表1(Table 1)
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2. 中国科学院兰州文献情报中心 兰州 730000;
3. 西南大学图书馆 重庆 400715;
4. 中国科学院前沿科学与教育局 北京 100864
2. Lanzhou Center for Literature and Information of the Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000, China;
3. Southwest University Library, Chongqing 400715, China;
4. Bureau of Frontier Sciences and Education of the Chinese Academy of Sciences, Beijing 100864, China
文献计量学被定义为用数学和统计学的方法，定量地分析一切知识载体的交叉科学[1]。它是集数学、统计学、文献学为一体，注重量化的综合性知识体系[2]。随着计算机和网络技术的快速发展，文献计量学逐渐向可视化、网络化和指标定量化等方向发展[3, 4]。汤森路透集团的Web of Science(WoS)核心合集数据库一般被认为收录了世界各学科领域内优秀的科技期刊，其收录期刊的论文能在很大程度上及时反映科学前沿的发展动态和国家、机构的发文情况，进一步反映在某一学科领域各个国家和机构的研究优势地位。本文通过文献计量分析工具从WoS数据库检索的论文进行统计和分析，得出地球科学领域主要国家和研究机构的论文产出及其影响力、学科领域的研究热点方向等，并对我国地球科学领域研究的优劣势进行分析，从而在宏观上把握国际及我国地球科学研究的发展态势。
1 数据来源与检索策略国际地球科学领域的整体分析基于汤森路透集团的InCites平台，选择基本科学指标基本科学指标(Essential Science Indicators，ESI)数据库的学科分类，ESI把WoS数据库收录的1万多种自然科学和社会科学期刊分成22个学科领域，其中地球科学领域包括地质学、地球化学、地球物理学、地质技术学、经济地质学、岩石化学、矿物学、气象与大气科学、水文学、海洋学、石油地质、火山学、地震学、气候学、古生物学、遥感、测地学、地质石油和采矿工程。WoS数据库将所有期刊文献分为156个研究方向，地球科学相关学科如地质学、地球化学与地球物理、自然地理学、大气科学和海洋科学的分析数据是根据WoS的研究方向分类，在科学引文索引扩展(Science Citation Index Expanded，SCIE)数据库中进行检索获取相应文献。本文文献分析数据检索自SCIE数据库收录的2004—2013年间出版的论文(文献类型为article、proceedings paper、review和letter)，具体检索情况如表 1所示。基于检索结果，针对重点领域进行分析。分析工具采用汤森路透的Thomson DataAnalyzer(TDA)文本挖掘软件。
据ESI统计，2004年1月至2013年12月期间地球科学领域论文共有329 061篇，截至2014年6月底这些文章共被引用3 420 944次，篇均被引频次为10.40次/篇。对主要发达国家(美国、英国、德国、法国、日本)和新兴经济体国家(中国、印度、巴西、俄罗斯等)，在2004—2013年期间发表的地球科学研究论文的绩效进行评价，分析其学术表现和影响力(表 2)。
从地球科学领域的论文总数和总被引频次来看：美国遥遥领先，论文数占国际地球科学论文的31.50%。中国的论文数仅次于美国，占总数的12.36%，不及美国的一半，但近年来增长迅速。中国的论文总被引次数排在第4位，地球科学研究论文总被引次数已经超过了日本，在新兴经济体国家中以明显优势位居榜首。
从论文的篇均被引频次和被引论文百分比来看：英国的这2个指标在这些国家中表现力最佳。英国、美国、德国和法国的篇均被引频次都明显高于国际平均水平，日本略高于平均值，中国等新兴经济体国家的篇均被引频次低于国际平均值。被引论文所占百分比的情况与之相似。
学科相对影响力，即论文在地球科学领域的影响力(论文篇均被引频次)与所有学科整体影响力的比值。如果比值大于1表示该学科的影响力高于所有学科的平均水平，小于1则表示低于学科平均水平。英国、美国、德国和法国的地球科学研究影响力都高于学科平均水平；日本接近于平均值；中国为0.77，低于平均水平。
国内相对影响力，即论文在地球科学领域的影响力(论文篇均被引频次)与本国所有学科的整体影响力的比值。如果比值大于1表示该学科的影响力高于本国所有学科的平均水平，小于1则表示低于本国所有学科的平均水平。法国、英国等发达国家地球科学研究的影响力略高于或接近本国所有学科的平均影响力；比较而言，巴西、韩国和中国等新兴经济体国家地球科学研究的影响力在国内相对影响力较高；但俄罗斯和印度地球科学的国内影响力相对较低。
论文数在本国中的百分比，即某国地球科学领域论文数占本国论文总数的百分比。从该指标来看，WoS数据库中地球科学领域的论文占了全部论文的2.87%；俄罗斯地球科学研究的论文占本国论文的比例最高，为7.39%；法国、德国、英国、美国、中国和印度的国内论文比例也高于国际平均水平。
论文被引与本学科总体情况的比值，即在地球科学领域中某国被引论文百分比除以全球被引论文百分比得到的值。如果比值大于1，表示该国地球科学领域论文的被引用率高于全球平均水平。5个发达国家的地球科学领域论文的被引用率均高于全球平均水平，而5个新兴经济体国家的被引用率均低于全球平均水平，中国为0.90，接近平均水平。
论文被引与本国总体情况的比值，即某国地球科学领域论文的被引百分比除以本国所有论文的被引百分比得到的值。如果比值大于1，表示该国地球科学领域论文的被引用率高于本国所有学科的平均水平。10个国家中，除印度接近平均值外，其他9个国家的地球科学领域论文的被引用率都略高于国内平均水平，表明地球科学领域论文的受关注程度和影响力普遍较高。
从图 1a可见，进入21世纪以来，中国地球科学研究论文总数迅速增长，随着论文量的增加，我国地球科学论文的总被引次数在近期也开始超过英德等发达国家，但要赶上同是发文大国的美国需要长期努力。从图 1b论文篇均被引频次来看，中国与美英德等发达国家相比在未来较长时间内仍会存在明显差距(图中虚线是根据线性回归方程模拟的未来发展趋势)。
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| 图 1 美国、英国、德国和中国的地球科学领域SCIE 论文年度变化及其预测 |
对国际著名综合期刊Proceedings of the NationalAcademy of Sciences of the United States of America(PNAS)、Science、Nature及其子刊Nature Geoscience、Nature Climate Change和Nature Communications上发表的地球科学研究论文进行统计，数据显示中国在这几种期刊上发表的地球科学研究论文排名从2005年的第16位上升至2014年的第6位(图 2)。
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| 图 2 美国、英国、德国、澳大利亚、法国、加拿大、瑞士、中国在PNAS、Science、Nature及其子刊发表地球科学研究论文情况 |
在2004—2013年的10年时间里，国际固体地球科学、大气科学和海洋科学研究的文献数量呈上升趋势(表 3)。中国在整个地球科学领域的论文数量增长上表现突出，年均增长率均超过国际平均水平。
我国地质学研究的论文数量从2007年以来快速增加，至2010年以后，论文数量与美国已经接近。地球化学与地球物理学的论文数量从2009年以来仅次于美国，自然地理学的论文数量在2013年也发展为世界第2，但这两个学科与美国相比还存在比较明显的差距。我国大气科学研究的论文数量增速最快，年均增长率达到22.46%，2010年以来仅次于美国排名第2位。我国海洋科学研究论文在2012年超过了英国，位居第2位。
从论文的影响力方面来看，主要国家地球科学领域的论文篇均被引频次都大于10次/篇，我国各相关学科领域的篇均被引频次都低于平均值，除大气科学外，其他都在10次/篇以下。我国海洋科学的篇均被引频次与平均值相比差距很大，一方面是因为论文的快速增长主要集中在最近几年，论文被引用高峰出现还需要一定的时间周期，另一方面也说明我国科研论文的国际影响力有待提升。
从被引频次≥50次的高被引论文所占比例来看，国际地球科学领域各学科的高被引论文比例分布情况与篇均被引频次大体类似。中国高被引论文比例都明显低于主要发达国家的平均水平，其中，地球化学与地球物理学与平均水平的差距最小，海洋科学的差距最大。
对国际主要研究机构的发文量分析表明，中科院有关地质学、自然地理学和大气科学研究的论文数量都排名世界第1位；地球化学与地球物理学仅次于俄罗斯科学院排名第2；海洋科学领域，中科院在俄罗斯科学院、美国国家海洋与大气管理局和伍兹霍尔海洋研究所之后排名第4位。但中科院论文的篇均被引频次和高被引论文比例等都相对较低。
从论文数量及其被引情况来看，除中科院外，国内还有中国地质大学、中国地质科学院、北京大学、南京大学、中国地震局、中国科学技术大学、兰州大学、香港大学等在固体地球科学研究中表现突出；中国气象局、北京大学、中国气象科学院、南京信息工程大学、南京大学、北京师范大学、清华大学等在大气科学研究中表现突出；中国海洋大学、国家海洋局、厦门大学、华东师范大学、大连理工大学、香港科技大学、中国水产科学院等在海洋科学研究中表现突出。
3.2 我国地球科学研究具有国际影响力的主要领域我国在固体地球科学研究中对华北克拉通等的研究取得了有世界影响力的成绩，此外有关汶川地震的大量研究成果也获得国际同行认可。
我国大气科学的研究热点是数值模拟、热带气旋和气溶胶等，特色研究有青藏高原和东亚季风等，目前已在气候变化、降水、数值模拟、热带气旋、气溶胶、电离层、厄尔尼诺等方面取得较多有影响力的研究成果。
我国海洋科学研究对我国周边海域及长江河口、珠江河口等的研究方面具有地域优势，这也反映出我国之前的海洋研究主要局限于海岸带和近海，对深海大洋研究明显弱于欧美等发达国家。
3.3 我国地球科学研究人才队伍发展基于论文作者的姓名统计，可从一定程度上反映出学科领域具有一定国际学术影响力的人才队伍规模及论文高产作者的分布情况。需要特别注意的是，由于中文姓名拼音简称存在比较多的重名现象，这可能会导致我国的分析结果有所偏高，因此这些数据在深入应用时需要进一步分析。从表 4可见，美国地球科学研究的具有国际学术影响力的人才队伍规模最大；中国除地质学的研究队伍规模是美国的2/3外，其他相关学科的队伍规模都在美国的1/3左右，在国际上的排名处在第2位到第5位之间。在发文量排前200位的作者中，除地质学外，都是美国位于榜首。中国在地质学和大气科学方面的高产作者比例较高，排在了前2位；地球化学与地球物理学、自然地理学的高产作者都排名第4位；海洋科学的高产作者比较少，排在第9位。
SCIE收录的地球科学领域各年TOP 1%论文中，第一作者为美国、英国、德国或中国的人数统计情况见图 3，数据显示美国在地球科学研究领域的优秀人才最多。中国具有国际学术交流能力的人才队伍总体规模不断壮大，但与传统科技强国相比，高学术影响力的科学家比例还比较低，将来需要在继续储备丰富的专业人才队伍中培养高端人才。
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| 图 3 美国、英国、德国和中国的地球科学领域TOP 1%论文第一作者人数及其趋势预测 |
在国际地球科学领域研究中，过去10年来美国的论文数最多，英国和美国的论文影响力较高，日本各方面接近平均水平，新兴经济体国家地球科学研究普遍得到较快发展，但研究的国际学术影响力总体还较弱。
我国地球科学领域研究的国际论文产出量在过去10年特别是过去5年以来增长迅速，超过国际相关学科的平均增长水平，近年来科技投入的增加对科研文献的快速增长起到了巨大的促进作用，科研论文的质量及其国际影响力都在不断提升且呈良好发展趋势。
中国在地球科学领域的许多研究方向已取得具有国际学术影响力的成果，但我们仍要清醒地认识到，我国令世界瞩目的重大研究成果还不够多，与我国庞大的研究人员队伍规模基数相比，领域的优秀国际化研究人才的比例与美欧发达国家相比仍有明显差距。因此，我国应遵循科学创新规律，不断完善科研考核评价的体制机制，加强对地球科学基础前沿领域、中国典型地域科学问题领域的稳定支持力度，培养具有创新力的高端优秀研究人才和优秀研究团队，促进学术思想与研究技术创新发展，促进高水平、高质量、高影响力的重大科研成果的产出，为推动国际地球科学领域相关学科研究与发展，贡献中国智慧、发出中国声音，切实提高我国科学研究的创新力和竞争力，并积极服务于我国经济社会的长远可持续发展。
致谢：中科院兰州文献情报中心情报研究部赵纪东、张树良和王金平参与了文章中的部分数据准备和统计分析工作，谨致谢忱！| [1] | Pritchard A. Statistical Bibliography or Bibliometrics? Journal of Documentation, 1969, 25 (4): 348-349. |
| [2] | Bellis D N. Bibliometrics and Citation Analysis: From the Science Citation Index to Cybermetrics. Scarecrow Press, 2009: 417. |
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| [3] | Börner K, Chen C, Boyack K W. Visualizing knowledge domains. Annual Review of Information Science and Technology, 2003, 37: 179-255. |
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| [4] | Wang X M, Ma M G, Li X, Zhong X Q. Applications and researches of geographic information system technologies in bibliometrics. Earth Science Informatics, 2014, 7 (3): 147-152 |
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