南北極大氣科學領域的前沿主題演化
—— 基于Web of Science 核心合集文獻數據

王姝婷 李娜 吳新年

(1 中國科學院西北生態環境資源研究院, 甘肅 蘭州 730000;2 中國科學院大學經濟與管理學院, 北京 100049)

0 引言

根據北極監測與評估計劃(AMAP)發布的《北極氣候變化2021 更新: 關鍵趨勢和影響-決策者摘要》報告, 1971—2019 年的北極地區年平均表層氣溫增加了3.1 ℃, 其升幅比同期全球平均表層氣溫高3 倍, 北極地區將于本世紀內快速增暖[1]。而根據政府間氣候變化專門委員會(IPCC)于2022年發布的《IPCC 第六次評估報告綜合報告》, 極地地區正受到世界上最高幅度和速率的氣候變化影響, 海冰加速流失、多年凍土加快融化與極端高溫將對海洋、淡水及陸地的生態系統產生重大影響[2]。同時, 美國國家冰雪數據中心(NSIDC)觀測到北極與南極海冰于2022 年2 月25 日分別達到本年度預估的最大范圍與最小范圍, 并分別創下自衛星觀測以來北極海冰的第十低范圍與南極海冰的最小面積紀錄[3]。

有學者認為, 中國的北極科學研究歷經氣候變化、北極航道、北極治理過程, 中國已成為北極研究知識庫的重要貢獻者[4]。杜德斌等[5]論證全球氣候變暖正導致冰凍圈的快速融化, 并由此引發對冰凍圈尤其是北極地區資源和航道控制權的爭奪, 世界由此進入一個由氣候變化驅動的地緣政治時代。與此同時, 南極事務的“壟斷”格局已形成[6], 而氣候變化嚴重威脅南極脆弱的生態環境, 對南極治理造成深刻影響[7-8]。DeConto 和Pollard 等[9]論證若溫室氣體的排放量有增無減,大氣變暖將成為極地冰損失的主要驅動因素,而長期的海洋變暖將使其生態恢復延遲數千年。極地海冰融化與全球變暖互為因果, 冰凍圈的氣候變化影響著國家主權、國際航道利用與資源管理[10], 一直是國際科學研究的重點。因此, 全球學者基于大氣科學的學科視角研究兩極氣候變化既必要又緊迫, 無論對于學術研究還是氣候安全需求, 都具有深刻的現實意義。

由于極地問題國際關注度的升溫, 南北極氣候研究逐漸成為大氣科學領域的前沿熱點, 使得其學術活動及相關成果倍增。面對驟增的文獻量、龐雜的研究方向, 文獻計量學能夠通過可視化分析梳理學科主題演化與領域趨勢發展、探索合作網絡與被引情況, 不失為探究學科前沿與熱點的高效方法。如Hou 等[11]通過文獻計量的方法探究信息科學領域的知識結構、研究前沿及新興課題的演化軌跡; Mao 等[12]通過影響因子、H 指數、共詞分析等文獻計量學方法, 總結 1998—2017年環境與生物質能利用方向的科學研究熱點; Fu等[13]通過分析出版物數量、構建引文網絡等文獻計量方法, 系統梳理物聯網文獻的引用關系與領域知識的發展軌跡; Dias 等[14]通過關鍵詞共現分析, 探究農業創新的最新技術; Ejsmont 等[15]通過構建引文網絡與作者共現網絡, 并通過關鍵詞突現分析, 對工業4.0 與可持續性進行全面系統的文獻梳理。

因此, 本文嘗試通過文獻計量學方法分析極地大氣科學的研究文獻, 探究其年際變化特征、關鍵詞突現、共現及演化規律, 旨在從長時間序列的角度, 探究兩極研究的主題演化規律, 梳理自2000 年以來在大氣科學領域有關極地的研究進展,并通過對比各時間階段的研究前沿, 為南北極基礎研究以及地緣政治等提供參考與數據支持。

1 數據與方法

國內與國際數據均選擇Web of Science(WOS)核心合集中的“Science Citation Index Expanded”“Social Sciences Citation Index”與“Arts &Humanities Citation Index”3 類引文索引數據庫,并分別以南北極名稱、主要的島嶼、海域、科考站作為主題關鍵詞[16-18]。對北極選取其地理學定義, 北極地區是指北極圈(66°34′N)以北的廣大區域, 北極地區包括極區北冰洋、邊緣陸地海岸帶及島嶼、北美大陸及歐亞大陸的北極苔原和最外側的泰加林帶[19]。對南極選取參照《南極條約》第六條規定, 即南極地區是指60°S 以南的南極大陸、附屬島嶼、海域地區及所有冰架, 它是南大洋及其島嶼和南極大陸的總稱[20]。北極方面, 中國科學家于1991 年起相繼參與國際考察活動, 為中國開展北極地區科學研究積累經驗。國家層面上, 中國于1999 年開展首次北極科學考察[21]; 南極方面, 中國南極考察委員會于1980 年起組織科學家考察國外南極科考站, 為中國獨立建站提供經驗。國家層面上, 中國于1984 年開展首次南極科學考察[22]。為對比國內外極地大氣科學領域的研究前沿, 本文將北極與南極的文獻檢索時間分別定為1991—2022 年與1984—2022 年, 具體檢索策略如圖1 所示。

圖1 檢索策略Fig.1. Retrieval strategy

通過CiteSpace 軟件構建不同類型的分析圖譜, 其共引網絡優于經典共引網絡, 包括逐年概念標簽的各種指標、主題標簽跟蹤集群的演變,以及概念術語的層次表示等, 能夠促進各種研究領域的系統評價[23-25]。以WOS 核心合集的載文數據作為數據源, 首先基于關鍵詞共現分析探究信息知識單元的相似性與測度, 并通過時間線視圖揭示研究領域隨時間發展的演化趨勢; 然后基于關鍵詞突現檢測算法, 檢測兩極在大氣科學學科的新興領域與瞬態模式, 為探尋主題演化發展與前沿研究提供重要參考[26-27]。本研究識別前沿主題所采用的CiteSpace 突現性探測, 由陳超美教授基于Kleinberg[28]于2002 年提出的算法開發并應用。突現是指1 個變量的值在短時間內發生1 次或數次顯著的變化。突現詞根據詞頻大小可分為兩類: 一類是尚未達到高頻詞閾值的焦點詞;一類為低頻新生詞, 是尚未引起普遍關注的新興研究熱點詞[29]。因此, 突現性探測是通過對比詞頻增長率, 挖掘低頻卻更具情報意義的突現詞,從而發現學科內新的發展方向及熱點轉移的動態前沿研究方法[30]。

2 南北極研究的前沿演化

1991—2022 年北極大氣科學領域的發文數量呈現出以下特點(圖2)。國際方面, 1991—2007年為北極大氣科學研究的緩慢發展階段, 發文量沒有明顯的上升趨勢。2007 年8 月2 日, 俄羅斯科考隊在北極點的北冰洋底插上俄羅斯國旗以彰顯俄羅斯在北極地區具有主權的行為引發國際社會關于北極主權的爭議; 2008—2022 年為快速發展階段?！安迤焓录焙? 由俄羅斯、加拿大、挪威、丹麥和美國構成的“北極五國”于2008 年5月28 日簽訂《伊盧利薩特宣言》, 著重強調應對氣候變化與保護北極生態的問題[31], 自此促進在北極大氣科學方面的研究。

圖2 1991—2022 年北極大氣科學研究論文年際分布Fig.2. Interannual distribution of atmospheric scientific research papers in the Arctic from 1991 to 2022

國內方面, 1991—1999 年為北極大氣科學研究的萌芽階段。1991 年起, 我國陸續組織科學家參與國際北極科考活動, 并于1999 年利用“雪龍”號考察船實施中國首次北極科學考察[21]。當前統計的數據源中, 這段時期的論文數量只有10 篇, 但為后續的北極研究積累了經驗。2000—2006 年為起步階段。隨著于2004 年建立北極黃河站, 2006 年底申請北極理事會觀察員資格, 中國開始展開北極地區考察研究的戰略規劃。2007—2015 年為緩慢發展階段。俄羅斯“插旗事件”進一步促使中國學者研究北極問題, 這段時期的發文量緩慢增長。2016—2022 年為快速發展階段, 國內發文量快速上升, 最高點出現在2022 年(294 篇)。其原因一方面在于國內學者數量增加且北極研究體系日漸成熟, 另一方面在于學界認識到并明確指出“中國是北極的‘重要利益攸關方’”。國內文獻占比情況反映中國對北極研究的重視程度與研究深度逐年遞增, 我國北極大氣科學的相關研究在國際上占據越來越重要的地位。

1984—2022 年南極大氣科學領域的發文數量呈現出以下特點(圖3)。國際方面, 1984—1997年為南極大氣科學研究的緩慢發展階段, 其發文數量于該時期呈曲折式增長; 1998—2022 年為快速發展階段。鑒于《關于環境保護的南極條約議定書》于1998 年正式生效(1991 年簽訂), 國際社會愈發重視南極的環境保護研究, 自此研究機構與團隊一直密切關注南極的氣候變化并探究其保護手段, 發文數量也于1998 年出現爆發式增長。

圖3 1984—2022 年南極大氣科學研究論文年際分布Fig.3. Interannual distribution of atmospheric scientific research papers in the Antarctic from 1984 to 2022

國內方面, 1984—2003 年為南極大氣科學研究的起步階段。隨著中國于1983 年成為《南極條約》的締約國, 1984 年開展首次南極科學考察, 同時于1985 年成為南極條約協商國并建成長城站,中國在南極方面的研究已逐步開展。不過, 該段時期的發文量僅有21 篇, 相關研究還處于空白階段。2004—2017 年為緩慢發展階段, 2007—2008年國際極地年中國行動等項目實施推動了我國的南極研究, 年發文數量也呈緩慢增長。2018—2022 年為快速發展階段, 這段時期的國內發文量呈高速增長, 并于 2022 年達到最高點(108篇)。國內文獻占比情況曲折上升, 反映中國對南極大氣科學研究的重視程度逐年遞增, 但在國際上的重要程度仍待加深。

2.1 北極前沿主題演化

國際北極研究前沿具有階段性特點, 根據其突現詞表(表1)與文獻年際分布(圖2)可劃分1991—2007年與2008—2022年為前沿演化的初期與中期階段, 再通過國際北極前沿主題演化圖(圖4)得到以下不同時間區間的前沿焦點。

表1 國內外基于北極大氣科學的突現詞表Table 1. Emergence of keywords based on Arctic atmospheric science at home and abroad

續表

1. 初期前沿包括北極陰霾、污染、氣溶膠、硝酸鹽、硫酸鹽、二氧化碳、北極苔原、格陵蘭島、極地渦旋、對流層、太陽輻射等。該時期的研究焦點包括: (1)北極大氣氣溶膠中硫酸鹽、硝酸鹽等的濃度及來源; (2)北極大氣中溫室氣體的濃度。如Leck 和Persson[32]通過觀測1991 年北極地區8—10 月的氣溶膠濃度范圍, 發現其濃度呈季節性變化。

2. 中期前沿包括大氣化學、大氣環流模型、平流層、北極濤動、厄爾尼諾南方濤動、環狀模態、溫度、氣候異?，F象、臭氧、模擬法、冰蓋、北極云等。該時期的研究焦點包括: (1)北極極端異?，F象; (2)北極云及其輻射的相互作用; (3)北極地區大氣化學特征。如Neff 等[33]對比分析1889年與2012 年兩次極端的格陵蘭冰面消融事件,發現其與北美暖空氣、北極濤動等因素強相關。

3. 國際北極大氣科學領域至今仍在研究的氣候模型、影響、大氣環流分別于2014 年、2016 年與2018 年成為其研究前沿, 而北極海冰與“北極放大效應”同時于2015 年成為其研究前沿, 主要歸因于以下3 個方面: (1)對東亞地區極寒事件的關注。如Kim 等[34]通過北極變暖與東亞葉面積異常的相關分析, 發現北極地區巴倫支海的異常變暖與東亞森林的寒冷損害及春季植被活動減少有關; 如Yu 等[35]發現中緯度地表溫度的冷異?？偱c高緯度的暖異常同時發生, 這與低層赤道冷空氣的等熵質量環流加強密切相關, 特別是與沿東亞和北美的冷空氣路徑相關。(2)氣候變化與北極的影響機制研究。如England 等[36]使用耦合氣候模型模擬海冰覆蓋, 以預測未來北極海冰消融對全球氣候的影響。(3)“北極放大效應”研究。如Schlichtholz[37]通過實證預測實驗, 探究“北極放大效應”對近年北極海冰面積加速縮小的影響程度。

國內北極研究前沿具有階段性特點, 根據其突現詞表(表1)與文獻年際分布(圖2)可劃分1991—1999年、2000—2006年、2007—2015年及2016—2022年分別為前沿演化的萌芽、初期、中期與后期階段, 再通過國內北極前沿主題演化圖(圖4)得到以下不同時間區間的前沿焦點。

1. 萌芽階段前沿為格陵蘭島。在本數據源中,這段時期的文獻共有10 篇, 而與格陵蘭島相關的有5 篇。如Huang 等[38]將南海西南部的碳酸鹽地層與格陵蘭冰芯對比研究。

2. 初期前沿為溫帶環流、環狀模態、東亞、冬季風。北極與東亞氣候變化的遙相關關系是該階段的研究熱點。如Wu 和Wang[39]根據海冰濃度數據集研究冬季北極濤動與東亞冬季季風、西伯利亞高壓、巴倫支海冬季海冰范圍之間的聯系。

3. 中期前沿包括夏季風、中國、氣溶膠、黑碳、位勢高度、氣候變異等。該時期的研究焦點包括: (1)北極氣候變化對中國的影響; (2)北極氣候變化與極端異?，F象的發生機制。如Jia 等[40]通過對北半球500 hPa 位勢高度與熱帶太平洋海表溫度進行奇異值分解分析, 得到與熱帶太平洋海表溫度相關的大尺度大氣模式。其中, “黑碳”是2011—2015 年的研究前沿, 這與2011 年北極理事會發布的短期氣候強迫因素報告中, 增強對黑碳的理解并促進理事會在黑碳與甲烷方面開展更多工作密切相關[41]。

4. 后期前沿包括氣候異?，F象、北大西洋濤動、厄爾尼諾現象、亞洲冬季風、厄爾尼諾南方濤動等, 季風與北極濤動對北極氣候的影響是該階段的研究重點。如Wu 等[42]發現秋季海冰的減少有利于東亞冬季風的加強, 夏季北極偶極子風型能夠調節冬季大氣對海冰流失的響應等。

5. 國內北極大氣科學領域, 至今仍在研究的海冰于2011 年成為其研究前沿, 機制與影響同時于2019 年成為其研究前沿, “北極放大效應”與海表溫度同時于2020 年成為其研究前沿, 主要歸納為4 個方面: (1)選取氣候變化的指標。以海平面氣壓差波動、氣旋環流、近北極地區氣候特征等作為氣候變異的分析因素, 并將植被指數等陸地生態系統指標作為響應氣候動態變化的敏感而有價值的指標[43]。(2)通過研究大氣環流變化、大陸高壓異常等與海冰消融的相關程度, 探究北極海冰不斷流失的原因。如Tang 等[44]研究表明北半球高緯度的冬季大氣環流、冬季極寒事件與北極海冰流失密切相關。(3)“北極放大效應”研究。He 等[45]建立模型發現“北極放大效應”主要受海冰密集程度的影響; Cai 等[46]研究發現北極海冰于夏季快速減少的主要驅動因素是全球變暖、北極濤動、北大西洋濤動、大西洋多年代際濤動及太平洋年代際濤動的遙相關模式, 其內部動態變化與熱力學變暖導致“北極放大效應”的發生。(4)研究某種氣候現象的發生機制。如 Huo 和Xiao[47]表明大氣輻射通量可能是導致熱帶太平洋中部變暖的發生機制; 或描述某種氣候變化的結果, 如影響機制、反饋機制等, 如Wu 等[48]發現太平洋地區顯著變暖的原因之一是溫度和太平洋熱傳輸之間的循環場產生了正反饋機制。

2.2 南極前沿主題演化

國際南極研究前沿具有階段性特點, 根據其突現詞表(表2)與文獻年際分布(圖3)可劃分1984—1997 年與1998—2022 年分別為前沿演化的初期與中期階段, 再通過國際南極前沿主題演化圖(圖5)可得到不同時間區間的前沿焦點。

表2 國內外基于南極大氣科學的突現詞表Table 2. Emergence of keywords based on Antarctic atmospheric science at home and abroad

續表

圖5 南極前沿主題演化圖。a)國際; b)國內Fig.5. Antarctic frontier theme evolution map. a) international; b) domestic

1. 初期前沿包括大氣化學、氯、硫酸鹽、硝酸鹽、二氧化碳、平流層、極地渦旋、臭氧層、南極冰等, 該時期的研究焦點包括: (1)南極地區大氣氣溶膠和大氣化學特征; (2)南極地區平流層云及相關的臭氧損耗。如Portmann 等[49]通過衛星測量數據, 研究氯化物與火山爆發增加的硫酸鹽氣溶膠濃度對臭氧層損耗的影響。

2. 中期前沿包括再分析、對流層、溫鹽環流、碳循環、南半球環狀模、厄爾尼諾南方濤動、冰蓋(冰原)等, 該時期的研究聚焦于溫室氣體排放及全球氣候變化對南極的影響。如Legrand 等[50]根據在南極康科迪亞站獲得的多個氣溶膠全年記錄, 揭示海冰與公海排放會增加南極內陸大氣的氣溶膠負荷。

3. 國際南極大氣科學領域至今仍在研究的氣候模型、影響與表面質量平衡分別于2013 年、2015 年與2017 年成為其研究前沿, 而西南極洲、海平面上升同時于2014 年成為其研究前沿, 經向翻轉環流、CMIP5 同時于2016 年成為其研究前沿, 研究方向主要歸納于5 個方面: (1)氣候模型的應用。通過氣候模型對基于過去數千年的記錄定量重建氣候變化序列, 模擬千年尺度的溫度變化[51-52]; 或基于氣候模型的模擬結果, 對比南北極對同一氣候現象的響應, 探究其與某一氣候變化間的因果關系[53-54]。(2)探究海洋環流與南極海表溫度的關系。如經向翻轉環流將低緯度的高溫高鹽水輸送至高緯度地區, 直接影響高緯度地區的海表溫度[55]。(3)探究南極海冰的變化趨勢[56]。如Fraser 等[57]通過環南極固定冰分布的變異性,分析東南極洲與西南極洲在固定冰覆蓋及形成模式上呈現的趨勢。(4)探究南極冰蓋的表面質量平衡(SMB)及南極對全球海平面上升的貢獻。如Chemke 等[58]認為南極SMB 通過改變全球海平面高度而對全球氣候產生影響, 并揭示平流層臭氧通過增強向大陸的經向平均流與渦流來增加南極SMB。(5)地球系統模型的應用。Zhao 等[59]通過CMIP6 模型與MODIS 衛星觀測數據探究南大洋上空的云輻射效應和云物理特性。

國內南極研究前沿具有階段性特點, 根據其突現詞表(表2)與文獻年際分布(圖3)可劃分1984—2003 年、2004—2017 年與2018—2022年分別為前沿演化的初期、中期與后期階段。由國內南極前沿主題演化圖(圖5)與表2 發現初期并無前沿突現詞, 因此得到中期與至今研究的前沿焦點。

1. 在數據源中, 初期僅有21 篇文獻, 研究處于起步階段, 沒有明顯的突現詞。

2. 中期前沿包括厄爾尼諾南方濤動、北大西洋、厄爾尼諾現象等, 探究南極與厄爾尼諾事件之間相互關系的物理機制是該階段的研究重點。如Ma 等[60]使用全耦合的氣候模型研究厄爾尼諾-南方濤動(ENSO)對南大洋理想化加淡水實驗的響應。

3. 后期前沿包括環狀模態、南極濤動、年際變化、海表溫度等, 這也是該階段的研究重點。如Zheng 等[61]通過海表溫度的角度探究模擬南半球環狀模的CMIP5 模型間差異的潛在因素。

4. 國內南極大氣科學領域至今仍在研究的南大洋、氣候變異分別于2009 年、2017 年成為其研究前沿, 而氣候模型與南極溫度同時于2019 年成為其研究前沿, 海冰、質量平衡同時于2020 年成為其研究前沿, 研究方向主要歸納于4 個方面:(1)分析南極氣候模式。大氣遙相關模式分析[62]與

海洋浮游植物的生長情況調研[63]是南極氣候分析的主要方式之一, 也可通過氣候模型對比末次冰盛期的氣候特點, 調研百年/千年尺度的年代際變率以分析南極海洋的氣候變化[64]。(2)調研氣候變異對南極地區的影響[65]。如Wang 等[66]調研大氣環流對推動南極半島在夏季出現極端溫度的作用,發現季節內振蕩引起的平流項對其形成與發展的貢獻最大。(3)氣候模型的應用。如Zhang 等[67]通過極地天氣預報模型, 研究自1979 年以來南極冰蓋的近地表氣溫變化。(4)研究南極氣溫變化、推動南極地區的數值天氣預報構建。如Tang 等[68]通過在CMIP6的模型中應用偏差校正方法, 對“南北極”構建極端溫度指數的未來預測, 發現全球變暖導致地球“三極”的極端溫度指數顯著增長;Shen 等[69]調研2019 年南極平流層驟然升溫的原因, 發現其與南極弱極渦密切相關。

2.3 高被引文獻對比分析

綜上所述, 國內外極地研究有很多相似之處,卻也各有側重。結合表1 與表2, 篩選并分析數據源中的國內外高被引文獻, 通過閱讀并綜述兩者在研究內容與研究方法上的相似處與差異性。

在研究內容上, 相似處體現在以下幾方面:(1)極端氣候及其影響機制研究。美國學者Natali等[70]研究發現北極在冬季的“放大效應”促進了土壤有機質的微生物分解和CO2釋放; 中國學者Jin 等[71]研究多年凍土退化對高緯度和中低緯度植被的影響機制。(2)極地與全球海平面變化的關系研究。德國學者Horwath 等[72]通過評估全球海平面預算與全球海洋質量預算, 發現1993—2016年, 格陵蘭冰蓋的消融對全球海平面上升的貢獻最大; 中國學者Chen 等[73]以全球為視角, 通過衛星觀測數據探究北極變化與全球海平面上升的關系。(3)極地與中緯度地區天氣模式的關系研究。美國學者Overland 等[74]基于案例分析與概率模型預測, 探究北極的持續變化與北半球中緯度地區極端天氣事件的關系; 中國學者Luo 等[75]通過研究大氣對北極海冰消融的響應, 發現北極海冰消融與中緯度歐亞極寒事件的發生頻率成正相關。(4)極地海冰消融及其原因與影響研究。挪威學者Onarheim 等[76]根據海冰濃度的衛星觀測,評估極地海冰流失的季節性與區域表現; 中國學者Gao 等[77]梳理衛星時代極地海冰減少的可能原因與顯著影響。(5)極地碳排放監測與碳循環研究。瑞典學者Martens 等[78]發現“環北極沉積物碳數據庫”對促進北極碳循環未來實證與建模研究的應用前景; 中國學者Zheng 等[79]通過南極冰芯記錄數據探究千年尺度的南極CO2濃度變化機制。

差異性體現在: (1)區域研究的差異性。美國與加拿大等高緯度地區國家, 側重于研究高緯度大氣環流變化與極地的關系, 而中國側重于研究極地與中國地區氣候變化的遙相關關系。如美國學者Ding 等[80]通過多模型實驗探究高緯度大氣環流變化對夏季北極海冰的影響; 中國學者Wang 和Chen[81]研究發現北極秋季海冰范圍與中國東部霧霾污染高度相關; 中國學者Guo 等[82]將中國黃土高原與南極洲的冰記錄關聯, 發現亞洲與南極氣候間存在廣泛的耦合關系。(2)極地氣候因果關系研究的深度差異性。國外一些研究側重于氣候變化間的多種連鎖機制, 深入挖掘極地氣候變化的發生機制, 而國內研究多側重于某些因素間的相關性或因果互推, 未能從大氣動力機制等角度宏觀地研究極地氣候因果關系。如美國學者Overland 等[83]的研究指出北極的海冰消融會引發持續性的寒潮、北太平洋與北極的氣候變化相互影響等連鎖機制。

研究聚焦高被引文獻, 基于文獻計量法與統計學方法, 總結常用研究方法的相似處與差異。相似處體現在: (1)文獻分析法。如英國學者Stroeve 和Notz[84]對不同季節的北極海冰狀態進行綜述研究; 中國學者Dong 等[85]對南極冰蓋近地表風速的6 種全球再分析產品的穩健性進行綜述研究。(2)統計學方法。如挪威學者Onarheim等[76]通過統計學方法分析北極海冰濃度的觀測值; 中國學者Zheng 等[86]通過統計回歸與相關系數, 探究南半球12 月至次年2 月環狀模態與3—5月經向環流的跨季節相關性。(3)數值觀測法。如英國學者Blackport 等[87]根據觀測法與氣候模型,推論北極海冰面積的減少與中緯度冬季極寒事件的因果關系; 中國學者Chen 等[73]基于衛星觀測數據研究全球海平面變化。(4)氣候模型的應用。如日本學者Mori 等[88]通過多模型集合, 探究北極海冰消融對歐亞降溫的影響; 中國學者Wang等[89]通過大氣氣候模型與原位觀測數據, 對南極冰蓋表面質量平衡進行比較。

差異性體現在以下2 個方面: (1)氣候模型的創新應用。國外一些學者通過創新模型或綜合使用模型集合, 豐富極地研究的方法。如加拿大學者Kirchmeier-Young 等[90]使用包含2 個單一模型的多個模型集合, 探究北極海冰范圍極端事件的歸因, 得出個別極端事件不能歸因于人類影響的新結論; 美國學者Garcia 等[91]根據全大氣社區氣候模型模擬的南半球溫度較觀測值低的問題, 提出修改模型中重力波參數化的創新方案。(2)關鍵指標的創新應用。國外一些研究通過創新氣候指標或提出新的指標體系, 豐富研究方法。如美國的Francis 和Vavrus[92]提出新指標, 以證實北極快速變暖對上層氣流的影響。

中國的極地研究起步晚, 對比國際研究仍存在理論與方法缺乏創新的問題。不過, 從發展方面,國內研究近幾年正處于加速階段, 如表1 中關于北極的“ENSO”并行與國際在2016—2019 年展開研究, “sea ice”由國內逐步發展并同國際研究同步至今。同時, 國內極端天氣事件與極地相關性的深入分析, 也豐富了探究中國氣候變化的新視角。

3 結論與展望

南北極相關研究主題在大氣科學領域已逐步演變成為熱點。目前關于北極的研究聚焦于: (1)“北極放大效應”與極地變暖、海冰消融的原因與影響探究; (2)氣候模型的應用與創新, 如應用CMIP6 模型分析北極問題、預測海冰消融等; (3)北極異常變暖與東亞極寒事件的因果關系; (4)北極異常氣候現象的發生機制, 或描述氣候變化的影響機制、反饋機制等; (5)海冰、多年凍土、陸冰的變化及其對全球海平面的影響。而南極的研究目前聚焦于: (1)南極表面質量平衡的影響因素,及其對全球海平面上升的貢獻; (2)南極海冰的變化趨勢及影響因素; (3)南極大氣環流與溫鹽環流的調研; (4)創新氣候模型, 如運用CMIP6 模型分析南極問題; (5)數值天氣預報構建。

盡管國內外明顯重視對南北極的氣候研究,但仍存在缺乏理論與方法創新、缺乏以宏觀視角深入分析現象之間的因果關系等問題?；诖?以下幾方面值得引起更多的關注和重視: (1)研究重點不僅在于解釋氣候現象的發生機制及其影響因素, 更在于深入探究氣候現象之間的因果關系,從宏觀視角挖掘改善異常氣候現象的創新點; (2)氣候模型應不斷完備參數化方案, 并根據不同類型的氣候問題進行模型創新; (3)研究方向不應局限于國際政策, 應豐富研究理論與視角, 敢于質疑現有結論; (4)深化中國的極地研究, 以便更多地參與極地的國際事務; (5)深入了解全球氣候變化機制, 為應對氣候變化并推動雙碳戰略實施提供科學依據與技術支持。研究基于南北極大氣科學領域的文獻年際分析與國內外政策, 對標突現詞爆發時間, 探究不同時期的研究前沿及其演化趨勢。此外, 本文的研究過程中存在以下幾方面問題: (1)由于專業能力有限, 數據清洗過程中有部分詞組未能合并; (2)因突現詞與聚類有所篩選,而未能整體分析; (3)政策對標不夠完善之處, 有待進一步研究。