流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化響應(yīng)的文獻(xiàn)計(jì)量分析

劉 梅,顧丹丹,李 雅,劉少敏,劉文兆

1 西北農(nóng)林科技大學(xué)圖書館, 楊凌 712100 2 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 楊凌 712100

流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化響應(yīng)的文獻(xiàn)計(jì)量分析

劉 梅1,顧丹丹1,李 雅1,劉少敏1,劉文兆2,*

1 西北農(nóng)林科技大學(xué)圖書館, 楊凌 712100 2 西北農(nóng)林科技大學(xué)水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農(nóng)業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 楊凌 712100

生態(tài)水文學(xué)在水文過程與生態(tài)過程的交叉地帶開展研究,現(xiàn)已成為水文學(xué)與生態(tài)學(xué)最為活躍的前沿領(lǐng)域之一,而流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)則是其中的一個(gè)重要熱點(diǎn)研究方向。以SCIE數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源,借助Thomson Data Analyzer(TDA)、Ucinet和Netdraw 等工具,對1992—2015年間關(guān)于流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)的研究論文進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘,分析表明：(1)近24年來,該領(lǐng)域的論文數(shù)量總體呈顯著增長態(tài)勢,依據(jù)文章數(shù)量、研究主題、機(jī)構(gòu)合作特點(diǎn)等劃分為3個(gè)階段：低產(chǎn)出探索期、拓展推進(jìn)期和高產(chǎn)出活躍期。(2)氣候變化、徑流、水量平衡、水文模擬、土地利用與覆蓋變化等是研究的核心主題,遙感與GIS技術(shù)的應(yīng)用在不斷得到加強(qiáng),人類活動的水文效應(yīng)及其時(shí)程變化等的研究逐漸受到更多的關(guān)注。(3)澳大利亞和美國在該研究方向表現(xiàn)突出。中國發(fā)文量高,論文質(zhì)量不斷提升。(4)國際合作范圍不斷擴(kuò)大。近十年來,中國科學(xué)院、清華大學(xué)等國內(nèi)多家科教機(jī)構(gòu)逐漸加強(qiáng)了與國外同行的合作關(guān)系,研究工作取得長足進(jìn)展。

流域水量平衡；生態(tài)水文；文獻(xiàn)計(jì)量；氣候變化；人類活動; 蒸散；布迪科假設(shè)

水是人類賴以生存和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展不可或缺的物質(zhì)基礎(chǔ)[1]。水文學(xué)主要是研究陸地水循環(huán)過程的,在這個(gè)過程中水以多種形態(tài)穿過大氣降落到地面,進(jìn)而由地表蒸發(fā)回歸大氣,或由河川徑流匯入湖、海[2]。生態(tài)水文學(xué)是水文學(xué)與生態(tài)學(xué)的交叉學(xué)科,著力于探究生態(tài)過程和格局的水文學(xué)機(jī)制[3- 4]。從流域尺度開展生態(tài)水文學(xué)研究,是其中的一個(gè)主要方面[5- 7]。氣象氣候條件是影響流域水文過程的重要因素；土地利用/覆蓋變化、水土工程措施等人類活動對流域水文過程會造成顯著影響；氣候與人類活動的影響相互交織,共同導(dǎo)致區(qū)域的水文水資源狀況發(fā)生變化[8-13]。水文模型是對復(fù)雜水文現(xiàn)象的一種簡化,是定量研究流域生態(tài)水文過程的重要工具。從對流域內(nèi)空間分異考慮的程度上劃分,水文模型主要包括兩部分,一是集總式水文模型,包括新安江模型、以及TANK模型(即水箱模型)等；二是分布式水文模型及半分布式水文模型,以TOPMODEL、SWAT等為代表[14-16]。在流域水熱耦合研究中得到廣泛應(yīng)用的Budyko模型(或曲線)[17]可歸入其中的第一部分。

文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)是針對文獻(xiàn)的各種特征的數(shù)量表現(xiàn),采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)方法來描述、評價(jià)其研究現(xiàn)狀并預(yù)測其發(fā)展趨勢的圖書情報(bào)學(xué)分支學(xué)科[18- 20]。國家自然科學(xué)基金委員會以“中國陸地表層研究回顧與展望”為題,利用文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)方法闡述學(xué)科發(fā)展歷程和研究進(jìn)展,發(fā)掘影響學(xué)科發(fā)展的多重要素,2016年出版了一套叢書,其中包括《地理科學(xué)三十年：從經(jīng)典到前沿》[21]。本研究選取具有國際影響力的美國科學(xué)信息研究所的科學(xué)英文索引擴(kuò)展版(Science Citation Index Expanded,SCIE)數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)源,通過文獻(xiàn)計(jì)量的方法對流域生態(tài)水文學(xué)領(lǐng)域的一個(gè)熱點(diǎn)研究方向——流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng),進(jìn)行信息挖掘與統(tǒng)計(jì)分析,以揭示該方向研究產(chǎn)出狀況、不同國家及機(jī)構(gòu)的參與程度、研究力量分布以及重點(diǎn)問題等,以供科研人員參考。

1 數(shù)據(jù)來源與分析方法

以Web of Science(WOS)中SCIE的核心合集為數(shù)據(jù)來源,遴選生態(tài)水文學(xué)中流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)研究方向的論文,特別關(guān)注基于Budyko(布迪科)模型方面的工作。經(jīng)過多次試檢索并和相關(guān)科研人員溝通,最終確定使用高級檢索中的主題方式,由所選研究方向框定主題詞,用布爾運(yùn)算符做必要的連接,形成檢索式,文獻(xiàn)類型限定為article、review、letter等,檢索時(shí)間為 2016年3月15日。根據(jù)論文產(chǎn)出情況,選定的文獻(xiàn)期限為1992—2015年,得到論文共460篇。以此為研究樣本,使用TDA、Ucinet和NetDraw等軟件,用Keywords (Author′s+Plus)+Title (Phrases)(統(tǒng)一簡稱為關(guān)鍵詞)作為主題詞,經(jīng)過數(shù)據(jù)清理去掉寬泛冗余的高頻詞匯,合并同義詞匯,分析文獻(xiàn)主題與熱點(diǎn)的階段變化、主題網(wǎng)絡(luò)與合作國家/機(jī)構(gòu)等方面的特征。

2 結(jié)果與分析

2.1 論文數(shù)量的時(shí)間變化特征

對事物發(fā)展的演進(jìn)分析可以是時(shí)間序列上的逐年跟蹤,也可以劃分不同的階段進(jìn)行研究。前者可以及時(shí)、動態(tài)地反映研究領(lǐng)域發(fā)展的細(xì)節(jié)信息；后者則從描述不同發(fā)展階段的整體表現(xiàn)展示趨勢特征[22]。本文結(jié)合兩種方法進(jìn)行分析。

圖1 1992—2015年流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)研究方向SCI論文數(shù)量Fig.1 Number of publications on coupled water-energy balance (CWEB) at catchment scale and its responses to climate and land surface changes (CLSC) during 1992—2015

通過文獻(xiàn)數(shù)量的變化來分析學(xué)科發(fā)展階段,可判斷和預(yù)測科學(xué)知識的增長趨勢[23]。據(jù)此并結(jié)合不同年度研究主題的變化、機(jī)構(gòu)合作特點(diǎn)等劃分出3個(gè)研究階段：1992—2002年為低產(chǎn)出探索期,研究論文年產(chǎn)出數(shù)量較少,年均4.5篇,為起步發(fā)展階段；2003—2009年為拓展推進(jìn)期,年均17.7篇,論文產(chǎn)出數(shù)量提升,進(jìn)入快速發(fā)展的階段；2010—2015年為高產(chǎn)出活躍期,年均發(fā)文量達(dá)47.7篇。發(fā)文量最多的是2013年,達(dá)66篇(圖1)。第一階段歷時(shí)11年,第二與第三階段歷時(shí)都較短。3個(gè)階段呈現(xiàn)為3個(gè)臺階,臺階間表現(xiàn)為發(fā)文量快速躍升,年際波動與臺階提升相交織。

2.2 研究主題與熱點(diǎn)特征

2.2.1三階段Top19關(guān)鍵詞與詞頻分析

以關(guān)鍵詞—關(guān)鍵詞共現(xiàn)矩陣為基礎(chǔ),對關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系進(jìn)行分析。首先將3個(gè)階段的數(shù)據(jù)分別進(jìn)行處理,利用TDA軟件結(jié)合科研人員的建議,對每個(gè)時(shí)間段的關(guān)鍵詞進(jìn)行規(guī)范,并依據(jù)詞頻對關(guān)鍵詞進(jìn)行排序,每個(gè)階段遴選出19個(gè)高頻關(guān)鍵詞(表1)。

表1 三時(shí)段高頻關(guān)鍵詞及詞頻分布

詞頻為有該關(guān)鍵詞出現(xiàn)的文獻(xiàn)數(shù)量；3個(gè)階段論文總篇數(shù)分別為,1992—2002年 50篇；2003—2009年 124篇；2010—2015年286 篇

可以看出,3個(gè)階段中流域、水文模擬、徑流、水量平衡和氣候變化一直處于前5的位置,這表明在1992—2015年間這5個(gè)主題是流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)研究的核心熱點(diǎn)。土地利用/覆蓋變化在3個(gè)階段中分居第八、七、六位,位次逐漸上升。植被是研究的另一個(gè)核心熱點(diǎn),詞頻統(tǒng)計(jì)在3個(gè)階段中均處于前10位。尺度、降水、土壤水分、蒸散、氣候和蒸發(fā)等也是關(guān)注的熱點(diǎn)詞匯,3個(gè)階段中均處于Top19之列。其中“蒸發(fā)”的位次逐漸有所下降,而“蒸散”在后兩個(gè)階段的位次顯著提升,一方面說明蒸散概念,即evapotranspiration (ET),更為學(xué)界接受,另一方面也說明對實(shí)際蒸散的研究愈來愈得到重視。有關(guān)模型的研究在后兩個(gè)階段受到更多的關(guān)注,這里面包括分布式模型和集總式模型,2010—2015年基于Budyko模型的研究更凸顯出來。水文要素的時(shí)間趨勢與年際變化也在新近的研究中成為熱點(diǎn)。

2.2.21992—2015分階段研究主題網(wǎng)絡(luò)分析

隨著研究工作的深入與論文篇數(shù)的不斷增加,網(wǎng)絡(luò)圖譜中關(guān)鍵詞不僅數(shù)量增多,各關(guān)鍵詞間的共現(xiàn)幾率也明顯增加,尤其是2010—2015年間,關(guān)鍵詞間的連線交織成密集網(wǎng)絡(luò)(圖2)。關(guān)鍵詞出現(xiàn)頻率越高,網(wǎng)絡(luò)圖中節(jié)點(diǎn)越大；節(jié)點(diǎn)間連線越粗,其共現(xiàn)幾率越大。1992—2002年,流域、水文模擬、徑流、水量平衡、植被和氣候變化等6個(gè)關(guān)鍵詞共同形成研究的核心節(jié)點(diǎn),表明這些主題是該階段研究的重心,這與上一節(jié)對詞頻的分析是一致的。6個(gè)關(guān)鍵詞間也有較為緊密的聯(lián)系,土地利用/覆蓋變化、森林、土壤水、蒸散和尺度(包括空間的與時(shí)間的)處于網(wǎng)絡(luò)的次核心位置,也是該階段研究的熱點(diǎn)。這一研究階段中,人類活動和水資源管理受到關(guān)注。2003—2009年,研究核心擴(kuò)大,6個(gè)研究主題依舊是核心,同時(shí)土地利用/覆蓋變化和蒸散研究更受到重視。分布式水文模型、尺度、降水和土壤水等也成為研究的熱點(diǎn)。土地利用/覆蓋變化是人類影響流域下墊面的重要形式和表現(xiàn),植被變化與其緊密相關(guān)。

圖2 1992—2015 年WOS流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)論文關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)度分析Fig.2 Network analysis of keywords in publications on CWEB at catchment scale and its responses to CLSC during 1992 to 2015

隨著研究主題的擴(kuò)大,研究方法也更加多樣化。無資料流域的研究受到進(jìn)一步關(guān)注,選取對照流域的方法對下墊面變化的水文效應(yīng)進(jìn)行分析也成為一個(gè)重要方面。除繼續(xù)應(yīng)用遙感手段(包括廣泛使用的NDVI等遙感數(shù)據(jù))外,分布式水文模型和Budyko模型等更多的得到運(yùn)用。2010—2015年,研究主題進(jìn)一步深入和擴(kuò)大,各研究主題詞間連線更加密集、交錯(cuò)。在這一階段,前期的研究核心依舊保持,土壤水、降水、尺度、分布式水文模型仍然處于網(wǎng)絡(luò)的次核心位置。此外,有關(guān)Budykos曲線模型的研究增多,人類活動受到更多的關(guān)注。使用的遙感方法中,地球重力場觀測衛(wèi)星(GRACE)數(shù)據(jù)也被考慮進(jìn)去。受人類活動與氣候變化交織影響,流域蒸散與徑流變化所表現(xiàn)出來的水文效應(yīng)其具體的歸因分析、敏感性分析及貢獻(xiàn)比例研究在第三階段得到加強(qiáng)。有關(guān)半干旱區(qū)與土壤侵蝕的研究成為另一關(guān)注熱點(diǎn)。以上研究主題的變化,也是應(yīng)對當(dāng)前氣候變暖、極端天氣出現(xiàn)頻繁、荒漠化擴(kuò)大等全球環(huán)境變化的一種反映。

2.3 研究力量分布特征

2.3.11992—2015年期間主要研究國家(或地區(qū))及機(jī)構(gòu)分布

分析460篇研究論文,發(fā)現(xiàn)65個(gè)國家的575個(gè)機(jī)構(gòu)參與了流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)的研究。主要的發(fā)文國家和機(jī)構(gòu)的相關(guān)發(fā)文信息如表2和表3所示。發(fā)文量居于前13位的國家中只有中國為發(fā)展中國家,其余12個(gè)國家均為發(fā)達(dá)國家。中國發(fā)文量占發(fā)文總量的20.7%,居第1位,但是其篇均被引頻次只有14.6,位列13,說明中國發(fā)文量雖高但文章水平還有待進(jìn)一步提升。篇均被引頻次居第1位的是瑞典,其篇均被引頻次達(dá)48.3,但其發(fā)文量居第8位,說明其發(fā)文量雖不多,但文章水平較高。篇均被引頻次超過30的分別為瑞典、澳大利亞、加拿大和美國等4個(gè)國家,其中澳大利亞和美國的發(fā)文量分居第2和第3位,在該研究方向有較強(qiáng)的影響力。

表2 1992—2015年主要研究國家發(fā)文狀況

表3 1992—2015年主要研究機(jī)構(gòu)發(fā)文情況

從機(jī)構(gòu)分布來看,主要來自發(fā)達(dá)國家。發(fā)文量居前14位的機(jī)構(gòu)分別屬于7個(gè)國家,其中中國、澳大利亞和法國均為3個(gè),英國2個(gè),挪威、瑞典和美國各1個(gè)。發(fā)文量居第一位的是澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO),其發(fā)文量占論文總量的10.9%,同時(shí)該機(jī)構(gòu)發(fā)文的篇均被引頻次達(dá)51.9。篇均被引頻次居第1位的是美國亞利桑那大學(xué),其發(fā)表的文章篇均被引頻次達(dá)61.7。美國亞利桑那大學(xué)、墨爾本大學(xué)、澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織、英國生態(tài)水文研究中心和英國自然環(huán)境研究理事會等5個(gè)機(jī)構(gòu)產(chǎn)出論文的篇均被引頻次均超過了40。

2.3.21992—2015年Top10高被引論文及期刊分布

1992—2015年Web of Science流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)研究高被引論文排名前10位即Top10論文(表4),其第一作者機(jī)構(gòu)分布在4個(gè)國家：澳大利亞、美國、加拿大和瑞典。其中,澳大利亞有4篇論文,且2篇論文被引頻次分居第一和第二位。澳大利亞的4篇論文分別屬于CSIRO(聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織)水土研究所和澳大利亞國立大學(xué)。美國4篇論文,2篇出自杜克大學(xué),1篇出自亞利桑那大學(xué),另1篇出自塔夫茨大學(xué),這4篇論文均有較高的影響力,其被引頻次排名分居第3—6位。另外2篇論文分別出自加拿大的維多利亞大學(xué)和瑞典的斯德哥爾摩大學(xué)。這些機(jī)構(gòu)中,澳大利亞的2所研究機(jī)構(gòu)或大學(xué)及美國的3所大學(xué)不僅其本身有較強(qiáng)的研究水平和很高的影響力,而且均與其他機(jī)構(gòu)有較好的合作關(guān)系(圖4)。維多利亞大學(xué)和斯德哥爾摩大學(xué),也都是國際知名的綜合性大學(xué)。這也印證了良好的合作關(guān)系有助于提升機(jī)構(gòu)的發(fā)文水平和國際影響力,實(shí)力強(qiáng)的研究機(jī)構(gòu)能吸引更多的合作,進(jìn)一步促進(jìn)其影響力的提升,兩者相互促進(jìn)。明晰高影響力論文期刊分布,對于查閱相關(guān)的研究文獻(xiàn)和為作者選擇投稿方向大有裨益。1992—2015年流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)研究方向Top10高被引論文分布于美國、荷蘭和德國的6個(gè)期刊上,其中WATER RESOURCES RESEARCH(水資源研究)和JOURNAL OF HYDROLOGY(水文學(xué)報(bào))的載文量均為3篇；ECOLOGY(生態(tài)學(xué))、ECOLOGICAL APPLICATIONS(生態(tài)學(xué)應(yīng)用)、AMERICAN NATURALIST(美國博物學(xué)家)和HYDROLOGY AND EARTH SYSTEM SCIENCES(水文學(xué)與地球系統(tǒng)科學(xué))載文量各為1篇。從發(fā)表年度來看,10篇論文均發(fā)表在2000—2007年間。被引頻次居第一位的是2001年澳大利亞CSIRO水土研究所的Zhang L(張櫓)等合著發(fā)表在WATER RESOURCES RESEARCH上的文章[24],被引頻次高達(dá)700次。該文提出了一個(gè)Budyko框架下的流域蒸散模型,以評估流域尺度年均蒸散量對植被變化的響應(yīng)。文章分析了世界上250多個(gè)流域的數(shù)據(jù),表明森林覆蓋度給定時(shí),多年平均蒸散量和降水量之間存在密切的關(guān)系。同樣屬于TOP10的Zhang L等2004年在WATER RESOURCES RESEARCH上發(fā)表的論文,介紹并應(yīng)用了我國著名氣候?qū)W家傅抱璞教授推導(dǎo)的流域尺度陸面蒸散計(jì)算模型,學(xué)界常常稱之為傅抱璞公式。傅抱璞公式最早是于1981年在我國的《大氣科學(xué)》刊物發(fā)表的[25],但由于語言的原因,未能在國際上得到大的傳播,受到Zhang L論文的推介,近十多年來傅抱璞公式已被國際學(xué)界廣泛應(yīng)用。我國學(xué)者的論文雖然未在TOP10之列,但近年來在WATER RESOURCES RESEARCH等刊物上也有重要表現(xiàn),被引頻次也在不斷提升,包括清華大學(xué)的楊大文、楊漢波等的工作[26-27],其中楊漢波等通過嚴(yán)密的數(shù)學(xué)推導(dǎo),論證了國外學(xué)者給出的關(guān)于Budyko曲線的一個(gè)公式表達(dá),以描述流域水熱耦合過程,被稱為Mezentsev-Choudhury-Yang公式,目前這一公式與傅抱璞公式一道成為國際生態(tài)水文學(xué)界的一大亮點(diǎn)。

表4 1992—2015年WOS流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)研究高被引論文及期刊分析

2.4 國家(或地區(qū))/機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析

2.4.1 國際合作動態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析

圖3 1992—2015年 WOS流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化響應(yīng)論文國際合作網(wǎng)絡(luò)度分析Fig.3 Network analysis of international cooperation in publications on CWEB at catchment scale and its responses to CLSC during 1992 to 2015

明確國際層面的合作關(guān)系,可為開展國際合作選擇方向,同時(shí)有助于提升國家(或地區(qū))的研究水平。分析流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)研究方向不同階段的國際合作狀況發(fā)現(xiàn),在1992—2002年,國際合作只在少數(shù)幾個(gè)國家之間開展(圖3)。其中,以美國和德國為核心,俄羅斯、捷克、瑞士、瑞典、澳大利亞、阿根廷、愛爾蘭等參與其中形成了一個(gè)合作群體,丹麥、新西蘭、印度和泰國也分別通過與德國、澳大利亞、美國和瑞典合作參與到合作群體中；西班牙和斯洛伐克兩個(gè)國家形成了合作對關(guān)系。這個(gè)階段的合作關(guān)系較為單一,具體到特定國家,合作數(shù)量最多的美國、德國也僅與8—9個(gè)國家有合作關(guān)系。2003—2009年,參與合作的國家數(shù)量增多,國際的合作也較為密切。形成了以美國和瑞典為中心,德國、英國、南非、中國、意大利、挪威等眾多國家參與組成的較大的合作團(tuán)體；此外還有兩個(gè)聚類群體,一是以法國為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),包括尼日爾、肯尼亞、突尼斯和墨西哥共同組成的聚類團(tuán)體；二是以荷蘭為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn),奧地利和埃塞俄比亞等3個(gè)國家組成的聚類團(tuán)體。兩個(gè)聚類團(tuán)體分別通過法國—南非及荷蘭—法國、荷蘭—加拿大與以美國、瑞典為中心的較大的合作團(tuán)體建立聯(lián)系,澳大利亞通過與奧地利的合作也參與到該合作團(tuán)體中。中國在這個(gè)時(shí)期也加大了國際合作的步伐,與其合作密切的主要是美國、瑞典、挪威和加拿大等國家。蒙古和日本則形成了一個(gè)合作對。2010—2015年,較前兩個(gè)階段,國際合作范圍明顯擴(kuò)大,不僅參與合作的國家數(shù)量急劇增多,國際合作更加交錯(cuò)、密切,形成了較為密集的網(wǎng)絡(luò)圖譜。美國依舊保持其核心地位,英國、法國、荷蘭、德國和瑞士也成為了研究流域生態(tài)水文的主要國家。瑞典、挪威、澳大利亞和中國也處于網(wǎng)絡(luò)中心區(qū)域。處于網(wǎng)絡(luò)邊緣的埃塞俄比亞、比利時(shí)、奧地利和日本等國家也與多個(gè)國家有合作。這一階段與中國合作最密切的仍舊是美國,其次是澳大利亞、德國、瑞士和挪威,與英國、法國、瑞典、加拿大及奧地利等國家也均有合作關(guān)系,這表明我國參與的國際合作顯著增多,有利于提升我國在該方向的研究水平和影響力。

圖4 1992—2015年WOS流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)論文機(jī)構(gòu)合作網(wǎng)絡(luò)分析Fig.4 Network analysis of institutional cooperation in publications on CWEB at catchment scale and its responses to CLSC during 1992 to 2015

2.4.2 機(jī)構(gòu)合作動態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析

國際機(jī)構(gòu)間的合作是國際合作具體表現(xiàn)。關(guān)注不同機(jī)構(gòu)間的國際合作有助于了解其運(yùn)作過程。縱觀3個(gè)不同的發(fā)展階段,經(jīng)過了少數(shù)機(jī)構(gòu)參與的個(gè)別合作團(tuán)體,到多數(shù)機(jī)構(gòu)參與的多個(gè)合作團(tuán)體,進(jìn)而到更多機(jī)構(gòu)參與的合作網(wǎng)絡(luò)(圖4)。1992—2002年,分別形成了2個(gè)較大的和2個(gè)較小的合作團(tuán)體。2003—2009年,參與合作的機(jī)構(gòu)數(shù)量明顯增多,形成了6個(gè)合作團(tuán)體,其中3個(gè)較大的均超過10個(gè)機(jī)構(gòu)組成。此階段,中國在該研究方向參與的國際合作主要在兩個(gè)群體間展開。其中,中國科學(xué)院、香港中文大學(xué)、中山大學(xué)、河海大學(xué)等與瑞典的烏普薩拉大學(xué)、挪威的奧斯陸大學(xué)、美國的德州農(nóng)工大學(xué)和路易斯安那州立大學(xué)等多個(gè)國外機(jī)構(gòu)有合作關(guān)系；中國林業(yè)科學(xué)院、南京大學(xué)、云南大學(xué)等與加拿大的不列顛哥倫比亞大學(xué)有合作,且形成了一個(gè)聯(lián)系較為密切的合作團(tuán)體。這2個(gè)合作團(tuán)體通過中國科學(xué)院與中國林業(yè)科學(xué)院間的合作對發(fā)生聯(lián)系。2010—2015年,參與合作的機(jī)構(gòu)數(shù)量迅速增加,機(jī)構(gòu)間合作更加密切,形成了一個(gè)較大的密集合作網(wǎng)絡(luò)圖譜。此階段,更多的中國研究機(jī)構(gòu)(大學(xué))參與到國際合作中,中國科學(xué)院和清華大學(xué)同時(shí)成為合作的中心,處于網(wǎng)絡(luò)圖的核心位置,與國內(nèi)外多個(gè)機(jī)構(gòu)均有合作。此外,中國水利部、武漢大學(xué)、南京大學(xué)、西安理工大學(xué)、陜西師范大學(xué)、北京師范大學(xué)、河海大學(xué)、中國氣象科學(xué)研究院等均與國內(nèi)外多個(gè)機(jī)構(gòu)有合作關(guān)系。澳大利亞的聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(主要為其下屬的水土研究所)、挪威的奧斯陸大學(xué)、美國的亞利桑那州立大學(xué)、加拿大特倫特大學(xué)、美國農(nóng)業(yè)部等多個(gè)機(jī)構(gòu)也是此階段主要研究機(jī)構(gòu)和合作中心。西北農(nóng)林科技大學(xué)在2010—2015年間在流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)研究方面主要與中國科學(xué)院、美國的普渡大學(xué)等有合作關(guān)系。

3 結(jié)論

流域生態(tài)水文學(xué)近年來得到長足發(fā)展,流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)是該領(lǐng)域的一個(gè)重要的熱點(diǎn)研究方向。結(jié)合相關(guān)文章發(fā)表數(shù)量、主題變化、合作特點(diǎn)等,其研究可分為低產(chǎn)出探索期、拓展推進(jìn)期和高產(chǎn)出活躍期3個(gè)階段。相關(guān)研究主題在不斷深入和擴(kuò)展的同時(shí),氣候變化、徑流、水量平衡、水文模擬、土地利用與覆蓋變化等核心主題熱度不減,同時(shí)遙感與GIS技術(shù)的應(yīng)用在不斷得到加強(qiáng),人類活動的水文效應(yīng)及其年際變化等的研究逐漸受到更多的關(guān)注,時(shí)空尺度的不同對流域水熱耦合過程的影響在3個(gè)階段都是重要問題。Top10高被引論文,其第一作者機(jī)構(gòu)分布在澳大利亞、美國、加拿大和瑞典等4個(gè)國家。其中,澳大利亞4篇論文,美國4篇論文,加拿大和瑞典各1篇。這些論文分別發(fā)表于美國、荷蘭和德國等出版的6種期刊上。

積極開展國家和機(jī)構(gòu)層面的合作對于提升研究水平,產(chǎn)出高水平成果具有重要意義。流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)研究方向發(fā)文水平較高的國家和機(jī)構(gòu)絕大部分是發(fā)達(dá)國家的綜合實(shí)力強(qiáng)的國際知名機(jī)構(gòu)。發(fā)文量前13位的國家中12個(gè)發(fā)達(dá)國家,前14位的機(jī)構(gòu)中11個(gè)均為發(fā)達(dá)國家的知名研究機(jī)構(gòu),另外3個(gè)中國機(jī)構(gòu)也有較強(qiáng)的綜合實(shí)力,尤其中國科學(xué)院,擁有涉及多領(lǐng)域遍及中國多個(gè)區(qū)域的實(shí)力較強(qiáng)的研究所。這些領(lǐng)先的國家和機(jī)構(gòu)同時(shí)也與其他的國家和機(jī)構(gòu)保持良好的合作關(guān)系,如美國、澳大利亞、英國在3個(gè)研究階段一直在合作網(wǎng)絡(luò)中保持核心地位。由此可以看出,良好的合作關(guān)系有助于提升機(jī)構(gòu)的發(fā)文水平和國際影響力,實(shí)力強(qiáng)的研究機(jī)構(gòu)能吸引更多的合作,進(jìn)一步促進(jìn)其影響力的提升,兩者相互促進(jìn)。

中國在流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化的響應(yīng)研究方向的科研實(shí)力不斷增強(qiáng),國際地位逐漸提升,科研論文的數(shù)量顯著增加,部分論文水平已進(jìn)入國際前沿,產(chǎn)生重要影響,但整體而論,與國外的相關(guān)研究比較還存在一定的差距,國際合作還需要進(jìn)一步加強(qiáng)和提升。

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Abibliometricanalysisoftheliteratureoncoupledwater-energybalanceatcatchmentscaleanditsresponsestochangesinclimateandlandsurfaceconditions

LIU Mei1, GU Dandan1, LI Ya1, LIU Shaomin1, LIU Wenzhao2,*

1NorthwestAgricultureandForestryUniversityLibrary,Yangling712100,China2StateKeyLaboratoryofSoilErosionandDrylandFarmingontheLoessPlateau,InstituteofSoilandWaterConservation,NorthwestAgricultureandForestryUniversity,Yangling712100,China

Ecohydrology, studying the interactions between hydrological and ecological processes, has become one of most active frontiers in both fields of hydrology and ecology. Coupled water-energy balance (CWEB) at the catchment scale and its responses to changes in climate and land surface conditions are important research area in the interdisciplinary field of eco-hydrology. In this study a bibliometric analysis was conduct to assess current status and future developments in the research area of CWEB. All research papers on the CWEB at the catchment scale published over the period of 1992—2015 were retrieved from the Science Citation Index Expanded (SCIE) database and analyzed by means of TDA (Thomson Data Analyzer), Ucinet and Netdraw. Results of the bibliometric analysis shown that: (1) the number of publications has increased greatly in the past 24 years. Research on the CWEB can be classified into three stages in terms of the number of papers published every year, research subjects and cooperation features, i.e. groping & low yield stage, expansion stage and active & high yield stage. (2) Core themes of the research are climate change, runoff, water balance, hydrological modelling, land use and land cover change,etc. The application of remote sensing and GIS technology has been continuously strengthened. More and more attentions have been paid to the study of hydrological effects of human activities and their temporal variability. (3) High impact publications were largely from Australia and American. There was a significant increase in publications from China in term of both quantity and quality. (4) The extent of international cooperation was expanding. In the past 10 years, Chinese Academy of Sciences, Tsinghua University and many other institutions in China have gradually strengthened the cooperation with a number of international scientific and educational institutions and have made great progresses in the research area of CWEB.

water balance at catchment scale; eco-hydrology; bibliometric; climate change; human activity; evapotranspiration; Budyko hypothesis

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題(2016YFC0501602)；國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(41571036)

2017- 08- 07;

2017- 09- 21

*通訊作者Corresponding author.E-mail: wzliu@ms.iswc.ac.cn

10.5846/stxb201708071410

劉梅,顧丹丹,李雅,劉少敏,劉文兆.流域水熱耦合過程及其對氣候與下墊面變化響應(yīng)的文獻(xiàn)計(jì)量分析.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(23):8128- 8138.

Liu M, Gu D D, Li Y, Liu S M, Liu W Z.A bibliometric analysis of the literature on coupled water-energy balance at catchment scale and its responses to changes in climate and land surface conditions.Acta Ecologica Sinica,2017,37(23):8128- 8138.