地球科学是人类认识地球的一门基础科学。它以地球系统及其组成部分为研究对象,探究发生在其中的各种现象、过程及过程之间的相互作用,以提高对地球的认识水平,并利用获取的知识为解决人类生存与可持续发展中的资源供给、环境保护、减轻灾害等重大问题提供科学依据与技术支撑。人类对地球奥秘的探索精神,社会经济发展对资源的利用以及生活质量的提高对环境保护和自然灾害防治的日益增长的巨大需求,始终是地球科学发展的驱动力。地球科学的分支学科包括地理学、地质学、地球化学、地球物理学与空间物理学、大气科学、海洋科学等^[3]。

本文原始数据来自国家自然科学基金ISIS 系统（国家自然科学基金项目资助情况在线数据库）。检索时间为2017年2月25日。数据经中国科学院武汉文献情报中心中国产业智库进行采集、清洗、整理和集成。检索申请代码为D类（地球科学）的项目信息。项目类别包括自由申请项目、青年科学基金项目、地区科学基金项目、重点项目、重大项目、专项基金、委主任基金项目、科学部主任基金项目、国家（地区）合作与交流项目、高技术新概念新构思探索项目。

我国不少学者已经开展了各类基于NSFC的基础研究竞争力分析,其中马廷灿^[4]在综合考虑了研究对象获得NSFC资助的项目数量、经费数量以及所有对比对象的平均水平,在克服了单纯利用项目数量或经费数量可能带来的偏颇的情况下,提出了“国家自然科学基金竞争能力指数”(NCI)。其中,对比对象可以是省域,也可以是科研机构。某省域某年(基于项目批准年度)在某学科领域中的国家自然科学基金竞争能力指数——NCI_{某省域-某年-某学科}的计算公式见文本框1。

通过对上述公式和NSFC的立项信息进行研究,笔者认为该指标在计算基础研究竞争力方面仍然具有不全面性或片面性。根据上述公式,若X和Y两个省域的项目数量和项目经费相同,而机构数（省域内受NSFC资助的大学与科研机构的数量）与项目主持人数不相同时,得出的NCI相同。深入分析却发现两个省域的基础研究竞争力存在一定差异。对于X和Y两个省域来说,机构数量越多,说明该省域各科研机构的参与度越高,覆盖面越广,用数学语言解释就是方差小;机构数量越少,则说明该省域有少量机构实力较强,而省内整体参与度不高,方差大。

为了更加全面、系统地分析我国省域基于国家自然科学基金的基础研究竞争力,有必要构建更全面的评价指标体系。基于此,本文完善了NCI的内涵,构建了新的NCI指数。以省域为研究对象,将某省域获得NSFC资助的项目数量、项目经费、机构数量、项目主持人数量4项指标纳入了NCI,形成了针对省域的综合NCI、学科NCI、项目类别NCI,本文主要涉及学科NCI,见公式1（这里所指的学科与国家自然科学基金的八大科学部相对应）。项目数量和项目经费主要能反映基础研究的现状与实力,而获得NSFC资助的机构数量和项目主持人数量则能较好反映其基础研究的潜力与发展前景。将这4项指标纳入NCI能够更全面、更真实反映某省域的基础研究竞争力状况。

文本框1 NCI_{某省域-某年-某学科}计算公式

$NCI_{某省域-某年-某学科}=\sqrt{\frac{某省域某年某学科项目数量}{31省城某年某学科平均项目数量}\ \ \ \times\ \ \ {\frac{某省域某年某学科经费数量}{31省城某年某学科平均经费数量}}}$

中国省域基础研究学科NCI的具体公式如下：

$NCI_{某城区-某学科-某年}=\sqrt[4]{\frac{A_{i}}{\hat{A}}\times\frac{B_{i}}{\hat{B}}\times\frac{C_{i}}{\hat{C}}\times\frac{D_{i}}{\hat{D}}}$

式子中,A_i表示某省域某学科某年项目数量,$\hat{A}$表示31省域某学科某年平均项目数量;B_i表示某省域某学科某年经费数量,$\hat{B}$表示31省域某学科某年平均经费数量;C_i表示某省域某学科某年机构数量,$\hat{C}$表示31省域某学科某年平均机构数量;D_i表示某省域某学科某年主持人数量,$\hat{D}$表示31省域某学科某年平均主持人数量。

图1是2006–2016年NSFC地球科学项目数量与项目经费变化趋势图。由图可知,2006–2011年地球科学项目数量与项目经费呈较快增长趋势,项目数量由2006年的1 361项增长到2011年的3 159项,年均增长率18.3%;项目经费由2006年的4.91亿元增长到2011年的19.77亿元,年均增长率32.1%。这意味着我国地球科学基础研究虽然起点不高,但发展较快。2011–2016年是地球科学的稳定发展期,项目数量、项目经费保持稳定,这体现了NSFC地球科学不只是追求数量的增长,更加注重质量的提高。

根据省域基础研究学科NCI计算公式,分别计算出2006–2016年我国31个省域（不包含港澳台）地球科学NCI指数及排名的变化趋势,并用图表予以展示,如表1。由学科NCI的定义和计算方式可知,其数值大小反映了该省域或该机构地球科学方面的基础研究竞争力强弱。根据2016年地球科学NCI值,将我国31个省域分为5个梯队：第一梯队,NCI≥6,基础研究力非常强;第二梯队,6>NCI≥2,基础研究力很强;第三梯队,2>NCI≥1,基础研究力较强;第四梯队,1>NCI≥0.5,基础研究力较弱;第五梯队,0.5>NCI≥0,基础研究力很弱。

为了更加详细地了解我国目前地球科学的省域基础研究竞争力现状与分布,表2列出了2016年我国地球科学各省域基础研究竞争力的详情,包括31个省域地球科学的项目数量、项目经费、机构数、主持人数以及NCI值。

结合表1和表2可知,我国地球科学的第一梯队只包括北京,其基础研究力遥遥领先于其他省域,2006–2016年NCI虽稍有所下降,但排名一直保持第1,2016年地球科学NCI为7.45,远高于第2名江苏。北京作为我国基础研究的领先者,各个学科NCI均位居第一,地球科学也不例外。北京拥有丰富的硬件条件、汇聚尖端人才,在地球科学基础研究的发展中发挥核心作用。

第二梯队包括江苏、广东、山东。2006–2016年江苏省稳居第2,NCI波动不大;广东省和山东省排名交替上升,竞争激烈,均位于5名之内。2016年,广东省和山东省NCI相差不大,广东省项目数量高于山东省,不过山东省项目经费高于广东省。这3个省份是我国地球科学基础研究的重要支柱。

第三梯队包括湖北、陕西、上海、甘肃及四川。2006–2016年,湖北省在3~5名之间徘徊,紧跟第二梯队;陕西省NCI不断上升,由第10名逐步上升至第6名,且势头不减,具有较大发展潜力;上海和甘肃排名稍有波动,上海市作为整体基础研究竞争力第2的省域,地球科学目前排名第7,可见地球科学是其弱势学科;四川省地球科学的NCI呈上升趋势,排名由14上升至第9名。

第四梯队包括浙江、福建、辽宁、河南、安徽、贵州和云南。第四梯队内的各省域排名波动较大,较为不稳定,不过这也可以看出我国地球科学在不断发展、变化。其中浙江、河南整体呈上升趋势,浙江省由第13逐步上升至第10名,河南省由第18名上升至第13名;福建和安徽省整体呈下降趋势,福建由第8名下降到第11名,安徽省由第9下降到第14名;辽宁、贵州和云南这3个省份NCI及排名则存在上下波动,整体趋势是先下降再上升。

第五梯队包括吉林、湖南、新疆、江西、广西、天津、河北、黑龙江、重庆、海南、山西、内蒙古、宁夏、青海和西藏。第五梯队包括15个省域,说明我国有接近50%省域的地理科学基础研究竞争力很弱。2006–2016年,第五梯队内各省市NCI排名不稳定,变化较大,其中吉林、新疆、河北、青海和西藏整体呈上升趋势;湖南、江西、黑龙江和山西整体呈下降趋势;广西、天津、重庆、海南、内蒙古、宁夏上下波动。

表3列出了2016年我国31个省域在地球科学不同项目类别的项目经费和所占比例,由于NSFC项目类型复杂,本文只选取了典型的5种项目类别,分别是面上项目、青年科学基金项目、地区科学基金项目、重点项目和重大项目。

面上项目是NSFC最基本的项目类型,以自由探索为原则。2016年,北京市的地球科学面上项目经费位居榜首,占整体面上项目经费的28.8%,而第五梯队15个省份面上项目经费的总和仅占整体面上项目经费的7.9%。在地球科学的面上项目方面,省域之间项目经费差距明显,存在强者太强,弱者太弱的现象。

青年科学基金的目的是培养和造就具有发展潜力的优秀青年科技工作者,青年科学基金项目在一定程度上能代表该省域的基础研究的发展潜力。北京在地球科学的青年科学基金方面仍然拔得头筹,项目经费达7 508万元,占整体项目经费的23.4%。该项基金排名前5的省份分别是北京、江苏、湖北、山东和广东。这5个省份作为地球科学发展的中坚力量,培育了一大批优秀的青年科学人才,他们在独立科研、创新思维和创新能力方面具有优势。海南、内蒙古、青海等西部偏远地区在青年科学基金项目方面存在弱势,宁夏和西藏省无青年科学基金项目。

地区科学基金主要为了加强对部分边远地区、少数民族地区等科学研究基础薄弱地区科技工作者的支持,为区域协调发展和国家创新体系建设服务^[5]。2016年,地球科学的地区科学基金项目经费7 090万元,其中云南、江西、广西、新疆和甘肃5个省域项目经费占比较高。这5个省域牢牢把握了学科最新研究进展和相关政策,结合当地环境和资源特点积极申报地区科学基金项目,进而提高科技创新能力,参与到地球科学的研究发展中。而其他偏远省份在地区科学基金项目上稍显劣势。

重点项目是针对我国的重要研究领域或新学科生长点开展系统、深入的创新性研究工作。北京是地球科学重点项目的领先者,项目经费占比31.2%;广东、陕西、甘肃、四川、江苏、湖北及上海是重点项目的重要承担者,项目经费合计占比39.8%;中西部偏远地区许多省域无重点项目资助。

重大项目针对国民经济和社会发展中亟待解决的重大科学问题。2016年,共批准4项重大项目,分别由甘肃省的中国科学院寒区旱区环境与工程研究所、湖北省的中国地质大学、北京市的中国科学院地质与地球物理研究所以及浙江省的国家海洋局第二海洋研究所牵头,项目经费共计6 728.5万元。江苏、广东、山东和陕西均参与了重大项目。