吳 昊,郭 琳,於維櫻,劉雪雁

1 信陽(yáng)師范學(xué)院生命科學(xué)學(xué)院,信陽(yáng) 464000 2 中國(guó)科學(xué)院武漢文獻(xiàn)情報(bào)中心,武漢 430071 3 中國(guó)科學(xué)院海洋研究所,青島 266071 4 中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所,廣州 510301

占地球總表面積71%的海洋在調(diào)節(jié)全球氣候、生物地球化學(xué)循環(huán)、資源儲(chǔ)藏、維持生物多樣性等方面起著至關(guān)重要的作用,但目前海洋正承受著來(lái)自人類活動(dòng)、氣候變化等因素的巨大壓力,高強(qiáng)度干擾對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能造成嚴(yán)重威脅[1]。國(guó)際學(xué)者近期圍繞海洋環(huán)境演變、海洋生態(tài)功能等方面做了大量研究,如Cheung等人認(rèn)為在開發(fā)海洋資源的過(guò)程中,須重視氣候變化對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的影響,國(guó)際社會(huì)應(yīng)將全球變暖的幅度控制在1.5℃以下,因?yàn)楹Ｑ笞畲鬂O獲量潛力、海洋物種周轉(zhuǎn)期與氣候變化緊密相關(guān)[2];Notz 和 Stroeve發(fā)現(xiàn)氣候變暖正導(dǎo)致北極海冰面積迅速降低,CO2排放量與海冰縮減速率呈正相關(guān),每排放1噸CO2將導(dǎo)致3m2的海冰融解[3]。但以往論文的研究對(duì)象多局限于某一海洋生物或特定海洋區(qū)域,較少?gòu)暮暧^尺度上對(duì)海洋科學(xué)領(lǐng)域進(jìn)行全面分析,特別是針對(duì)國(guó)際海洋機(jī)構(gòu)科研影響力的對(duì)比分析尚屬空白。

中國(guó)大陸岸線長(zhǎng)1.8萬(wàn)km2,內(nèi)水和領(lǐng)海面積高達(dá)38萬(wàn)km2,《國(guó)家海洋事業(yè)發(fā)展“十二五”規(guī)劃》指出,提升海洋開發(fā)能力、建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)是中國(guó)重大戰(zhàn)略舉措之一。當(dāng)前國(guó)際海洋科學(xué)的熱點(diǎn)問(wèn)題及未來(lái)重要研究方向是什么？中國(guó)與國(guó)際海洋研究機(jī)構(gòu)之間的科研影響力存在何種差距？以上這些問(wèn)題都亟待利用文獻(xiàn)計(jì)量的方法從宏觀角度上進(jìn)行把握和解答。文獻(xiàn)計(jì)量法通過(guò)統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)的各項(xiàng)數(shù)量特征、采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)等手段評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)科學(xué)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì),已被廣泛應(yīng)用多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域[4]。本文基于Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中海洋科學(xué)領(lǐng)域的SCI論文數(shù)據(jù), 采用文獻(xiàn)計(jì)量方法,從國(guó)家、科研機(jī)構(gòu)、發(fā)文量、熱點(diǎn)關(guān)鍵詞等多層面、多角度分析該領(lǐng)域1900—2017年的研究概況, 并對(duì)比分析國(guó)際主要海洋研究機(jī)構(gòu)間的科研影響力差異。以期較為全面地反映國(guó)際海洋科學(xué)研究現(xiàn)狀及發(fā)展態(tài)勢(shì),為海洋保護(hù)決策及維持海洋生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與分析方法

1.1 檢索式的編制與檢索方式

本研究數(shù)據(jù)來(lái)源于美國(guó)科學(xué)信息研究所(Institute for Scientific Information,ISI)Web of Science(WOS)科學(xué)引文索引擴(kuò)展版(science citation index expanded, SCI-E, 簡(jiǎn)稱SCI),通過(guò)編寫檢索式來(lái)限定檢索范圍。根據(jù)SCI論文中關(guān)于“海洋”和“海洋科學(xué)”這兩個(gè)主題詞的常用英文寫法,編制檢索式：TS=((ocean) or (marine) or (oceanography))。最終共檢索獲得1900—2017年間海洋科學(xué)研究領(lǐng)域發(fā)表的SCI論文427677篇,選擇類型為“Article”和“Review”的401830篇論文進(jìn)行分析。WOS數(shù)據(jù)庫(kù)的更新時(shí)間為2017年5月29日。

基于國(guó)際知名度和發(fā)表SCI論文總量等因素,選擇美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所、美國(guó)斯克里普斯海洋學(xué)研究所、美國(guó)海洋與大氣管理局、日本東京大學(xué)、日本北海道大學(xué)、德國(guó)極地與海洋研究所、德國(guó)亥姆霍茲海洋研究中心、法國(guó)海洋開發(fā)研究院、英國(guó)普利茅斯海洋實(shí)驗(yàn)室、英國(guó)國(guó)家海洋研究中心、加拿大漁業(yè)及海洋部、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)組織、俄羅斯科學(xué)院希爾紹夫海洋研究所、中國(guó)科學(xué)院海洋研究所、中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所等15個(gè)國(guó)際主要的海洋科研機(jī)構(gòu)進(jìn)行學(xué)術(shù)影響力分析。結(jié)合機(jī)構(gòu)英文名稱及SCI發(fā)文署名單位地址分別制定檢索式如附錄1所示。

1.2 數(shù)據(jù)處理

利用Thomson Data Analyzer(TDA)(6.5.20版)軟件對(duì)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。TDA是美國(guó)Thomson公司開發(fā)的專業(yè)文本挖掘工具,能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘并實(shí)現(xiàn)可視化。首先利用TDA對(duì)獲取的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘和清洗(利用TDA軟件內(nèi)部設(shè)置的敘詞表,對(duì)釋義相近的關(guān)鍵詞進(jìn)行合并、歸類,并人工刪除沒(méi)有實(shí)際意義的詞匯),然后將數(shù)據(jù)按學(xué)科領(lǐng)域、發(fā)表年度、研究機(jī)構(gòu)、關(guān)鍵詞等信息進(jìn)行分類統(tǒng)計(jì)。利用h指數(shù)分析各機(jī)構(gòu)的科研影響力。h指數(shù)(也叫h-index)是一個(gè)混合量化指標(biāo),它是指在發(fā)表的N篇論文中有h篇每篇至少被引h次、而其余的(N-h)篇論文每篇被引均小于或等于h次,h指數(shù)越高,則表明學(xué)術(shù)影響力越大[5]。在確定各機(jī)構(gòu)檢索式之后,h指數(shù)可通過(guò)WOS網(wǎng)站“創(chuàng)建引文報(bào)告”的功能計(jì)算獲取。

2 結(jié)果與分析

2.1 發(fā)文國(guó)家排名

發(fā)文量較多的前10名國(guó)家依次為：美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、中國(guó)、德國(guó)、加拿大、日本、澳大利亞、西班牙、意大利(表1)。其中美國(guó)發(fā)文量為136898篇,遠(yuǎn)高于其他國(guó)家,表明其在海洋科學(xué)領(lǐng)域的研究水平處于世界領(lǐng)先地位。中國(guó)發(fā)文量為31975篇,居第4位,表明我國(guó)海洋科學(xué)研究也擁有一定的國(guó)際地位。前10名國(guó)家累計(jì)發(fā)文量為387263篇,占總發(fā)文量401830篇的96%。這10個(gè)國(guó)家的領(lǐng)土多瀕臨海洋或被大洋環(huán)繞,可能為其海洋研究提供了便利的地域條件。此外,印度、俄羅斯等國(guó)家在海洋科學(xué)領(lǐng)域也發(fā)表了大量的論文。

2.2 發(fā)文機(jī)構(gòu)排名

檢索結(jié)果表明(表2),發(fā)文量前10名的科研機(jī)構(gòu)分別為：中國(guó)科學(xué)院、美國(guó)海洋和大氣管理局、美國(guó)加利福尼亞大學(xué)、俄羅斯科學(xué)院、美國(guó)伍茲霍爾海洋學(xué)研究所、美國(guó)華盛頓州立大學(xué)、德國(guó)極地與海洋研究所、日本東京大學(xué)、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究院、美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)。其中,中國(guó)科學(xué)院的發(fā)文量最高(10206篇),表明中國(guó)科學(xué)院作為中國(guó)自然科學(xué)最高學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)和高技術(shù)綜合研究發(fā)展中心,在海洋科學(xué)領(lǐng)域取得了豐碩的研究成果。10個(gè)機(jī)構(gòu)中,美國(guó)擁有5個(gè),顯示出美國(guó)在此領(lǐng)域擁有雄厚的科研實(shí)力。此外,美國(guó)國(guó)家航空航天局、加拿大漁業(yè)及海洋部、法國(guó)巴黎第六大學(xué)等科研院所也發(fā)表了大量論文?？傮w而言,國(guó)際海洋科學(xué)領(lǐng)域發(fā)文量較大的科研機(jī)構(gòu)多集中在歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家,發(fā)展中國(guó)家(除中國(guó)外)在此領(lǐng)域的科研能力依然相對(duì)薄弱。

表1 海洋科學(xué)領(lǐng)域發(fā)文量前20位國(guó)家排名

表2 海洋科學(xué)領(lǐng)域發(fā)文量前20位機(jī)構(gòu)排名

2.3 論文數(shù)量的年季動(dòng)態(tài)

圖1 1900—2016年海洋科學(xué)研究發(fā)文量 Fig.1 Number of published literatures on oceanography during 1900—2016 years

國(guó)際上關(guān)于海洋科學(xué)的SCI論文最早發(fā)表于1900年,隨著時(shí)間的推移,年均發(fā)文量呈指數(shù)上升趨勢(shì)(圖1)。1900年共發(fā)表44篇論文,主要發(fā)表于《Public Health Reports》 和《Petermanns Mitteilungen》這兩種期刊上。影響力較高的是由美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)Wilson HV[6]發(fā)表在《American Naturalist》期刊上題為“Marine biology at Beaufort”的論文(總被引5次)。在1900—1990年這90年間,海洋科學(xué)領(lǐng)域的SCI文章數(shù)量雖保持一定的上升趨勢(shì),但上升幅度并不大,處于海洋科學(xué)發(fā)展的萌芽階段。1991年開始,論文數(shù)量出現(xiàn)飛躍,從1990年的年度2590篇躍升至1991年的6134篇,之后年度論文數(shù)量呈直線上升態(tài)勢(shì),進(jìn)入海洋科學(xué)的快速發(fā)展階段。特別是近5年來(lái),國(guó)際上年度發(fā)表海洋科學(xué)SCI論文的數(shù)量均超過(guò)20000篇,表明海洋科學(xué)已引起科技界廣泛關(guān)注并將持續(xù)成為研究熱點(diǎn)。

2.4 主要學(xué)科分布

國(guó)際海洋研究領(lǐng)域共涉及192個(gè)學(xué)科(按照ISI數(shù)據(jù)庫(kù)的學(xué)科分類),涵蓋了環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、海洋科學(xué)、地質(zhì)、大氣、生物、資源等眾多學(xué)科門類,表現(xiàn)出明顯的交叉學(xué)科特征。發(fā)文量前10名的學(xué)科依次為(表3)：環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)、海洋科學(xué)、海洋與淡水生物學(xué)、地質(zhì)學(xué)、氣象與大氣科學(xué)、 地球物理學(xué)與地球化學(xué)、工程學(xué)、化學(xué)、漁業(yè)科學(xué)、微生物學(xué)。其中,環(huán)境科學(xué)與生態(tài)學(xué)(68822篇)、海洋科學(xué)(68017篇)、海洋與淡水生物學(xué)(64426篇)、地質(zhì)學(xué)(63871篇)發(fā)文量較高,這4類學(xué)科累計(jì)發(fā)文265136篇,占據(jù)總發(fā)文量的66%。

2.5 發(fā)文期刊排名

發(fā)文量前10名的國(guó)際SCI期刊分別為：Journal of Geophysical Research-Oceans(IF=3.318,發(fā)文量7520篇)、Marine Ecology Progress Series(IF=2.361,發(fā)文量6898篇)、Geophysical Research Letters(IF=4.212,發(fā)文量6592篇)、Journal of Climate(IF=4.850,發(fā)文量4677篇)、Journal of Geophysical Research-Atmospheres(IF=3.318,發(fā)文量4423篇)、Marine Pollution Bulletin(IF=3.099,發(fā)文量4116篇)、PLoS One(IF=3.057,發(fā)文量4005篇)、Journal of Physical Oceanography(IF=3.026,發(fā)文量3849篇)、Earth and Planetary Science Letters(IF=4.326,發(fā)文量3772篇)、Marine biology(IF=2.375,發(fā)文量3564篇)。根據(jù)最新JCR(Journal Citation Reports)報(bào)告,目前SCI收錄的海洋科學(xué)領(lǐng)域期刊共61種,影響因子排名前10% 的期刊分別為：Annual Review of Marine Science(IF= 13.214)、Oceanography and Marine Biology(IF=4.545)、Oceanography(IF=3.883)、Limnology and Oceanography(IF=3.660)、Progress in Oceanography(IF=3.512)、Paleoceanography(IF=3.433)。由此可知,國(guó)際海洋學(xué)領(lǐng)域的發(fā)文期刊主要集中于海洋物理、海洋地質(zhì)和海洋氣候等方面,而主題為海洋生物、古海洋學(xué)的高水平期刊發(fā)文量較低。

表3 海洋研究涉及的前20名學(xué)科領(lǐng)域

2.6 高被引論文簡(jiǎn)析

在WOS中對(duì)海洋科學(xué)領(lǐng)域SCI論文的累計(jì)被引頻次按由高到低進(jìn)行排序,得出前10名高被引論文如表4所示。這10篇文章分別發(fā)表于Proceedings of the Royal Society-A、Australian Journal of Ecology、Microbiology Reviews、Applied and Environmental Microbiology、Canadian Journal of Microbiology、Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society、Science、Nature、Journal of Geophysical Research-Atmospheres、Bulletin of the American Meteorological Society等10種期刊。論文的研究?jī)?nèi)容涵蓋了海洋生態(tài)模擬、海洋污染評(píng)價(jià)、海洋微生物、海水變暖等諸多重大科學(xué)問(wèn)題。10篇高被引論文大部分均未發(fā)表在2.5所列的發(fā)文量或影響因子高的期刊上,主要原因是：高被引論文的研究?jī)?nèi)容涉及多學(xué)科交叉領(lǐng)域,并不單一地局限于海洋科學(xué);此外, Science、Nature等國(guó)際頂級(jí)期刊在ISI數(shù)據(jù)庫(kù)中屬于綜合性期刊,其并不隸屬于海洋科學(xué)領(lǐng)域。分析發(fā)文機(jī)構(gòu)可知,美國(guó)下屬機(jī)構(gòu)5家,英國(guó)下屬機(jī)構(gòu)3家、德國(guó)下屬機(jī)構(gòu)2家,表明美國(guó)在海洋科學(xué)領(lǐng)域具有較高的國(guó)際學(xué)術(shù)影響力。

表4 海洋科學(xué)領(lǐng)域高被引論文排名

2.7 中國(guó)發(fā)文概況

中國(guó)從1976年開始發(fā)表海洋科學(xué)SCI論文,近40年來(lái),中國(guó)的發(fā)文數(shù)量總體保持上升趨勢(shì)。2003年開始,年度發(fā)文超過(guò)500篇;尤其是近3年以來(lái),年度發(fā)文量超過(guò)3000篇。中國(guó)在以下10種SCI期刊的發(fā)文量較多：Acta Oceanologica Sinica(IF=0.631,發(fā)文量824篇),Acta Petrologica Sinica(IF=1.234,發(fā)文量624篇),Chinese Science Bulletin(IF=1.789,553篇),Marine Pollution Bulletin(IF=3.099,發(fā)文量474篇),Journal of Geophysical Research-Oceans(IF=3.318,發(fā)文量470篇),Chinese Journal of Oceanology and Limnology (IF=0.547,發(fā)文量469篇),Advances in Atmospheric Sciences(IF=1.363,發(fā)文量449篇),Journal of Climate(IF=4.850,發(fā)文量444篇),Journal of Asian Earth Sciences(IF=2.647,發(fā)文量360篇),International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology(IF=2.439,發(fā)文量354篇),中國(guó)的高水平論文數(shù)量亟待提升。中國(guó)發(fā)文量較多的前10名機(jī)構(gòu)分別為：中國(guó)科學(xué)院(10206篇)、中國(guó)海洋大學(xué)(3217篇)、中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)(1729篇)、國(guó)家海洋局(1669篇)、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(1386篇)、廈門大學(xué)(1378篇)、北京大學(xué)(1041篇)、南京大學(xué)(912篇)、香港大學(xué)(884篇)、浙江大學(xué)(751篇)。中國(guó)科學(xué)院是中國(guó)海洋科學(xué)領(lǐng)域的中堅(jiān)科研力量。

2.8 國(guó)際海洋機(jī)構(gòu)科研影響力比較

由分析結(jié)果(表5)可知,15個(gè)海洋研究機(jī)構(gòu)的科研影響力(h指數(shù))排序依次為：美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所(213)、美國(guó)斯克里普斯海洋學(xué)研究所(212)、美國(guó)海洋與大氣管理局(166)、德國(guó)極地與海洋研究所(166)、英國(guó)普利茅斯海洋實(shí)驗(yàn)室(143)、加拿大漁業(yè)及海洋部(138)、日本東京大學(xué)(126)、德國(guó)亥姆霍茲海洋研究中心(108)、法國(guó)海洋開發(fā)研究院(108)、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)組織(107)、日本北海道大學(xué)(98)、英國(guó)國(guó)家海洋研究中心(94)、中國(guó)科學(xué)院海洋研究所(79)、中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所(63)、俄羅斯希爾紹夫海洋研究所(38)。美國(guó)的兩所海洋機(jī)構(gòu)學(xué)術(shù)影響力遠(yuǎn)超于世界其他海洋機(jī)構(gòu),它們?cè)赟cience 、Nature這兩大著名學(xué)術(shù)期刊的發(fā)文量均超過(guò)100篇,且單篇被引100次以上的文章數(shù)量均超過(guò)600篇,表明了美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所和美國(guó)斯克里普斯海洋學(xué)研究所在國(guó)際上的權(quán)威地位與學(xué)術(shù)引導(dǎo)者角色。此外,德國(guó)、英國(guó)和加拿大的海洋機(jī)構(gòu)也擁有較強(qiáng)的科研影響力。中國(guó)科學(xué)院海洋研究所和南海海洋研究所分列于第13、14位,表明我國(guó)雖在海洋領(lǐng)域擁有較高的發(fā)文數(shù)量,但仍然與國(guó)際頂級(jí)海洋科研機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)水平存在較大差距。俄羅斯希爾紹夫海洋研究所的總發(fā)文數(shù)量、h指數(shù)及發(fā)文質(zhì)量均較低,可能是由于其以海洋學(xué)基礎(chǔ)理論研究為主,研究領(lǐng)域過(guò)窄、研究方向過(guò)于單一所導(dǎo)致的。

表5 國(guó)際15個(gè)主要海洋科研機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)影響力排名

2.9 國(guó)際海洋科學(xué)領(lǐng)域當(dāng)前熱點(diǎn)問(wèn)題

關(guān)鍵詞能夠?qū)ξ恼轮黝}進(jìn)行高度概括和精煉,高頻次的關(guān)鍵詞可以看作是該領(lǐng)域最新的研究熱點(diǎn)。利用TDA分析工具對(duì)近期(2014—2017年)各海洋研究機(jī)構(gòu)發(fā)表文章的關(guān)鍵詞進(jìn)行計(jì)量分析,并對(duì)意義重復(fù)的關(guān)鍵詞進(jìn)行數(shù)據(jù)清洗,篩選出各機(jī)構(gòu)排名前10位的發(fā)文高頻關(guān)鍵詞(附錄2)。對(duì)15個(gè)海洋機(jī)構(gòu)的高頻共現(xiàn)關(guān)鍵詞(在3個(gè)以上的機(jī)構(gòu)中出現(xiàn))進(jìn)行統(tǒng)計(jì),得到國(guó)際海洋科學(xué)領(lǐng)域近期共同的研究熱點(diǎn)如表6所示。按照高頻詞匯的屬性可將當(dāng)前海洋領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題歸為4類：

(1)熱點(diǎn)海洋區(qū)域：北冰洋、南大洋、北極、南極洲。

北冰洋被亞歐和北美大陸所包圍,涉及的國(guó)家及地區(qū)眾多;且北冰洋終年積冰,對(duì)全球氣候有著重要影響[7]。南大洋占全球海洋面積的1/6,是全球海洋生態(tài)系統(tǒng)中海鹽環(huán)流的調(diào)控樞紐中心,同時(shí)對(duì)全球碳氮循環(huán)具有重要的調(diào)控作用[8]。北極地區(qū)能夠平衡全球冷暖交換,是影響全球氣候變化的主要驅(qū)動(dòng)力。近期研究表明,北極海洋變化與全球氣候變化密切相關(guān),這種快速響應(yīng)引起的極區(qū)海洋環(huán)境遷移和海洋生態(tài)系統(tǒng)變異也將對(duì)全球氣候變化產(chǎn)生強(qiáng)烈反饋?zhàn)饔肹9]。南極洲海冰加速融化是導(dǎo)致全球海平面上升的最主要因素之一,基于氣候變化-碳循環(huán)-海洋環(huán)流交互作用模型的最新研究表明,由深層海洋變暖引發(fā)的南極海冰融解現(xiàn)象可能在全球尺度內(nèi)被放大,相對(duì)年際氣候波動(dòng)而言,未來(lái)南極冰蓋消融將更多地受到人為因素導(dǎo)致的全球變暖的影響[10- 11]。

(2)海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)：遙感技術(shù)、穩(wěn)定同位素。

海洋遙感技術(shù)是利用導(dǎo)航衛(wèi)星反射的載波信號(hào),通過(guò)碼延遲和波形分析,提取反射信號(hào)中攜帶的目標(biāo)反射面特性信息,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)海洋的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。目前,海洋遙感技術(shù)已經(jīng)廣泛運(yùn)用于海洋水色、浮游植物藻華、海面風(fēng)場(chǎng)、海冰密集度和洋面溢油檢測(cè)等多個(gè)方面[12- 13]。近年來(lái),國(guó)內(nèi)外科研人員已利用穩(wěn)定同位素技術(shù)研究了海洋生物地球化學(xué)循環(huán)、全球海洋通量等科學(xué)問(wèn)題。穩(wěn)定同位素的介質(zhì)包含了碳、溶解氧、氮和特定化合物等多種物質(zhì)。例如：利用碳穩(wěn)定同位素研究海洋系統(tǒng)中的能量流動(dòng)和動(dòng)物食性、利用氧穩(wěn)定同位素研究海洋初級(jí)生產(chǎn)力,利用氮穩(wěn)定同位素重構(gòu)古海洋生物地球化學(xué)循環(huán)、利用特定化合物同位素示蹤海洋食物網(wǎng)[14- 17]。相對(duì)傳統(tǒng)手段而言,穩(wěn)定同位素技術(shù)還具備客觀反映動(dòng)物能量來(lái)源而無(wú)需任何校正的優(yōu)點(diǎn),可為研究海洋食物網(wǎng)碳來(lái)源、能量流動(dòng)、營(yíng)養(yǎng)級(jí)結(jié)構(gòu)提供可靠數(shù)據(jù);穩(wěn)定同位素法也為探討海洋N2O形成機(jī)制提供了新途徑[18]。

(3)海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：浮游植物、浮游動(dòng)物、沉積物。

浮游植物是海洋生態(tài)系統(tǒng)的初級(jí)生產(chǎn)者,在全球尺度上影響海洋碳循環(huán)。它們雖只占地球生物圈初級(jí)生產(chǎn)者生物量的0.2%,卻提供了近50%的地球初級(jí)生產(chǎn)量。早期研究者認(rèn)為深層海洋浮游植物需要陽(yáng)光進(jìn)行光合作用,其沉降后很快降解;但近期研究表明在深海也存在活性浮游植物(硅藻、橄欖綠細(xì)胞等)[19-20]。此外,某些浮游植物(如:甲藻)還具備快速響應(yīng)海水動(dòng)蕩的能力,它們可通過(guò)改變遷移方向及種群分化來(lái)主動(dòng)適應(yīng)和緩沖海洋湍流造成的破壞[21]。海洋浮游動(dòng)物種類繁多,充當(dāng)次級(jí)生產(chǎn)者角色,是海洋食物網(wǎng)中關(guān)鍵環(huán)節(jié)。目前國(guó)際上海洋浮游動(dòng)物研究主要集中于以下方向：種群分布和擴(kuò)散動(dòng)力學(xué)、群落結(jié)構(gòu)和多樣性、浮游動(dòng)物對(duì)全球氣候變化的響應(yīng)、極端生境的浮游動(dòng)物生態(tài)學(xué)等[22]。海洋沉積物通常由硅質(zhì)碎屑、碳酸鹽、鈣質(zhì)生物和硅質(zhì)生物等沉積物組成,其化學(xué)成分極其復(fù)雜,目前關(guān)于海洋沉積物的研究集中于同位素測(cè)定、污染指示物、重金屬污染等方面[23]。

(4)海洋環(huán)境變化：氣候變化、海洋酸化、海冰。

當(dāng)前全球面臨急速的氣候變化,大量研究表明全球變暖已引起南、北極地區(qū)溫度明顯升高,這將直接影響全球海洋溫鹽循環(huán)、海平面升高等進(jìn)程[24]。氣候變暖導(dǎo)致海水溶解氧濃度下降,破壞海洋營(yíng)養(yǎng)循環(huán)及海洋生境穩(wěn)定性,并將制約海洋漁業(yè)及沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)展[25];研究人員近期還發(fā)現(xiàn)太平洋海域珊瑚礁出現(xiàn)大面積的反復(fù)性漂白化,其主要原因就是海水變暖導(dǎo)致海藻死亡,使珊瑚失去食物及色彩來(lái)源[26]。工業(yè)革命以來(lái),人類活動(dòng)導(dǎo)致大氣CO2濃度由280μL/L迅速上升至400μL/L,而海洋由于大量吸收CO2而出現(xiàn)海水酸化。海洋酸化會(huì)損害海洋鈣質(zhì)動(dòng)物的骨骼形成,同時(shí)也導(dǎo)致浮游植物細(xì)胞內(nèi)的pH值降低,從而制約其生長(zhǎng)發(fā)育并削減種群豐度,進(jìn)而影響整個(gè)海洋生態(tài)系統(tǒng)[27- 29]。海冰是海洋生態(tài)系統(tǒng)中的特殊生境,它能夠支持極富生產(chǎn)力的海冰生物群落,也為海豹、北極熊及眾多鳥類提供了棲息和繁殖場(chǎng)所[7]。但自20世紀(jì)70年代以來(lái),全球氣溫持續(xù)增高對(duì)海冰產(chǎn)生了深刻影響。如：北極海冰覆蓋范圍不斷減小,截止2012年北極海冰已經(jīng)不足原來(lái)的40%[30];而在南極地區(qū),即使在氣候壓力減弱的情況下,南極冰蓋面積的消退仍在持續(xù)進(jìn)行[10,31]。

表6 國(guó)際海洋科學(xué)研究的熱點(diǎn)關(guān)鍵詞

2.10 海洋科學(xué)未來(lái)重要研究方向

(1)海洋生態(tài)系統(tǒng)與氣候變化耦合關(guān)系

近60年以來(lái),海洋生態(tài)系統(tǒng)對(duì)全球氣候變化產(chǎn)生了明顯響應(yīng),海洋物理和化學(xué)環(huán)境的快速變化(海水變暖、層化、混合和酸化)嚴(yán)重影響海洋生物和生態(tài)系統(tǒng)[32-33]。如：溫室氣體CO2已顯著破壞海洋系統(tǒng)平衡(導(dǎo)致海水酸化等),海洋問(wèn)題甚至延伸至經(jīng)濟(jì)、政治、文化等各個(gè)領(lǐng)域[9]。氣候變暖導(dǎo)致極地冰蓋融化趨勢(shì)加劇、海冰面積縮小、海洋碳吸收能力減弱[34- 35]。更為重要的是海洋在地球系統(tǒng)的熱量分配中扮演著緩沖器的角色,深入理解氣候變化與海洋系統(tǒng)功能的關(guān)系有助于維護(hù)全球可持續(xù)發(fā)展。另外,海洋氣候環(huán)境自身也在發(fā)生快速的變化。根據(jù)模型預(yù)測(cè),到2070年南極臭氧洞的作用將完全消失,導(dǎo)致南極快速升溫并將引發(fā)東南極冰蓋融化及海冰覆蓋面積銳減。這種大規(guī)模海洋環(huán)境變化將對(duì)地球化學(xué)過(guò)程產(chǎn)生怎樣影響,以及是否會(huì)導(dǎo)致海水酸化加劇等問(wèn)題現(xiàn)在依然未知[36]。因此,進(jìn)一步探討全球氣候變化對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的效應(yīng)及其影響機(jī)制,對(duì)于海洋科學(xué)研究具有重要意義。未來(lái)的主要研究方向包括：①開發(fā)和測(cè)試與全球變化、局地壓力有關(guān)的海洋系統(tǒng)預(yù)測(cè)模型;②在全球海洋范圍內(nèi)推廣自動(dòng)氣候監(jiān)測(cè)系統(tǒng);③明晰海洋生態(tài)系統(tǒng)中關(guān)鍵物種和群落對(duì)氣候變化的脆弱性和適應(yīng)力;④模擬關(guān)鍵區(qū)域海洋系統(tǒng)與全球變化壓力的耦合作用;⑤人類活動(dòng)對(duì)海洋氣候環(huán)境及其生態(tài)功能的影響[11,37- 39]。

(2)利用新興技術(shù)監(jiān)測(cè)海洋動(dòng)態(tài)

海洋動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)是一切海洋工作的基礎(chǔ),研究人員積極探討利用新興技術(shù)監(jiān)測(cè)海洋動(dòng)態(tài)。如：歐空局運(yùn)用BEST軟件和SAR圖像技術(shù)來(lái)區(qū)分油膜、海水與海浪,以精確監(jiān)測(cè)海洋溢油事故[40];中國(guó)國(guó)家海洋局利用高分三號(hào)衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)了海洋內(nèi)波的首次定量遙感,并對(duì)黃海進(jìn)行定量分析和反演研究[41]。新興海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)可歸于以下幾類：①海洋浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)：由浮標(biāo)系統(tǒng)、錨泊系統(tǒng)和岸站系統(tǒng)3部分組成。該系統(tǒng)采用高可靠性、低能耗微處理機(jī)作為數(shù)據(jù)采集的核心,能自動(dòng)、連續(xù)采集海洋數(shù)據(jù)[42-43];②海洋分子生物學(xué)技術(shù)：如利用藻體中的特異功能基因分析浮游植物種群動(dòng)態(tài)、利用核酸探針和實(shí)時(shí)熒光定量PCR等技術(shù)監(jiān)測(cè)海洋浮游病毒的生態(tài)分布、利用DNA條形碼分析海域浮游動(dòng)物、通過(guò)測(cè)定海洋真核生物溶酶體的異噬、自噬和自溶作用來(lái)持續(xù)監(jiān)測(cè)海洋污染動(dòng)態(tài)等[44-46];③基于大數(shù)據(jù)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)體系建設(shè)：在云計(jì)算環(huán)境下,針對(duì)海洋監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)特點(diǎn),綜合考慮監(jiān)測(cè)任務(wù)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián),應(yīng)用大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成,有利于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)共享[47-48]。隨著科技的迅猛發(fā)展,未來(lái)將有更多先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于海洋研究中。

(3)深海生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

全球海洋平均水深為3800m,其中超過(guò)2000m的深海區(qū)占據(jù)海洋總面積的65%以上,海洋通過(guò)生物炭泵作用將大氣中的顆粒有機(jī)碳(POC)輸送到深海[49]。前人認(rèn)為,POC因具備抗微生物分解功能可以長(zhǎng)期存在;最新研究表明,深海POC濃度過(guò)低導(dǎo)致深海微生物生長(zhǎng)緩慢,這才是POC得以長(zhǎng)期儲(chǔ)存的機(jī)制[50- 51]。海底熱液鐵循環(huán)、海洋噬菌體豐度以及底棲病毒的分解作用也在深海POC傳遞過(guò)程中扮演重要角色[52- 54]。伴隨氣候變暖,淺海區(qū)POC將會(huì)發(fā)生再礦化現(xiàn)象,從而減少深海CO2的儲(chǔ)存能力[51]。深海生物多樣性分布模式異于陸生系統(tǒng),資源可利用性(如：海水有機(jī)碳含量)是制約其生物多樣性的主要因素;在局部沉積環(huán)境的水動(dòng)力驅(qū)動(dòng)下,深海丘陵等異質(zhì)性生境有助于維持較高的深海生物多樣性水平[55- 56]。此外,海水深度、海底硫酸鹽濃度也影響深海新物種分布及底棲動(dòng)物群落演替[57- 58]。隨著深海工業(yè)發(fā)展及資源開采力度的增大,深海環(huán)境遭到嚴(yán)重破壞(如：尾礦釋放毒性物質(zhì)、海水濁度改變等),《聯(lián)合國(guó)氣候變化框架公約》(UNFCCC)已頒布條約,呼吁采取有效措施減緩氣候變化及人類活動(dòng)對(duì)深層海洋的影響,以保持全球深海生態(tài)系統(tǒng)功能完整性[59- 61]。未來(lái)深海領(lǐng)域的研究有望從以下4個(gè)方向進(jìn)行突破：①深海動(dòng)力機(jī)制與數(shù)值模擬;②深海生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與新物種分布;③海底地質(zhì)地貌勘探;④深海探測(cè)技術(shù)及儀器設(shè)備研究。

(4)多領(lǐng)域涉海學(xué)科交叉融合

近年來(lái),人類圍繞海洋開發(fā)利用、資源環(huán)境保護(hù)、海洋權(quán)益分割等發(fā)面做了大量工作,既取得了諸多研究成果,同事也滋生矛盾與沖突。海洋研究不僅包含自然科學(xué)理論與技術(shù),同時(shí)更涉及管理學(xué)、社會(huì)學(xué)等其他學(xué)科[62],甚至上升至國(guó)際政治議題,因此解決海洋問(wèn)題亟需多學(xué)科融合,起頭并舉。此外,其他相關(guān)學(xué)科的發(fā)展也為海洋研究提供了新思路、新技術(shù),如: 流體力學(xué)在海洋研究中的應(yīng)用、聲學(xué)與海洋熱力學(xué)、生物地球化學(xué)等學(xué)科的交叉應(yīng)用也應(yīng)引起科研工作者的重視[63]。未來(lái)海洋科學(xué)將可能涵蓋由近海到大洋、由表層到深層、由宏觀到微觀,多學(xué)科交叉融合,進(jìn)一步推進(jìn)海洋科學(xué)的飛躍發(fā)展。

3 結(jié)論

利用文獻(xiàn)計(jì)量法對(duì)國(guó)際海洋科學(xué)的發(fā)展歷程、現(xiàn)狀及態(tài)勢(shì)進(jìn)行了研究,并對(duì)比分析了相關(guān)科研機(jī)構(gòu)的學(xué)術(shù)影響力,主要結(jié)論如下：

(1)美國(guó)是發(fā)文量最多的國(guó)家,而中國(guó)科學(xué)院是發(fā)文量最多的國(guó)際科研機(jī)構(gòu);

(2)Journal of Geophysical Research Oceans是國(guó)際刊文量最大的SCI期刊;中國(guó)在Acta Oceanologica Sinica 的發(fā)文量最多,其高水平海洋科學(xué)論文的數(shù)量需進(jìn)一步突破;

(3)h指數(shù)結(jié)果表明,美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所和美國(guó)斯克里普斯海洋學(xué)研究所的學(xué)術(shù)影響力在國(guó)際15個(gè)主要海洋機(jī)構(gòu)中分別居于第1、2位,中國(guó)的國(guó)際學(xué)術(shù)影響力亟待提升;

(4)當(dāng)前研究的主要關(guān)注點(diǎn)為：熱點(diǎn)海洋區(qū)域、海洋監(jiān)測(cè)技術(shù)、海洋生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、海洋環(huán)境變化;

(5)未來(lái)重要的研究方向有：海洋生態(tài)系統(tǒng)-氣候變化耦合關(guān)系、利用新興技術(shù)監(jiān)測(cè)海洋動(dòng)態(tài)、深海生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能、多領(lǐng)域涉海學(xué)科的交叉融合等。

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附錄115個(gè)國(guó)際海洋研究機(jī)構(gòu)的檢索式

Appendix1Retrievaltypesof15internationaloceanographicresearchinstitutions

(1)美國(guó)伍茲霍爾海洋研究所(Woods Hole Oceanographic Institution,WHOI)：AD=(((Dept Appl Ocean Phys & Engn) or (Dept Marine Chem & Geochem) or (Dept Geol & Geophys) or (Dept Biol) or (Joint Program Biol Oceanog)) and (Woods Hole Oceanog Inst));

(2)美國(guó)斯克里普斯海洋學(xué)研究所(Scripps Institution of Oceanography)(隸屬于美國(guó)加利福尼亞大學(xué))：AD= ((Scripps Inst Oceanog) AND (Univ Calif San Diego));

(3) 美國(guó)海洋與大氣管理局(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)：AD=(((Earth Syst Res Lab) OR (Natl Marine Fisheries Serv) OR (Pacific Isl Fisheries Sci Ctr)) AND ((NOAA) OR (National Oceanic Atmospheric Admin)));

(4)日本東京大學(xué)(University of Tokyo)：AD= (Ocean Res Inst AND Univ Tokyo);

(5)日本北海道大學(xué)(Hokkaido University)：AD=(((Grad Sch Environm Earth Sci) OR (Grad Sch Fisheries Sci)) AND (Hokkaido Univ));

(6) 德國(guó)極地與海洋研究所(Alfred Wegener Institute of Polar and Marine Research,AWI)：AD=(Alfred Wegener Inst Polar & Marine Res);

(7)德國(guó)亥姆霍茲海洋研究中心(GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel)：AD=((Helmholtz Ctr Ocean Res Kiel) OR (GEOMAR Helmholtz Ctr Ocean Res) OR (GEOMAR Helmholtz Ctr Ocean Res Kiel) OR (IFM GEOMAR) OR (Leibniz Inst Marine Sci) or (Leibniz Inst Meereswissensch));

(8) 法國(guó)海洋開發(fā)研究院(French Research Institute for the Exploration of the Sea,IFREMER)：AD= ((Biotechnol & Marine Mol) OR (Lab Phys Oceans) OR (Dept Geosci Marines) OR (Lab Biotechnol & Marine Mol) OR (Lab Ecotoxicol) AND IFREMER);

(9) 英國(guó)普利茅斯海洋實(shí)驗(yàn)室(Plymouth Marine Laboratory)：AD=(Plymouth Marine Lab);(10)英國(guó)國(guó)家海洋研究中心(National Oceanography Centre,NOC)：AD= ((Natl Oceanog Ctr Southampton) OR (NOC));

(10)英國(guó)國(guó)家海洋研究中心(National Oceanography Centre,NOC)：AD= ((Natl Oceanog Ctr Southampton) OR (NOC));

(11) 加拿大漁業(yè)及海洋部(Fisheries and Oceans Canada,FOC)：AD= ((Fisheries Oceans Canada) AND ((Inst Ocean Sci) OR (Bedford Inst Oceanog)));

(12) 澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)組織(Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation,CSIRO)：AD= (((Div Oceanog) OR (Div Mineral) OR (Div Fisheries)) AND CSIRO AND Australia);

(13)俄羅斯科學(xué)院希爾紹夫海洋研究所( P. P. Shirshov Institute of Oceanology of the Russian Academy of Sciences,IORAS)：AD= ((Shirshov Inst Oceanol) OR (Shirshov Inst Oceanog));

(14)中國(guó)科學(xué)院海洋研究所(Institute of Oceanology, CAS)：AD=(((Chinese Acad Sci) SAME (Inst Oceanol)) AND (Qingdao or 266071));

(15)中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所(South China Sea Institute of Oceanology, CAS)：AD=(((Chinese Acad Sci) SAME (S* China Sea Inst Oceanol)) AND (Guangzhou or 510301))。