全球極端天氣研究的情報學分析

李范　馬馳　黃德生

〔摘 要〕隨著全球氣候持續變暖，各類極端天氣頻繁發生，所造成的災害損失和影響也不斷加重，因此，對極端天氣的研究成為世界各國學者關注的重要課題。本研究檢索了Web of Science數據庫中收錄的關于極端天氣研究的文獻，統計和分析了這些文獻的年發表量、文獻類型、國家、發文機構、著者、來源、學科類別分布，并確定了高被引作者、高被引出版物和高被引文獻，同時對高被引文獻進行了共引聚類分析獲得該領域的研究熱點，從而了解極端天氣研究的發展歷程，客觀反映當前該領域理論與實踐研究的現狀，并為今后更好的開展極端天氣研究提供一定的參考。

〔關鍵詞〕極端天氣；科學文獻；共引；情報學分析

〔中圖分類號〕Ｇ250.252 〔文獻標識碼〕Ａ 〔文章編號〕1008－0821（2012）09－0009－07

對于特定的地點和時間，極端天氣事件是指發生概率極小的天氣氣候現象，通常發生概率只占該類天氣現象的10%或者更低［1－2］。近幾十年來，極端天氣氣候事件呈現出不斷增多增強的趨勢，例如：北半球中高緯度陸地地區極端強降水事件的頻率和強度增加［2－3］，多數陸地的異常暖夜頻率顯著增多［4－6］，全球陸地的副熱帶地區干旱現象變得更強、更持續［7］等等。而且，聯合國政府間氣候變化專門委員會（IPCC）在2007年發布的第四次評估報告中預計，今后這種極端事件的出現將更加頻繁［2］。

極端天氣氣候事件可使人類健康、居住、工業、農業、旅游、保險等方面都受到影響，給社會經濟和人民生命財產安全造成巨大損失。隨著全球氣候持續變暖，各類極端天氣發生頻繁，災害損失和影響也不斷加重［8］。面對日益增多的極端天氣，找出災害頻發的根源，避免極端天氣發生，對極端天氣加以防御，構建人類與自然和諧相處的關系從而給人類營造安全舒適的生活環境變得至關重要，因此，近年來，極端天氣受到世界各國政府的重視，學者們從各個方面對極端天氣氣候展開了深入而廣泛的研究［9］。

本研究統計和分析了1993-2012年間Web of Science(WoS)收錄的極端天氣專題研究文獻的數量增長情況、文獻類型、國家分布、發文機構、著者、來源分布和學科類別，并確定了高被引作者、高被引出版物和高被引文獻，同時對高被引文獻進行了共引聚類分析，旨在了解極端天氣研究的發展歷程，客觀反映當前該領域理論與實踐研究的現狀，并為今后更好的開展極端天氣研究提供一定的參考。

1 材料與方法

1.1 數據收集

本研究采用美國科學情報研究所(Institute for Scientific Information)開發的Web of Science三大引文數據庫——SCI-EXPANDED、SSCI、A&HCI獲取文獻數據，檢索的時間跨度為1993-2012年，檢索日期為2012年2月9日。多次試檢后，確定檢索策略為：TI=(extreme* weather) OR TI=(extreme* climate) OR TS=“extreme weather”OR TS=“extreme climate”。

1.2 來源文獻與被引文獻分析

執行檢索后，利用WoS的“分析檢索結果”功能，對來源文獻的年代、文獻類型、國家、機構、期刊、學科類別、高被引作者和高被引出版物進行統計分析。下載這些文獻記錄及其引文，利用書目信息共現挖掘系統（Bibliographic Item Co-Occurrence Matrix Builder，BICOMB）統計來源文獻的第一作者、引文出現頻次并抽取高被引文獻。

1.3 聚類分析

利用BICOMB軟件統計高被引文獻在檢出文獻中的同被引次數，形成被引用——引用矩陣，將該矩陣輸入到社會科學統計軟件SPSS11.5中，采用系統聚類的方法，類間相似系數計算采用Ochiia系數和組間距離方法，最后得到這些文獻的同被引聚類分析結果。分析這些高被引文獻的題目和內容，得出各個類別所研究的主題。

2 結果與分析

2.1 來源文獻分析

2.1.1 文獻數量增長情況

文獻的數量在一定程度上反映了學科的研究水平和發展速度，任何一個學科的發展，其初期在研究論文上都呈現快速增長的現象［10］。本研究共檢出1 509篇極端天氣的相關文獻，其中2012年有18篇，因檢索時還不能獲得2012年全年的數據，故根據1993-2011年的文獻數據繪制的圖1可直觀的展示該領域文獻數量的增長情況以及該主題年文獻增長曲線與指數曲線的擬合情況（擬合度為0.9364）。從20世紀90年代以來，極端天氣的相關文獻年發表量幾乎是以指數型方式在增加，說明世界各國科學家對這一領域的關注和興趣在逐步加大，該領域的研究正處于快速發展時期。

2.1.2 文獻類型

Web of Science收錄的極端天氣研究的文獻類型見表1，其中研究論文的數量為1 324篇(87.74%)，是該領域學術交流最主要的形式，同時也說明對極端天氣的研究非常活躍。此外，會議論文有126篇(6.9%)、綜述有88篇(5.83%)，還有許多其他類型的文獻，這說明極端天氣的研究受到了許多研究者的關注，并且一些學者開始總結極端天氣的研究成果。

2.1.3 國家分布

根據WoS數據庫的國家字段，統計了極端天氣研究的國家的分布情況，以考察該領域各個國家的科研狀況和影響。WoS數據庫中關于極端天氣的文獻涉及了大約70個國家，表2列出了發表論文在前10位的國家，我們可以看到這10個國家大多為發達國家，排在前5位的依次是美國、英國、德國、加拿大和澳大利亞，其中美國發文最多，有458篇，占文獻總數的近1/3；英國其次，有219篇，占14.51%。中國大陸發文量排在第6位，共102篇，占6.76%，說明中國對極端氣候的研究也相當重視，處于科研的前列。

2.1.4 發文機構分析

有57篇文獻沒有標注作者所在的機構，其余文獻涉及了474家作者機構，可見科研力量的機構分布相當廣泛。表3列出了發表論文在16篇以上的11個機構，這些機構主要為國家級的科研院所或高校的科研機構，說明關于極端天氣的研究引起了各國政府的高度關注，是關系各國人民生存利益的重大課題。表3的高產機構中，美國的核心研究機構很多，進一步反映出美國是目前世界上進行極端天氣研究最先進的國家之一。中國科學院和美國國家大氣研究中心并列排名第一，充分展示了中國科學院作為中國科研國家隊的雄厚實力和地位，也在一定程度上說明了對于極端天氣的研究也是我國的一個國家級重點研究項目。

2.1.5 著者分析

本研究對文獻貢獻最大的第一作者進行了統計，1 494篇極端天氣研究的文獻有作者署名，共計1 342名第一作者。表4列出了發表不同數量文獻對應的作者數量，從中可見有1 233個作者只發表了1篇論文，占全部作者的91.88%，

高于洛特卡定律所指出的發表1篇論文的作者占所有作者數量60%的規律［11］。這表明了關于極端天氣領域的研究擁有相當廣泛的作者隊伍，但同時也說明該領域的科研人員多為新生力量，尚需開展更多的相關研究。而高產作者的數量較少且發文量不高，僅有11人發表了4篇以上文獻（表5），說明該領域的研究尚不成熟和完善，但也可能與極端天氣研究的難度高和規模大有一定的關系。這些高產作者多來自于美國、澳大利亞等發達國家的研究機構，進一步說明這些發達國家的研究深度。

2.1.6 來源分布

為了確定極端天氣的核心出版物，給作者投稿和讀者閱讀提供參考信息，我們對文獻的來源進行了統計。檢索到的文獻來自于639個來源出版物上，分布非常分散。表6列出了載文量在10篇以上的出版物，發表最多的出版物是Climatic Change（63篇），其次為Journal of Climate（43篇），這些出版物的主要學科類別是氣候和氣象科學，但除此以外，還有環境科學與生態學、水資源、環境衛生、林學、流行病學等多個領域的刊物登載了極端天氣的研究。

2.1.7 學科類別分析

全部文獻共涉及77個學科類別，主要滲透到氣象與大氣科學、環境科學與生態學、地質學、工程學、水資源、農業、公共環境職業健康、海洋學、物理地理學等多個領域（表7）。這與期刊的學科屬性相符，進一步說明了極端天氣絕不是某一個學科領域關注的問題，而與人們的生產、生活息息相關，受到多個學科及子領域的重視與研究。

2.2 引文分析

2.2.1 高被引作者、出版物與文獻

被引次數排在前10位的極端天氣研究文獻的作者見表8，其中Giorgi F和Karl TR發表的論文被引次數在190次以上，高被引作者來自于意大利、美國、英國、瑞士等發達國家，其發表文獻的影響力很高。

表9列出了被引次數排在前10位的出版物，Journal of Climate、Nature、Science的被引次數排在前3位。而且，在這10個出版物中，有7個為氣候或氣象學的專科出版物，有2個是綜合性的自然科學刊物，這說明極端天氣的研究主要從氣候或氣象學以及綜合性自然科學領域吸收前沿知識。

我們將被引次數在25次以上的文獻作為極端天氣專題的高被引文獻。按照高被引文獻的發表時間排序，我們可以大致地顯示極端天氣研究發展的歷史脈絡（表10）。最早的與極端天氣有關的高被引文獻是1958年的一本專著——Statistics of Extremes（極端事件統計學），極端天氣的研究從中吸收了統計學的基礎知識。第2和第3篇高被引論文分別見于1984年和1992年，結合本研究統計的1993年以來的來源文獻的數量，我們推斷1993年以前極端天氣的研究文獻并不多，該領域的研究是從20世紀90年代逐步開展的，這一結論也可從我國學者丁裕國的論文中［9］得到印證。

2.2.2 高被引文獻的聚類分析

前人的研究已經證明應用共引聚類分析對于揭示學科研究脈絡具有非常重要的作用［12－15］，因此，我們對高被引

文獻進行了聚類分析，從而探究極端天氣的研究熱點。運用SPSS11.5對高頻引文的被引用——引用矩陣進行系統聚類，得到聚類樹圖（圖2）。依據聚類圖，并結合文獻的內容，將35篇高頻引文分成6類。高頻引文均為2007年以前發表，因此反映了極端天氣研究領域2007年以前重要主題的研究狀況。各類高頻引文的主要內容有：

（1）極端天氣氣候事件的變化與趨勢研究，具體文獻包括：3、7、19、26、21、15號文獻；

（2）歐洲的極端天氣研究，包括高溫和嚴重洪災等問題的研究、利用模型預測未來歐洲降水極端事件的變化，涉及4、16、29、34號文獻；

（3）用模型模擬對極端天氣進行研究，如使用全球耦合模型、CCC GCM2模型、海氣耦合模型，包括30、32、8、11、9、20、31號文獻；

（4）極端天氣的影響，具體文獻有：1、24、35、17號文獻；

（5）變化的氣候中極端天氣的變化情況，具體文獻有：22、33、13、18、12、23、10號文獻；

（6）天氣氣候變化和趨勢的評估與分析，其中政府間氣候變化專門委員會對氣候變化進行了評估，包括2、28、6、5、25、14、27號文獻。

圖2 極端天氣研究高被引文獻同被引聚類分析樹圖

3 結 語

本研究應用文獻計量學方法，從來源文獻和文獻被引情況兩個角度對WoS數據庫中的極端天氣相關文獻進行了全面的分析，并且進行了高被引文獻的同被引聚類分析，基本上揭示了該領域的國際研究現狀以及研究熱點，對于開展該專題研究的機構和學者，具有一定的指導和借鑒意義。關于極端天氣的研究，主要是從20世紀90年代逐步開展的，但研究的數量處于快速增長的狀態，并且受到了各個國家以及眾多學科領域的關注，但該領域的高產以及高影響力的研究成果主要來自于發達國家的科研機構。2007年以前的研究熱點是：極端天氣氣候事件的變化與趨勢研究、歐洲的極端天氣研究、模型模擬在極端天氣的應用研究、極端天氣的影響、變化的氣候中極端天氣的變化情況以及天氣氣候變化和趨勢的評估與分析。

本研究主要是利用了2007年以前的高被引論文探討了該領域的研究熱點，因同被引聚類分析存在時滯的問題，若要完全有效地揭示某一領域的發展趨勢，尚需要結合目前的研究熱點，因此，在未來的研究中，我們還要利用主題詞的聚類分析來進一步探討該領域的研究熱點，以對現有的研究加以補充，更好的展示極端天氣研究熱點的現狀與趨勢。

參考文獻

［1］Houghton JT,Ding Y,Griggs DJ,et al.IPCC,Climate change 2001:The scientific basis［Ｃ］∥Observed Climate Variability and Change.Cambridge,United Kingdom and New York,USA:Cambridge University Press,2001．

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［3］Alexander LV,Zhang X,Peterson TC,et al.Global observed changes in daily climate extremes of temperature and precipitation［Ｊ］.Journal of Geophysical Research,2006,111:D05109．

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