城市与气候变化领域国际研究态势分析
Analysis of International Research Situation in Urban and Climate Change
通讯作者:
Corresponding authors:
[目的/意义] 随着全球气候变化的加剧及城市化进程的加快,城市与气候变化研究已成为全球关注的热点。[方法/过程] 基于Web of Science核心合集中的SCIE和SSCI数据库,利用文献计量和主题挖掘方法,分析了城市与气候变化研究领域的国际发展态势。[结果/结论] 研究表明,城市与气候变化研究自1991年以来受到了学术界广泛关注,发文量逐年上升,近5年中国的发文量居全球首位。国家/地区间及各机构间合作密切,形成了具有一定规模且较为稳定的研究合作网络。关键词聚类结果表明城市与气候变化研究主要聚焦在五个研究领域:城市气候适应、城市化及其与气候变化的相互作用机制、极端天气、能源及温室气体排放、气候变化对城市居民健康的影响。
关键词:
[Objective/Significance] With the aggravation of global climate change and the acceleration of urbanization, the studies on cities and climate change have become the focus of global attention. [Method/Process] Based on SCIE and SSCI databases in the Web of Science Core Collection, this paper analyzes the international development trend of urban and climate change research using bibliometrics and topic mining methods. [Results/Conclusions] The research shows that the research on cities and climate change has attracted extensive attention from the academic community since 1991, and the number of papers published has increased year by year. China has the largest number of papers published in the past five years. Countries and institutions around the world cooperate closely, forming a relatively stable research cooperation network with a certain scale. The clustering results show that the research on cities and climate change mainly focuses on five research areas: urban climate adaptation, urbanization and its interaction with climate change, extreme weather, energy and greenhouse gas emissions, and impacts of climate change on urban residents' health.
Keywords:
本文引用格式
连迎洁, 孙玉玲, 张春花.
Lian Yingjie, Sun Yuling, Zhang Chunhua.
1 引言
愈加严峻的气候变化是世界面临的最重要的全球性挑战之一,也是全球每个城市迫切需要应对和解决的关键问题。一方面,气候变化使得高温热浪、雾霾、沙尘暴、强降雨等极端天气及各类传染病在城市频繁出现,给城市带来了严重经济损失和人员伤亡;另一方面,预计到2050年全球城市化率将达到68%[1],城市化进程进一步加快,大量自然环境被替换为人工环境,传统农业为主的生产生活方式被替换为现代化的生产生活方式,城市能源消耗全球占比进一步提高,加剧全球气候变化。显然, 城市与气候变化的相互作用关系是人类面临的重大研究课题之一。
近年来,城市应对气候变化受到国际社会共同关注。2016年,第三届联合国住房和城市可持续发展大会通过《新城市议程》,为全球共同实现“可持续发展目标”,即建设包容、安全、有抵御灾害能力和可持续的城市和人类住区勾勒出明确的框架蓝图[2]。2018年,全球适应委员会正式成立,2019年发布的《立即适应:领导气候恢复力的全球呼吁》强调了城市在气候变化适应中的重要地位并推动能够提升气候适应解决方案的全球城市行动[3]。2021年,由97个国际领先城市组成的C40推动成立全球市长气候和移民工作组以解决气候危机对城市移民的影响、推动成立首个全球青年和市长论坛以实现城市的“零碳未来”新道路[4]。2021-2023年,城市气候变化研究网络(UCCRN)评估规划并发布《气候变化与城市:城市气候变化研究网络第二次评估报告(ARC3.3)2021-2023》,阐明城市气候风险框架和城市气候科学,旨在解决与城市相关的气候风险、适应、缓解并提出相应的政策机制[5]。
中国高度重视城市应对气候变化相关研究与实践。2017年,中国国家发展改革委、住房和城乡建设部联合印发《关于印发气候适应型城市建设试点工作的通知》(发改气候〔2017〕343号)[6],以打造具有国际先进水平的气候适应典型范例城市,形成可复制、可推广的试点经验。2019年,中国与新西兰共同牵头推动气候行动峰会“基于自然的解决方案”领域工作,为全球城市应对气候变化行为提出了新方案。除此之外,中国积极召开气候适应型城市建设国际研讨会,落实《城市适应气候变化行动方案》,与其他与会国家合作开展“中国城市建筑节能和可再生能源应用项目”“可持续城市综合方式试点项目”等项目,持续推进城市化与气候变化的良性、可持续发展,不断加强国内外实践经验交流,推动全球城市采取行动共同应对未来气候变化风险。
为了能够清晰地揭示城市与气候变化相关领域的研究进展,许多学者开展了相关方面的研究,如侯路瑶[7]等基于科学网络引文数据库(WOS),利用CiteSpace软件对1990-2016年国外气候变化与城市规划的研究热点和发展趋势进行了研究;杨秀平[8]等从韧性城市的内涵、指标体系、计量模型、应用研究和管理工具等方面梳理了近年来国内外学者的相关研究成果,提出了韧性城市的研究方向与侧重点;Bin Ye[9]等对国内外城市气候风险评估相关研究进行述评并提出了不同尺度气候模拟的无缝耦合、复合气候事件的再现等方面需要克服的主要挑战;Michael M[10]等回顾研究了国内外近20年城市化与气候变化相关文献及政策,提出未来应将“气候适应”与“气候缓解”相结合,采用综合战略和政策以应对城市化快速发展;Ana Luiza Carvalho Ferrer[11]等对可持续城市基础设施相关文献关键词进行共现聚类,分析了该领域的主要研究主题及其演变情况。
综上,现阶段城市与气候变化领域的文献综述研究多集中于某一具体的子课题,如韧性城市、气候变化与城市规划、城市气候风险评估等,缺少对城市与气候变化领域的宏观综述。基于此,本文检索城市与气候变化领域相关论文,利用文献计量方法及共现聚类方法,分析该领域的国际发文情况、国际学术合作格局及主要研究主题,以期能从更为宏观的角度清晰揭示城市与气候变化领域整体性、全局性的研究进展和研究态势,为城市与气候变化领域未来的研究及发展提供更为全面、有效的参考。
2 数据与方法
2.1 数据来源
本文以Clarivate Analytics旗下Web of Science平台核心合集的SCIE数据库(SCI-Expanded)和SSCI数据库(Social Sciences Citation Index)为检索平台,查阅城市与气候变化领域相关文献并梳理重要关键词后,制定如下检索式:TI = (city or urban* or cities) and ("climate change" or "climate mitigat*" or "climate adapt*" or "extreme weather" or "climate risk" or "greenhouse gas*" or "carbon neutral" or "extreme heat" or "extreme precipitation" or "extreme drought" or "extreme low temperature" or "heat island effect" or "global warming" or "atmospheric circulat*"),检索时间为2022年4月,选取文献类型为“Article”和“Review”,通过人工比对等手段,排除无关记录后共计检索得到城市与气候变化领域相关文献1 946篇。
2.2 分析方法
本文采用的主要分析方法为共现聚类等文献计量法。首先利用 excel及Derwent数据分析软件(Derwent Data Analyzer,DDA)对数据结果进行清洗、统计、计算以及多角度、多维度的分析;其次,基于节点间关联强度指标(association strength),利用VOSviewer从国家、机构、研究主题等方面对城市与气候变化相关领域研究情况进行共现聚类分析;最后,利用Pajek优化聚类结果并对其进行直观性展示。
3 研究结果
3.1 发文趋势
图1
3.2 主要发文国家/地区分析
3.2.1 发文量TOP10国家/地区基本情况
1991-2021年,全球共有106个国家/地区在城市与气候变化领域发表文章,表1给出了发文量排名前10位的国家/地区的发文量及其发文影响力情况。
表1 发文量TOP10国家/地区基本情况
排序 | 国家/地区 | 发文量/篇 | 全球份额/% | 近5年发文量/篇 | 篇均被引次数 | H指数 |
---|---|---|---|---|---|---|
1 | 美国 | 525 | 26.98 | 250 | 44.59 | 83 |
2 | 中国 | 382 | 19.63 | 277 | 22.31 | 48 |
3 | 英国 | 239 | 12.28 | 130 | 60.51 | 59 |
4 | 澳大利亚 | 150 | 7.71 | 90 | 33.74 | 39 |
5 | 德国 | 130 | 6.68 | 91 | 26.86 | 33 |
6 | 加拿大 | 122 | 6.27 | 62 | 35.25 | 35 |
7 | 荷兰 | 102 | 5.24 | 62 | 55.29 | 36 |
8 | 西班牙 | 86 | 4.42 | 58 | 44.72 | 28 |
9 | 印度 | 75 | 3.85 | 43 | 35.92 | 23 |
10 | 意大利 | 75 | 3.85 | 53 | 34.32 | 24 |
从表1的数据可以看出,美国、中国、英国、澳大利亚、德国、加拿大、荷兰、西班牙、印度和意大利的发文量位居前10,说明全球城市与气候变化领域的研究目前以这些国家/地区为主。其中美国、中国和英国的发文量位居前三,分别为525篇、382篇和239篇,三国的发文量总和占全球总发文量的58.89%,是该领域最为活跃的国家/地区。自2017年《中国应对气候变化的政策与行动2017年度报告》中强调城市在应对气候变化方面具有重要作用后,中国科学家们始终对城市与气候变化领域保持高度关注并维持高研究产出,近5年中国在该领域的发文量超过美国,位居首位,发展势头强劲。
H指数作为一个混合量化指标, 指某国家/机构/作者等至多有H篇论文被引用了至少H次,经常被用来评价某个国家、机构或科研人员的学术产出量和产出质量;篇均被引次数作为常用的文献计量指标,表示单篇论文的平均被引次数,直接体现了某个国家、机构或科研人员的学术产出对学术交流的直接贡献,反映了其学术产出的国际认可程度。为了更直观且综合地衡量发文量TOP10国家/地区在城市与气候变化领域的学术影响力情况,本研究计算TOP10国家/地区发文的篇均被引次数和H指数两个指标。从表1可以看出:篇均被引次数排名前三的国家是英国(60.51)、荷兰(55.29)和西班牙(44.72);H指数排名前三的国家是美国(83)、英国(59)和中国(48)。英国的2个指标均较高,直观展现了其在城市与气候变化领域的领军地位。综合来看,中国在城市与气候变化领域的发文量位居全球第二,但是篇均被引次数较低,学术影响力还有待提升。
3.2.2 主要发文国家/地区学术合作情况
为直观了解城市与气候变化领域中不同国家/地区之间的合作关系,利用VOSviewer和Pajek,基于国家/地区在城市与气候变化领域的合著发文情况选择关联强度(links)作为节点权重(weights)指标,对该领域发文量TOP50的国家/地区的合作关系图进行绘制,其中,节点大小反映相应国家/地区点度中心性的大小,节点之间有连线表明二者在该领域有合作,连线粗细反映其合作关系的密切程度,即节点间连线越粗,二者合著发文数量越多,合作关系越密切。从图2和表2可以看出,合作国家/地区大致可以分为4个集群,集群内部合作密切,共现权值较大:规模最大的集群以美国和中国为主,包括荷兰、加拿大、丹麦、巴基斯坦、新加坡等国家/地区;规模较大的集群以英国、德国为主,包括南非、印度及马来西亚等国家/地区;规模较小的集群以西班牙、法国为主,包括希腊、爱尔兰、爱沙尼亚共和国等国家/地区;规模最小的集群以意大利为主,包括瑞士、芬兰、墨西哥、智利等国家/地区。
图2
表2 城市与气候变化领域国家/地区合作集群点度中心性TOP3
聚类集群 | 集群内排名 | 节点名称 | 点度中心性 |
---|---|---|---|
#1 | 1 | 美国 | 63 |
2 | 中国 | 44 | |
3 | 荷兰 | 41 | |
#2 | 1 | 英国 | 54 |
2 | 德国 | 46 | |
3 | 南非 | 30 | |
#3 | 1 | 法国 | 32 |
2 | 西班牙 | 32 | |
3 | 希腊 | 18 | |
#4 | 1 | 意大利 | 36 |
2 | 芬兰 | 19 | |
3 | 瑞士 | 19 |
目前,各国家/地区在城市与气候变化领域的学术合作情况无明显的地域分布特征,为全球性的广泛交叉合作。其中,中国节点较大,与其他多个节点有连线且连线较粗,表明其在学术上与其他多个国家/地区进行合著发文且合作关系密切,处于合作网络较为中心的位置,体现了中国在该领域丰富的学术交流与合作。
3.3 主要发文机构分析
3.3.1 发文量TOP10机构基本情况
1991-2021年期间,全球共有2 201个机构在城市与气候变化领域发表文章,表3给出了发文量排名前10位的机构的发文量及其发文影响力情况。
表3 发文量TOP10机构基本情况
排序 | 机构名称 | 发文量/篇 | 全球份额/% | 篇均被引次数 | H指数 |
---|---|---|---|---|---|
1 | 中国科学院 | 78 | 4.01 | 28.06 | 27 |
2 | 加州大学系统 | 52 | 2.67 | 44.02 | 22 |
3 | 伦敦大学 | 45 | 2.31 | 74.62 | 23 |
4 | 哥伦比亚大学 | 39 | 2.00 | 35.92 | 17 |
5 | 纽约市立大学 | 37 | 1.90 | 35.76 | 18 |
6 | 亚利桑那州立大学 | 30 | 1.54 | 34.4 | 17 |
7 | 北京师范大学 | 26 | 1.34 | 18.15 | 14 |
8 | 多伦多大学 | 26 | 1.34 | 49.85 | 12 |
9 | 法国国家科学研究中心 | 23 | 1.18 | 26.3 | 13 |
10 | 瓦格宁根大学 | 22 | 1.13 | 49.45 | 15 |
表3的数据显示,中国科学院、加州大学系统、伦敦大学、哥伦比亚大学、纽约市立大学、亚利桑那州立大学、北京师范大学、多伦多大学、法国国家科学研究中心和瓦格宁根大学的发文量位居前10,说明全球的城市与气候变化研究目前以这些机构为主。其中,中国科学院(78篇)、加州大学系统(52篇)、伦敦大学(45篇)的发文量位居前三,其发文量总和占全球总发文量的9.00%,是城市与气候变化领域中最为活跃的机构。
从表3可以看出,篇均被引次数排名前三的机构是伦敦大学(74.62)、多伦多大学(49.85)和瓦格宁根大学(49.45);H指数排名前三的机构是中国科学院(27)、伦敦大学(23)和加州大学系统(22)。伦敦大学的2个指标均较高,直观展现了其在城市与气候变化领域的领军地位。综合来看,中国科学院在城市与气候变化领域的发文量位居全球第一,H指数全球第一,但篇均被引次数略低,学术影响力还有待提升。
3.3.2 主要发文机构学术合作情况
图3
表4 城市与气候变化领域机构合作集群点度中心性TOP3
聚类集群 | 集群内排名 | 节点名称 | 点度中心性 |
---|---|---|---|
#1 | 1 | 中国科学院 | 34 |
2 | 亚利桑那州立大学 | 18 | |
3 | 耶鲁大学 | 16 | |
#2 | 1 | 哥伦比亚大学 | 22 |
2 | 美国国家大气研究中心 | 12 | |
3 | 犹他大学 | 12 | |
#3 | 1 | 纽卡斯尔大学 | 12 |
2 | 罗格斯州立大学 | 10 | |
3 | 曼彻斯特大学 | 9 | |
#4 | 1 | 加州大学系统 | 23 |
2 | 伦敦大学 | 23 | |
3 | 清华大学 | 21 |
目前,各机构在城市与气候变化领域的学术合作情况无明显的地域分布特征,为全球性的广泛交叉合作。其中,中国科学院节点最大,与其他多个节点有连线且连线较粗,表明其在学术上与其他多个机构进行合著发文且合作关系密切,处于合作网络较为中心的位置,体现了中国科学院在该领域丰富的学术交流与合作。
3.4 研究主题分析
关键词是对研究主题和论文内容的高度概括,是对本领域研究主题准确、客观和简明的反映,因此,分析文献标题及摘要中关键词的出现频次及其聚类情况可以更好地帮助我们把握本领域的研究方向和研究热点,为进一步的研究做好准备。为了排除关键词同词异义、异词同义等情况造成的统计误差,本研究首先利用Derwent数据分析软件对关键词进行清洗,例如:删除“city”“climate change”等不同形式的检索词;合并“ch4”“methane”为“CH4”,合并“greenhouse gas emission”“greenhouse gas emissions”“greenhouse-gas emissions”为“greenhouse-gas emission”等。为进一步提高统计结果的准确性,对关键词数据进行人工检查并基于检查结果构建关键词叙词表,利用关键词叙词表对清洗后的数据进行关键词词频统计并将其导入VOSviewer和Pajek进行聚类分析。图4的聚类结果显示城市与气候变化领域的关键词共有6个聚类社团,可以归纳为5个具体的研究主题:城市气候适应、城市化及其与气候变化的相互作用机制、极端天气、能源及温室气体排放、气候变化下城市居民健康。
图4
(1)城市气候适应(聚类社团#1)
2016年,联合国第三次住房和城市可持续发展大会上通过了《新城市议程》,强调城市是适应气候变化的重要单元,支持发挥政策制定者等多元主体参与的主观能动作用以应对气候变化带来的挑战[2]。此后,“韧性城市”“弹性城市”“气候变化适应型城市”等新的概念和子研究不断衍生。整体来看,当前基于“城市气候适应”这一主题的研究主要有以下五个方面。
本主题下的高频主题词包括“适应(adaptation)”“脆弱性(vulnerability)”“弹性(resilience)”等,被引频次较高的是来自鲁汶大学的M.Demuzere等人[22]于2014年在Journal of Environmental Managemen上发表的文章,该论文基于现有研究证据,从城市、社区和特定场地三个空间尺度上展示了绿色城市基础设施建设对城市气候变化适应能力的促进作用。
(2)城市化及其与气候变化的相互作用机制(聚类社团#2)
城市化是当今人类社会发生的最为显著的变化之一,是人类经济社会发展的必然趋势和现代化不断加深的必由之路,近几十年,全球经历了急剧的城市化过程,全球城市化呈不可逆转的趋势。目前,该领域研究主要包括以下两个方面。
本主题下的高频主题词包括 “城市化(urbanization)”“城市热岛(urban heat-island)”“可持续性(sustainability)”等,被引频次较高的是来自皇家墨尔本理工大学的Jason Bakaric等人[33]于2017年在Journal of Environmental Management上发表的文章,该论文基于沥青混凝土的热性能特点对其引起城市热岛效应的机制进行了研究和讨论,并进一步提出改进反射路面和渗透/多孔/保水路面、增加路面绿色植物或绿色建筑等措施来减缓沥青混凝土道路造成的城市热岛效应。
(3)极端天气(聚类社团#3)
联合国于2020年10月12日发布的一项报告表明,全球与气候变化相关的灾害数量在21世纪的前20年出现了惊人增长,极端天气事件已经成为21世纪最为主要的灾害来源,而城市由于基础设施、人口和资源配置等更加集中,更易受到极端天气的影响。目前,针对极端天气的研究主要有以下四个方面。
本主题下的高频主题词包括“模型(model)”“预测(prediction)”“模拟(simulation)”等,被引频次较高的是来自佐治亚理工学院的Stone B等人[34]于2010年在Environmental Health Perspectives上发表的文章,该论文利用蔓延指数衡量了城市形态与极端高温平均年变化率之间的关联,发现扩张型城市极端高温的年增长率是紧凑型城市极端高温的年增长率的两倍多,即城市形态在很大程度上影响着极端高温天气的发生频率。
(4)能源及温室气体排放(聚类社团#4、#5)
目前,城市地区碳排放量占全球碳排放量的75%,城市经济、城市建筑和城市交通等领域的人类活动使得城市在全球碳排放的过程中扮演了重要角色。基于此,学术界一致认同“城市是未来能源减排和碳减排的主战场”。目前,学术界对于能源消耗和碳排放的相关研究主要有以下四个方面。
本主题下的高频主题词包括“能源(energy)”“温室气体排放(greenhouse-gas)”“全球变暖(global warming)”等,被引频次较高的是来自国际环境与发展研究所的David Dodman等人[40]于2009年在Environment & urbanization上发表的文章,该文在对城市碳排放清单进行分析的基础上评估了不同城市和生产部门的排放模式,确定了温室气体高水平生产的主要驱动因素,并研究了城市在减少全球温室气体排放方面的作用和潜力。
(5)气候变化对城市居民健康的影响(聚类社团#6)
气候变化被视为21世纪全球城市居民最大的健康威胁之一[56]。当前,全球气候变化形势严峻,各国领导人和学术界的科学家越来越关注气候变化与城市居民健康之间的相互关系,相关研究增多。目前针对于气候变化下城市居民健康的研究主要集中于以下两个方面。
本主题下的高频主题词包括“死亡率(mortality)”“风险(risk)”“压力(stress)”等,被引频次较高的是来自亚利桑那州立大学的Darren M Ruddell等人[61]于2011年在Current Opinion in Environmental Sustainability上发表的文章,该文对2005-2010年间极端高温与空气污染相关的发病率和死亡率进行流行病学研究,发现极端高温与空气污染增加了六大洲城市居民的发病率和死亡率,且城市气候变化很可能会进一步加剧空气污染和极端高温对城市居民的有害相互作用。
4 结论
本文以SCIE和SSCI论文为数据来源,对国际城市与气候变化领域的研究论文进行文献计量和主题聚类分析,结果显示近年来全球城市与气候变化领域的发展态势有以下表现。
从成果产出规模与质量来看,近年来城市与气候变化领域论文数量呈现快速增长态势,科研产出规模不断扩大。美国、中国和英国的发文数量最多,英国的发文影响力较高,在城市与气候变化领域的研究中占主导地位;发文量较多的机构主要有中国科学院、加州大学系统、伦敦大学等,中国科学院的发文量位居全球首位,但发文影响力有待提升。
从国际合作来看,全球各国/地区及各机构合作密切,形成了具有一定规模且较稳定的研究合作网络。其中,中国及部分中国机构处于合作网络较为中心的位置,且始终与其他国家/地区和机构保持紧密联系,体现了中国在该领域丰富的学术交流与合作。
从主题聚类来看,该领域的内容涉及气象、水文、生态、地理等多个领域,属于典型的跨学科和交叉研究领域;主要的高频词有adaptation、urbanization、urban heat-island、urban planning、vulnerability等;热点研究主题主要集中在5个方面:“城市气候适应”“城市化及其与气候变化的相互作用关系”“极端天气”“能源及温室气体排放”以及“气候变化对城市居民健康的影响”。
目前,全世界城市共同面临着可持续发展的挑战和机遇,必须高度重视城市气候变化的风险和影响研究。虽然城市应对气候变化在实践中受到国际社会和主要国家重视,但与全球气候变化研究的产出相比(WOS数据库中研究论文数量逾10万篇),该领域的研究占比仍较低,主要是因为:一方面,城市在全球并没有一个统一的概念范围,全球复杂多样的城市形态为研究带来复杂性;另一方面,城市气候变化数据与国家层面的数据相比较难获取,很多城市并没有建立气候变化监测体系,缺少长周期、稳定性的数据支撑,使城市气候变化研究受到挑战。因此,在全球城市层面,特别是那些气候变化脆弱性和暴露性较高的城市地区,构建支撑气候变化事实与预估、适应等多维度数据监测体系至关重要。
中国城市化发展速度迅猛,城市类型丰富多样,近年来极端天气频发,带来不小的经济损失和人员伤害。因此,中国亟须高度重视城市与气候变化领域的相关课题研究,增加课题投入,一方面基于中国城市数量庞大、类型复杂多样等特点开展系统性的、有针对性的中国城市及气候变化的高质量基础研究,另一方面聚焦“城市气候适应”“城市化及其与气候变化的相互作用关系”“极端天气”“能源及温室气体排放”以及“气候变化对城市居民健康的影响”等热点研究主题,持续推进城市与气候变化领域相关学术研究和科学政策制定。在实践层面,中国还需要继续开展一系列气候变化适应型城市的试点任务,结合《城市适应气候变化行动方案》等相应政策,建立气候适应型城市建设评估依据和指南,不断扩大气候适应型城市建设规模,并不断向国际社会输出中国的成功方案和优秀案例,丰富城市应对气候变化的经验,帮助推动国际城市更好应对气候变化,推动城市可持续发展。