基于地球環(huán)境科學(xué)的自然指數(shù)期刊科學(xué)計(jì)量分析

李文蘭+王野

〔摘要〕針對(duì)自然指數(shù)在我國(guó)相關(guān)研究缺乏，且均以自然指數(shù)既有指標(biāo)為主體展開的問題，本文選擇地球環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的自然指數(shù)期刊為主體展開科學(xué)計(jì)量分析?；诠脖灰凸铂F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)理論，利用科學(xué)計(jì)量工具CiteSpace對(duì)研究主體近十年間高被引論文進(jìn)行熱點(diǎn)和前沿計(jì)量分析。研究揭示了地球環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)及前沿以及該領(lǐng)域快速發(fā)展的趨勢(shì)，研究基于Sigma值視角下的前沿計(jì)量分析方法相對(duì)傳統(tǒng)分析更顯全面，對(duì)CiteSpace計(jì)量工具的使用具有一定參考價(jià)值，研究同時(shí)總結(jié)了自然指數(shù)在評(píng)估科研時(shí)的不足之處。

〔關(guān)鍵詞〕自然指數(shù)；科學(xué)計(jì)量；地球環(huán)境科學(xué)；CiteSpace；Sigma

〔Abstract〕In China，relevant researches about of Nature Index are of shortage，and all of them are conducted with the Nature Index existing indicators as their object.For this problem，this paper selected the Nature Index Journals of Earth and Environment Science Field as object to make scientometric analysis.Based on the theory of co-cited and co-occurrence，this paper made an analysis of hot-spots and research fronts about research object according to the cited papers published in the past ten years with the help of scientometrics software CiteSpace.It revealed the hot-spots and fronts in the Earth and Environmental Science Field as well as the trend of rapid development in this field.Compared to the conventional method，this method of scientometric analysis about research fronts from the perspective of Sigma values was more comprehensive，and also had a certain reference value by using CiteSpace.This paper also summarized the shortcomings of the Nature Index in the evaluation of scientific research.

〔Key words〕nature index；scientometrics；earth and environmental science；CiteSpace；Sigma

1研究背景及問題提出

2014年自然出版集團(tuán)推出旨在評(píng)估不同國(guó)家和科研機(jī)構(gòu)科研貢獻(xiàn)的科學(xué)計(jì)量指標(biāo)——自然指數(shù)之后，因其權(quán)威性和科學(xué)性，迅速引起了學(xué)術(shù)界和媒體界的廣泛關(guān)注。我國(guó)近年來科研實(shí)力的迅猛進(jìn)步，自然指數(shù)指標(biāo)評(píng)估體現(xiàn)明顯，2016年發(fā)布的最新自然指數(shù)排行顯示，我國(guó)是全球高質(zhì)量科研論文第二大貢獻(xiàn)國(guó)，僅次于美國(guó)，中國(guó)高校及科研機(jī)構(gòu)表現(xiàn)強(qiáng)勢(shì)，中國(guó)科學(xué)院位居全球科研機(jī)構(gòu)榜首，7所中國(guó)高校排行進(jìn)入全球前50。

自然指數(shù)相關(guān)報(bào)道如火如荼，但自然指數(shù)相關(guān)研究甚少。筆者以檢索式“自然指數(shù) or Nature Index”在CNKI中進(jìn)行關(guān)鍵詞檢索，僅檢索到4篇相關(guān)文章。具體研究中，馬路等以自然指數(shù)指標(biāo)分析了2014年中國(guó)部分高校生命科學(xué)學(xué)科的科研產(chǎn)出情況；李榮對(duì)比分析了南京師范大學(xué)在我國(guó)同類師范院校中的科研表現(xiàn)，并就如何利用自然指數(shù)為高?？茖W(xué)發(fā)展提供服務(wù)提出建議[2]；林琳探討了自然指數(shù)對(duì)于科技創(chuàng)新評(píng)價(jià)的意義[3]；顧笑迎等以自然指數(shù)指標(biāo)為參考評(píng)估了我國(guó)深海資源研究的學(xué)術(shù)影響力[4]。這些研究均以自然指數(shù)既有指標(biāo)為主體，沒有對(duì)自然指數(shù)進(jìn)行深入研究，缺乏深層次思考。本文中筆者選取自然指數(shù)期刊發(fā)表論文為研究對(duì)象，采用使用較為成熟的科學(xué)計(jì)量軟件CiteSpace為研究工具這一新視角對(duì)自然指數(shù)期刊進(jìn)行計(jì)量研究旨在揭示出一些問題。

自然指數(shù)是自然出版集團(tuán)于2014年提出的旨在評(píng)價(jià)全球優(yōu)質(zhì)科學(xué)研究的綜合指標(biāo)，自然指數(shù)基于化學(xué)、物理學(xué)、生命科學(xué)、地球與環(huán)境科學(xué)四大學(xué)科領(lǐng)域的68種國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊發(fā)表的學(xué)術(shù)論文進(jìn)行科學(xué)計(jì)量，入選自然指數(shù)的期刊基于權(quán)威在職科學(xué)家完全依靠學(xué)術(shù)判斷力，不參考影響因子、H指數(shù)等量化指標(biāo)選出。入選的68種期刊不到JCR收錄期刊總數(shù)的1%，但卻貢獻(xiàn)了近30%的被引用次數(shù)，自然指數(shù)提供了三大評(píng)價(jià)指標(biāo)，分別為AC統(tǒng)計(jì)過去12個(gè)月國(guó)家或科研機(jī)構(gòu)在自然指數(shù)期刊上發(fā)表的論文數(shù)目；FC統(tǒng)計(jì)發(fā)表論文中機(jī)構(gòu)作者的貢獻(xiàn)和（當(dāng)一篇論文作者數(shù)為N時(shí)，則每位作者對(duì)該論文貢獻(xiàn)記為“1/N”分））；WFC為FC指標(biāo)的改進(jìn)，對(duì)發(fā)表在天文學(xué)和天體物理學(xué)上的期刊論文FC值乘以02（兩學(xué)科在自然指數(shù)期刊發(fā)文數(shù)量占總量近80%）。當(dāng)前在自然指數(shù)期刊發(fā)表論文，已然成了高水平學(xué)術(shù)能力的象征。

研究工具

CiteSpace是一款運(yùn)用較為成熟的科學(xué)計(jì)量可視化軟件，由美國(guó)德雷塞爾大學(xué)陳超美博士開發(fā)。該軟件主要基于共被引分析理論和尋徑網(wǎng)絡(luò)算法等對(duì)特定領(lǐng)域文獻(xiàn)進(jìn)行計(jì)量，以探尋出學(xué)科領(lǐng)域演化的關(guān)鍵路徑及知識(shí)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，并通過一系列可視化圖譜的繪制來形成對(duì)學(xué)科演化潛在動(dòng)力機(jī)制的分析和學(xué)科發(fā)展前沿的探測(cè)。

數(shù)據(jù)來源與處理

為便于對(duì)自然指數(shù)期刊發(fā)表論文進(jìn)行科學(xué)計(jì)量研究，本文選取地球與環(huán)境領(lǐng)域期刊發(fā)表論文為對(duì)象，主要基于以下兩個(gè)原因：（1）自然指數(shù)四大領(lǐng)域科研表現(xiàn)中，我國(guó)在該領(lǐng)域表現(xiàn)相對(duì)較弱，以該領(lǐng)域?yàn)閷?duì)象進(jìn)行研究分析，對(duì)該領(lǐng)域的研究會(huì)有一定參考價(jià)值；（）被該領(lǐng)域收錄的期刊及發(fā)表論文數(shù)量相對(duì)較少，便于計(jì)量分析，同時(shí)保證了研究工具的可操作性。入選自然指數(shù)地球環(huán)境科學(xué)主題領(lǐng)域的12種期刊見表1。

4研究方法與過程

因自然指數(shù)主要是針對(duì)國(guó)家或研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行科研貢獻(xiàn)分析的計(jì)量指標(biāo)，本文在對(duì)自然指數(shù)期刊論文科學(xué)計(jì)量分析時(shí)重點(diǎn)放在熱點(diǎn)及前沿兩個(gè)角度，主要過程如下：

（1）利用CiteSpace對(duì)每年論文數(shù)量統(tǒng)計(jì)分析。

（2）基于高頻次和高中心性關(guān)鍵詞角度計(jì)量分析地球環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域自然指數(shù)期刊論文反映出當(dāng)前國(guó)際研究熱點(diǎn)。

（3）前沿領(lǐng)域方面，基于Sigma值的新視角對(duì)自然指數(shù)期刊進(jìn)行科學(xué)計(jì)量研究。

3總體發(fā)文描述性統(tǒng)計(jì)

通過CiteSpace對(duì)所下載期刊論文進(jìn)行去重處理，得到了9 633條期刊論文數(shù)據(jù)記錄，具體分布如圖1所示。對(duì)自然指數(shù)地球與環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域期刊論文頻次統(tǒng)計(jì)分析顯示，該領(lǐng)域高質(zhì)量論文數(shù)量雖在2009年、2011年及2015年出現(xiàn)小幅回落，但整體呈現(xiàn)逐年上升趨勢(shì)，表明近十年來該領(lǐng)域持續(xù)被研究者高度關(guān)注，該領(lǐng)域研究在近十年得到了進(jìn)一步發(fā)展。隨著領(lǐng)域研究不斷深入和拓展，該學(xué)科將會(huì)得到更進(jìn)一步發(fā)展，預(yù)測(cè)分析該領(lǐng)域高質(zhì)量論文數(shù)量會(huì)持續(xù)增加。圖1前20%高被引論文數(shù)量分布

4熱點(diǎn)計(jì)量分析

關(guān)鍵詞是論文核心內(nèi)容信息的體現(xiàn)，充分體現(xiàn)了研究者的學(xué)術(shù)思想和觀點(diǎn)，科學(xué)計(jì)量理論中常用關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析顯示研究領(lǐng)域熱點(diǎn)，展示知識(shí)領(lǐng)域研究前沿的演化。共現(xiàn)詞分析理論認(rèn)為當(dāng)兩個(gè)關(guān)鍵詞同時(shí)出現(xiàn)在一篇文獻(xiàn)時(shí)，這兩個(gè)關(guān)鍵詞存在著共現(xiàn)關(guān)系[5]，關(guān)鍵詞共現(xiàn)頻次越多，文獻(xiàn)研究主題就越接近，在CiteSpace生成的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖譜中，它們之間的距離就越接近。

基于CiteSpace在關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)知識(shí)圖譜計(jì)量分析中，節(jié)點(diǎn)的大小等比例代表著關(guān)鍵詞共現(xiàn)出現(xiàn)的次數(shù)，節(jié)點(diǎn)中不同年輪圈代表著不同年份該關(guān)鍵詞共現(xiàn)次數(shù)，年份的年輪越厚，代表著相應(yīng)年份關(guān)鍵詞共現(xiàn)的次數(shù)越多，關(guān)鍵詞共現(xiàn)次數(shù)越多表明其受關(guān)注的程度越高。對(duì)地球環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域自然指數(shù)期刊論文熱點(diǎn)計(jì)量操作分析得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜，如圖所示。

41熱點(diǎn)領(lǐng)域分析

圖譜中，共有115個(gè)節(jié)點(diǎn)和343條連線，節(jié)點(diǎn)的大小代表關(guān)鍵詞受關(guān)注的程度，高中心性對(duì)研究領(lǐng)域具有較大影響力的節(jié)點(diǎn)以紫色突出顯示?？芍匀恢笖?shù)期刊論文反映出地球環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域近十年研究熱點(diǎn)主要集中在了A、B、C三大方向，其中C是最主要的方向?；诠铂F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵詞的內(nèi)在聯(lián)系，對(duì)熱點(diǎn)領(lǐng)域分析如下：

A類主要是疾病方面的熱點(diǎn)詞匯，包括疾病（Disease）、機(jī)制（Mechanism）、基因（Gene）、表現(xiàn)（Expression）等。地球環(huán)境與人類生存息息相關(guān)，地球環(huán)境的惡化給人類帶來了諸多的疾病，使得疾病方面的研究成為了地球環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的一大主題，這也體現(xiàn)了地球環(huán)境科學(xué)與生命科學(xué)等學(xué)科的融合性發(fā)展趨勢(shì)。

B類主要是人類與生態(tài)方面研究的熱點(diǎn)詞匯，包括演化（Evolution）、人口（Population）、增長(zhǎng)（Growth）、多樣性（Diversity）、模式（Pattern）等，人類社會(huì)的發(fā)展，人類數(shù)量的增長(zhǎng)，使得對(duì)地球生態(tài)產(chǎn)生了很大的影響，地球生物的生存狀況因此改變，人類與地球生態(tài)模式相關(guān)的研究也因此成為了地球環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的一大熱點(diǎn)。

C類是最主流的研究熱點(diǎn)方向，主要是氣候變化與生態(tài)系統(tǒng)方面研究的熱點(diǎn)詞匯，包括模型（Model）、氣候變化（Climate Change）、氣候（Climate）、生物變異（Variability）、溫度（Temperature）、海洋（Ocean）、水（Water）、生物多樣性（Biodiversity）、循環(huán)（Circulation）、美國(guó)（United States）圖關(guān)鍵詞共現(xiàn)知識(shí)圖譜

等等，這些熱點(diǎn)詞匯涵蓋了地球的地理概貌、生態(tài)系統(tǒng)，生物多樣性、氣候變化，研究模型，還涉及了參與該方向的主要研究國(guó)家。隨著地球環(huán)境的日益嚴(yán)峻，生態(tài)系統(tǒng)不協(xié)調(diào)現(xiàn)象加劇以及地球氣候變化對(duì)人類生存影響不斷擴(kuò)大，此方面研究成了該領(lǐng)域的重要研究方向，各國(guó)都給予了高度的重視。

4核心關(guān)鍵詞計(jì)量統(tǒng)計(jì)

為探尋自然指數(shù)期刊論文在地球環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域過去10年中的核心研究關(guān)鍵詞，筆者手動(dòng)排除了學(xué)科常用術(shù)語如Model、Expression和System等，選擇高頻次和高中心性關(guān)鍵詞，這是因?yàn)樵诳茖W(xué)計(jì)量理論中認(rèn)為高頻次關(guān)鍵詞反映的研究?jī)?nèi)容受關(guān)注程度高，高中心性關(guān)鍵詞在研究領(lǐng)域中有著高中介作用和影響程度，高中心性關(guān)鍵詞反映的研究?jī)?nèi)容在研究領(lǐng)域具有較大的轉(zhuǎn)折意義和樞紐作用[6]。計(jì)量分析得到的核心關(guān)鍵詞如表所示，這些關(guān)鍵詞詮釋了過去10年間自然指數(shù)地球環(huán)境學(xué)科中最受關(guān)注的研究點(diǎn)。

5前沿計(jì)量分析

科學(xué)計(jì)量理論中關(guān)于何為研究前言的理論有很多，Price認(rèn)為某個(gè)領(lǐng)域的研究前沿是由科學(xué)家積極引用的40～50篇最近發(fā)表的文章組成的動(dòng)態(tài)聚類；Braam認(rèn)為集中關(guān)注的一系列相關(guān)問題和概念形成了研究前沿[8]；Persson認(rèn)為引用相同文獻(xiàn)的文章構(gòu)成了研究前沿[9]；Morris將研究前沿定義為持續(xù)被一組固定的，與時(shí)間無關(guān)的基本文章引用的大量文章，可用人工提取的標(biāo)題詞來進(jìn)行表示[0]；陳超美認(rèn)為研究前沿是正在興起的理論趨勢(shì)和新研究主題的涌現(xiàn)]。表核心關(guān)鍵詞計(jì)量統(tǒng)計(jì)表

Top10高頻次關(guān)鍵詞Top10高中心性關(guān)鍵詞#關(guān)鍵詞頻次#關(guān)鍵詞中介中心性1Climate Change4871Climate0252Variability4662Surface0233Temperature4143Climate Change0124Climate3984Variability0125Ocean3285Water0126Diversity3186Temperature017Water2637Community018Transport2508Ecosystem019Disease2469Ecology0110Biodiversity23810Ocean、Carbon008

這些理論為研究某個(gè)領(lǐng)域的前沿提供了多種視角，其中國(guó)內(nèi)使用CiteSpace進(jìn)行主題領(lǐng)域前沿研究分析時(shí)主要基于突現(xiàn)主題詞、關(guān)鍵詞以及文獻(xiàn)共被引聚類等3個(gè)角度，本文基于CiteSpace以一種新的視角來對(duì)自然指數(shù)期刊進(jìn)行前沿計(jì)量分析，具體思路是通過CiteSpace尋找到Sigma值最高的一篇文獻(xiàn)以及這篇文獻(xiàn)所在聚類中的Citing Reference，將這組文獻(xiàn)視為研究前沿文獻(xiàn)，再對(duì)這組前沿文獻(xiàn)進(jìn)行分析歸類，進(jìn)而細(xì)分為具體的研究前沿主題。Sigma值主要用來發(fā)現(xiàn)科學(xué)研究中具有創(chuàng)新性的文獻(xiàn)，高Sigma值文獻(xiàn)出現(xiàn)在學(xué)科發(fā)展的重要突出領(lǐng)域，是研究前沿聚集的重要地帶[2]。Sigma值是CiteSpace中結(jié)合節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中重要性（中介中心性）和節(jié)點(diǎn)在時(shí)間上的重要性（突發(fā)性）兩個(gè)指標(biāo)復(fù)合構(gòu)造的測(cè)度節(jié)點(diǎn)重要性的一個(gè)指標(biāo)。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中利用Sigma值來判斷節(jié)點(diǎn)重要程度比單純使用節(jié)點(diǎn)中心性和突發(fā)性更加全面，陳超美教授給出的計(jì)算方法為：

中前沿文獻(xiàn)核心關(guān)鍵詞歸類分析可知，地球環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域自然指數(shù)期刊發(fā)表論文揭示了全球氣候變化是該領(lǐng)域未來的主要前沿研究領(lǐng)域，進(jìn)一步細(xì)分發(fā)現(xiàn)化學(xué)氣候變化預(yù)測(cè)模型、大氣溫度、大氣環(huán)流模式、全球降水、臭氧、氣候風(fēng)暴預(yù)測(cè)模型、平流層水汽變化、溫室氣體、中層大氣、ERA-40氣候預(yù)測(cè)分析系統(tǒng)、全球雷電分布、對(duì)流層大氣、水蒸氣、大氣轉(zhuǎn)移模型、水蒸氣等是氣候變化前沿領(lǐng)域的主要研究點(diǎn)。

筆者進(jìn)一步整理發(fā)現(xiàn)，這些前沿研究點(diǎn)主要基于以下3個(gè)角度展開研究：

（1）構(gòu)建一種行之有效的氣候預(yù)測(cè)模型，旨在能夠更加精準(zhǔn)的預(yù)測(cè)地球未來氣候及溫度變化趨勢(shì)，為人類預(yù)防相關(guān)潛在危害提供幫助。

（2）深層次探索分析影響地球氣候變化的因素以及產(chǎn)生這些因素的原因，旨在為人類應(yīng)對(duì)氣候變化問題提供新思路。

（3）分析地球氣候變化給地球及人類帶來的影響以及這些影響給人類生活帶來的改變。

6研究總結(jié)

本文通過利用科學(xué)計(jì)量可視化軟件CiteSpace對(duì)地球環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的12種自然指數(shù)期刊進(jìn)行科學(xué)計(jì)量分析，得出以下總結(jié)與思考：

（1）地球環(huán)境科學(xué)在近十年內(nèi)得到了持續(xù)的高關(guān)注度，領(lǐng)域研究得到更進(jìn)一步的發(fā)展，氣候變化與生態(tài)、人類與生態(tài)及疾病及預(yù)防是該領(lǐng)域近十年主要熱點(diǎn)領(lǐng)域；全球氣候變化是地球環(huán)境科學(xué)未來主要前沿領(lǐng)域，具體前沿研究熱點(diǎn)有化學(xué)氣候變化預(yù)測(cè)模型、大氣溫度、溫室氣體等。同時(shí)基于地球環(huán)境科學(xué)自然指數(shù)期刊計(jì)量分析發(fā)現(xiàn)該領(lǐng)域研究呈現(xiàn)了多學(xué)科融合趨勢(shì)，如基因技術(shù)等在人類疾病治療及預(yù)防上的研究體現(xiàn)了與生命科學(xué)的融合；該領(lǐng)域研究方法側(cè)重定量分析，如在氣候變化領(lǐng)域研究中涉及到大量的數(shù)據(jù)采集、處理以及模型的構(gòu)建和仿真，諸多定量分析方法在地球環(huán)境科學(xué)中起著很大的推動(dòng)作用。

（2）在對(duì)自然指數(shù)期刊計(jì)量分析的過程中發(fā)現(xiàn)自然指數(shù)入選期刊重基礎(chǔ)學(xué)科研究創(chuàng)新，應(yīng)用型研究尚少，自然指數(shù)主要基于對(duì)大學(xué)科進(jìn)行科學(xué)計(jì)量分析，諸多細(xì)小學(xué)科未考慮到，在前入選的選擇上雖然基于權(quán)威的同行評(píng)議，但仍顯主觀色彩，不夠全面，這使得本文計(jì)量研究結(jié)果存在不足；在整理入選自然指數(shù)的期刊時(shí)發(fā)現(xiàn)，《自然》系列子刊所占比例較大，共計(jì)17種期刊入選，占比達(dá)25%，自然出版集團(tuán)有自我吹捧之嫌；自然指數(shù)在評(píng)價(jià)科研機(jī)構(gòu)時(shí)會(huì)產(chǎn)生小型科研機(jī)構(gòu)不占優(yōu)勢(shì)的問題；另外需要值得注意的是自然指數(shù)只是對(duì)四大基礎(chǔ)學(xué)科進(jìn)行計(jì)量分析，并不能全面反映一個(gè)國(guó)家或者機(jī)構(gòu)的科研實(shí)力，對(duì)待自然指數(shù)方面我國(guó)的突出成績(jī)，無論是媒體還是學(xué)術(shù)界要客觀對(duì)待。

（3）本文基于Sigma值視角下得地球環(huán)境科學(xué)自然指數(shù)期刊前沿計(jì)量分析，利用高Sigma值文獻(xiàn)探尋研究前沿突出地帶，指標(biāo)綜合考慮了網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)的中介中心性和突發(fā)性，使得前沿的分析上相對(duì)依靠突現(xiàn)主題詞、關(guān)鍵詞更加全面。Web of Science提供的前沿文獻(xiàn)組關(guān)鍵詞的歸類分析前沿結(jié)果相對(duì)文獻(xiàn)共被引聚類等方法結(jié)果更加具體，方法對(duì)使用CiteSpace進(jìn)行前沿分析具有一定的參考價(jià)值。

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