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科学观察, 2020, 15(6): 12-21 doi: 10.15978/j.cnki.1673-5668.202006002

研究论文

亚太地区水文变化与海洋过程文献计量分析

宁宝英, 马建霞,*, 李娜, 常杲

中国科学院西北生态环境资源研究院 兰州 730000

Bibliometric Analysis of Hydrological Changes and Ocean Processes in the Asia-Pacific Region

Ning Baoying, Ma Jianxia,*, Li Na, Chang Gao

Northwest Insititute of Eco-Environment and Resources, Chinese Academy of Sciences, Lanzhou 730000

通讯作者: *E-mail: majx@lzb.ac.cn

基金资助: 国家科技图书文献中心专项项目“亚太地区水文循环与全球变化态势分析与研究现状”

Corresponding authors: *E-mail: majx@lzb.ac.cn

Online: 2020-12-15

摘要

亚太地区水文循环是全球气候环境系统的重要组成部分。该文基于WOS检索结果,结合人工数据清洗和内容阅读,筛选出3 353篇与亚太地区水文变化与海洋过程相关的文献,利用VOSviewer文献计量分析工具,分析了该领域研究现状,包括发文数量趋势、主要研究国家、主要研究机构、主要研究人员、重点研究内容、热点研究主题以及高影响力论文等,以期为相关研究提供宏观的、概况的信息支持和决策参考。

关键词: 亚太地区 ; 文献计量 ; 水文变化 ; 海洋过程

Abstract

The hydrological cycle in the Asia-Pacific region is an important part of the global climate and environment system. Based on SCIE literatures retrieved from Web of Science database, followed by manual data cleaning and content reading, 3353 ones related to hydrological change and marine process in Asia Pacific region were selected. In order to provide macro and general information support and decision-making reference for related research, the current research situations in this field were analyzed by bibliometric method, including the trend of literature’s number, main research countries, main research institutions, main researchers, key research contents, hot research topics and high impact papers.

Keywords: Asia-Pacific Region ; bibliometric analysis ; hydrological change ; ocean processes

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本文引用格式

宁宝英, 马建霞, 李娜, 常杲. 亚太地区水文变化与海洋过程文献计量分析 [J]. 科学观察, 2020, 15(6): 12-21 doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.202006002

Ning Baoying, Ma Jianxia, Li Na, Chang Gao Bibliometric Analysis of Hydrological Changes and Ocean Processes in the Asia-Pacific Region[J]. SCIENCE FOCUS, 2020, 15(6): 12-21 doi:10.15978/j.cnki.1673-5668.202006002

1 引言

全球气候环境变化的趋势及驱动机制是当今科学界面临的重大挑战,亚太地区水文循环是全球气候环境系统的重要组成部分,既敏感响应全球气候变化又对区域环境产生重要影响。重大水文事件发生的幅度和频次的异常波动对我国可持续发展提出了挑战[1,2,3]。深刻理解亚太地区水文循环变化是解码海陆气相互作用的区域影响和全球联系的关键。

我国所处的海陆地理位置决定了气候显著受西北太平洋海洋过程影响,重大水文事件尤其如极端水文事件造成的洪涝灾害对我国社会经济的影响巨大[4,5],从亚太地区的空间尺度理解其内在机理和反馈机制,对深入破解海陆气相互作用机理具有理论意义,对我国防灾减灾具有实践意义。

2 数据来源与方法

亚太地区概念的形成受政治、经济、社会、文化多因素影响[6]。作为地域术语,亚太地区指亚洲和太平洋沿岸地区,结合本研究需要,本文的亚太地区范围所涉及国家/地区包括澳大利亚、文莱、柬埔寨、斐济、印度尼西亚、日本、基里巴斯、朝鲜、韩国、老挝、马来西亚、马绍尔群岛、密克罗尼西亚联邦、瑙鲁、新西兰、帕劳、巴布亚新几内亚、菲律宾、萨摩亚、新加坡、所罗门群岛、泰国、东帝汶、汤加、图瓦卢、瓦努阿图、越南、中国(含港澳台地区)、俄罗斯远东地区。

上述国家流入西太平洋的外流河主要有:中国的鸭绿江(Yalu River)、黑龙江(Heilongjiang River)、图们江(Tumen River)、辽河(Liaohe River)、海河(Haihe River)、黄河(Yellow River)、淮河(Huaihe River)、长江(Yangtze River)、钱塘江(Qiantang River)、闽江(Minjiang River)、珠江(Pearl River);日本的信浓川(Chikumagawa)、利根川(Tone River);韩国的洛东江(Nakdong River/Nakdonggang)、汉江(Han River/Hangang);越南的Sng Bch ng、At pingkiang, too、Yuan Chiang/Red River、Nam Ma River、Song Yen River、Song Gianh、Longdai、Thu Bon River、Song Lai、Ha Thanh、Mekong River/Lancang Jiang/Lan-ts'ang Chiang/Song Tien Giang;泰国的Chao Phraya River、Tha Chin、Mae Klong、Pran Buri、Phanang Tak、Tha Taphap、Bang Mut、Lang Suan、Tha Chana、Chai Ya、Hiang、Tha Khoei、Phunphin、Ta Pi;马来西亚的Kelantan River;菲律宾的Rio Grande de Cagayan/Cagayan River、Mindanao River;文莱的Belait River、Temburong River、Sungai Brunei;印度尼西亚的Mahakam River。

主要大陆边缘海包括:白令海、鄂霍次克海、日本海、渤海、黄海、东海、南海、阿拉弗拉海、珊瑚海、塔斯曼海。

海洋过程包括海洋物理过程、化学过程、生物过程等,涵盖范围深广。具体到本文研究,侧重与水文过程密切相关的海洋物理过程,包括风、波浪、洋流、潮汐和海水理化性质,即亚太地区的水文变化(含水文变化、极端水文事件)和太平洋海洋过程为检索主题。鉴于青藏高原的独特性和对全球气候尤其是东亚气候的影响[7],宜将其列为检索词。

综上考虑,制定了本文的检索式(见附录)。文献类型包括 Article、Letter、Review。共检索得到SCIE文献5 141条,通过学科类别精炼、阅读题名筛选等步骤剔除不切合该主题的文献后,进入分析范围的文献为3 353条。检索时间为2020年5月31日。利用文献计量分析工具(主要是VOSviewer)分析了该领域的研究现状,包括发文数量趋势、主要研究国家、主要研究机构、主要研究人员、重点研究内容、热点研究主题、高影响力论文等。

数据处理中,考虑了时间跨度上机构名称历史沿革的各种书写方式、机构名称在地址信息中的多种同义异构写法以及国家名称的表述(如英国,将地址信息中包含England、Scotland、Wales、Northern Ireland合并为UK;中国的数据包含港澳台),通过编写机构、国家叙词表的方式,在使用VOSviewer做图时完成机构和国家的数据清洗。在机构署名方式上,如中国科学院和中国科学院大学共同出现在同一作者的机构中,分析中将其各视为一个机构字段。主要作者重名判断利用机构信息作为辅助。

3 统计结果与分析

3.1 发文时间趋势

图1可看出,该领域SCIE论文数量从1989年的2篇增长至2019年的526篇,尤其是2010之后,论文数量增速加快(2020年前5个月已有215篇),增长趋势明显,说明对该领域的关注度持续增强。

图1

图1   1989–2019年SCIE发文数量年度分布(2020年仅有前5个月的数据,不全,故未包含)


3.2 主要研究国家和地区分布

根据全部作者所属国家统计,3 308篇文献包含2 402个作者地址信息。最多的一篇文献包含206个地址信息。共有125个国家/地区在该领域发文,出现频次超过总量1%(即不低于33篇次)的国家/地区有27个,中国的出现频次最多,总计4 027次1(1一篇文献可出现多个机构信息、并各对应一个国家信息,故国家出现频次可大于文献数量。),其次是美国(1 989次),澳大利亚位居第3(702次)。日本、韩国分列第4、第5位。亚太国家和环太平洋国家基本都在发文较多国家之列,另有少量欧洲国家。发文的国际性和地域性特点明显(图2)。

图2

图2   主要研究国家和地区


中国是该领域最主要的研究国家,与美国、英国、德国、挪威、澳大利亚、巴基斯坦的研究联系较密切;韩国、日本和东南亚多个岛国(印度尼西亚、马来西亚、新加坡、泰国)构成密切合作网;美洲国家(加拿大、巴西、秘鲁、阿根廷)、大洋洲国家(澳大利亚、新西兰)和欧洲国家也合作较多。大致形成4个研究集团:中国;美国;日本、韩国及东南亚国家;其他国家。

3.3 主要研究机构和人员

中国科学院出现频次最多(828次),是该领域最重要的研究力量,领先优势明显,其次是南京信息工程大学(217次),北京师范大学位居第3(179次)(图3)。

图3

图3   主要研究机构


主要机构间基于合作关系形成了合作关系网(图4),中国科学院、南京信息工程大学、中国气象科学院、中国气象局、中国科学院大学形成最强研究集团;南京大学、北京师范大学、中山大学、河海大学、武汉大学形成国内第二个密切合作团体;美国的国家海洋和大气管理局、国家航空航天局、国家大气研究中心、加州大学系统和马里兰大学与北京大学和清华大学合作较多;日本多家机构、台湾大学、欧洲和大洋洲的多家机构,分别形成交叉合作非常密切的国际研究团体。

图4

图4   主要机构合作关系


美国德克萨斯农工大学的Singh Vijay P是该领域发文最多的作者(44篇,均为参与合作发文),其次是北京师范大学环境演变与自然灾害教育部重点实验室的张强(37篇,其中27篇为第一或通讯作者发文),挪威奥斯陆大学的Xu Chong-Yu(23篇,均为参与合作发文)。主要发文作者中以中国作者居多,如中国海洋大学青岛海洋科学与技术试点国家实验室的吴立新和中山大学水资源与环境研究中心的陈晓宏,发文量均在20篇以上;发文13篇以上的中国作者还包括:中国气象科学研究院的罗亚丽和翟盘茂、中国科学院大气物理研究所的周天军、中国海洋大学的蔡文炬、中国科学院青藏高原研究所的陈发虎、南京信息工程大学的江志红、北京师范大学的史培军以及中国地质大学的顾西辉(图5)。这些作者多为海洋、大气科学领域的学术带头人,青年人才(如顾西辉)也在迅速成长。

图5

图5   主要发文作者


3.4 重点研究内容和主题

通过对单复数、同义词、缩略词等不同形式但相同含义的关键词进行合并,该领域的主要高频关键词如表1所示。

表1   主要研究内容

关键词 频次/次 关键词 频次/次
extreme precipitation 415 Tibetan Plateau 39
climate change 383 Yangtze River Basin 36
ENSO 122 Streamflow 34
extreme event 98 CMIP5 33
flood 89 WRF 32
drought 88 numerical simulation 29
East Asian monsoon 88 Mann-Kendall 28
tropical cyclone 64 climate model 27
climate variability 57 interannual variability 27
precipitation 52 El nino 25
trend 48 SST 25
typhoon 46 tree ring 25
teleconnections 45 statistical downscaling 24
regional climate model 39 intraseasonal oscillation 20

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综合表1图6图7,该领域的主要研究为气候变化背景下,以极端降水为主要水文变化形式呈现方式的相关的气象现象及其产生原因、相互作用机制、影响与模拟预判等[8,9]。厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)、厄尔尼诺、热带气旋、台风、东亚季风、洋流是主要关注对象,青藏高原作为亚太地区和全球的气候变化指示器,其冰冻圈在全球变暖大背景下的变化及其对全球环流系统、东亚季风的影响,在亚太气候和水文中的影响力举足轻重。长江流域是青藏高原和西太平洋水文联系的直接纽带,青藏高原的水文变化、长江流域自身流域水文变化(如三峡大坝的建设对沉积物的影响)、长江经济带在中国经济中的极端重要性和对世界经济的影响,使其成为关注重点。通过对古水文资料(来自树轮、湖泥、冰芯、石笋)的研究,复建的百年-千年尺度的气候变化,对构建气候变化预测模型具有参考意义,不论是对区域气候模型,还是对全球尺度不同碳排放情景和升温情境,采用数值模拟方法预测气候模式变化是该领域的重要研究方面[10]

图6

图6   关键词网络图


图7

图7   关键词时间线图


年际变化[11]、季节内振荡[12]、人类活动对土地利用变化的影响[13]、遥感的手段、青藏高原的影响、大型的国际研究计划(CMIP5)[14]、降低模型模拟中的不确定性等是该领域的热点所在(图7)。此外,ENSO影响全球极端天气事件的机制也是前沿热点。

从WOS学科分布来看,气象与大气科学是占比最大的学科(37.73%),其次是地质学和水资源,分别为14.68%和11.9%,论文比例不低于3%的学科还有环境科学与生态学(9.98%)、工程学(5.34%)、自然地理学(4.5%)和海洋学(3.44%)(图8)。整体来看,气象、地学、水资源、环境是本领域论文的主要分布学科。

图8

图8   WOS学科分布


3.5 高被引论文

目前,该领域共有52篇ESI TOP1%高被引论文(表2),其主要关注内容为:典型极端事件、极端降水事件的发生机制和原因、全球变暖情境下的未来降水预测、不同变暖场景下的差异性、ENSO与温室效应、海气相互作用、模型与模拟、边界流和气旋活动对气候的影响。

表2   ESI TOP1%高被引论文Top10

第一作者 题名 被引次数/次 出版年
Cai, WJ Increasing frequency of extreme El Nino events due to greenhouse warming 802 2014
Sillmann, J Climate extremes indices in the CMIP5 multimodel ensemble: Part 2. Future climate projections 602 2013
Donat, MG Updated analyses of temperature and precipitation extreme indices since the beginning of the twentieth century: The HadEX2 dataset 566 2013
Cook, BI Global warming and 21st century drying 324 2014
Ashouri, H PERSIANN-CDR Daily Precipitation Climate Data Record from Multisatellite Observations for Hydrological and Climate Studies 320 2015
Wu, LX Enhanced warming over the global subtropical western boundary currents 307 2012
You, QL Changes in daily climate extremes in China and their connection to the large scale atmospheric circulation during 1961-2003 271 2011
Cai, WJ ENSO and greenhouse warming 265 2015
Lee, JW Assessment of future climate change over East Asia due to the RCP scenarios downscaled by GRIMs-RMP 258 2014
Schleussner, CF Differential climate impacts for policy-relevant limits to global warming: the case of 1.5 degrees C and 2 degrees C 239 2016
Cai, WJ Increased frequency of extreme La Nina events under greenhouse warming 239 2015

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3.6 主要期刊

该领域的主要期刊(表3)明显集中于气象和水文学科。气象类期刊包揽了发文量排名的前4位,且在发文较多的12个期刊中占据3/4的比例。其中,International Journal of Climatology发文最多,达224篇。发文超过100篇的还有排名第5和第6的水文学科的Journal of Hydrology和Water。从JCR分区看,12种期刊中有3/4位于Q1区,整体发文质量很高。

表3   主要发文期刊

期刊 JCR分区 WOS学科 发文量/篇
International Journal of Climatology Q1 Meteorology & Atmospheric Sciences 224
Journal of Climate Q1 Meteorology & Atmospheric Sciences 207
Journal of Geophysical Research-Atmospheres Q1 Meteorology & Atmospheric Sciences 146
Climate Dynamics Q1 Meteorology & Atmospheric Sciences 131
Journal of Hydrology Q1 Water Resources 115
Water Q2 Water Resources 108
Monthly Weather Review Q1 Meteorology & Atmospheric Sciences 98
Theoretical and Applied Climatology Q2 Meteorology & Atmospheric Sciences 98
Geophysical Research Letters Q1 Geosciences, Multidisciplinary 80
Journal of The Meteorological Society of Japan Q1 Meteorology & Atmospheric Sciences 78
Atmospheric Research Q1 Meteorology & Atmospheric Sciences 75
Advances in Atmospheric Sciences Q3 Meteorology & Atmospheric Sciences 73

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4 结论

基于文献计量的“亚太地区水文变化与海洋过程”领域研究呈现出成果数量快速增长、以中国为最重要研究力量的时空特征,中国科学院、南京信息工程大学和北京师范大学是发文量前3位的研究机构,且中国科学院领先优势显著,高产出作者以中国作者居多。

研究重点以气候变化为背景、以极端降水为主要水文变化形式,包括相关的气象现象及其产生原因、相互作用机制、影响与模拟预判等。 ENSO、厄尔尼诺、热带气旋、台风、东亚季风、洋流是主要关注对象,青藏高原和长江流域是重点区域。具体包括年际变化、季节内振荡、人类活动对土地利用变化的影响,遥感的手段、青藏高原的影响、大型的国际研究计划(CMIP5)、降低模型模拟中的不确定性、ENSO影响全球极端天气事件的机制等。在学科分布上,近4成论文分布于气象和大气科学,其次是地学、水资源、环境学科。相应地,主要期刊明显集中于气象和水文领域。

高被引论文在一定程度上揭示出近期研究热点,包括典型极端事件、极端降水事件的发生机制和原因、全球变暖情境下的未来降水预测、不同变暖场景下的差异性、ENSO与温室效应、海气相互作用、模型与模拟、边界流和气旋活动对气候的影响等。

亚太地区水文变化与海洋过程研究方兴未艾,以中国为主的研究力量在全球变化背景下,从多方面对该领域进行的全方位研究,对完善领域理论、提高我国防灾减灾能力都将具有重要推动作用。

附录

检索式ts=((("East Asia" or "Southeast Asia" or "Asia Pacific region" or "PACIFIC" or "Australia" or "Brunei" or "Cambodia" or "Fiji" or "Indonesia" or "Japan" or "Kiribati" or "Korea" or "Laos" or "Malaysia" or "Marshall Islands" or "Federated States of Micronesia" or "Nauru" or "New Zealand" or "Palau" or "Papua New Guinea" or "Philippines" or "Samoa" or "Singapore" or "Solomon Islands" or "Thailand" or "East Timor Wen" or "Tonga" or "Tuvalu" or "Vanuatu" or "Vietnam" or "China" or "Hong Kong" or "Macao" or "Taiwan" or "Russian Far East" or "Bering Sea" or "Okhotsk Sea" or "Japan Sea" or "Bohai Sea" or "Yellow Sea" or "East China Sea" or "South China Sea" or "Alafra Sea" or "Coral Sea" or "Tasman Sea" or "Yalu River" or "Heilongjiang River" or "Liaohe River" or "Haihe River" or "Yellow River" or "Huaihe River" or "Yangtze River" or "Qiantang River" or "Minjiang River" or "Pearl River" or "Chikumagawa" or "Tone River" or "Tumen River" or "Nakdong River" or "Nakdonggang" or "Han River" or "hangang" or "Sng Bch ng" or "At pingkiang" or "yuan chiang" or "Red River" or "Nam Ma river" or "song yen river" or "song gianh" or "longdai" or "Thu Bon River" or "song lai" or "ha thanh" or "Mekong River" or "Lancang Jiang" or "Lan-ts'ang Chiang" or "song tien giang" or "Chao Phraya River" or "tha chin" or "mae klong" or "pran buri" or "phanang tak" or "tha taphap" or "bang mut" or "lang suan" or "tha chana" or "chai Ya" or "hiang" or "tha khoei" or "phunphin" or "ta pi" or "kelantan river" or "Rio Grande de Cagayan" or "Cagayan River" or "Mindanao river" or "Belait river" or "Temburong river" or "Sungai Brunei" or "Mahakam River" or (((source* OR headwater* OR birthplace OR "birth place" OR riverhead OR "river head") NEAR/15 (Yangtze OR Yang-tze or Yangtse OR tangtse OR Changjiang OR jinshajiang OR "yellow river" OR huanghe OR lancang OR lantsang OR "Mekong river" OR Three-River)) or ("Qinghai-Xizang Plateau" or "Tibet* Plateau" or QTP or "Tibet and Associated Cryosphere" or "Tibetan Changtang Plateau"))) and ("Extreme weather" or "extreme rainfall" or "extreme precipitation" or "extreme drought" or "Heavy Downpour" or "heavy rainfall" or "hydro* variab*" or "Hydro* change" or "Hydro* variat*" or "Hydro* alter*") and ("Wave" or "Wind" or "Current" or "Kuroshio" or "oya shio" or "drift of westerlies" or "West Wind Drift" or "Kamchatka" or "Hot Salt Circulation" or "Tide" or "tropical storm" or "Typhoon" or "El-nino" or "La Nina" or ENSO or "Atmosphere-ocean interaction" or "Ocean-atmosphere interaction" or "decadal variability" or "Pacific Decadal Oscillation" or "decadal variation" or "Pacific Oscillation" or "turbulent diapycnal mixing" or "sea*water" or "marine water" or "oceanic water" or "sea surface temperature" or "West Pacific Warm Pool" or monsoon or "tropical cyclone" or "large*scale circulation" or "circulation pattern" or "vertical wind shear" or "flooding" or "daily rainfall" or "water vapor flux" or "average decadal anomaly percentage rate" or "ten year running mean" or "average precipitation anomaly" or "climat* change" or "climat* warm*" or "climat* variat*" or "greenhouse warming" )))。

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