基于地球環境科學的自然指數期刊科學計量分析

李文蘭+王野

〔摘要〕針對自然指數在我國相關研究缺乏，且均以自然指數既有指標為主體展開的問題，本文選擇地球環境科學領域的自然指數期刊為主體展開科學計量分析?；诠脖灰凸铂F網絡理論，利用科學計量工具CiteSpace對研究主體近十年間高被引論文進行熱點和前沿計量分析。研究揭示了地球環境科學領域的熱點及前沿以及該領域快速發展的趨勢，研究基于Sigma值視角下的前沿計量分析方法相對傳統分析更顯全面，對CiteSpace計量工具的使用具有一定參考價值，研究同時總結了自然指數在評估科研時的不足之處。

〔關鍵詞〕自然指數；科學計量；地球環境科學；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年自然出版集團推出旨在評估不同國家和科研機構科研貢獻的科學計量指標——自然指數之后，因其權威性和科學性，迅速引起了學術界和媒體界的廣泛關注。我國近年來科研實力的迅猛進步，自然指數指標評估體現明顯，2016年發布的最新自然指數排行顯示，我國是全球高質量科研論文第二大貢獻國，僅次于美國，中國高校及科研機構表現強勢，中國科學院位居全球科研機構榜首，7所中國高校排行進入全球前50。

自然指數相關報道如火如荼，但自然指數相關研究甚少。筆者以檢索式“自然指數 or Nature Index”在CNKI中進行關鍵詞檢索，僅檢索到4篇相關文章。具體研究中，馬路等以自然指數指標分析了2014年中國部分高校生命科學學科的科研產出情況；李榮對比分析了南京師范大學在我國同類師范院校中的科研表現，并就如何利用自然指數為高?？茖W發展提供服務提出建議[2]；林琳探討了自然指數對于科技創新評價的意義[3]；顧笑迎等以自然指數指標為參考評估了我國深海資源研究的學術影響力[4]。這些研究均以自然指數既有指標為主體，沒有對自然指數進行深入研究，缺乏深層次思考。本文中筆者選取自然指數期刊發表論文為研究對象，采用使用較為成熟的科學計量軟件CiteSpace為研究工具這一新視角對自然指數期刊進行計量研究旨在揭示出一些問題。

自然指數是自然出版集團于2014年提出的旨在評價全球優質科學研究的綜合指標，自然指數基于化學、物理學、生命科學、地球與環境科學四大學科領域的68種國際頂級學術期刊發表的學術論文進行科學計量，入選自然指數的期刊基于權威在職科學家完全依靠學術判斷力，不參考影響因子、H指數等量化指標選出。入選的68種期刊不到JCR收錄期刊總數的1%，但卻貢獻了近30%的被引用次數，自然指數提供了三大評價指標，分別為AC統計過去12個月國家或科研機構在自然指數期刊上發表的論文數目；FC統計發表論文中機構作者的貢獻和（當一篇論文作者數為N時，則每位作者對該論文貢獻記為“1/N”分））；WFC為FC指標的改進，對發表在天文學和天體物理學上的期刊論文FC值乘以02（兩學科在自然指數期刊發文數量占總量近80%）。當前在自然指數期刊發表論文，已然成了高水平學術能力的象征。

研究工具

CiteSpace是一款運用較為成熟的科學計量可視化軟件，由美國德雷塞爾大學陳超美博士開發。該軟件主要基于共被引分析理論和尋徑網絡算法等對特定領域文獻進行計量，以探尋出學科領域演化的關鍵路徑及知識轉折點，并通過一系列可視化圖譜的繪制來形成對學科演化潛在動力機制的分析和學科發展前沿的探測。

數據來源與處理

為便于對自然指數期刊發表論文進行科學計量研究，本文選取地球與環境領域期刊發表論文為對象，主要基于以下兩個原因：（1）自然指數四大領域科研表現中，我國在該領域表現相對較弱，以該領域為對象進行研究分析，對該領域的研究會有一定參考價值；（）被該領域收錄的期刊及發表論文數量相對較少，便于計量分析，同時保證了研究工具的可操作性。入選自然指數地球環境科學主題領域的12種期刊見表1。

4研究方法與過程

因自然指數主要是針對國家或研究機構進行科研貢獻分析的計量指標，本文在對自然指數期刊論文科學計量分析時重點放在熱點及前沿兩個角度，主要過程如下：

（1）利用CiteSpace對每年論文數量統計分析。

（2）基于高頻次和高中心性關鍵詞角度計量分析地球環境科學領域自然指數期刊論文反映出當前國際研究熱點。

（3）前沿領域方面，基于Sigma值的新視角對自然指數期刊進行科學計量研究。

3總體發文描述性統計

通過CiteSpace對所下載期刊論文進行去重處理，得到了9 633條期刊論文數據記錄，具體分布如圖1所示。對自然指數地球與環境科學領域期刊論文頻次統計分析顯示，該領域高質量論文數量雖在2009年、2011年及2015年出現小幅回落，但整體呈現逐年上升趨勢，表明近十年來該領域持續被研究者高度關注，該領域研究在近十年得到了進一步發展。隨著領域研究不斷深入和拓展，該學科將會得到更進一步發展，預測分析該領域高質量論文數量會持續增加。圖1前20%高被引論文數量分布

4熱點計量分析

關鍵詞是論文核心內容信息的體現，充分體現了研究者的學術思想和觀點，科學計量理論中常用關鍵詞共現分析顯示研究領域熱點，展示知識領域研究前沿的演化。共現詞分析理論認為當兩個關鍵詞同時出現在一篇文獻時，這兩個關鍵詞存在著共現關系[5]，關鍵詞共現頻次越多，文獻研究主題就越接近，在CiteSpace生成的關鍵詞共現網絡知識圖譜中，它們之間的距離就越接近。

基于CiteSpace在關鍵詞共現網絡知識圖譜計量分析中，節點的大小等比例代表著關鍵詞共現出現的次數，節點中不同年輪圈代表著不同年份該關鍵詞共現次數，年份的年輪越厚，代表著相應年份關鍵詞共現的次數越多，關鍵詞共現次數越多表明其受關注的程度越高。對地球環境科學領域自然指數期刊論文熱點計量操作分析得到關鍵詞共現知識圖譜，如圖所示。

41熱點領域分析

圖譜中，共有115個節點和343條連線，節點的大小代表關鍵詞受關注的程度，高中心性對研究領域具有較大影響力的節點以紫色突出顯示?？芍匀恢笖灯诳撐姆从吵龅厍颦h境科學領域近十年研究熱點主要集中在了A、B、C三大方向，其中C是最主要的方向?；诠铂F網絡中關鍵詞的內在聯系，對熱點領域分析如下：

A類主要是疾病方面的熱點詞匯，包括疾?。―isease）、機制（Mechanism）、基因（Gene）、表現（Expression）等。地球環境與人類生存息息相關，地球環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境科學領域的一大主題，這也體現了地球環境科學與生命科學等學科的融合性發展趨勢。

B類主要是人類與生態方面研究的熱點詞匯，包括演化（Evolution）、人口（Population）、增長（Growth）、多樣性（Diversity）、模式（Pattern）等，人類社會的發展，人類數量的增長，使得對地球生態產生了很大的影響，地球生物的生存狀況因此改變，人類與地球生態模式相關的研究也因此成為了地球環境科學領域的一大熱點。

C類是最主流的研究熱點方向，主要是氣候變化與生態系統方面研究的熱點詞匯，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（Circulation）、美國（United States）圖關鍵詞共現知識圖譜

等等，這些熱點詞匯涵蓋了地球的地理概貌、生態系統，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家。隨著地球環境的日益嚴峻，生態系統不協調現象加劇以及地球氣候變化對人類生存影響不斷擴大，此方面研究成了該領域的重要研究方向，各國都給予了高度的重視。

4核心關鍵詞計量統計

為探尋自然指數期刊論文在地球環境科學領域過去10年中的核心研究關鍵詞，筆者手動排除了學科常用術語如Model、Expression和System等，選擇高頻次和高中心性關鍵詞，這是因為在科學計量理論中認為高頻次關鍵詞反映的研究內容受關注程度高，高中心性關鍵詞在研究領域中有著高中介作用和影響程度，高中心性關鍵詞反映的研究內容在研究領域具有較大的轉折意義和樞紐作用[6]。計量分析得到的核心關鍵詞如表所示，這些關鍵詞詮釋了過去10年間自然指數地球環境學科中最受關注的研究點。

5前沿計量分析

科學計量理論中關于何為研究前言的理論有很多，Price認為某個領域的研究前沿是由科學家積極引用的40～50篇最近發表的文章組成的動態聚類；Braam認為集中關注的一系列相關問題和概念形成了研究前沿[8]；Persson認為引用相同文獻的文章構成了研究前沿[9]；Morris將研究前沿定義為持續被一組固定的，與時間無關的基本文章引用的大量文章，可用人工提取的標題詞來進行表示[0]；陳超美認為研究前沿是正在興起的理論趨勢和新研究主題的涌現]。表核心關鍵詞計量統計表

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

這些理論為研究某個領域的前沿提供了多種視角，其中國內使用CiteSpace進行主題領域前沿研究分析時主要基于突現主題詞、關鍵詞以及文獻共被引聚類等3個角度，本文基于CiteSpace以一種新的視角來對自然指數期刊進行前沿計量分析，具體思路是通過CiteSpace尋找到Sigma值最高的一篇文獻以及這篇文獻所在聚類中的Citing Reference，將這組文獻視為研究前沿文獻，再對這組前沿文獻進行分析歸類，進而細分為具體的研究前沿主題。Sigma值主要用來發現科學研究中具有創新性的文獻，高Sigma值文獻出現在學科發展的重要突出領域，是研究前沿聚集的重要地帶[2]。Sigma值是CiteSpace中結合節點在網絡結構中重要性（中介中心性）和節點在時間上的重要性（突發性）兩個指標復合構造的測度節點重要性的一個指標。在網絡結構中利用Sigma值來判斷節點重要程度比單純使用節點中心性和突發性更加全面，陳超美教授給出的計算方法為：

中前沿文獻核心關鍵詞歸類分析可知，地球環境科學領域自然指數期刊發表論文揭示了全球氣候變化是該領域未來的主要前沿研究領域，進一步細分發現化學氣候變化預測模型、大氣溫度、大氣環流模式、全球降水、臭氧、氣候風暴預測模型、平流層水汽變化、溫室氣體、中層大氣、ERA-40氣候預測分析系統、全球雷電分布、對流層大氣、水蒸氣、大氣轉移模型、水蒸氣等是氣候變化前沿領域的主要研究點。

筆者進一步整理發現，這些前沿研究點主要基于以下3個角度展開研究：

（1）構建一種行之有效的氣候預測模型，旨在能夠更加精準的預測地球未來氣候及溫度變化趨勢，為人類預防相關潛在危害提供幫助。

（2）深層次探索分析影響地球氣候變化的因素以及產生這些因素的原因，旨在為人類應對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

本文通過利用科學計量可視化軟件CiteSpace對地球環境科學領域的12種自然指數期刊進行科學計量分析，得出以下總結與思考：

（1）地球環境科學在近十年內得到了持續的高關注度，領域研究得到更進一步的發展，氣候變化與生態、人類與生態及疾病及預防是該領域近十年主要熱點領域；全球氣候變化是地球環境科學未來主要前沿領域，具體前沿研究熱點有化學氣候變化預測模型、大氣溫度、溫室氣體等。同時基于地球環境科學自然指數期刊計量分析發現該領域研究呈現了多學科融合趨勢，如基因技術等在人類疾病治療及預防上的研究體現了與生命科學的融合；該領域研究方法側重定量分析，如在氣候變化領域研究中涉及到大量的數據采集、處理以及模型的構建和仿真，諸多定量分析方法在地球環境科學中起著很大的推動作用。

（2）在對自然指數期刊計量分析的過程中發現自然指數入選期刊重基礎學科研究創新，應用型研究尚少，自然指數主要基于對大學科進行科學計量分析，諸多細小學科未考慮到，在前入選的選擇上雖然基于權威的同行評議，但仍顯主觀色彩，不夠全面，這使得本文計量研究結果存在不足；在整理入選自然指數的期刊時發現，《自然》系列子刊所占比例較大，共計17種期刊入選，占比達25%，自然出版集團有自我吹捧之嫌；自然指數在評價科研機構時會產生小型科研機構不占優勢的問題；另外需要值得注意的是自然指數只是對四大基礎學科進行計量分析，并不能全面反映一個國家或者機構的科研實力，對待自然指數方面我國的突出成績，無論是媒體還是學術界要客觀對待。

（3）本文基于Sigma值視角下得地球環境科學自然指數期刊前沿計量分析，利用高Sigma值文獻探尋研究前沿突出地帶，指標綜合考慮了網絡結構節點的中介中心性和突發性，使得前沿的分析上相對依靠突現主題詞、關鍵詞更加全面。Web of Science提供的前沿文獻組關鍵詞的歸類分析前沿結果相對文獻共被引聚類等方法結果更加具體，方法對使用CiteSpace進行前沿分析具有一定的參考價值。

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