海洋科学研究正经历着由海面短暂考察到内部长期观测的革命性变化,这将从根本上改变人类对海洋的认识。21世纪以来,发达国家纷纷投入巨资开展海洋观测研究计划,建设海洋观测系统,如加拿大海洋观测网（Ocean Networks Canada, ONC）,美国大洋观测计划（Ocean Observatories Initiative, OOI）,欧洲观测网（European Sea Floor Observatory Network, ESONET）,日本地震观测网（Dense Oceanfloor Network system for Earthquakes and Tsunamis,DONET）等。ONC在海洋观测技术方面的投资已超过3亿美元,与美国OOI前期的投资体量相当。2017以来,加拿大产学研促进网络（CANARIE）以每年4 660万美元的力度给予ONC连续5年的资助,以确保ONC在海洋观测科学技术方面的全球领先地位。而2018年OOI的经费仅为3 100万美元^[1]。我国正围绕实现全天候、综合性、长期连续实时观测海洋内部过程及其相互关系的科学目标,建设海底长期科学观测网,为国家海洋安全、深海能源与资源开发、环境监测、海洋灾害预警预报等研究提供支撑。

ONC是目前国际上规模最大、技术最先进的综合性海底长期观测网^[2],已经建成并运行的2个有缆海底观测网络是加拿大海王星区域性电缆海洋观测网（NEPTUNE Canada regional network）和维多利亚海底实验网络（VENUS coastal network）。其中NEPTUNE是世界上第一个大区域尺度的、多节点、多传感器的有缆海底观测网,VENUS是近岸尺度的海底观测网。

维多利亚大学于2007年创建非营利性组织ONC,ONC董事会来自加拿大学术界、政府部门及企业,咨询委员会由美国、英国、日本、澳大利亚和加拿大的顶级海洋科学家组成。ONC拥有几百个海洋环境监测仪器,收集的海洋物理、化学、生物和地质方面的数据量与哈勃望远镜相当。ONC借助公认的目前最先进的海洋决策与管理工具——海洋2.0实时存档并开放,ONC观测数据以前所未有的方式支持复杂的地球过程研究。ONC分布全球的丰富多样的生态系统观测仪器为研究人员提供近实时的物理、化学、生物和地质数据,支持复杂地球过程的研究,ONC产生的大数据也为计算机科学领域提供研究资料,为社会科学家提供数据产品。

本文遴选与加拿大海洋观测高度相关的研究论文,利用文献计量及文本挖掘的方法分析加拿大海洋观测的发文趋势、国家/地区分布及合作、机构分布及合作、领域、主题热点等,揭示加拿大海洋观测网研究的发展态势,为我国海洋观测研究与海洋观测基础设施建设提供有价值的参考。

本文以科睿唯安公司的Web of Science核心合集为数据源,以与加拿大海洋观测高度相关的论文为分析对象。截至2017年12月31日,通过在Web of Science核心合集利用(“ocean net* canada"）OR ((NEPTUNE OR VENUS) and ( coast* or ocean or sea or canada or network) NOT (planet* or mars or protein or drug or Nephrotic Syndrome Study or "Neptune grass" or "Bulk Fill " or VGAT-Venus or "atmosphere of Venus")) OR (“Oceans 2.0”)进行主题检索,选择2006年以后的文章,再排除类别为ASTRONOMY ASTROPHYSICS与ENGINEERING AEROSPACE的文章,利用ONC网站提供的文章列表（http://www.oceannetworks.ca/science/publications/academic）进行标题检索,将以上检索结果进行合并。经过人工清洗共遴选获取论文209篇,利用文本挖掘方法提取题名、摘要及关键词信息,并利用这些信息对每篇论文进行主题标引,利用文献计量法对年度发文趋势、国家/地区分布、主要研究机构、主题词进行统计分析,利用聚类分析法对国家合作网络、主要机构合作网络、研究领域、主题热点进行分析与揭示。

2006年,维多利亚大学在Science上发表了第一篇由ONC观测数据支持的论文（图1）,通过观测开展了海口生物引发的湍流的研究^[3];2007年,维多利亚大学又发表了第一篇介绍“海王星”的论文,“海王星”是全球第一个区域电缆海洋观测站^[4]。这两篇文章代表了两类研究方向。一类是ONC基础设施建设的论文,另一类是基于ONC观测数据的研究论文。

从发文年度变化趋势看（图2）,2011年开始,ONC主题的发文量进入增长阶段,且增长主要体现在ONC观测数据的研究方面。2012年后,关于ONC设施建设的研究比2012年前略有增多,发文量比较平稳,而基于ONC观测数据的研究保持持续增长。

从发文国家分析来看（表1）,加拿大是ONC最主要的发文国, 其次是美国、欧洲各国。从全球来看,北半球的发文较多,南半球相对较少,这与ONC网络主要部署北太平洋有关。

图3为国家/地区合作网络图,某个国家/地区的圆球数量越多表示该国家/地区的发文量越多,连线代表两个国家/地区之间的合作,不同国家/地区间的合作用不同颜色区别。其中,加拿大与美国的合作最多。其次,德国、意大利、西班牙、法国等欧洲国家与加拿大、美国合作也较多。中国大陆主要与加拿大、美国、中国台湾合作。

从发文量来看（表2）,2006–2017年间ONC发文量排名前10位的研究机构中4家来自加拿大,4家来自美国,另外2家分别来自法国和俄罗斯。这些研究机构由科研院所和大学组成。维多利亚大学作为ONC的主要研发单位,发文量最多,加拿大地理调查局与美国的华盛顿大学并列第二。

维多利亚大学不仅发文量最多,而且合作比较广泛,与加拿大地质调查局、加拿大渔业和海洋局、加拿大纽芬兰纪念大学等都有较多合作。华盛顿大学是另一个发文和对外合作比较密切的机构,主要合作机构有罗格斯州立大学、维多利亚大学、伍兹霍尔海洋学研究所、美国国家海洋和大气管理局、加州大学圣克鲁斯、蒙特利湾水族馆研究所、马萨诸塞州立大学及渥太华大学等。此外,海洋科学研究所与俄罗斯科学院、美国国家海洋和大气管理局、维多利亚大学合作也比较密切（图4）。

论文的学科领域分析结果显示,与ONC有关的发文主要集中于两类,一类是ONC基础设施建设的研究（见图5）,另一类是基于ONC观测数据的研究（见图6）。ONC基础设施建设研究所涉及领域主要集中在工程、声学、听力学与语言学、电信、计算机科学、仪器与仪表、能源与燃料、物理、遥感、成像科学与摄影技术、光学、机器人等。其中,计算机科学、电信、遥感、成像科学与摄影技术有交叉研究。声学和听力学与语言学有交叉研究,仪器与仪表、电化学、核科技、物理、机械有交叉研究。

基于ONC观测数据的研究领域主要集中在海洋学、地球化学与地球物理学、工程、地质、海洋和淡水生物学、环境科学与生态学、气象学与大气科学、生物多样性与保护、微生物学、生物化学与分子生物学、生物技术与应用微生物学等。其中,海洋学、地质学、环境学、海洋和淡水生物学、气象学与大气科学、生物多样性与保护、古生物学、进化生物学交叉研究较多。

ONC基础设施支持从北极、NEPTUNE和VENUS观测网分布的多地点仪器的实时观测。这些基础设施包括：岸站、主干电缆、分支器,中继器,网络节点和接线盒和科学仪器接口模块。对论文标引的主题信息进行词频统计分析,发现与基础设施建设研究主题相关的高频词如表3。

对基于ONC观测数据的研究论文进行主题聚类分析,共形成6个聚类簇（如图7）,这些聚类簇主要反映研究地点与科学主题。研究地点集中在东北太平洋、沙利旭海和北极地区,具体地点包括加拿大水域、加利福尼亚、不列颠哥伦比亚、白令海峡、楚科奇海、巴伦支海等。加拿大水域的研究较多,这些研究主要涉及人类活动引起的东北太平洋变化主题与东北太平洋和沙利旭海的生命主题,包括有机碳、二氧化物、气体交换、波能、生物扰动、反硝化作用、热场、热液喷口、内潮波、浮游植物、浮游动物等。

美国地区的研究主要集中在海底、海洋和大气之间的相互联系主题,包括海洋边界层、大气环流、气候变化等。其中气候变化的研究最多,并与各聚类族交叉最多,包括海洋温度变化、海洋酸化、溶解氧消耗、海洋运输过程、初级生产力等。海洋保护区、海洋管理类研究主要集中在加利福尼亚地区,包括物种灭绝风险、底栖生物、底栖通量、鲸类动物、生态指标、生态脆弱性、生境补偿、恢复能力、渔业管理、渔业法、政策等。这些研究主要涉及东北太平洋和沙利旭海的生命主题。

此外,还有少量关于北部森林、土壤湿度、农业相关的研究,以及海啸监测、海啸预警、2010智利海啸、2011日本东北地震、2012海达瓜依地震和海啸、海底潮汐加速度等。

在ONC 排名前10位的高被引论文中,位列第一的是加拿大不列颠哥伦比亚大学的Hallam SJ团队2012年发表在Nature Reviews Microbiology上的论文。维多利亚大学与华盛顿大学分别占两篇,此外,日本东京大学、苏格兰圣安德鲁斯大学、以色列海洋环境大学、西班牙海洋科学研究所的研究也具有一定影响力（表4）。

排名前10位的高被引论文中有9篇是基于ONC的观测数据的研究,1篇是关于ONC建设的研究。基于ONC的观测数据的研究热点包括：海洋缺氧地区微生物生态、海口生物湍流、利用沉积物捕集进行甲藻囊通量研究、异常海洋条件有关的海岸有毒藻华、地震引发海啸对浅海软底环境和巨型底栖生物群的干扰、人为噪声对海洋生物的影响、鱼类活动-海洋沉积物再悬浮和有机质再矿化机制、深海活动节律-时间生物学。

ONC建设的研究是有关太平洋胡安•德富卡海岭高功率、高带宽电缆观测站建设问题。

从发文量来看,虽然2006年以来ONC相关的论文数量稳步增长。但目前的研究论文数量规模不大,一方面,10年的数据对大尺度海陆过程研究尚显不足,另一方面,ONC数据共享平台海洋2.0在2010年的用户仅为千人,受监测技术及数据访问的限制,ONC观测数据支持全球用户开展研究的能力还比较有限。

从研究团队来看,目前ONC相关的研究团队以加拿大和美国为主,欧洲国家有少量参与。但值得注意的是,高被引论文分析结果显示,日本东京大学、苏格兰圣安德鲁斯大学、以色列海洋环境大学、西班牙海洋科学研究所的研究也具有一定的影响力。

从研究主题来看,ONC观测数据支持气候变化科学研究、海岸带管理与保护及地震与海啸预警。基于ONC观测数据的研究已经覆盖海洋学、地球化学与地球物理学、工程、地质、海洋和淡水生物学、环境科学与生态学、气象学与大气科学、生物多样性与保护、微生物学、生物化学与分子生物学、生物技术与应用微生物学等。

未来,随着ONC观测数据的积累以及海洋2.0功能的开发,ONC大数据能力允许几十种测量类型连续的、秒次的观测,通过互联网向全球用户开放。基于ONC观测数据的研究规模将会扩大,研究团队也将从加拿大、美国扩展到其他地区,这将在极大程度上促进全球海洋资源可持续管理及人类海洋足迹研究。