基于文獻計量的PM2.5研究熱點及趨勢分析

李 穎, 鞏世鈺

(遼寧師范大學 地理科學學院，遼寧 大連 116029)

PM2.5是環境空氣中空氣動力學中當量直徑≤2.5 μm 的顆粒物，是監測環境空氣污染程度的重要指標之一[1].近年來，傳統能源結構引發的大氣污染問題日益突出，高濃度的PM2.5是造成我國霧霾天氣的主要因素之一[2-3]；同時PM2.5對人體健康的危害更是引起社會廣泛關注[4].為改善空氣質量，增強人民的藍天幸福感，我國先后出臺了一系列重大決策部署：國務院頒布《大氣十條》[5]將治理大氣污染作為生態文明建設與治理環境問題的關鍵；《打贏藍天保衛戰三年行動計劃》[6]強調突出精準施策，加強重點地區及污染源治理，促進多污染源協同控制.加強對PM2.5污染問題研究有利于引導發展綠色可持續發展經濟，加快推進生態文明建設.

目前，國內外許多研究學者對PM2.5進行了廣泛的研究，如基本污染特征[7-9]、形成機制[10-11]、來源解析[12-14]、對人體的健康影響[15-16]和對氣候的影響[17-18]等方面.但目前鮮有對監測方法改進、源解析模型開發、多污染源協同控制等問題的研究.

文獻計量法是以科技文獻的外部特征為研究對象，采用數理統計方法描述、評價和預測科學技術現狀與發展趨勢的定量分析方法[19].李兆林[20]雖利用文獻計量法對PM2.5進行分析，但大多以Web of Science為數據源，對于系統把握國內外研究現狀及熱點尚顯不足[21-23].因此從發文量及高頻詞可視化分析等方面剖析國內外研究熱點及趨勢，以期了解研究領域前沿動態，為進一步研究提供借鑒與參考.

1 數據來源與研究方法

國外文獻以Web of Science為數據源，檢索文獻中含有“PM2.5”并精煉文獻類型為ARTICLE，搜索年份范圍為1990—2018年，最后得出16 304篇有效文獻.國內文獻采用CNKI中主題為“PM2.5”的文獻為數據源，搜索年份范圍為1990—2018年，最后得出6 309篇有效文獻.將有效文獻導入Bibexcel中，導出文獻年度發文量及高頻關鍵詞，并合并關鍵詞中的近義詞與同義詞.本文篩選出國外文獻詞頻大于70的關鍵詞共52個，國內文獻篩選出詞頻大于30的關鍵詞共47個.利用Bibexcel構建共詞矩陣并導入Ucinet中，再用Netdraw構建高頻關鍵詞共現網絡可視圖進行共詞分析，最后利用Ochiia系數法對共詞矩陣進行包容化處理，具體計算公式為

(1)

最后導入SPSS中進行聚類分析，分析得出系統聚類分析譜系圖及群集.

2 結果分析

2.1 研究現狀

國外研究整體呈上升趨勢(圖1)：第一階段(1992—1997年)萌芽發展階段，此階段發文量為33篇，處于起步階段.第二階段(1998—2009年)穩定增長階段，發文量為3 632篇，推測是由于1997年美國將PM2.5納入空氣質量檢測指標之一[24]；第三階段(2010—2018年)快速增長階段，發文量為12 639篇，推測原因是自2010年起，美國及歐盟為了使PM2.5達到國家標準，根據經濟技術的發展與時俱進地采取更為嚴格的措施[25].

國內研究呈快速增長趨勢(圖2)：第一階段(1999—2003年)初步發展階段，此階段發文量為38篇，推測原因是2000年《中華人民共和國大氣污染防治法》的頒布促使國內相關研究開始起步.第二階段(2004—2010年)波動發展階段，發文量為377篇，特別是在2009年發文量達到了峰值，推測原因是2008年我國舉辦夏季奧運會，加大了對北京和協辦城市的空氣污染科研及整治力度[26]，由于項目結題需要一定的時間，故在2009年出現了發文峰值.第三階段(2011—2016年)快速發展階段，發文量為3 896篇，推測原因是2012年我國生態環境部新頒發了《環境空氣質量標準》(GB 3095—2012)[27].2017—2018年發文量下降的原因推測是國家政策的轉變導致研究方向發生改變，但未來總體發文量呈上升趨勢.

圖1 國外有關PM2.5研究文獻發文量Fig.1 The number of PM2.5 literatures in foreign

圖2 國內有關PM2.5研究文獻發文量Fig.2 The number of PM2.5 literatures in domestic

2.2 研究熱點

2.2.1 高頻關鍵詞

關鍵詞是文獻研究方向的核心體現，通過對關鍵詞分析可以明確該領域的研究熱點及趨勢[28].分別得到國外與國內高頻關鍵詞(表1、表2).

表1 國外高頻關鍵詞及其出現頻次

表2 國內高頻關鍵詞及其出現頻次

國外研究中頻次最高的為PM2.5，PM，Air Pollution，均超過2 000，占被統計關鍵詞的43.3%，說明重視基本污染特征研究.關鍵詞中Source Apportionment，Aerosol，Positive Matrix Factorization(PMF)，Black Carbon，Organic Carbon，Elemental Carbon占被統計關鍵詞的12.6%，說明來源解析及形成機制為研究熱點.由于PM2.5粒徑微小，攜帶的金屬及有機化合物進入呼吸道后會對機體產生不利影響，因此有關Exposure，Epidemiology，Health Effects等與人體健康的研究日益增多.

國內研究高頻關鍵詞為PM2.5，頻次超過5 000，占被統計高頻關鍵詞的48.9%.次高頻關鍵詞為大氣污染、PM10、PM、霧霾、氣象條件等，占比為20.7%，說明較為重視環境空氣污染問題.北京、京津冀作為高頻關鍵詞反映出北京及周圍地區為重點研究區.綜合分析國內外高頻關鍵詞，共同研究熱點為基本污染特征及環境空氣污染，但國外更側重研究來源解析、形成機制和對人體健康的影響.

2.2.2 高頻關鍵詞共詞分析

高頻關鍵詞分析雖然在一定程度上能反映研究現狀，但未能反映出內在關系，因此引入共詞分析法[29]解決這一問題.

國外關鍵詞共現網絡可視圖(圖3)中52個關鍵詞之間聯系緊密，各節點間連線縱橫交錯，其中,PM2.5，PM10，Air Pollution，Air Quality，Aerosol，Source Apportionment等節點較大且與其他關鍵詞共現次數多，一定程度上為研究熱點.另外，Aerosol，Black Carbon，Ozone，Exposure等關鍵詞間連線較粗，關系較為緊密.

國內關鍵詞共現網絡可視圖(圖4)中，PM2.5這一關鍵詞所代表的節點最大，且與周圍各節點的連線較粗，可判斷這一關鍵詞為研究熱點.另外，PM10、PM、相關性、霧霾、氣象條件、北京等關鍵詞間的關系較為緊密.

圖3 國外PM2.5高頻關鍵詞共現網絡可視圖Fig.3 The foreign PM2.5 key words co-occurrence netview graph

圖4 國內PM2.5高頻關鍵詞共現網絡可視圖Fig.4 The domestic PM2.5 key words co-occurrence netview graph

2.2.3 高頻關鍵詞聚類分析

采用聚類分析得出系統聚類譜系圖(圖5、圖6)，以及關鍵詞聚類四個群集劃分(表3、表4).群集1包含大多研究熱點，如：Aerosol，Air Pollution，Biomass Burning，Principal Component Analysis(PCA)，Source Apportionment等，隨著監測手段的增多，來源分析方法呈現日益多樣化的趨勢.群集2中包含China，說明較為重視中國地區的研究；另外此群集中也包含PM2.5對人體健康影響的研究，如Cardiovascular Disease，Epidemiology，Asthma，Lung Function等，其大致可分為兩類：一是PM2.5的流行病學研究；二是PM2.5引發的疾病研究.群集3中包含PM2.5與其他污染源的關系，如Carbon Monoxide，Heavy Metals，NO2，Ozone.群集4為MODIS數據反演氣溶膠光學厚度及氣溶膠分類,同時對氣溶膠進行分類，如Elemental Carbon，Organ Carbon等，根據不同種類的氣溶膠輻射強迫大小模擬對氣候的影響.

圖5 國外關鍵詞系統聚類分析譜系圖Fig.5 Pedigree chart of hierarchical cluster analysis of key words in foreign

圖6 國內關鍵詞系統聚類分析譜系圖Fig.6 Pedigree chart of hierarchical cluster analysis of key words in domestic

表3 國外PM2.5高頻關鍵詞聚類群集劃分

群集1中包含了污染源的研究，如O3，PM，PM10，TSP，氣溶膠等，近年來在京津冀等污染嚴重地區開展了PM2.5基本污染特征以及來源的相應工作[30-32]；群集中也包含了我國區域性PM2.5污染研究，如：京津冀，采暖期，燃煤電廠.群集2主要包含基本污染特征.群集3主要包含來源及化學成分問題，如：來源，多環芳烴，影響因素，有機碳，元素碳.群集4包含 PM2.5對人體健康的影響研究，如：呼吸系統疾病，健康風險評價，危害，氧化應激等.

表4 國內PM2.5高頻關鍵詞聚類群集劃分

3 結論與討論

3.1 結論

(1)國內外發文量增長趨勢具有階段性，國外分為萌芽發展、穩定增長和快速增長三個階段；國內分為初步發展、波動發展和快速發展階段.

(2)國外高頻關鍵詞為PM2.5，PM10，Air Pollution，PM，Source Apportionment，Aerosol，Exposure等，一定程度為國外研究熱點.國內高頻關鍵詞為PM2.5、大氣污染、PM10、PM、霧霾、氣象條件等，其中,PM2.5代表的節點最大成為國內研究熱點.國內外共同研究熱點為基本污染特征及環境空氣污染，但國外更側重來源解析、形成機制及對人體健康影響等研究.

(3)國內外涉及基本污染特征、來源解析、污染源以及對人體健康影響的研究，但國外對來源解析、人體健康、污染源等有深入研究；而國內側重基本污染特征及區域性研究，其他研究熱點雖有涉及但不甚透徹，因此國內亟待加強相關熱點的研究.

3.2 討論

綜上所述，PM2.5是國內外環境科學等多學科研究熱點之一，根據統計結果及相關文獻對未來的PM2.5研究進行總結：

(1)建立多污染源與多污染物的監控，優化監測指標.不僅要加強SO2，NOx等污染源治理，同時也要繼續加強二次顆粒物前體物的合理控制，以促進多污染源的協同控制，逐步完善顆粒物排放清單，加強揮發性有機物研究，為各行各業制定排放標準提供借鑒參考.

(2)完善PM2.5監測方法.繼續鞏固并重視對重點地區PM2.5監測網絡的建設，在β射線法[33]、振蕩天平法[34]等方法的基礎上進行改進，并繼續開發新的監測方法；同時結合區域污染特征，綜合運用多種監測方法，逐步完善PM2.5預警機制.

(3)開發新的源解析模型并加強二次源解析研究.當前源解析的主流方法有源清單法[35]、源模型法[36]和受體模型法[37].在此基礎上開發源解析新模型，繼續加強二次源解析研究，以便更加了解各污染源對PM2.5的貢獻率；同時完善突發性污染事件的源解析工作，增強應急機制.