基于CiteSpace的我國森林火災研究可視化分析

宮大鵬 閆 淳郝慎思 郭贊權

(1.中國消防救援學院，北京 102202；2.森林草原火災風險防控應急管理部重點實驗室，北京 102202)

森林火災作為干擾全球土地植被主要原因之一，目前對全球植被分布的影響幾乎等同于氣候的影響[1]。我國真正開始全面開展森林火災相關研究，是在1987年大興安嶺“5·6”特大森林火災發生后[2]。根據ISI web of science數據庫文獻數據顯示，中國學者已發表163篇森林火災研究的SCI論文(截至2018年底)，來自中國第一作者的有130篇，其中78篇為中國作者的獨立研究，占總數的60%[3]。我國有關森林火災的理論研究雖起步較晚，但在近年實現了快速穩步發展。自1956年至今，中國知網(CNKI)數據庫中共收錄以“森林火災”或“林火”為主題或篇名的中文文獻15 400余篇。隨著研究成果的不斷積累，梳理我國森林火災研究領域的發展歷程及研究現狀，對把握研究進展、分析未來研究走向具有重要意義。

1 研究方法

數據樣本選取自中國知網(CNKI)數據庫中SCI來源期刊、EI來源期刊、中文核心期刊、CSSCI和CSCD。綜合考慮文獻的數量與覆蓋范圍等，以“森林火災”或含“林火”為主題詞，檢索時間為2020年8月27日，共檢索出2 374篇。對以上文獻進行多次逐篇篩查，最終篩選1 810篇有效期刊論文，以Refworks格式導出并對相關字段數據進行格式轉換處理。

CiteSpace由于其良好的中文數據適用性和可視化效果，成為了目前于醫藥衛生[4]、經濟管理[5]、計算機科學[6]和環境科學[7]等多個領域的主流分析軟件。研究以CiteSpace5.7.R1為分析工具，設置相關參數：時間切片長度為1a，其余均為默認。選擇作者、機構和關鍵詞等節點，分別繪制作者、機構和關鍵詞等共現圖譜。生成的圖譜中，N為節點數，E為網絡中的連線數，網絡密度(Density)表示節點之間的聯系強度。

2 結果與分析

2.1 發文量分析

1992—2020年，我國森林火災領域研究文獻共計1 810篇有效核心期刊論文，發表數量及占總數百分比如圖1所示。整體上看，森林火災相關研究文獻發表總量呈現規律變化趨勢，其變化歷程可劃分為3個階段。第1階段為1992—2000年，國內森林火災相關研究處于探索發展階段。森林火災相關研究開始進入大眾視野，但這一階段文獻發表數量呈現快速遞減趨勢。1992—1995年期間共計發表國內森林火災相關文獻356篇，其中254篇文獻發表于《森林防火》期刊，占比達到71.3%。而在1996年之后，《森林防火》期刊并未被CNKI數據庫中核心期刊收錄，因此這一階段呈現斷崖式遞減。排除《森林防火》相關文獻數量，年均文獻發表量28篇，表明我國森林火災相關研究仍處于積極探索階段。

圖1 1992-2020年我國森林火災研究文獻數量及其占比

第2階段為2000—2010年，國內森林火災相關研究處于快速發展階段。這一階段年論文發表首次突破100篇，年均文獻發表量52篇，較第一階段年均文獻數量增加85.7%。第三階段為2010年至今，國內森林火災相關研究處于平穩發展階段，年均文獻發表量80篇(不含2020年)，與第二階段相比增長53.8%?？傮w而言，在過去近30年中，我國森林火災研究歷經探索、快速發展和穩步推進3個階段，國內期刊中相關文獻數量明顯增加。

2.2 作者網絡圖譜分析

通過對森林火災研究的作者發文量及合作網絡圖譜進行分析，可以了解森林火災研究的作者分布及合作情況，處理后獲得作者網絡圖譜(如圖2所示)及相關統計數據(見表1)。在作者共現圖譜中，節點數(N)為432，連線數(E)為843，網絡密度(Density)為0.009 1。表明1 810篇林火相關文獻共涉及432個署名作者，作者間合作達到843次。從作者合作程度來看，研究人員之間的連線較多，相互之間合作強度較高，且形成了以舒立福和田曉瑞等(中國林業科學研究院)、胡海清和孫龍等(東北林業大學)、牛樹奎和劉曉東等(北京林業大學)和張貴和張思玉等(中南林業科技大學)為主的明顯合作網絡，穩定的合作群體已經形成。從文獻發表總數量來看(表1)，居于前列的作者是舒立福(84篇)、胡海清(60篇)、田曉瑞(57篇)、王明玉(47篇)、趙鳳君(36篇)和孫龍(32篇)等。其中，發文量大于10篇的作者共有28位，發文量共計690篇，即發文量前6.5%的作者發文占總發文量的38.1%，充分體現這些作者在我國森林火災研究領域的核心地位，我國森林火災相關研究的核心作者群已基本形成。

圖2 我國森林火災相關研究核心作者網絡圖譜

表 1 發表文獻10篇及以上的研究作者

2.3 機構網絡圖譜分析

通過統計文獻第一作者所在機構，分析我國森林火災相關研究機構間合作情況及影響力。結果如圖3所示，發文機構網絡圖譜共有節點105個，連線102條，網絡密度為0.018 7。表明1 810篇文獻共涉及105個研究機構，機構間合作達到102次。排名前4位的機構分別是東北林業大學(179篇)、北京林業大學(113篇)、中國林業科學研究院森林生態環境與保護研究所(81篇)和中南林業科技大學(62篇)，這與作者共現網絡圖譜結果較為吻合。其中發文量大于50篇的前4位研究機構，總發文量435篇(見表2)，即發文量前3.8%的機構發文占總發文量的24.0%，充分體現這些機構在我國森林火災研究領域的領先地位。

圖 3 我國森林火災相關研究機構網絡圖譜

表2 發表文獻10篇及以上的研究機構

2.4 研究熱點分析

關鍵詞是文獻內容的整體凝練和研究主題的高度概括。關鍵詞網絡圖譜如圖4所示，關鍵詞共現圖譜中共有節點257個，連線850條，網絡密度為0.025 8。關鍵詞“森林火災”在圖譜中占據中心地位，出現頻次高達742次。以森林火災為中心，代表林火基礎研究及結合領域的森林防火、大興安嶺、森林可燃物、林火烈度和林火行為等5個關鍵詞出現頻次較高(見表3)，表明我國森林火災研究集中在森林可燃物、林火烈度和林火行為等基礎研究，以及森林防火等相關預防工作，且研究區域主要位于火災形勢嚴峻的大興安嶺地區，這些關鍵詞共同代表了國內森林火災領域的研究熱點。隨著科學技術的發展及新的結合領域出現，時空分布、GIS、林火干擾、氣候變化、Modis、人工神經網絡和碳排放等關鍵詞在2000年以后逐步成為新的研究熱點。

圖 4 我國森林火災相關研關鍵詞網絡圖譜

表3 我國森林火災相關研究熱點關鍵詞

作為關鍵詞共現分析的另一重要結果，中介中心性(Centrality)是測度節點在共現網絡中重要性的指標，可被看作是該研究領域的關鍵點、轉折點和觸發點。中介中心性不小于0.1的節點共6個，最高中介中心性的關鍵詞為森林火災(0.68)，其他中介中心性較高的關鍵詞分別是大興安嶺(0.36)、森林防火(0.35)、森林可燃物(0.19)、林火行為(0.11)和林火烈度(0.10)。以上關鍵詞在共現網絡中具有顯著影響力，對該領域研究的演進具有重要貢獻。同時，大量的低頻關鍵詞反映出我國森林火災研究主題的廣泛性，在專題研究的深度方面有所欠缺。

2.5 研究前沿趨勢分析

突現詞是某一相關領域較短時間內使用頻次較高或出現次數較多的關鍵詞，通過對突現詞進行分析，可以判斷該領域的預測研究趨勢(見表4)。1992—2002年，林火管理、防火林帶、特大森林火災、森林防火、防火線和林火撲救是代表我國這一階段森林火災研究趨勢的熱點詞匯。研究早期，由于受科學技術和經費投入等影響，國內林火形勢和相關政策主導森林火災領域的研究趨勢。2003—2010年，地理信息系統(GIS)、林火蔓延模型、森林保護學、Modis、可燃物載量和無線傳感器網絡是代表我國這一階段森林火災研究趨勢的熱點詞匯。隨著新興技術的發展，這一時期森林火災研究逐漸進入分化融合階段，國內外新興科學技術主導森林火災研究趨勢，大量研究運用地理信息系統[8]、衛星遙感[9]和無線傳感器等技術[10]，實現森林火災研究的量化和可視化。2011—2020年，碳排放、時空分布、林火干擾、火燒跡地、北方森林和林火烈度是代表我國這一階段森林火災研究趨勢的熱點詞匯。這一階段，生態需求主導我國森林火災研究趨勢。隨著國內林火研究的不斷深入，對林火的研究由過去側重于火燒面積單一因素，轉向運用多重屬性來定量刻畫野火活動的時空分布[3]，由過去側重火災撲救和預防，轉向驅動森林結構與功能動態的林火干擾?；鹋c北方森林植被組成和動態的關系也是研究最為深入的科學問題之一，近年來，持續的暖干化氣候以及頻發的極端氣象事件已導致全球北方針葉林區多個地區的林火情勢(fire regime)趨向嚴酷化[11]，而受嚴格的林火防控政策影響，我國林火的發生面積呈顯著下降趨勢[12]，大量研究由森林火災研究本身轉向了火對生態系統的影響，碳排放、林火烈度等成為新的研究熱點和趨勢。

表 4 我國森林火災相關研究突現詞

3 結論與展望

研究結果表明我國森林火災領域研究文獻呈現規律變化趨勢，其變化歷程可劃分為探索、快速發展和穩步推進3個階段。我國森林火災相關研究的核心作者群已基本形成，森林火災研究形成了以舒立福和田曉瑞等(中國林科院)、胡海清和孫龍等(東北林業大學)、牛樹奎和劉曉東等(北京林業大學)和張貴和張思玉等(中南林業科技大學)為主的明顯作者、機構合作網絡，穩定的合作群體已經形成。同時，以森林火災這一核心主題為中心，代表林火基礎研究及結合領域的森林防火、大興安嶺、森林可燃物、林火烈度和林火行為等關鍵詞發散形成一系列研究熱點，不同時間段，研究熱點和趨勢存在明顯的規律變化，火燒跡地、北方森林和林火烈度等關鍵詞是當前森林火災研究的前沿熱點話題?？傮w來看，森林火災研究內容呈現跨學科、跨領域趨勢，已成為極具綜合性的研究領域。

受嚴格的林火防控政策影響，我國林火的發生面積呈顯著下降趨勢，意味著極端森林大火發生的可能性也進一步增加，因此極端大火的發生機制和生態影響將成為新的關注點。目前，關于極端大火的研究剛剛起步，相信未來一個時期，得益于先進遙感技術和人工智能數據分析技術支持，在極端大火的預測預報和環境-生態風險評估等方面將有所突破。同時，隨著相關機構、學界以及整個社會對森林火災研究的高度重視，必將推動我國林火研究進入一個新的發展階段，也必將為我國森林防火事業發展提供更多的引導和規范作用。