基于地球环境科学的自然指数期刊科学计量分析

〔摘要〕针对自然指数在我国相关研究缺乏，且均以自然指数既有指标为主体展开的问题，本文选择地球环境科学领域的自然指数期刊为主体展开科学计量分析。基于共被引和共现网络理论，利用科学计量工具CiteSpace对研究主体近十年间高被引论文进行热点和前沿计量分析。研究揭示了地球环境科学领域的热点及前沿以及该领域快速发展的趋势，研究基于Sigma值视角下的前沿计量分析方法相对传统分析更显全面，对CiteSpace计量工具的使用具有一定参考价值，研究同时总结了自然指数在评估科研时的不足之处。

〔关键词〕自然指数；科学计量；地球环境科学；CiteSpace；Sigma

〔Abstract〕In China，relevant researches about of Nature Index are of shortage，and all of them are conducted with the Nature Index existing indicators as their object.For this problem，this paper selected the Nature Index Journals of Earth and Environment Science Field as object to make scientometric analysis.Based on the theory of co-cited and co-occurrence，this paper made an analysis of hot-spots and research fronts about research object according to the cited papers published in the past ten years with the help of scientometrics software CiteSpace.It revealed the hot-spots and fronts in the Earth and Environmental Science Field as well as the trend of rapid development in this pared to the conventional method，this method of scientometric analysis about research fronts from the perspective of Sigma values was more comprehensive，and also had a certain reference value by using CiteSpace.This paper also summarized the shortcomings of the Nature Index in the evaluation of scientific research.

〔Key words〕nature index；scientometrics；earth and environmental science；CiteSpace；Sigma

1研究背景及问题提出

2014年自然出版集团推出旨在评估不同国家和科研机构科研贡献的科学计量指标――自然指数之后，因其权威性和科学性，迅速引起了学术界和媒体界的广泛关注。我国近年来科研实力的迅猛进步，自然指数指标评估体现明显，2016年的最新自然指数排行显示，我国是全球高质量科研论文第二大贡献国，仅次于美国，中国高校及科研机构表现强势，中国科学院位居全球科研机构榜首，7所中国高校排行进入全球前50。

自然指数相关报道如火如荼，但自然指数相关研究甚少。笔者以检索式“自然指数 or Nature Index”在CNKI中进行关键词检索，仅检索到4篇相关文章。具体研究中，马路等以自然指数指标分析了2014年中国部分高校生命科学学科的科研产出情况；李荣对比分析了南京师范大学在我国同类师范院校中的科研表现，并就如何利用自然指数为高校科学发展提供服务提出建议[2]；林琳探讨了自然指数对于科技创新评价的意义[3]；顾笑迎等以自然指数指标为参考评估了我国深海资源研究的学术影响力[4]。这些研究均以自然指数既有指标为主体，没有对自然指数进行深入研究，缺乏深层次思考。本文中笔者选取自然指数期刊为研究对象，采用使用较为成熟的科学计量软件CiteSpace为研究工具这一新视角对自然指数期刊进行计量研究旨在揭示出一些问题。

自然指数是自然出版集团于2014年提出的旨在评价全球优质科学研究的综合指标，自然指数基于化学、物理学、生命科学、地球与环境科学四大学科领域的68种国际顶级学术期刊发表的学术论文进行科学计量，入选自然指数的期刊基于权威在职科学家完全依靠学术判断力，不参考影响因子、H指数等量化指标选出。入选的68种期刊不到JCR收录期刊总数的1%，但却贡献了近30%的被引用次数，自然指数提供了三大评价指标，分别为AC统计过去12个月国家或科研机构在自然指数期刊上发表的论文数目；FC统计中机构作者的贡献和（当一篇论文作者数为N时，则每位作者对该论文贡献记为“1/N”分））；WFC为FC指标的改进，对发表在天文学和天体物理学上的期刊论文FC值乘以02（两学科在自然指数期刊发文数量占总量近80%）。当前在自然指数期刊，已然成了高水平学术能力的象征。

研究工具

CiteSpace是一款运用较为成熟的科学计量可视化软件，由美国德雷塞尔大学陈超美博士开发。该软件主要基于共被引分析理论和寻径网络算法等对特定领域文献进行计量，以探寻出学科领域演化的关键路径及知识转折点，并通过一系列可视化图谱的绘制来形成对学科演化潜在动力机制的分析和学科发展前沿的探测。

数据来源与处理

为便于对自然指数期刊进行科学计量研究，本文选取地球与环境领域期刊为对象，主要基于以下两个原因：（1）自然指数四大领域科研表现中，我国在该领域表现相对较弱，以该领域为对象进行研究分析，对该领域的研究会有一定参考价值；（）被该领域收录的期刊及数量相对较少，便于计量分析，同时保证了研究工具的可操作性。入选自然指数地球环境科学主题领域的12种期刊见表1。

4研究方法与过程

因自然指数主要是针对国家或研究机构进行科研贡献分析的计量指标，本文在对自然指数期刊论文科学计量分析时重点放在热点及前沿两个角度，主要过程如下：

（1）利用CiteSpace对每年论文数量统计分析。

（2）基于高频次和高中心性关键词角度计量分析地球环境科学领域自然指数期刊论文反映出当前国际研究热点。

（3）前沿领域方面，基于Sigma值的新视角对自然指数期刊进行科学计量研究。

3总体发文描述性统计

通过CiteSpace对所下载期刊论文进行去重处理，得到了9 633条期刊论文数据记录，具体分布如图1所示。对自然指数地球与环境科学领域期刊论文频次统计分析显示，该领域高质量论文数量虽在2009年、2011年及2015年出现小幅回落，但整体呈现逐年上升趋势，表明近十年来该领域持续被研究者高度关注，该领域研究在近十年得到了进一步发展。随着领域研究不断深入和拓展，该学科将会得到更进一步发展，预测分析该领域高质量论文数量会持续增加。图1前20%高被引论文数量分布

4热点计量分析

关键词是论文核心内容信息的体现，充分体现了研究者的学术思想和观点，科学计量理论中常用关键词共现分析显示研究领域热点，展示知识领域研究前沿的演化。共现词分析理论认为当两个关键词同时出现在一篇文献时，这两个关键词存在着共现关系[5]，关键词共现频次越多，文献研究主题就越接近，在CiteSpace生成的关键词共现网络知识图谱中，它们之间的距离就越接近。

基于CiteSpace在关键词共现网络知识图谱计量分析中，节点的大小等比例代表着关键词共现出现的次数，节点中不同年轮圈代表着不同年份该关键词共现次数，年份的年轮越厚，代表着相应年份关键词共现的次数越多，关键词共现次数越多表明其受关注的程度越高。对地球环境科学领域自然指数期刊论文热点计量操作分析得到关键词共现知识图谱，如图所示。

41热点领域分析

图谱中，共有115个节点和343条连线，节点的大小代表关键词受关注的程度，高中心性对研究领域具有较大影响力的节点以紫色突出显示。可知自然指数期刊论文反映出地球环境科学领域近十年研究热点主要集中在了A、B、C三大方向，其中C是最主要的方向。基于共现网络中关键词的内在联系，对热点领域分析如下：

A类主要是疾病方面的热点词汇，包括疾病（Disease）、机制（Mechanism）、基因（Gene）、表现（Expression）等。地球环境与人类生存息息相关，地球环境的恶化给人类带来了诸多的疾病，使得疾病方面的研究成为了地球环境科学领域的一大主题，这也体现了地球环境科学与生命科学等学科的融合性发展趋势。

B类主要是人类与生态方面研究的热点词汇，包括演化（Evolution）、人口（Population）、增长（Growth）、多样性（Diversity）、模式（Pattern）等，人类社会的发展，人类数量的增长，使得对地球生态产生了很大的影响，地球生物的生存状况因此改变，人类与地球生态模式相关的研究也因此成为了地球环境科学领域的一大热点。

C类是最主流的研究热点方向，主要是气候变化与生态系统方面研究的热点词汇，包括模型（Model）、气候变化（Climate Change）、气候（Climate）、生物变异（Variability）、温度（Temperature）、海洋（Ocean）、水（Water）、生物多样性（Biodiversity）、循环（Circulation）、美国（United States）图关键词共现知识图谱

等等，这些热点词汇涵盖了地球的地理概貌、生态系统，生物多样性、气候变化，研究模型，还涉及了参与该方向的主要研究国家。随着地球环境的日益严峻，生态系统不协调现象加剧以及地球气候变化对人类生存影响不断扩大，此方面研究成了该领域的重要研究方向，各国都给予了高度的重视。

4核心关键词计量统计

为探寻自然指数期刊论文在地球环境科学领域过去10年中的核心研究关键词，笔者手动排除了学科常用术语如Model、Expression和System等，选择高频次和高中心性关键词，这是因为在科学计量理论中认为高频次关键词反映的研究内容受关注程度高，高中心性关键词在研究领域中有着高中介作用和影响程度，高中心性关键词反映的研究内容在研究领域具有较大的转折意义和枢纽作用[6]。计量分析得到的核心关键词如表所示，这些关键词诠释了过去10年间自然指数地球环境学科中最受关注的研究点。

5前沿计量分析

科学计量理论中关于何为研究前言的理论有很多，Price认为某个领域的研究前沿是由科学家积极引用的40～50篇最近发表的文章组成的动态聚类；Braam认为集中关注的一系列相关问题和概念形成了研究前沿[8]；Persson认为引用相同文献的文章构成了研究前沿[9]；Morris将研究前沿定义为持续被一组固定的，与时间无关的基本文章引用的大量文章，可用人工提取的标题词来进行表示[0]；陈超美认为研究前沿是正在兴起的理论趋势和新研究主题的涌现]。表核心关键词计量统计表

Top10高频次关键词Top10高中心性关键词#关键词频次#关键词中介中心性1Climate Change4871Climate0252Variability4662Surface0233Temperature4143Climate Change0124Climate3984Variability0125Ocean3285Water0126Diversity3186Temperature017Water2637Community018Transport2508Ecosystem019Disease2469Ecology0110Biodiversity23810Ocean、Carbon008

这些理论为研究某个领域的前沿提供了多种视角，其中国内使用CiteSpace进行主题领域前沿研究分析时主要基于突现主题词、关键词以及文献共被引聚类等3个角度，本文基于CiteSpace以一种新的视角来对自然指数期刊进行前沿计量分析，具体思路是通过CiteSpace寻找到Sigma值最高的一篇文献以及这篇文献所在聚类中的Citing Reference，将这组文献视为研究前沿文献，再对这组前沿文献进行分析归类，进而细分为具体的研究前沿主题。Sigma值主要用来发现科学研究中具有创新性的文献，高Sigma值文献出现在学科发展的重要突出领域，是研究前沿聚集的重要地带[2]。Sigma值是CiteSpace中结合节点在网络结构中重要性（中介中心性）和节点在时间上的重要性（突发性）两个指标复合构造的测度节点重要性的一个指标。在网络结构中利用Sigma值来判断节点重要程度比单纯使用节点中心性和突发性更加全面，陈超美教授给出的计算方法为：

中前沿文献核心关键词归类分析可知，地球环境科学领域自然指数期刊揭示了全球气候变化是该领域未来的主要前沿研究领域，进一步细分发现化学气候变化预测模型、大气温度、大气环流模式、全球降水、臭氧、气候风暴预测模型、平流层水汽变化、温室气体、中层大气、ERA-40气候预测分析系统、全球雷电分布、对流层大气、水蒸气、大气转移模型、水蒸气等是气候变化前沿领域的主要研究点。

笔者进一步整理发现，这些前沿研究点主要基于以下3个角度展开研究：

（1）构建一种行之有效的气候预测模型，旨在能够更加精准的预测地球未来气候及温度变化趋势，为人类预防相关潜在危害提供帮助。

（2）深层次探索分析影响地球气候变化的因素以及产生这些因素的原因，旨在为人类应对气候变化问题提供新思路。

（3）分析地球气候变化给地球及人类带来的影响以及这些影响给人类生活带来的改变。

6研究总结

本文通过利用科学计量可视化软件CiteSpace对地球环境科学领域的12种自然指数期刊进行科学计量分析，得出以下总结与思考：

（1）地球环境科学在近十年内得到了持续的高关注度，领域研究得到更进一步的发展，气候变化与生态、人类与生态及疾病及预防是该领域近十年主要热点领域；全球气候变化是地球环境科学未来主要前沿领域，具体前沿研究热点有化学气候变化预测模型、大气温度、温室气体等。同时基于地球环境科学自然指数期刊计量分析发现该领域研究呈现了多学科融合趋势，如基因技术等在人类疾病治疗及预防上的研究体现了与生命科学的融合；该领域研究方法侧重定量分析，如在气候变化领域研究中涉及到大量的数据采集、处理以及模型的构建和仿真，诸多定量分析方法在地球环境科学中起着很大的推动作用。

（2）在对自然指数期刊计量分析的过程中发现自然指数入选期刊重基础学科研究创新，应用型研究尚少，自然指数主要基于对大学科进行科学计量分析，诸多细小学科未考虑到，在前入选的选择上虽然基于权威的同行评议，但仍显主观色彩，不够全面，这使得本文计量研究结果存在不足；在整理入选自然指数的期刊时发现，《自然》系列子刊所占比例较大，共计17种期刊入选，占比达25%，自然出版集团有自我吹捧之嫌；自然指数在评价科研机构时会产生小型科研机构不占优势的问题；另外需要值得注意的是自然指数只是对四大基础学科进行计量分析，并不能全面反映一个国家或者机构的科研实力，对待自然指数方面我国的突出成绩，无论是媒体还是学术界要客观对待。

（3）本文基于Sigma值视角下得地球环境科学自然指数期刊前沿计量分析，利用高Sigma值文献探寻研究前沿突出地带，指标综合考虑了网络结构节点的中介中心性和突发性，使得前沿的分析上相对依靠突现主题词、关键词更加全面。Web of Science提供的前沿文献组关键词的归类分析前沿结果相对文献共被引聚类等方法结果更加具体，方法对使用CiteSpace进行前沿分析具有一定的参考价值。

参考文献

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