國內(nèi)氣象觀測研究現(xiàn)狀的文獻(xiàn)計量學(xué)分析

姜 明，史 靜，楊妍辰，黨 岳

（1.天津市氣象探測中心，天津 300061；2.天津市東麗區(qū)氣象局，天津 300399）

引言

氣象觀測是氣象業(yè)務(wù)發(fā)展和大氣科學(xué)研究的基礎(chǔ)，隨著氣象觀測科技創(chuàng)新的不斷發(fā)展，有效的提高了氣象觀測技術(shù)，氣象觀測能力和業(yè)務(wù)穩(wěn)定運行能力顯著增強，觀測質(zhì)量效益穩(wěn)步提升［1］。但面對國家戰(zhàn)略的氣象服務(wù)保障、國際氣象科技競爭和全面實現(xiàn)氣象現(xiàn)代化對氣象觀測提出的新要求，有必要掌握氣象觀測領(lǐng)域的發(fā)展歷程、研究重點以及未來的研究方向。

文獻(xiàn)計量學(xué)通過數(shù)學(xué)、統(tǒng)計學(xué)等計量研究方法，可以從一個研究領(lǐng)域的文獻(xiàn)信息中得到該領(lǐng)域的研究熱點、主要貢獻(xiàn)專家及學(xué)科領(lǐng)域等重要內(nèi)容，文獻(xiàn)計量分析己被看作總結(jié)歷史研究成果、揭示未來研究趨勢的一種重要工具［2，3］。本文對2010—2020 年中國知網(wǎng)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫中有關(guān)氣象觀測領(lǐng)域的文獻(xiàn)進行研究，采用文獻(xiàn)計量學(xué)及對高頻關(guān)鍵詞的共現(xiàn)分析，多角度探討氣象觀測的研究特征及研究熱點，為氣象觀測研究理清發(fā)展歷程，為未來研究方向提供思路。

1 數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

文中以中國知網(wǎng)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫為文獻(xiàn)資源，以“氣象觀測”或“氣象探測”為主題進行檢索，忽略“中英文擴展”選項，檢索時間為2010 年至2020 年。共檢索到論文4682 篇（僅學(xué)術(shù)期刊），其中重點期刊486篇（包含SCI來源、EI來源、北大核心、CSSCI和CSCD）。

1.2 數(shù)據(jù)處理方法

（1）論文資料缺失剔除

主題關(guān)鍵詞檢索后按照作者、關(guān)鍵詞和發(fā)文機構(gòu)3 個要素進行統(tǒng)計，對無數(shù)據(jù)的記錄進行剔除。剔除無作者、無關(guān)鍵詞、無發(fā)文機構(gòu)相關(guān)文獻(xiàn)共304 篇。

（2）作者及機構(gòu)統(tǒng)一

將作者及所在機構(gòu)合并進行檢索統(tǒng)計，并針對部分發(fā)文機構(gòu)不一致的情況，對發(fā)文機構(gòu)名稱進行統(tǒng)一，如“內(nèi)蒙古自治區(qū)武川縣氣象局”和“內(nèi)蒙古自治區(qū)呼和浩特市武川縣氣象局”統(tǒng)一為前者。

（3）核心作者確定

利用普萊斯定律［4］對論文中的核心作者進行確定，首先計算核心作者的最低發(fā)文量Mp，其計算公式如下：

其中Mp為根據(jù)普萊斯定律確定的核心作者最低發(fā)文量，Npmax為氣象觀測相關(guān)領(lǐng)域科技論文作者的最高發(fā)文量。

其次，根據(jù)氣象觀測領(lǐng)域所搜集科技文獻(xiàn)最高被引頻次Ncmax來計算高被引文獻(xiàn)的被引用頻次下限Mc。

（4）關(guān)鍵詞同意合并

在關(guān)鍵詞預(yù)處理階段，采用關(guān)鍵詞替換（如將關(guān)鍵詞“渦動相關(guān)”、“渦動相關(guān)系統(tǒng)”等統(tǒng)一利用“渦動相關(guān)法”替換）、關(guān)鍵詞歸納（如將關(guān)鍵詞“數(shù)據(jù)處理”、“數(shù)據(jù)分析”等數(shù)據(jù)處理類的關(guān)鍵詞統(tǒng)一歸納為“數(shù)據(jù)處理”）和關(guān)鍵詞剔除（如將“作用”、“總結(jié)”等意義范圍過大的關(guān)鍵詞予以剔除）［5］，對關(guān)鍵詞進行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文量變化

發(fā)文量是科學(xué)界對某一領(lǐng)域關(guān)注程度的總體表征，可在一定程度上反應(yīng)該領(lǐng)域的發(fā)展速度和發(fā)展歷程［6］。繪制關(guān)于“氣象觀測”研究的逐年發(fā)文量統(tǒng)計圖（圖1），從圖中可以看出自2010 年開始，“氣象觀測”研究的發(fā)文量呈先上升后下降趨勢。2010 年至2015 年發(fā)文量逐年遞增（平均增速15%，2011 增速最大至27%）。2016 年發(fā)文量出現(xiàn)小幅下降，隨后開始快速增長并在2018 年發(fā)文量達(dá)到最高，全年發(fā)文622 篇，2018 年后論文發(fā)文數(shù)量開始逐年遞減，2020 年發(fā)文量與2016 年發(fā)文量持平。

2.2 發(fā)文作者

經(jīng)統(tǒng)計，4378 篇氣象觀測領(lǐng)域文獻(xiàn)由4085 位學(xué)者產(chǎn)出，其中發(fā)文量超過2 篇的作者（201 人）作為核心作者。核心作者中市級單位作者比例最高為30%，其次為省級單位（23%）；83%的（168 人）作者來自各類氣象業(yè)務(wù)機構(gòu)，在氣象觀測領(lǐng)域核心作者仍以氣象部門內(nèi)部作者為主。其中有54 名作者來自國家級或省級探測、信息業(yè)務(wù)單位，表明在氣象部門內(nèi)部探測中心和信息中心承擔(dān)專項氣象探測任務(wù)，具有明顯的研究優(yōu)勢。

圖2 核心作者的單位分布情況

2.3 發(fā)文區(qū)域及行業(yè)

以論文第一完成單位所在行政區(qū)作為發(fā)文地區(qū)劃分依據(jù)，全部文獻(xiàn)中可按行政區(qū)劃劃分的文章總量為4297 篇，其余32 篇文獻(xiàn)主要為部隊番號文章，無法進行劃分。

全國31 個?。ㄎ唇y(tǒng)計香港、澳門、臺灣，下同）平均發(fā)文量139 篇，我國東部以環(huán)渤海、珠三角、東北地區(qū)發(fā)文總量較高且較為集中，西部地區(qū)新疆、甘肅地區(qū)發(fā)文量較高，在中部地區(qū)以四川地區(qū)為代表發(fā)表論文量較高，上述地區(qū)對氣象觀測領(lǐng)域的科研貢獻(xiàn)較為突出。

從主要行業(yè)的發(fā)文情況統(tǒng)計結(jié)果來看（表1），發(fā)文行業(yè)以氣象部門內(nèi)部為主，氣象部門大量的文獻(xiàn)發(fā)表集中在一般期刊，而高校及科研院所在核心期刊發(fā)文比例最大。表明在氣象觀測前沿學(xué)術(shù)研究中以高校、科研院所和氣象系統(tǒng)研究為主，在氣象觀測應(yīng)用或基礎(chǔ)問題研究中以氣象部門單位研究為主。

表1 發(fā)文主要行業(yè)情況統(tǒng)計

2.4 學(xué)科類別分布

根據(jù)統(tǒng)計，氣象觀測相關(guān)文獻(xiàn)共涉及20 個學(xué)科類別，表2 給出了排名前五的學(xué)科類別。其中氣象學(xué)學(xué)科發(fā)文占全部發(fā)文量的87.0%（3763 篇）。農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)發(fā)文401 篇、航空航天科學(xué)與工程學(xué)科領(lǐng)域發(fā)文358 篇，表明氣象觀測與上述領(lǐng)域橫向交叉較為緊密。在計算機軟件及計算機應(yīng)用、自動化技術(shù)、電信技術(shù)三個計算機通信類學(xué)科總發(fā)文量為456篇，占比10.5%，氣象觀測技術(shù)的創(chuàng)新及發(fā)展離不開自動化工程及通信技術(shù)的提升，因此上述學(xué)科領(lǐng)域與氣象觀測研究及技術(shù)應(yīng)用的有效融合，可以進一步促進氣象觀測技術(shù)的發(fā)展。

表2 發(fā)文學(xué)科類別前五名發(fā)文量情況

2.5 關(guān)鍵詞（主題）分析

圖4 給出了利用VOSviewer 軟件繪制的全部文獻(xiàn)詞頻大于11 次的關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖，根據(jù)VOSviewer提示的關(guān)鍵詞聚類，將關(guān)鍵詞劃分為主要的8 個類別，各類別的主題及代表性關(guān)鍵詞見表3。

表3 關(guān)鍵詞聚類分析各類別主題及代表性關(guān)鍵詞

（1）氣象衛(wèi)星

圖3 氣象觀測研究關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖

以風(fēng)云氣象衛(wèi)星為代表的衛(wèi)星遙感資料是氣象觀測研究的主要領(lǐng)域之一，是綜合氣象觀測中空基觀測的主要手段。氣象衛(wèi)星的數(shù)據(jù)反演及處理是遙感數(shù)據(jù)處理的重要手段，豐富化的反演產(chǎn)品成為各項氣象機理研究的主要支撐數(shù)據(jù)［8-9］。同時在氣象衛(wèi)星研究主題中，日本向日葵衛(wèi)星也成為我國學(xué)者開展氣象衛(wèi)星遙感的主要數(shù)據(jù)及分析來源［10］。

（2）地面氣象觀測及應(yīng)用

“地面氣象觀測”是全部關(guān)鍵詞中出現(xiàn)頻率最高的關(guān)鍵詞（次），表明該詞為氣象觀測研究領(lǐng)域的熱點。同時該主題表明在農(nóng)業(yè)、民航及水利等代表性行業(yè)均與氣象觀測更為緊密；氣象裝備、氣象服務(wù)代表了氣象觀測的基礎(chǔ)方向；另外在主題下包含了“智慧氣象”主題詞，近年來以“智慧氣象”為代表的氣象事業(yè)發(fā)展［11］，將進一步擴大氣象向各行業(yè)的融入。

（3）氣象要素

各類氣象要素以溫度、降水、能見度等為代表的氣象要素是科技學(xué)者關(guān)注的重點，同時以無人機［12］為代表的新型氣象探測設(shè)備進一步豐富了氣象要素獲取途徑。通過觀測對比分析，是評價氣象觀測資料準(zhǔn)確性的重要途徑。

（4）自動氣象站

自動氣象站的研究及應(yīng)用一直成為研究熱點并持續(xù)到2015 年左右，近年來新型自動氣象站逐漸成為了氣象觀測科研工作者關(guān)注的熱點。自動氣象站的研究主要聚焦兩方面內(nèi)容，一是圍繞自動氣象站故障的應(yīng)用分析；另一方面是自動化技術(shù)的不斷創(chuàng)新研究，如傳感器陣列等傳感器技術(shù)、自動化控制技術(shù)的融入促進了自動氣象站的不斷更新和發(fā)展［13-14］。

（5）高空氣象觀測

在近十年高空氣象研究中，高空氣象仍以L 波段雷達(dá)、探空儀及天地一體化探測為主要研究內(nèi)容，同時針對強對流天氣中天氣雷達(dá)、云雷達(dá)等技術(shù)的應(yīng)用豐富了高空氣象觀測技術(shù)［15］。目前新一代探空雷達(dá)（北斗探空）以及平流層平飄氣球技術(shù)［16］是我國正在集中發(fā)展的新型探空技術(shù)，特別是平飄氣球技術(shù)更成為國際首例，達(dá)到了國際領(lǐng)先水平。

（6）氣象觀測業(yè)務(wù)改革

關(guān)于氣象觀測業(yè)務(wù)改革主題，更多的是對業(yè)務(wù)改革后的觀測質(zhì)量、業(yè)務(wù)質(zhì)量及相對對策開展針對性政策及發(fā)展研究［17］，相關(guān)研究緊貼我國地面氣象觀測自動化改革歷程，隨著觀測自動化業(yè)務(wù)改革持續(xù)深入，會有更多的新技術(shù)成為氣象觀測發(fā)展重點，地面氣象觀測會迎來新的發(fā)展階段。

（7）綜合氣象觀測技術(shù)發(fā)展

該部分主題關(guān)注新形勢下氣象觀測技術(shù)發(fā)展，以質(zhì)量提升為目的，以技術(shù)改革及技術(shù)發(fā)展為手段，重點解決綜合氣象發(fā)展中的各項問題，提出解決和應(yīng)對措施［18］，主要為宏觀性政策研究及對策研究。

（8）氣象運行監(jiān)控

隨著觀測業(yè)務(wù)的改革，觀測資料的質(zhì)量評價及運行監(jiān)控亦逐漸成為學(xué)術(shù)研究重點，本主題圍繞氣象觀測運行監(jiān)控技術(shù)，期望實現(xiàn)觀測數(shù)據(jù)的實時質(zhì)量控制和評價，在業(yè)務(wù)上圍繞中國氣象局多類運行監(jiān)控系統(tǒng)［19-21］及省級自建系統(tǒng)對觀測系統(tǒng)基礎(chǔ)信息、觀測數(shù)據(jù)傳輸、大數(shù)據(jù)共享、觀測數(shù)據(jù)產(chǎn)品及觀測數(shù)據(jù)質(zhì)量評價等開展相關(guān)研究及技術(shù)創(chuàng)新工作。

從關(guān)鍵詞出現(xiàn)隨時間變化來看，衛(wèi)星氣象、地面氣象觀測、自動氣象站等研究貫穿近十年的學(xué)術(shù)研究，而近年來隨著觀測業(yè)務(wù)改革，綜合氣象觀測、新型觀測技術(shù)手段以及業(yè)務(wù)質(zhì)量、跨領(lǐng)域氣象服務(wù)等開始顯現(xiàn)，亦表明在氣象現(xiàn)代化發(fā)展和智慧氣象作用下，氣象觀測的融入式發(fā)展和主動服務(wù)觀測應(yīng)用開始得到提升，科技人員更多的是關(guān)于觀測“提質(zhì)增效＂的發(fā)展研究以及新方法新技術(shù)的研究。

3 結(jié)論

基于文獻(xiàn)計量學(xué)方法對2010 年至2020 年來自中國知網(wǎng)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫中氣象觀測相關(guān)文獻(xiàn)信息進行了分析，綜述了氣象觀測研究領(lǐng)域發(fā)文量年度變化趨勢、論文作者及行業(yè)、論文學(xué)科類別和期刊分布，同時對文獻(xiàn)關(guān)鍵詞進行了共現(xiàn)分析。得出以下主要結(jié)論：2010 年至2020 年間氣象觀測研究的發(fā)文量整體呈先上升后下降趨勢。發(fā)文核心作者及行業(yè)以氣象部門為主，作者尤以國家級或省級探測、信息業(yè)務(wù)單位居多。氣象觀測研究主要集中在氣象、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)和科航空航天學(xué)科，發(fā)文期刊也以農(nóng)業(yè)和氣象主題期刊為主。關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析得到氣象衛(wèi)星、地面氣象觀測及應(yīng)用、氣象要素、自動氣象站等8 類關(guān)鍵詞聚類，表明氣象觀測研究在此方向有突出表現(xiàn)。

隨著各學(xué)科技術(shù)的不斷發(fā)展，氣象觀測研究將更多的與信息技術(shù)、應(yīng)用場景相關(guān)學(xué)科交叉融合，進一步促進氣象觀測技術(shù)的發(fā)展。在中國氣象局全新一代自動氣象站的頂層設(shè)計規(guī)劃下，氣象觀測研究將是推動觀測的自動化業(yè)務(wù)發(fā)展和氣象觀測技術(shù)創(chuàng)新的有力支撐。