, 张扬, 李政, 郭怀成
北京大学环境科学与工程学院, 北京 100871
收稿日期: 2020-12-18; 修回日期: 2021-03-24; 录用日期: 2021-03-24
基金项目: 国家重点研发计划（No.2018YFC0213600）
作者简介: 刘阎霄(1996—), 女, E-mail: yx.liu@pku.edu.cn
通讯作者（责任作者）: 郭怀成, E-mail: hcguo_xbna@163.com
郭怀成, 教授、博士生导师, 长期从事环境规划与管理方面研究, 获得国家和省(部)级科技进步奖10余项, 在国内外核心学术期刊上发表论文300余篇, 其中SCI收录100余篇
摘要：为共同应对温室气体排放造成的气候变化问题，学界进行了大量相关研究，其研究现状受到各界关注.为深入了解全球温室气体排放研究的目前状况和前沿动态，以ISI Web of Knowledge的Web of Science引文数据库为数据源，采用文献计量学方法对其中1995-2019年发表的全球温室气体排放领域的相关文献进行计量分析.结果表明：①本领域在全球范围内维持了比较高的关注度，近10年发文量上升速度较快；②领域内主要研究力量分布在美国、中国、英国等地，且具有较大学术影响力的各机构、作者间合作频繁；③领域研究内容以二氧化碳、甲烷等传统温室气体及其导致的气候变化效应为主，中后期出现了氧化亚氮等其他温室气体的相关研究，中国是较多见的研究案例所在地；④领域高引文章涉及重要温室气体的源汇识别和强度计算、全球排放预算估计、针对重要排放部门的减排措施等主题，采用包含实验测量、模拟计算在内的多种手段寻找优势减排潜力部门，推动减排目标的实现.未来本领域的研究将继续深入发展，从而更有效地服务于气候变化应对战略.
关键词：温室气体文献计量分析研究热点Web of Science
Research status analysis of global greenhouse gas emission based on bibliometrics
LIU Yanxiao
, ZHANG Yang, LI Zheng, GUO HuaichengCollege of Environmental Sciences and Engineering, Peking University, Beijing 100871
Received 18 December 2020; received in revised from 24 March 2021; accepted 24 March 2021
Abstract: In order to jointly deal with the problem of climate change caused by greenhouse gas emissions, a large number of relevant studies has been carried out, the status of which has received attention from all walks of life. To gain insight into the status and cutting-edge dynamics of global greenhouse gas emission research, the bibliometrics method was adopted for the quantitative analysis of the literatures on global greenhouse gas emission published between 1995 and 2019, using Web of Science citation database of ISI Web of Knowledge as a data source. The results show that: ① With a high degree of attention in the world, the number of publications in this field has increased rapidly in the past 10 years; ② The main research strength in this field are distributed in the USA, China and the UK, and there is frequent cooperation among the institutions and authors with great academic influence; ③ The emission of traditional greenhouse gases like carbon dioxide and methane, and their effects on climate change are main research contents of this field. In the middle and late period, studies on other greenhouse gases such as nitrous oxide have emerged. China is quite common as the location of research cases; ④ The high-cited articles in this field involve the topics of identification and intensity calculation of important greenhouse gas sources or sinks, the estimation of global emission budget and emission reduction measures for important emission sectors, using various methods including experimental determination, simulation and calculation to find sectors with superiority in emission reduction and promote the realization of emission reduction targets. In the future, the scientific research in this field will continue to develop in depth to serve the climate change response strategies more efficiently.
Keywords: greenhouse gasbibliometric analysisresearch focusWeb of Science
1 引言(Introduction)19世纪以来的工业化浪潮给人类社会带来了巨大生产效率的同时, 也给人类带来了深刻的环境代价. 相比于工业化之前, 空气中的二氧化碳、甲烷等温室气体的增长速度大大提高, 造成了永久冰川融化、海平面上升、极端天气多发、生态系统结构改变等诸多后果(Easterling et al., 2000; Walther et al., 2002). 在资源与环境约束趋紧的背景下, 二氧化碳等温室气体排放导致的气候变化问题早已成为全球各界的关注焦点. 为了共同应对全球气候变化问题, 截至到2016年6月, 已经有197个国家通过了联合国气候变化框架公约, 涵盖的碳排放源已达到碳排放总量的65%以上(Cox et al., 2000), 我国也提出了2030年碳达峰的目标以及进一步的减排政策实施方案. 为了解决实际问题, 学术界关于温室气体排放的研究日益增多, 内容涉及温室气体排放的调查核算、典型温室气体排放的影响因素分析以及趋势模拟和排放预测等多个角度, 研究方法也在推陈出新的过程中不断完善(Ramanathan et al., 2008), 使得相关研究一直保持高速增长和活跃的状态, 成为当前的热点方向. 在此背景下, 有必要对该领域最新的研究成果作出客观全面的梳理, 以利于相关研究者了解研究现状和前沿进展, 填补研究空白, 把握未来方向.
文献计量学方法是集数据收集、分析、整理和展现为一体的新型方法, 通过对已有文献进行定量化研究, 展现领域知识结构, 理清学科发展脉络, 已经逐渐成为预测各个学科领域发展态势的重要手段. 21世纪以来, 文献计量学已被广泛用来研究许多学科或领域前沿进展, 如医学、环境学、生物学等, 其理论和方法已被广泛用于描述、评价和预测不同研究领域的历史进程、现状、发展趋势和研究热点(李堃等, 2019; Huang et al., 2020; Curt, 2021; Sneegas et al., 2021; Ji et al., 2021).
目前相关的研究综述大多是从单一角度出发, 或研究某一具体行业或事件的温室气体排放规律(Smith et al., 2008; Wu et al., 2008; Andreae et al., 2001; Lehtinen et al., 2014), 或量化某种温室气体减排模式产生的环境经济社会影响(Baker et al., 2008; Wise et al., 2009), 而对该领域成果进行全面客观统计的文献相对较少. 本文采用文献计量学方法, 对全球温室气体排放主题的现有研究文献进行定量分析, 以期揭示该领域的研究历史、研究现状和未来发展态势, 挖掘热点研究内容, 为国内外研究工作者和决策者提供参考.
2 数据来源及分析方法(Data sources and analysis methods)2.1 数据库选取及分析方法为了保证文献的前沿性、研究质量和传播度, 本文选择了近25年来的SCI文章作为研究对象. Web of Science数据库是全球最大、覆盖学科最多的综合性学术信息平台, 收录了自然科学、工程技术、生物医学等各个研究领域最具影响力的核心学术期刊, 并提供多种格式的文献题录信息导出功能, 便于进行后续加工, 是本文数据的理想来源; CiteSpace软件可以实现对文献作者、机构等多个属性的共现分析, 还可进行热点关键词发展演化和引文网络分析; Bibliometric平台和Gephi软件可实现跨国合作网络和关键词网络的数据可视化. 本文主要采用上述数据和工具进行计量分析, 其他种类的数据暂不包括在内.
图 1(Fig. 1)
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| 图 1 研究路线图 Fig. 1Research Roadmap |
本文引入了dTop和JCR影响因子两项指标来表征期刊、作者或文章的水平. dTop(double-TOP)指标综合了总发表量和总被引量的排名, 可以更加有效地表征文章、期刊等的研究质量; JCR(Journal Citation Reports)影响因子是目前学术界公认可以用来表征期刊学术水平的指标.
2.2 检索式和文献数量本文以Web of Science核心合集中SCI-Expanded引文索引为数据源, 利用数据库高级检索功能, 提取1995—2019年范围内全球主题且标题包含全体或主要含碳温室气体的SCI文章, 依据检索结果的相关性和完整性对检索式进行多次调整, 最终确定检索式为TS=(global) and TI=(("greenhouse gas*" or "ghg*" or "carbon-dioxide" or CO2 or methane or CH4) and "emission*"). 截止2020年5月29日, 有效检索结果为3316条.
3 结果与讨论(Results and discussion)3.1 论文发表量年际变化与影响力分析论文发表量及被引频次能在一定程度上反映出领域的研究规模和发展走势. 图 2a显示了检索结果中文章数量的年际变化情况, 除个别年份前后出现轻微波动外, 全球温室气体排放领域的发文量总体呈上升趋势, 2009年之后上升速度明显加快, 可见本领域的研究规模是不断扩大的. 图 2b显示了文章被引频次的年际变化, 总体来看2009年发表的文献被引频次最高, 2009年之后的文献被引频次呈波动后下降的趋势. 较新文献的被引频次较少属于正常情况, 因为引用量会随着文章发表时间的延长而累积增长. 文章的被引频次代表了研究的受关注程度, 2009年发表在《Nature》上的“Greenhouse-gas emission targets for limiting global warming to 2 degrees C”(Meinshausen et al., 2009)与发表在《PNAS》上的“Irreversible climate change due to carbon dioxide emissions”(Solomon et al., 2009)被引频次分别高达1306和1212次, 是目前为止本领域内单篇被引次数最多的研究.
图 2(Fig. 2)
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| 图 2 1995—2019年全球温室气体排放研究领域文献数量年际变化(a)及文献总被引频次年际变化(b) Fig. 2Interannual variation of the number of literatures(a) and total citations(b) in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019 |
3.2 文献类型和语言分析图 3a显示了检索结果中各种文献类型的分布比例. 检索结果中的文献分为期刊论文、研究综述、数据集、会议论文、专著等多个类型, 其中期刊论文以88%的比例占据了绝大多数, 其次是研究综述和会议论文, 分别占6%和4%.
图 3(Fig. 3)
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| 图 3 全球温室气体排放研究领域文献类型分布(a)及语种分布(b) Fig. 3Distribution of literature types(a) and languages(b) in the field of global greenhouse gas emission |
图 3b显示了检索结果中文献使用的语言种类, 可以看出英语仍是主要语种, 用英语写成的文献占比达到99%, 用其他种类语言写成的文献仅占1%.
3.3 论文学科和期刊分布3.3.1 学科分布Web of Science数据库的学科分类体系是众多学科分类体系中比较精细的一种, 涵盖了250多个学科, WOS核心合集所收录的每一份期刊和书籍都属于至少一个学科类别, 通过一篇文章的所属学科可以了解其大致研究方向. 表 1显示了检索结果中文献数量分布最多的前10个学科. 发文量排在首位的学科是环境科学, 其在1995—2019年的发文量达到1691篇, 占到总发文量的51%; 其次是气象与大气科学和能源燃料两个学科, 发文量均超过520篇, 各占到总发文量的15%以上; 排在第3~10位的学科发文量较为相近, 分别占总发文量的12.00%、9.77%、9.44%以及8.84%. 可以看到, 全球温室气体排放领域的研究内容呈现以环境学科为主, 同时向多学科结构、多元化发展的趋势.
表 1(Table 1)
| 表 1 1995—2019年发文量TOP10学科 Table 1 Top 10 disciplines in terms of literature number from 1995 to 2019 | |||||||||||||||||||||||||||||||||
表 1 1995—2019年发文量TOP10学科 Table 1 Top 10 disciplines in terms of literature number from 1995 to 2019
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3.3.2 期刊分布如表 2所示, 按照发文量和被引次数排序, 选取了前10个顶级期刊, 其发文量和被引次数均排在前16位(dTOP=16). 从发文量上看, 《Journal of Cleaner Production》和《Energy Policy》位居前两位, 分别达到132篇和130篇, 但其近25年文章平均被引分别为20.37次和43.43次, 排名并非前列, 说明这两个期刊收录的研究相对不太受本领域****的关注. 而所录文章25年平均被引排名最高的期刊是《Global Biogeochemical Cycles》, 平均被引达到89.76次, 远高于其它期刊. 近5年平均被引量排名第一的期刊是《Renewable & Sustainable Energy Reviews》, 达到39.86次, 说明本期刊在近期非常活跃, 所录文章在领域内有很高的关注度.
表 2(Table 2)
| 表 2 1995—2019年dTOP指标排在前10位的期刊 Table 2 Top 10 journals in terms of dTOP index from 1995 to 2019 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 2 1995—2019年dTOP指标排在前10位的期刊 Table 2 Top 10 journals in terms of dTOP index from 1995 to 2019
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领域内25年来平均被引最高的期刊中收录的文章包含了经典或热门的研究方向. 将1995—2019年发表在《Global Biogeochemical Cycles》上的47篇文章提取出来, 通过关键词研究其共同特点. 这些文章中, 部分是以温室气体的排放规律为研究对象, 或者关注了特定种类的气体, 这些文章中含有methane、carbon-dioxide、nitrous-oxide、flux、variability等关键词; 部分文章着重在温室气体的特定排放源, 其关键词中含有soil、wetlands、permafrost、lake、forest、paddy等; 还有部分是关于温室气体排放情景的模拟研究, 关键词有model、simulation、sensitivity; 另外一些文章强调温室气体排放与气候变化的关系, 关键词以temperature、climate等为代表.
近5年平均被引最高的期刊在一定程度上可以起到领域研究风向标的作用. 期刊《Renewable & Sustainable Energy Reviews》收录的54篇文章中, Environmental Kuznets Curve、economic、energy、policy等关键词多有出现, 可以看出近几年温室气体排放与经济发展、能源相关的主题有很高的关注度.
高水平期刊中具有较高被引量的文章一般具有引领性或创新性, 研究内容和结论往往值得相关领域****关注. Science、Nature、PNAS这3家全球顶级期刊代表了全球科研实力的顶级水平. 全球温室气体排放领域在这3家期刊的发文量分别为10篇、79篇以及21篇. 《Nature》及其子刊中, 被引频次最高的2009年发表的“Greenhouse-gas emission targets for limiting global warming to 2 degrees C”(Meinshausen et al., 2009), 在“限制温升不高于2摄氏度”的目标下量化了未来几十年内的温室气体排放预算从而为制定气候变化应对策略提供了依据, 其被引高达1306次, 也是单篇文献中总体被引最高的; 《Science》及其子刊中被引频次最高的是2015年发表的一篇综述研究“Contrasting futures for ocean and society from different anthropogenic CO2 emissions scenarios”(Gattuso et al., 2015), 该研究关注了不同排放情景下人为因素导致的气候变化对于海洋物理化学特性以及生态系统的影响以及对于此问题的解决方案, 被引455次; 《PNAS》中, 被引频次最高的是2009年发表的“Irreversible climate change due to carbon dioxide emissions”(Solomon et al., 2009), 文章阐述了人为排放增加导致的不可逆转的气候变化, 并说明了温度变化响应对于减排行动的滞后性, 被引1212次. 这些文章的研究内容大都涉及全球变暖主题, 此类研究的引用率居高不下, 说明温室气体排放与气候变化之间的关系仍是领域内的一个值得关注的重大议题. 因为针对温室气体排放研究的提出和发展主要是出于对解决气候变化问题的实际需要, 在当今各国大量提出减排目标的背景下, 该主题的研究热度预计会在短时间内继续保持高位.
表 3(Table 3)
| 表 3 被3大顶级期刊收录的全球温室气体排放领域文献 Table 3 The literatures in the field of global greenhouse gas emission included in the three top journals | ||||||||||||||||
表 3 被3大顶级期刊收录的全球温室气体排放领域文献 Table 3 The literatures in the field of global greenhouse gas emission included in the three top journals
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3.4 领域研究力量分析3.4.1 作者分析表 4展示了全球温室气体排放研究领域在1995—2019年发文量最多的前10个****. 排在首位的是巴黎萨克立大学的Ciais P, 共发表31篇文章, 苏格兰阿伯丁大学的Smith P以27篇的发文量紧随其后, 且两人的总被引频次位居前两名, 分别高达3112和1957次. 荷兰环境评估公司的Van Vuuren D P和日本农业环境科学研究所的Yagi K在该领域的发文量和总被引频次分别位居第三和第四. 中国大陆地区有3位****进入本榜单的前10名, 分别是中国科学院南京土壤研究所的Xu Hua、华东师范大学的Li Yu和中国农业科学院的Zhang Jun.
表 4(Table 4)
| 表 4 1995—2019年全球温室气体排放研究领域发文量TOP10的**** Table 4 Top 10 scholars in terms of publications number in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 4 1995—2019年全球温室气体排放研究领域发文量TOP10的**** Table 4 Top 10 scholars in terms of publications number in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019
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图 4显示了全球温室气体排放领域内****间的合作关系网络. 在发文量较多的作者中, 苏格兰阿伯丁大学的Pete Smith、巴黎萨克立大学的Ciais Philippe、荷兰环境评估公司的Van Vuuren Detlef P三位****分别形成了各自的学术集团, 同时他们的集团在整个网络中也占据着相对中心的位置, 表明这些****团体在本领域中显示度较高且与领域内其他****合作紧密. 领域内还有另外几个****也形成了固定的学术合作团体, 分布在合作网络的外围部分.
图 4(Fig. 4)
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| 图 4 1995—2019年全球温室气体排放领域作者合作关系网络图 (学术集团间使用不同的颜色区分, 其中发文量多的作者用较大的字体显示) Fig. 4Co-authorship network in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019 |
3.4.2 机构分析表 5显示了全球温室气体排放领域总发文量和总被引量均排在前列的前10个机构. 全球温室气体排放领域被引频次最高的3个机构分别是中国科学院、奥地利国际应用系统分析研究所和美国农业部农业研究所. 中国科学院作为发文量最高的机构, 其25年间总发表量高达116篇, 总被引次数高达3551次, 平均被引30.61次·篇-1. 中国科学院系统中, 南京土壤研究所、东北地理与农业生态研究所和大气物理研究所是发文量最多的3个院所, 分别发文24篇、13篇和11篇. 参与本领域研究的其他院所还有生态环境研究中心、地理科学与资源研究所、植物研究所, 它们各有7篇文章发表, 成都山地灾害与环境研究所有6篇, 剩余的分散在亚热带农业生态研究所、遥感与数字地球研究所、成都生物研究所、沈阳应用生态研究所、城市环境研究所等处.
表 5(Table 5)
| 表 5 1995—2019年全球温室气体排放研究领域dTOP指标前10的研究机构 Table 5 Top 10 research institutions in terms of dTOP index in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 5 1995—2019年全球温室气体排放研究领域dTOP指标前10的研究机构 Table 5 Top 10 research institutions in terms of dTOP index in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019
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除中国科学院外, 在前10名单里的中国研究机构还有南京农业大学和北京大学, 它们的文献总被引次数分别为1394和785次. 文章篇均被引量在百次以上的机构是奥地利国际应用系统分析研究所和美国农业部农业研究所, 这两个机构在本领域发表的科研成果有着很高的国际认可度. 前10机构中有5所都位于美国, 体现了该领域内美国强大的科研影响力.
3.4.3 国家分析如表 6所示, 全球温室气体排放领域发文量最多的国家是美国和中国, 分别为609篇和604篇, 几乎相差无几, 其次为英国、德国和澳大利亚. 从总被引频次角度分析, 美国、中国和英国依然是排名前3的国家, 其中美国的优势格外突出, 其文章被引量约是第二名中国的2.4倍. 而在平均被引频次方面, 奥地利、美国和德国位居前三, 分别高达80.03、56.43和45.22次·篇-1, 表明这3个国家的所产出的科研成果具有较大影响力, 有较高的阅读和引用价值.
表 6(Table 6)
| 表 6 1995—2019年全球温室气体排放领域研究实力突出的国家 Table 6 Countries with abundant research strength in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 6 1995—2019年全球温室气体排放领域研究实力突出的国家 Table 6 Countries with abundant research strength in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019
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科研成果的产生离不开全世界科学家的共同努力, 在当今全球化的趋势下, 国家之间合作进行科学研究的模式更是起到了推动作用, 全球温室气体排放领域内参与研究的各国也普遍有对外合作情况. 图 5为本领域国际间合作关系网络, 可以看出, 国际合作最为活跃的国家为中国、美国和英国, 其中我国对外合作中与美国的合作关系最为密切.英国、荷兰和澳大利亚等国的对外合作比例较高, 占50%左右.
图 5(Fig. 5)
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| 图 5 1995—2019年全球温室气体排放领域国际合作关系网络图 (每个国家的色块大小代表该国的总发文量, 国家之间线条的宽度代表两国间的合作发文量) Fig. 5International cooperation network in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019 |
3.5 热点内容及领域发展分析3.5.1 热点关键词分析关键词既反映出研究成果的核心内容, 又为读者提供重要的检索途径. 如图 6所示, 1995—2019年, 全球温室气体排放领域内主要的热点关键词大致集中在“methane”、“carbon dioxide/CO2”、“nitrous oxide”、“global warming”、“climate change”、“greenhouse gas”上, 且这些关键词总是相伴出现, 它们之间有着相当强的共现关系, 可见甲烷、二氧化碳等主要温室气体及其导致的气候变化问题一直以来都占据着领域内研究的中心地位, 同时温室气体排放与气候变化议题之间有着十分紧密的学术联系. 此外, “China”作为重要的研究案例所在地出现在了热点关键词中, 体现了我国在本领域研究中的可见度和中国****的贡献. 另外一个比较突出的关键词是“life cycle assessment”, 即生命周期评价, 是指对一个产品系统的生命周期中输入、输出及其潜在环境影响的汇编和评价. 作为应用于本领域的研究中的一种常见的研究方法, 通过追踪产品或服务“从摇篮到坟墓”的整个过程来量化生产生活行为中的温室气体排放, 有助于发现具体行为对于排放的贡献, 可以帮助政策制定者发现制定减排政策措施的着力点. 在各国纷纷提出碳减排目标的背景下, 定位高效减排路径并明确具体实施过程, 可谓目前本领域研究的重中之重.
图 6(Fig. 6)
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| 图 6 1995—2019年全球温室气体排放领域热点关键词共现网络 Fig. 6Co-occurrence network of prevalent keywords in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019 |
对关键词进行分阶段研究, 可以揭示一个研究领域热点内容的演变历程. 为此, 按照发表时间将1995—2019年分为1995—1999年、2000—2004年、2005—2009年、2010—2014年以及2015—2019年5个时段, 将所选文献集的关键词按照出现频率排序, 并提取前十名作为热点关键词进行研究, 如表 7所示.
表 7(Table 7)
| 表 7 全球温室气体排放研究领域1995—2019年各阶段的热点关键词 Table 7 Prevalent keywords of different stages in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 7 全球温室气体排放研究领域1995—2019年各阶段的热点关键词 Table 7 Prevalent keywords of different stages in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019
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总体来看, “甲烷”、“全球变暖/气候变化”在每个时段中都稳居前两位, 可见气候变化一直是该领域的基本主题之一, 同时针对甲烷这种气体的研究一直以来都是很热的方向. 值得关注的是, 后3个时段中, “全球变暖潜势”这一属性作为热点关键词出现. 全球变暖潜势用于衡量特定温室气体对于热红外辐射的吸收能力, 是度量某类物质对于温室效应相对贡献的一个指标, 这个词在较近时间段的出现表明本领域的研究对象有从二氧化碳等传统温室气体向其他新兴气体转变的趋势. 而关键词“氧化亚氮”随时间逐渐上升的排名也证实了这一点. 作为一种温室气体, 氧化亚氮以其巨大的全球变暖潜势和逐渐增加的大气浓度引起了科学家的极大关注, 其主要来源和扩散规律成为近年来领域内新的研究方向.
3.5.2 引文网络分析图 7展示了近25年内全球温室气体排放领域SCI文章的引文网络, 其大致以2007年为界被分成了两个阶段. 前一阶段除2001年IPCC第3次评估报告的发布外, 基本没有大的突现; 2007年IPCC发布了第四次全球气候变化评估报告, 这个报告引发了领域内的大量关注; 报告发布之后的几年, 陆续出现了一系列影响力较大的文章, 带领了全球温室气体排放领域新一轮的研究热潮, 其中可见一些领域内高影响力****在此阶段活跃, 比如Ciais Philippe.
图 7(Fig. 7)
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| 图 7 1995—2019年全球温室气体排放领域引文网络 Fig. 7Citation network in the field of global greenhouse gas emission from 1995 to 2019 |
将引文网络中的关键节点文献提取出来列于表 8, 节点代表本领域各时期的经典高被引文献, 其中大致包含了领域的代表性研究主题, 总体上可以归纳为各种温室气体的源汇计算. 大气中温室气体含量上升导致了全球气候变暖的趋势, 发现全球变暖潜势较大的气体并理清其主要源汇有助于采取针对性控制措施.
表 8(Table 8)
| 表 8 引文网络图中关键节点文献 Table 8 Main node literatures in the citation network | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
表 8 引文网络图中关键节点文献 Table 8 Main node literatures in the citation network
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二氧化碳是最主要的温室气体, 其大比例的人为排放源奠定了其在气候变化应对领域的重要地位, 研究热度因此在国际上居高不下, 对碳转移的计算已经细化到各个部门. Davis等(2010)发表的文章着眼于国际贸易中的碳转移问题. 通过基于消费的能源和碳强度计算, Davis提出了全球不同地区的消费模式和基于消费的碳排放清单, 计算了各国基于消费的二氧化碳排放的净转移数据, 量化国际贸易行为中的各国排放. 国际贸易是全球碳排放的重要部门, 在经济全球化的背景下, 商品和服务的国际流通过程加速, 其生产过程中的碳排放也随之转移, 在世界范围内重新分布, 贸易中的碳排放核算可以为应对气候变化问题国际协议的达成提供依据, 促进生产者和消费者共担排放责任. 二氧化碳在人类其他生产生活行为中的排放同样是研究热点, 相关研究早已深入到各个领域, 例如能源系统等.
除二氧化碳之外, 甲烷、氧化亚氮、含氟含氯物质也是对气候变化有贡献的主要温室气体, 其中甲烷以其较高的全球变暖潜势和近年来逐渐提高的大气浓度占据了气候变化应对领域的重要地位. Kirschke等(2013)在发表的综述文章中试图解释21世纪初全球大气甲烷含量水平及其波动的原因, 他将多种模型结合计算不同源和汇的贡献, 修正了过往数据驱动模型和单一生态系统模型对于大气甲烷估计的不足之处. Saunois(2016)与合作者采用自上而下和自下而上两类方法对全球甲烷预算的估计, 并进行不确定性分析, 提出未来技术方法的改进方向. Montzka等(2011)发表在《Nature》上的一篇综述文章则主要研究了非二氧化碳温室气体和气候变化的关系. 作者针对性地分析了每种气体的主要源汇、环境分布变化规律和影响机制, 对控制现状和减排方向做出梳理, 并且模拟采取各种削减措施后的效果, 为温室气体的控制路径和总体气候变化的应对方式做了总结和指向. 为了使应对更加精确, 作者还提及了自上而下计算、建模和评估技术方法的发展方向, 有助于本领域研究者在此基础上拓展创新.
一些研究涉及具体温室气体的重要源汇识别, 其结果可能导致已知全球排放格局产生重大改变. Keppler等(2006)用同位素测量法发现完整植物和离体叶子会就地排放大量甲烷, 并计算出了活体植物和植物残体的甲烷源强度, 这一有氧环境下天然甲烷源的发现或对全球甲烷预算产生重要影响. 有****调查了过去30年全球陆地碳汇的演变情况(Poulter et al., 2014), 发现了除热带雨林之外的碳循环驱动因素, 并报告全球碳汇异常的可能原因在于澳洲半干旱生态系统的碳周转率受极端气候下降水的影响较大. 无论是新发现还是既有的温室气体源汇, 对其的深入研究都进一步扩展了学界关于全球温室气体排放规律的认识.
针对特定重要排放部门的研究是领域内的又一主要内容, 如占全球人为温室气体排放总量12%左右的农业部门. 研究者通过实验测量、模拟或计算的方式研究农业生产行为中的温室气体排放. Yan等(2009)对全球稻米种植中的甲烷排放量和未来缓解潜力进行估计, 并提出了稻田排放的缓解方案并量化其贡献. Shang等(2011)利用一项在中国开展的双稻种植系统长期肥料实验, 测量不同肥料种类和施用方式的农田温室气体排放规律并进行全球变暖潜势和排放强度核算, 探索了农业管理方式对于全球气候变化的潜在影响. Linquist等(2012)为了研究不同种谷物种植过程对于全球变暖的影响, 选择水稻、小麦、玉米3种主要粮食作物进行比较, 通过计算发现了水稻种植系统的减排潜力. 农田作物种植是甲烷、氧化亚氮等气体的一大来源, 不同地区的作物种类和管理方式各不相同, 其中蕴含着巨大的减排潜力. 但同时农业生产又是关乎人类生存发展的基础部门, 保证粮食安全与可持续发展是制定温室气体排放减缓措施的前提, 科学家需要在日益增长的世界粮食压力下探索降低气候影响的农业管理方法.
上述许多研究的目的实际上在于优势减排潜力部门的识别, 比如温室气体排放清单和全球甲烷预算的编制工作. 识别过程依赖准确的数据支撑, 在当前和未来的很长一段时间, 对于减排路径的研究将会是本领域内的国际主题, 各国都会在国际气候协议达成和气候变化减缓政策制定方面投入大量注意力, 温室气体排放预算和减排责任分配问题也必然受到各界关注, 相关的计算和情景模拟是本领域目前的热点研究手段, 也是未来全球尺度温室气体排放研究的重要发展趋势. 为了降低模拟的不确定性, 首先需要进一步加强对温室气体地球循环和转化机制的了解从而发现重要源汇的贡献, 其次需要发展更加可靠的技术手段并促进其在本领域内的应用.
3.6 研究结果局限性虽然文献计量方法具有客观性的特点, 但检索条件不可避免地受到一定程度的主观影响, 本文的检索结果中可能包含有少量与本文研究主题有偏差的文献, 也可能有少量内容符合但由于文章标题和摘要部分未包含特征检索词导致未被收录, 这决定了检索结果与目标文献集的总体重合度. 对于其他非含碳的特定种类温室气体的研究, 如含氮、含氟温室气体等, 其在全球范围内的产生、排放、迁移、控制各环节与备受关注的气候变化问题同样有所关联, 而且针对它们的研究已经逐步进入主流视野, 值得领域内研究者进一步关注. 另外, 即使依托WOS数据库的收录规模, 也未必覆盖本领域内现有的全部研究成果, 必然有一些研究没有被纳入考虑, 这是本研究结果适用方面的局限性.
4 结论(Conclusions)1) 总体而言, 研究时段内全球温室气体排放领域的热度保持持续增高的趋势, 2009年发表的文章总被引频次达到了最高, 许多高引文章皆在此年发表, 在领域内形成了较大影响力. 本领域的研究成果大多属于环境科学、大气科学、能源燃料、绿色可持续科学技术等学科, 《Journal of Cleaner Production》和《Energy Policy》是本领域内发文量最多的两个期刊, 《Renewable & Sustainable Energy Reviews》近年来引用率最高, 这些期刊收录的文章值得本领域****重点关注.
2) 全球温室气体排放领域内位于美国的几所研究机构为美国带来了强劲的科研实力和影响力, 除美国之外, 排在前列的国家还有中国、英国、德国和澳大利亚等. 中国科学院系统下相关院所、南京农业大学和北京大学是目前我国在该领域内较强的几个研究机构. 总体来看, 我国的发表量虽然很高, 但平均被引用率并不高, 可见我国****还需要在现有基础上继续提高国际学术影响力. 领域内表现比较突出的作者是苏格兰阿伯丁大学的Pete Smith、巴黎萨克立大学的Ciais Philippe和荷兰环境评估公司的Van Vuuren Detlef P, 他们的发文量和文章被引率都很高, 是本领域内有很大影响力的****.
3) 本领域内国家、研究机构、作者间呈现一定程度上的合作关系. 其中我国与美国****的合作频率最高, 英国****与别国合作最为频繁; ****团体合作现象较为明显, 通过梳理各个****之间的学术联系, 可以发现几位影响力较强的****都有着与自己联系紧密的团队, 各团队之间也会有一些联系, 这些****团队组成了领域内的主要研究力量.
4) 从热点关键词的特征可以看出, 对于甲烷、二氧化碳及其导致气候变化问题的研究在近25年内一直占据主要地位, 一些针对非含碳温室气体的研究在后期逐渐进入主流视野, 随之发展出一些新的研究手段. 针对中国的研究是本领域的一个热点, 一方面可能是受到中国****数量上升的影响, 另一方面也说明了我国的温室气体排放情况较为严峻, 应当引起注意. 2007年IPCC第4次评估报告成为了本领域研究的风向标, 在其发布后本领域内陆续出现了一系列具有高影响力的文章, 其内容集中在温室气体的重要源汇识别、模拟计算和针对特定行业或部门的排放研究等方面, 进而产生了对低不确定度模拟和高准确度计算方法的要求.
气候变化与其引发的温室气体排放问题是20世纪以来人类一直面临的全球性问题, 因此围绕这个问题的探索从没有停滞过, 经过全球科学家几十年来的不懈努力, 二氧化碳等温室气体的排放源、气候效应等问题的答案已经较为清晰, 一些新的非主要温室气体可能会受到进一步的关注. 在全球纷纷提出减排目标的背景下, 国际协议的达成、减排路径的提出和政策实施效果评估都是本领域的主要课题, 相关研究的发展可以帮助人类把握正确的气候变化应对方式, 未来的研究可能更倾向于关注一些减排方面制度公约的执行效果, 这必然导致本领域与经济、管理领域的交叉更加深入. 未来本领域将会产出更多优秀科研成果, 为全球可持续发展的推动做出贡献.
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