全球四大湾区基础科学研究比较分析 *——基于知识图谱研究视角

张梓郁 张 艺 周珊珊

（广东海洋大学管理学院，湛江 524088）

基础科学研究是创新源泉和科技进步基石，是一个国家或区域核心竞争力的重要体现。大湾区要实现高质量发展和成为引领世界的增长极，需重视基础科学研究。世界科技竞争呈现向创新链上游前移的态势，开展基础科学研究日趋成为各国实现高质量发展的重要范式。基础研究有助于丰富知识和技术储备，为经济发展持续供给科技成果［1］，对湾区内资本、技术等资源要素流动，产业格局调整及城市群分布产生深远影响［2］。所以，世界知名湾区在高精尖技术领域竞争也愈发依赖于基础科学研究提供的源动力。在此背景下，本研究对四大湾区基础科学研究进行探索具有重要现实意义。

世界四大湾区在定位、布局方向、人员规模、产量、政策支持等方面呈现出各自特点。从湾区定位上，纽约湾区以科技金融著称，构建世界一流的金融生态系统；旧金山湾区以科技创新领先，着力高新技术研发；东京湾区以科技产业闻名，打造全球知名高端制造业走廊；粤港澳大湾区则集中金融、产业、科技，致力于建设科教创新高地和新兴产业策源地。在产业布局方面，粤港澳大湾区以战略性新兴产业为先导，先进制造业和现代服务业为主体；纽约湾区呈现以金融业和服务业为主体的格局；东京湾区着力发展高端制造业的金融、贸易、研发和工程服务；旧金山湾区则侧重信息技术、生物医药、环境技术、国际贸易、金融和旅游等产业。在人员规模方面，四大湾区作为世界上人口密度和人员素质最高的区域之一，庞大人才队伍为基础科学研究奠定了深厚的人员储备。在湾区产量方面，2020 年粤港澳大湾区总产量约2.2 万亿美元，东京湾区约2.0 万亿美元，纽约湾区约1.8 万亿美元，旧金山湾区约0.9 万亿美元。区域生产总值主要由第三产业构成，增加值比重均在75%以上［3］。在政策支持方面，粤港澳大湾区得到《国家十四五规划》及《粤港澳大湾区发展规划纲要》等政策扶持，并被纳入“一带一路”战略规划。东京湾区以产业政策为主导，先后实施产业振兴扶持政策、重化学产业政策、以及“产业+ 资本”政策。旧金山湾区倚重于科技政策，政府通过实施研发投入和投资财税减免、人才引进、政府采购、以及知识产权保护政策，坚持创新驱动经济发展战略导向。纽约湾区除实行科技行业财税减免共性政策外，通过大力推行金融创新与培育政策、实行金融监管“外松内紧”，放宽准入交易和市场监管力度，建立灵活弹性交易制度，拓宽基金管投融渠道［4］。

长期以来，纽约和旧金山湾区的科研底蕴雄厚，在基础研究上相比其它湾区具有较大优势；而东京湾区和粤港澳大湾区的研发投入呈现“重应用开发、轻基础研究”特征［5］。随着2008 年次贷危机以及2019 年以来新冠疫情冲击，四个湾区为实现高质量发展，均将发展重心向创新链上游（基础科学研究领域）转移，研究产出具有更多共性。因此，将粤港澳大湾区纳入研究对象范畴，并以四大湾区作为整体对其基础科学研究现状进行对比分析具有重要价值，也开始引起国内外学者的关注。

迄今，学术界已经对四大湾区开展了一系列研究。例如，李楠［4］等运用案例回溯和归纳演绎法分析四大湾区的共同特征和个性特征；冯家威［6］则基于制度经济学视角对四大湾区不同时期经济增长内外动力进行实证分析。除了对四大湾区的经济结构、发展路径和动力等方面进行研究，近年来有学者开始关注大湾区科技创新议题。例如，Zhen 等［7］从科技转移模式和路径的角度出发，探究国际湾区的科技转移模式；蔡利超等［8］通过文献计量法对比分析四大湾区在科技创新方面的优劣势。虽然上述研究成果对四大湾区科技研究现状已开展初步探索，但总体上仍较缺乏对四大湾区所涉及的基础科学研究议题展开深入系统研究。鉴于此，本研究基于科学知识图谱视角，对四大湾区的基础科学研究进行跟踪分析，以期全面地梳理四大湾区的基础科学研究现状，并对湾区未来研究趋势进行探讨。

1 研究设计

1.1 研究思路

鉴于科学文献是基础科学研究成果的重要载体［9］，本研究借助文献计量和科学知识图谱方法分析四大湾区所发表科学文献，有助于把握四大湾区在全球化背景下的研究脉络与方向，弥补现有研究对该议题的关注不足。在参考杨静等［5］研究框架的基础上，本研究对四大湾区发表的科学文献中的研究主题词进行共现分析和对比分析，在此基础上探究四大湾区科学研究的重点、热点，进而比较各湾区基础科学研究优势和不足，并探讨未来研究方向。

1.2 研究方法

关键词能够反映某科学文献的研究主题，通过对某区域所发表文献的高频关键词间共现强度进行聚类分析，有助于把握该区域所关注的研究热点［10］。鉴于此，本研究使用Web of Science（WoS）核心合集数据库，采集四大湾区公开发表论文，运用文献计量方法和可视化工具VOSviewer 进行关键词（主题词）共现网络聚类分析，挖掘四大湾区基础科学研究整体着力点以及各湾区关注侧重点。

本研究以美国管理和预算办公室、《粤港澳大湾区发展规划纲要》对湾区的地理范围定义为依据，同时参考现有研究如杨道玲等［11］对湾区定义及检索词，并结合Xu 等［12］和Wu 等［13］文献检索方法，在WoS 核心合集数据库中以四大湾区的地理范围作为检索主题词进行检索。将检索年份划定为2002—2021 年，一共检索出四大湾区文献共4408631 篇。其中，粤港澳大湾区文献640820 篇，东京湾区文献829089 篇，旧金山文献828510 篇，纽约湾区文献2110212 篇。检索时间为2022 年3月1 日。

2 研究分析

2.1 四大湾区整体研究主题分析

对科研成果主题分析有助于了解相关领域研究现状［14］，本研究通过VOSviewer 工具对WoS 核心合集数据库所收录的四大湾区所发表论文进行科学知识图谱的绘制和分析，梳理出四大湾区整体研究主题，把握研究整体发展趋势。

对图1 的四大湾区文献关键词共现网络图进行分析（圆圈越大代表出现频次越高），四大湾区主要聚焦于Covid-19、Cardiovascular Disease、Cancer 等研究主题。这表明临床医学和流行病学领域是四大湾区整体关注方向，医学研究机构是各湾区开展基础科学研究的重要力量。

图1 四大湾区文献关键词共现网络Fig.1 Keyword Co-occurrence Network in Literature from Four Bay Area

1）Covid-19。四大湾区重点关注新冠病毒结构、作用机理、治疗手段等。随着疫情的扩散，各大湾区对新型冠状病毒肺炎（Corona Virus Disease 2019，Covid-19）的研究逐渐增多。例如，Guan 等［15］探究中国大陆地区2019 年冠状病毒病的临床特征，为新冠病毒的临床诊断奠定实验基础，该文被引频次高达13612 次；Zhao 等［16］发表了抗体检测在严重急性呼吸综合征冠状病毒2 型（Severe Acute Respiratory Syndrome Coronavirus 2，SARSCoV-2）感染过程中的作用研究，发现血清检测在患者诊断中具有显著应用价值。进一步分析该领域的文献发表时间、数量以及被引频次，发现哈佛大学及其医学院是该领域重要研究机构。粤港澳大湾区对Covid-19 研究文献发表时间较早，论文数量和被引频次也相对较高。这可能是因为疫情最早在中国引起关注，且区域内拥有南方医科大学、广州医科大学等机构。粤港澳大湾区短期内发表了数量可观的研究成果，在国际上处于相对领先的地位，所开展研究也引起较为广泛关注［17］。

2）Cardiovascular disease。四大湾区针对该领域研究主要集中于心血管治疗应用、代谢、并发症等方面。例如，Lim 等［18］研究环境风险对心血疾病发生率的影响；Driggin 等［19］研究发现新冠病毒感染者可能会引发心血管并发症，加剧患者重症和死亡风险。该领域重要机构有哈佛大学以及加州大学系统。纽约和旧金山湾区在该领域论文发表数量占据显著优势，是开展心血管疾病研究的重要区域。粤港澳大湾区发文量庞大但高水平研究占比仍相对较低，文章影响力与其他湾区相比仍存在显著差距。

3）Cancer。四大湾区对于该领域的研究集中于各类型癌症的免疫疗法、筛查效果的评估。例如，Hanahan 等［20］研究癌症在多阶段发展中的标志性表现，为癌症治疗新方法的开发提供了理论依据；Liang 等［21］则发表关于癌症患者对SARSCOV-2 病毒的易感性和伤害性研究。该领域主要机构有哈佛大学和斯隆—凯特林癌症研究所（Memorial Sloan-Kettering Cancer Center，MSK），前者共发表文章69497 篇，约占18.674%，后者发表31418 篇，约占8.444%。早期粤港澳大湾区在该领域的研究文献发表数量较少，而近期发表数量有显著提升，这可能得益于国家“十四五规划”对公共卫生增大财政投入和政策扶持。

2.2 四大湾区研究侧重点差异

为了把握各湾区基础科学研究的侧重点、优势领域和科研定位差异。本研究利用可视化工具VOSviewer 分别对各湾区所发表科学文献的关键词进行共现分析。

2.2.1 粤港澳大湾区

图2显示粤港澳大湾区文献关键词共现网络图，位居前列的主题词有：Deep Learning、Cloud Computing、Graphene、Photocatalysis、Internet Of Things。这表明粤港澳大湾区研究重点主要聚焦于信息技术和材料科学领域，致力于人工智能和数据挖掘、大数据和云计算应用拓展研究，以及半导体材料和光催化技术的应用。鉴于篇幅限制，本研究主要对Deep Learning 和Photocatalysis 进行探讨。

图2 粤港澳大湾区文献关键词共现网络Fig.2 Keyword Co-occurrence Network in Literature from Guangdong-Hong Kong-Macao Greater Bay Area

1）Deep learning。粤港澳大湾区主要聚焦于深度学习、搜索技术、数据挖掘、机器学习和翻译、自然语言处理、多媒体学习等相关领域。以此为主题词发表的文献共6363 篇，高被引文献227篇。其中，董超等［22］研究新型深度学习方法在单幅图像超分辨率算法上的应用；张凯等［23］研究发现前馈去噪卷积神经网络模型和残差学习可通过图形处理器计算实现。该区域主要研究机构有中山大学和深圳大学，中山大学发文量902 篇，约占14.223%；深圳大学652 篇，约占10.281%。

2）Photocatalysis。粤港澳大湾区对光催化的高效媒介和材料进行挖掘，探索光催化技术在环境保护、材料鉴别的用途。以光催化为主题发表的文献共2702 篇，高被引文献152 篇。Guo 等［24］揭示了催化过程中电荷和能量上的转移关系；Zhang 等［25］系统研究等离子体光催化的基本物理机制。该区域主要研究机构有中国科学院和华南理工大学，中国科学院共发文437 篇，约占16.197%；华南理工大学382 篇，约占14.159%。

2.2.2 东京湾区

图3展示东京湾区文献关键词共现网络图，位居前列的主题词有：Surgery、Chemotherapy、Evidence-based medicine 等。这表明东京湾区的研究重点主要聚焦于临床医学和癌症治疗等医学领域。

图3 东京湾区文献关键词共现网络Fig.3 Keyword Co-occurrence Network in Literature from Tokyo Bay Area

1）Surgery。东京湾区主要关注外科手术临床应用以及术后并发症等议题，以外科手术为主题的文献发表量为25255 篇，高被引文献121 篇。例如，Clavien 等［26］对以外科手术为主题的相关文献表述和分类进行规范和完善；Rahbari 等［27］对术后肝衰竭临床管理的影响进行分级，为肝脏外科手术的术后管理提供了新的标准。该湾区主要研究机构有东京大学和庆应大学；前者共发表文章3608 篇，约占14.289%；后者发表2237 篇，约占8.859%。东京湾区高被引文献占比较低，与其庞大发文量匹配度不高，表明东京湾区在该领域发表文章质量和水平有待改善。

2）Chemotherapy。东京湾区依托丰富医疗研究资源，对各类癌细胞治疗效果进行探索。该议题的文献发表量为15730 篇，其中高被引文献212 篇。例如，Mok 等［28］分析Pembrolizumab 单抗药物对比化疗临床试验表现；Maemondo［29］对比研究药物治疗与化疗对非小细胞肺癌的疗效和安全性，为药物与化学治疗相结合的癌症治疗方式做出了探究。该湾区主要研究机构包括日本国立癌症中心（National Cancer Center Institute，NCCI）和东京大学。其中，NCCI 共发文3688 篇，约占23.449%；东京大学1900 篇，约占12.080%。

2.2.3 纽约湾区

图4展现纽约湾区文献关键词共现网络图，位居前列的主题词有：Depression、Obesity、Immunotherapy 等。这表明纽约湾区主要聚焦于流行疾病及新型治疗等议题的探索。

图4 纽约湾区文献关键词共现网络Fig.4 Keyword Co-occurrence Network in Literature from New York Bay Area

1）Depression。纽约湾区在抑郁症诊断和监测，药物临床效果检验以及病理形成机制等方面展开广泛研究。该湾区以抑郁症为主题发表文献共37668 篇，高被引文献622 篇。例如，Ettman等［30］研究美国人在COVID-19 流行前后的抑郁症情况，发现受疫情冲击使得抑郁症的发病风险显著提升；Santini 等［31］分析美国老年人群的抑郁症状，为老年人群心理健康研究提供借鉴。该领域主要研究机构有哈佛大学和哥伦比亚大学，哈佛大学共发表文献11730 篇，约占31.150%；哥伦比亚大学5470 篇，约占14.526%。2020 年以来文献发表数量出现了小幅提升，这可能由于疫情爆发和全球大流行，生命安全风险加剧了心理障碍的发生。

2）Obesity。纽约湾区重点关注肥胖症生理成因、引发并发症、产生风险和影响等议题。以肥胖症作为主题词文献发表量高达30246 篇，高被引文献700 篇。例如，Richardson 等［32］研究纽约地区COVID-19 住院患者的肥胖并发症，发现肥胖与COVID-19 患者的患病情况呈正相关，为新冠患者的并发症研究提供新视角和思路；Ng 等［33］利用物理测量和自我报告系统调查1980—2013 年期间全球超重和肥胖患病率，为研究世界肥胖症全球流行趋势提供数据基础。该领域主要研究机构有哈佛大学，其文献发表量为10733 篇，约占35.494%。这可能因为哈佛大学具有强大医学研究资源，其附属机构如布莱根妇女医院（Brigham and Women’s Hospital，BWH）、哈佛大学公共卫生学院和医学院等均具有强大资金技术资源和高素质研究人员，因此在该领域研究中占据重要地位。

2.2.4 旧金山湾区

图5展示旧金山湾区文献关键词共现网络图，位居前列的主题词有：Epidemiology、Climate Change、Heart Failure 等。这表明该湾区研究重点主要聚焦于气候学和流行病学领域，致力于气候变化问题形成机制、影响因素和应对措施的研究，以及流行病治疗手段研究。鉴于篇幅限制，本研究主要对Epidemiology 和Climate Change 等议题展开探讨。

图5 旧金山湾区文献关键词共现网络Fig.5 Keyword Co-occurrence Network in Literature from San Francisco Bay Area

1）Epidemiology。旧金山湾区聚焦于全球流行病的分布状况、影响程度和发展趋势，以及各类流行病的防治和药物研发领域。以流行病学为主题共发表文献10479 篇，高被引273 篇。例如，Murray 等［34］以伤残调整生命年为衡量标准系统分析全球生命负担演化趋势，在全球流行疾病演化研究中具有重要影响力；Adhikari 等［35］基于对COVID-19 病毒成因和治疗手段的研究梳理，紧跟流行病感染研究前沿。该领域主要研究机构为加州大学系统，它在该领域总发文量为6226 篇，约占59.414%，形成以加州大学系统为主体研究格局。

2）Climate Change。旧金山湾区致力于分析当前全球气候变化的原因和影响，并提供切实可行的管理规划和技术方法。以气候变化为主题共发表文献11489 篇，高被引273 篇。例如，Cavicchioli 等［36］研究微生物与气候变化间的关联，指出地球气候变化将在很大程度上取决于微生物反应；Moss 等［37］研究新时期气候变化的情景评估，对气候变化评估分析具有重大借鉴意义。该领域的研究机构以加州大学系统为主体，共发文7316 篇，约占63.678%。

2.3 国内外湾区科学研究差异对比

综合对比分析四大湾区基础科学研究（如表1 所示），得知粤港澳大湾区侧重于经济价值较高、易于进行研究成果产品转化的云计算、人工智能等信息技术领域研究，以及石墨烯、半导体光催化应用的材料科学领域研究，更倾向于以商业价值和实际应用价值为导向。而国外三大湾区涉及研究领域较为广泛，在天文学、临床医学、流行病学等领域颇有建树，这表明国外湾区可能更为重视基础科学研究前沿。

表1 四大湾区研究侧重点对比Tab.1 Comparison of Research Emphases in Literature from Four Bay Areas

值得关注的是，国外三大湾区相较于粤港澳大湾区更为重视医学领域研究，包括对各流行病形成机制和尖端治疗方式的探索。相比之下，粤港澳大湾区在该领域投入存在相对不足，在践行十九大提出的“建设健康中国”战略，以及满足我国居民日益增长的医疗保障和重大疾病治疗需求的进程中仍有待完善。与世界知名湾区相比，粤港澳大湾区在创新药物方面的世界级成果还比较欠缺。鉴于此，粤港澳大湾区应该集中力量进行医学（含医药）科研布局以及开展深度产学研融合，寻求开发生物医药颠覆性技术，生产具有革命性意义新药物。

从文献质量和影响力方面分析，粤港澳大湾区的高被引文献8536 篇、东京湾区4540 篇、纽约湾区26953 篇、旧金山湾区13919 篇。这表明虽然近年来粤港澳大湾区文献发表总数得到可观的增长，但在高质量文献上还与纽约湾区和旧金山湾区存在一定差距。这可能与国内过去部分“唯论文”导向存在一定的相关性。为此，国家科技部提出“要破除科技评价中过度看重论文数量多少、影响因子高低，而忽视标志性成果的质量、贡献和影响等的不良导向”［38］，提倡发表高质量、高水平论文［39］，从而推动科技成果由重“量”向重“质”转变。

3 结果与讨论

3.1 研究结果

本研究对世界四大湾区收录于WoS 数据库的文献数据进行了关键词共现分析，研究发现四大湾区关注领域包括Covid-19、Cardiovascular Disease、Canner，这表明四大湾区重视流行病学研究，对流行病的病理机制、治疗方式展开广泛深入探索。随着以新冠肺炎为代表的传染病在全球范围内的扩散、以及各类心脑血管疾病、癌症全球发病率和患病人数增加，这些议题在四大湾区成为研究热点与重点。进一步分析发现，粤港澳大湾区重视信息技术和材料科学，东京湾区侧重于临床治疗方式理论探索，纽约湾区侧重于本土流行疾病研究，旧金山湾区相对侧重于自然科学领域。通过对粤港澳大湾区和国际三大湾区进行对比分析，发现国内湾区更重视研究成果的商业化，而国外三大湾区涉足研究范围更为广泛，在兼顾研究经济价值的同时，也十分重视学术前沿探索。

3.2 研究讨论

基于对四大湾区研究主题和侧重点的梳理，本研究对未来四大湾区研究前景进行讨论，以期为我国粤港澳大湾区开展基础科学研究提供借鉴。

1）信息技术领域。包括人工智能、大数据、云计算、物联网等领域。在2021 年发布的《中国十四五规划和2035 年远景目标纲要》文件中，主要涉及“智慧”、“智能”关键词。由于我国正处于由高速发展转向高质量发展的关键转型期，以人工智能为代表的新一代信息技术将成为“十四五”时期国家实现高质量发展和“中国制造2025”战略目标、建设创新型国家，推动新型信息化和农业现代化的关键技术保障和核心驱动力之一。因此，加强信息技术领域的资源投入和科研力度，也可能是未来粤港澳大湾区重要部署。

2）流行病防控与治疗领域。以新冠肺炎为首的传染类流行病和以心血管疾病、癌症、肥胖、抑郁症为首的非传染类疾病，正日益成为困扰人类生命健康安全的重要问题。因此，针对主要的传染类和非传染类流行病的病理形成机制以及防控和治疗手段的研究，可能仍将成为四大湾区未来相当长一段时期研究重点。

3）气候学领域。《中国气候变化蓝皮书2020》指出地球在过去5 年（2015—2019 年）中经历了最温暖的五年，2019 年世界平均气温比工业化之前大致高出1.1℃，全球气候变暖的表现和影响日益显著。因此，重视自然环境的保护，重视气候的变化尤其是温室效应等人类工业生产和生活所带来的全球气候变化，成为世界可持续发展的重要议题，而针对此领域的研究也可能成为未来四大湾区研究方向的一大重点。

3.3 研究局限性

本研究存在一些局限性。首先，在数据来源方面，本研究基于WoS 核心合集数据库进行文献检索，而未被WoS 收录的研究论著没有被纳入数据样本；此外，本研究在选取数据收集的时间跨度时主要选取了2002—2021 年数据，时间跨度有待扩大。其次，在研究对象上，粤港澳大湾区萌芽于1994 年，从学术界讨论到地方政策考量，再到国家战略的提出，历时20 余年。而东京湾区、纽约湾区和旧金山湾区的发展都始于19 世纪，其成熟度、规模和影响力优于粤港澳大湾区，因此受起步较晚、历史基础相对薄弱的原因其产出存在差异；此外，湾区本身定位的差异也会导致产出类型存在一定差异，如注重基础研究的湾区和注重成果转移转化的湾区产出成果类型存在一定差异。本研究在四个湾区进行对比的依据方面仍有待完善，需在未来研究中进一步挖掘论证。最后，在研究方法方面，本研究主要基于摘要和关键词等信息，其准确性受到科学文献关键词完整性和规范性的影响。总之，未来研究应该结合多样性的数据来源以及更长的时间跨度，综合考虑湾区间差异性并改进分析方法来弥补可能存在的不足。

数据可用性声明

支撑本研究的科学数据已在中国科学院科学数据银行（Science Data Bank）ScienceDB 平台公开发布，访问地址为https ／:／www.doi.org／10.57760／sciencedb.j00053.00042 或http:／／resolve.pid21.cn／31253.11.sciencedb.j00053.00042。