海洋、陆地和大气是气候系统五大圈层的重要组成部分,海-陆-气相互作用是气候变化的重要驱动力^[1],耦合模式能够更合理地反映圈层之间的相互作用^[2,3]。海陆气相互作用过程复杂,是影响气候异常的关键物理过程,对全球变化有重要作用^[4,5],同时也影响着各国的气候预测水平^[6]。水文循环（水循环）是指地球上的水在太阳辐射和重力作用下,以蒸发、降水和径流等方式进行的周而复始的运动过程^[7,8,9],同时海陆间循环又称水的大循环,因此水文循环作为联系地球水圈诸水体的纽带和地球能量与化学物质输移的机制^[10],将气候系统中的各子系统紧密地联系在一起。2004年发起的非洲季风多学科分析（AMMA）国际研究计划中,科学家们已经在包括海陆气耦合系统、气溶胶和季风相互作用和水循环的多尺度分析的多个关键领域内进行了广泛合作^[11]。亚太地区水文循环是全球气候环境系统重要组成部分,与水文循环密切关联的水热配置变化及其动力学研究是古今海陆结合的全球变化研究新方向,也是地球系统科学中日渐成熟的一个核心研究主题,对应对全球气候环境巨变至关重要^[12,13]。近些年国内外各种全球变化与海洋大气相关的研究计划纷纷出台,尤其中国在该领域及其相关领域的资助力度不断加大,并取得了一系列的研究成果。

学术论文是研究成果与创新思想的重要载体^[14]。SCIE作为收录全球自然科学、工程技术领域最具影响力的重要期刊的数据库是全球各研究群体展现自己研究成果最主要的平台和途径之一。近年来,国内外不少学者利用学术论文等文献数据在全球变化相关研究领域开展了研究态势分析工作^[15,16,17],但在水文循环与海陆气耦合机制研究这个较为交叉且热门的研究领域,还鲜有从文献计量学角度开展分析的相关产出。因此本研究以SCIE论文为主要的数据来源,通过关键词限定下的水文循环与海陆气的耦合机制研究领域,检索获得与该领域研究相关的论文作为数据集,分析数据著录项中不同的字段,剖析其研究发文动态和国际竞争格局,从文献计量的角度全面了解全球在水文循环与海陆气的耦合机制研究领域的基本研究态势,为相关研究人员提供宏观且概括的信息支撑,为我国在该领域的研究布局提供参考。

本报告使用的所有数据均来自科睿唯安 Web of Science（WoS）核心合集检索平台,限制检索数据源为该平台上的Science Citation Index Expanded（SCI-Expanded）数据库,基于领域专家的咨询与需求,根据全球水文循环与海陆气耦合机制研究中最关注的三个研究主题所涉及的关键词（水文循环、极端水文事件、全球变化、海陆气耦合及气候模拟等）制定检索策略及检索式（表1）,并将三组关键词同时检索。通过学科类别限定、文献主题判读等方法剔除噪音数据,再限制文献类型为Article、Review和Proceedings Paper三种,截止检索时间为2020年6月,最终筛选得到2 702条记录数据,作为分析的基础数据集。

基于总数据集,利用专业的文献计量分析软件Derwent Data Analyzer (DDA) 对数据进行清洗,再对著录项的各类指标,如历年发文数量、引用次数、作者关键词、发文所属期刊的影响因子及分区等进行统计分析,研究该领域的主要国家和机构、相关研究主题以及主要出版物,综合全面地揭示该领域的整体发文情况及相关研究态势。

水文循环与海陆气耦合研究领域的发文量历年来整体呈上升趋势,可以分为三个阶段（图1）。初步发展阶段始于1988年第一篇相关论文的发表,20世纪90年代中期发文量开始逐步增长;快速发展阶段是从2004年到2012年,发文量迅速攀升,年平均增长率达到30%以上;从2012年至今是稳步发展阶段,发文量持续上升,年均增幅近15%。由于2020为不完全统计,因此2019年的发文量最高,达到了380篇。从累计被引频次来看,显示出与发文趋势一样的发展变化规律,只是时间上滞后于发文量变化节点4~5年。

该领域最早的SCIE论文是1988年发表在Journal of Climate上的“Dependence of Warm and Cold Climate Depiction on Climate Model Resolution”一文,来自美国航空航天局（NASA）的戈达德太空飞行中心（Goddard Space Flight Center）,主要是对气候模型分辨率开展研究：利用不同分辨率的模型进行模拟,讨论气候变化的敏感性、大气动力学以及区域气候的描述对分辨率的依赖性。该研究工作主要得到了NASA气候办公室和美国环境保护局研发办公室的资助。

该领域发文最多的国家是美国,其次是中国、英国、德国、加拿大、法国和澳大利亚等。从地理分布上看,均是科技研究领域较发达的国家及地区（表2）。美国的论文数量占该领域论文总量的38.4%,同时,排名前四位的国家发文量均达到300篇以上,且其论文量总和的全球占比达65%。

该领域发文量位居前列的国家其论文增长趋势有所不同（图2）。美国的总体实力最强,从20世纪80年代该领域第一篇SCIE论文发表以来,美国一直遥遥领先,尤其2003年以后发文量增速更为突出。英国也是该领域研究产出强国,多年来发文量一直保持平稳上升趋势。中国的起步相对较晚,2000年前后才有相关论文发表,但是经过10年的积累,2011年发文量开始大幅度增长,2017中国在该领域的研究产出超越除美国之外的其他国家,成为全球第二强国。与此同时,德国、加拿大、法国以及澳大利亚等国在该领域的论文数量变化趋势基本一致,都是从2010年前后开始有较为明显的增长且增速平稳。

3.3.1 热点研究主题及分布

统计该领域中与主要研究内容相关的作者高频关键词（表3）,发现多数研究都是在气候变化的大背景之下围绕着干旱与降水的极端天气事件,尤其是极端降水事件而展开的。（区域）气候模型是该领域研究较多的主题,其次是降雨、洪水、水文循环（模型）、温度（土壤温度/海表温度/空气温度等）、统计降尺度等主题方向。由于中国在该领域的发文量较多,因此“中国”作为代表研究地域的词汇出现在研究论文的高频关键词中,不过并没有其他国家名被列入高频关键词。

3.3.2 主要国家关注的热点主题

在该领域中,不同国家所关注的研究方向存在着一定的差异（表4）。气候模拟主要是美国和英国较为关注的研究方向;干旱事件相关的研究除了美国便是中国较为关注;与土壤湿度相关的研究论文较多来自美国、中国和英国;在降水或极端降水研究方面美国、中国、英国和加拿大有较多成果产出;除美国之外,中国、德国和加拿大也参与了较多关于水文循环及其模型的相关研究;极端气候/天气等事件是最为普遍的研究主题,几乎所有国家都有涉及并有相应的论文产出。

3.3.3 主要研究机构关注主题

全球该领域发文最多的10家研究机构除中国科学院外,其余都是科技相对发达的欧美国家的高校和国家级科研院所（表5）,如美国国家大气研究中心、哥伦比亚大学、美国国家海洋和大气管理局（NOAA）、普林斯顿大学以及美国国家航空航天局（NASA）,英国的雷丁大学、牛津大学和气象办公室,德国的马普气象研究所。其中,中国科学院的总发文量排名第1,且发文都集中在2005年以后,尤其是近3年的发文量占其发文总量的46%,在地域上主要关注了中国西南、东部以及黄河流域;位居第2的是美国国家大气研究中心,研究起步较早,但是近3年的研究成果占比较小（23%）,重要合作机构主要来自英国和德国,人为气候变化、本征自回归模型以及海洋热含量是其独有的研究方向;英国雷丁大学排名第3,主要合作机构来自美国和德国,近3年发表论文只占其该领域所有论文的22%;同样排名第3的美国哥伦比亚大学近3年的发文占比为26%,主要关注温度及年代变率等方向。近3年在该领域较为活跃且论文产出较多的机构还有牛津大学和普林斯顿大学,近3年的论文量占其总发文量的近三分之一。

发文量最多的10家科研机构的主要研究内容各有侧重。如中国科学院的研究主要关注的领域是WRF及SDII模型等;美国国家大气研究中心主要从事相对变化、形状参数及其观测系统等方面的研究;英国雷丁大学则主要研究地表过程以及PCMDI/CMIP3模型试验等。

3.3.4 高被引论文

该领域被引次数排名前10的论文多数发表于2000–2010年（表6）。由于论文发表之后到达被引高峰期有一定的时滞,不同学科的期刊论文被引高峰也不同^[18],因此可以推断,在全球水文循环与海陆气耦合机制研究领域被引频次最高的论文发表于10~20年前。但是,表6中的被引频次TOP10论文与该领域ESI全球TOP1%高被引论文¹(¹ ESI中根据对应的22个学科领域和出版年中的高引用阈值,截止到2020年12月,受到引用的次数位于其对应学科领域中前的1%之列。)并不完全重合。在全球水文循环与海陆气耦合机制研究领域,ESI被引频次最高的前3篇论文分别为发表于2011年的“Changes in precipitation with climate change”、2010年的“Recent decline in the global land evapotranspiration trend due to limited moisture supply”和“Precipitation downscaling under climate change: recent developments to bridge the gap between dynamical models and the end user”,它们是环境与生态领域和地球科学领域中被引频次位于TOP1%的论文,都是在气候变化背景下对降水和蒸散发的相关研究。

发表在Science上的论文#1是关于极端气候观测模型及其影响的研究,多年来倍受关注,自2000年发表至今被引频次高达2 662次。该研究所涉及的主要内容是美国的热带气旋活动及其长时间尺度发展趋势。发表在Global Change Biology的论文#2主要是对普通循环模型的应用研究,对生态系统动力因素进行评估,虽然关于气溶胶影响的研究一直以来都是全球关注的热点,但论文#2主要探讨了普通循环模型、云密集核以及对流层中的硫循环等问题。发表在Nature上的论文#4,在气候变化的背景下,研究了径流和水资源的有效利用的全球格局趋势。

3.3.5 主要出版物

在水文循环与海陆气耦合机制研究领域,70%的论文发表在位于JCR Q1区的期刊上,论文整体被引频次较高,是水文学、地球科学和大气学领域的重要研究方向之一。20世纪80年代以来,该领域发表在世界顶级综合性科技期刊Nature和Science上的论文共计29篇,此外,发表在Nature Climate Change、Nature Geoscience和Nature Communications三种Nature子刊上的论文数量也较多,总共达到了47篇（表7）。

水文循环与海陆气耦合机制研究领域发文数量最多的前10种期刊中（表8）,Journal of Climate发表的相关论文最多,达到180篇,占该领域论文总量的6.66%,其次是Climate Dynamics,发文164篇。发文量达到百篇以上的期刊还有Journal of Geophysical Research Atmospheres, Geophysical Research Letters 和International Journal of Climatology,刊登在这5种期刊上的论文数量超过了该领域所有发文量的四分之一,合计占比达到26.42%。

本文分析了水文循环与海陆气耦合机制研究的SCIE发文情况。自1988年以来该领域发文量持续增长,主要研究力量来自欧美科技发达国家。中国在该领域的研究起步相对较晚,但于近3年超越除美国之外的其他国家,成为该领域发文量第二强国。水文循环与海陆气耦合机制的研究是气候变化研究的重要组成部分,2011年以来,中国的全球变化研究得到了国家的统一协调部署,进展显著,大幅提升了中国在该领域的国际地位,尤其在气候系统模式模拟亚洲季风与西太平洋-印度洋海洋环境的水平持续处于国际先进地位^[19]。

在国际上,干旱、降水等极端天气事件以及（区域）气候模型是该领域的热点研究主题,不同国家及其优势机构所关注的研究方向各有侧重,同时彼此间的国际合作研究也较为频繁。该领域期刊的影响力都相对较高,发表在JCR Q1区期刊上的论文占比达70%。20世纪80年代以来,环境与生态领域和地球科学领域ESI全球TOP1%高被引论文共有3篇,发表在世界顶级科技期刊Nature和Science上的论文共有29篇,特别2000年发表在Science上研究美国热带气旋活动及其长时间尺度发展趋势的论文多年来倍受关注。