇）、英国（431篇）、加拿大（392篇）、德国（330篇），中国的发文量排名第八。图中节点连线越紧密，说明节点所代表的国家间合作较多。从图1中可以看到，澳大利亚、加拿大都与美国存在合作关系，但是他们与其他国家还未形成合作关系；西班牙、法国、英国等欧洲国家则联系紧密；中国的研究相对独立。

分析气候变化与海洋生态方面的研究发现，发文量最多的前9个机构如表1所示。NOAA发表的论文最多（124篇），其次是中国科学院（111篇）、塔斯马尼亚大学（109篇）、华盛顿大学（97篇）、加州圣克鲁大学（93篇）。在发文量排名前7的科研机构中，美国占4个，澳大利亚2个，中国1个。研究结果表明，美国对气候变化与海洋生态方面的研究具有较大贡献。中国科学院发文量排名第二，但与其他机构合作较少。

2.2 作者和共作者分析

核心作者评判标准是指在某领域展开持续研究且有一定影响的作者，可以用M来衡量，M的计算式为

M=0.749Nmax（1）

式中：N为发文最多作者的发文量。

根据上述计算式，M=3.09，向上取整，即认为发文量为4篇及以上的作者为海洋生态与气候变化研究的核心作者［8］。334位作者中核心作者有113位，表2中列出了发文量不小于8的作者，其中Cheng Wang（17篇）是发文量最多的作者，Duarte C（15篇）、Yao Zhang（14篇）、Sisi Liu（14篇）紧随其后。涉及海洋生态与气候变化方面研究的共被引作者748位，被引次数比较高的前14个作者如表2所示。Hughes T和Hoegh-Guldber O论文被引次数最多，其次是Poloczanska E、Portner H和Bates D等，表明以上研究者在这个研究领域影响较大［9-10］。

2.3 期刊分析

由表3可知，在发文量前23的期刊中，PLOS ONE总被引频次最高（1 351次），该期刊属于生物学研究领域的权威期刊，在同类期刊中影响因子排12位；其次是SCI REP-UK（1 212次）；GLOBAL CHANGE BIOLOGY（1 154次）。

2.4 共被引文獻分析

对论文共被引进行聚类分析，以此了解海洋气候变化的研究热点。一般认为：聚类所得的聚类模块值Q>0.3时聚类结构显著，聚类平均模块值S>0.5则聚类结果合理，S>0.7则聚类结果可信。图2对2018年到2022年间的被引频次较高的论文进行聚类分析，其中，Q值=0.64（大于0.5），S值=0.82（大于0.7），说明此聚类图具有一定的合理性和可信性。

从图2来看，形成了0号海洋热浪、1号海洋酸化、2号珊瑚礁等共12个聚类群，海洋气候变化的较高被引的研究论文主要围绕这些聚类展开。通过整理聚类群信息和结合现有文献的内容可以发现，海洋气候变化研究热点主要聚集于海洋热浪、海洋酸化、珊瑚礁、共生等4个主题领域。

3 气候变化下海洋生态研究新趋势

3.1 关键词时序图分析

2018～2019年，海洋酸化、珊瑚礁、稳定性同位素和海平面上升等关键词结点密集，表明在该时间段内研究结果多，研究学者的关注度高，是这段时间的主要研究趋势。2019～2020年期间，物种分布模型和稳定性同位素的研究成果减少，而研究学者对气候变化对北极熊的影响研究增多，珊瑚礁和海平面上升依然是研究热点［6］，如多篇文献指出气候变化引发了珊瑚白化的泛热带事件；2020～2021年，海洋生态学节点数量最多，表明研究成果最多；2021～2022年，研究者对海洋生态和北极熊的关注度降低，而物种分布模型的结点密集，关注度升高，成为新兴研究趋势。研究气候变化对物种分布的影响，对了解海洋生态物种的重组具有重要意义［11］。气候变化下海洋生态研究趋势关键词时段分布见图3。

3.2 关键词突现分析

关键词的突现可以反映其在短时间内研究频次骤增情况，代表这段时间内备受关注的研究领域。在该突现词图谱中：Year表示关键词首次出现的时间；Strength表示突现强度，数值越大则突变强度越大，说明该节点在这个时间段越受关注：Begin表示突现开始时间；End为突现结束时间，蓝线表示节点出现时间段，红线表示节点突现时间段。从图4中可以看出近5 a内前20个关键词出现最早的年份都是2018年，根据突现时间段可以把海洋生态和气候变化的研究趋势总体分为3个阶段：2018～2019年和2019～2020年，相应突现强度最大的关键词分别是carbon dioxide（二氧化碳）和rate（速率）；2020～2022年，相应突现强度最大的关键词为river（河流），其次是eutrophication（富营养化）、risk（危害）和restoration（恢复）等。

大部分文献指出：由于海洋气候变暖，海洋中碳含量的增加使得海洋的空间结构温度发生变化，由于海洋生物的温度依赖性不同，生态群落正在重组。随着相关理论和研究方法的成熟，研究者逐渐利用更前沿的技术，从微观角度去分析气候变化对海洋生态的影响，并将其发展成为新的研究方向［12］。这些研究说明人们对海洋生态有了更深层次的认识，且河流、富营养化、危害和恢复等关键词的爆发表明：气候变化对海洋生态造成的危害使得海洋生态系统的恢复成为近年来的新热点和趋势。

4 结论与讨论

4.1 结 论

本文利用Citespace软件对2018～2022年WOS核心数据库中海洋生态与气候变化相关的3 000篇论文进行计量统计和分析，得到了海洋生态与气候变化相关文献的发文地区、研究机构、作者、引用文献、关键词聚类和关键词突现等发展趋势以及突出的时间节点，结论如下。

（1） 海洋生态与气候变化相关论文发文量最多的国家是美国，其次是澳大利亚和英国；中国的中国科学院在机构发文量中仅次于美国的NOAA（美国国家海洋和大气管理局）。近5 a来，国内偏重于气候变化下海洋生态的应对措施、海洋温度变化探究、海洋污染和生物多样化等研究方向，说明中国在海洋生态与气候变化的研究领域中正稳步推进。但共被引的核心作者中，中国排名靠后，中国该方面的文章仍有较大的提升空间。

（2） 在对共被引文献进行关键词聚类后，发现在所有被引文献中出现次数最多的关键词有marine heatwave（海洋热浪）、ocean acidification（海洋酸化）和coral reef（珊瑚礁）等。气候变化对海洋生态问题不容忽视，其脆弱性和修复性成为国内外研究热点。

（3） 从关键词时区图可以看出，关键词排名前3的分别是海洋酸化、珊瑚礁、稳定性同位素；在关键词突现图的3个时间段中，突现强度最大的为carbon dioxide（二氧化碳）、rate（速率）和river（河流），这3个方向为2018～2022年的研究热点。

4.2 讨 论

国际在海洋生态与气候变化的研究热点是海洋热浪、海洋酸化和珊瑚礁等方向［13］。近年来，海洋升温、海洋热浪和海洋酸化等海洋气候变化致灾因子对珊瑚的危害性明显增加，对暖水珊瑚礁生态系统产生了严重影响，当全球升温高于2 ℃时，90%～99%以上的暖水珊瑚将消失［14］。在IPCC AR6第二工作组报告［15］第三章明确指出，工业革命使得大气中的碳含量水平逐年上升，二氧化碳溶解到海水中导致了海洋酸化，而酸化对珊瑚礁和其他生物的多样性造成了巨大威胁，这一系列事实与共被引文献分析得出的结果是贴合的。与其相关的物种空间分布、富营养化、河流污染与恢复等旁支领域成为国内外科学家的研究热点。碳、氮稳定同位素技术作为一种稳定且准确的检测手段，指示生物体的物质循环和能量流动信息，是水生生物生存现状的理想示踪物，这对科学家研究物种分布模型与生物多样性具有重要意义。

上述关键词得到较多关注，推测是与2021年10月在《生物多样性公约》缔约方大会上制定的《2020后全球生物多样性框架》相关，该文件推动了各国气候变化背景下海洋生物多样性保护法治体系建设，而海洋气候变化法律的规制使研究者在海洋和物种的保护修复方面的研究更加积极，如珊瑚礁和河流的恢复、分子水平上对物种空间或种类的研究、对海平面上升和海洋酸化的控制等［16］。根据气候变化对海洋生态系统的影响近5 a的分析，以及诸多相关文件的颁布情况，推测未来人们对海洋生态与气候变化的研究热点趋势是海洋酸化、珊瑚礁、物种分布模型、冰川融化与海平面上升，河流的富营养化与恢复。

人类活动所导致的气候变化影响下，全球海洋生态系统的形势不容乐观。尽管中国积极采取应对措施，如加大分子水平研究与宏观海洋生态问题的联系程度，以及推进“互联网+”和数据分析在海洋气候变化和海洋生态保护中的作用等，但现下采取的措施越来越难以应对气候变化带来的风险。在人类高资源消耗的需求下，这些应对措施的有效性会随着全球变暖的持续而不断降低，各国在未来会持续跟进对海洋生态指标的检测，以求更加了解海洋环境，防止海洋酸化的状况进一步恶化。随着勘测的进行，稳定性同位素在海洋生态研究中的应用也会变得更加广泛。同时世界各国会采取进一步的措施以抑制气候的剧烈变化，使海平面上升的进程减缓。

本文基于WOS核心合集数据库并运用Citespace软件进行可视化图谱分析，整理了海洋生态与气候变化这一课题的研究及发展趋势，意在为研究相关海洋气候变化的学者们提供研究新思路。本文数据以世界各国发表的相关文章数据出发，内容有待进一步与中国国内相关文献的结果数据对比，取得更加全面而完整的分析结果，以供海洋生态与气候变化相关领域的研究者参考。

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（编辑：唐湘茜，张 爽）