基于Citespace的氣候變化對海洋生態影響研究狀況分析

吳爍佳 柯乃威 魏瑩瑩 李梁梅 龔浩

摘要：為探明氣候變化對海洋生態影響方面的研究，采用科學計量軟件Citespace從Web Of Science 核心數據庫中選取2018～2022年間發表的關于氣候變化對海洋生態影響的研究論文進行定量分析。從研究國家、機構、作者、期刊和關鍵詞等方面展開可視化定量分析并進行結果總結。結果表明：2018～2022年，發文量最大的國家為美國；以WANG C為核心的團隊發文量最多；從關鍵詞分析上看，研究者們主要從海洋酸化、珊瑚礁、海平面上升、物種分布模型和北極熊等方面研究氣候變化對海洋生態的影響；關鍵詞的突現檢測結果顯示，繼早年研究氣候變化對海洋生態造成的危害后，海洋生態系統的恢復成為近年來的新熱點和趨勢。隨著氣候變化和人類活動的加劇，海洋生態受到嚴重破壞。研究成果可為海洋生態方面的研究者提供參考。

關鍵詞：

氣候變化； 海洋生態； Citespace； 可視化分析

中圖法分類號：Q89

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.07.017

文章編號：1006-0081（2023）07-0100-06

0 引 言

在海洋生態系統中，物種的時空分布與環境特征休戚與共。突發性和非線性的氣候變化通常會引起海洋生態系統的改變，所導致的危害也不斷增加。工業的快速發展使大氣中碳含量水平逐年上升，全球平均海表溫度上升趨勢明顯。自1979年起，全球海水表層溫度以0.13 ℃/10 a的速率上升［1］。全球氣溫升高導致冰川融化，海平面上升［2］。同時，由于海水吸收了空氣中過量的二氧化碳，導致海洋酸化、溶解氧質量濃度減少，這些海洋生態變化給海洋生物帶來了嚴重影響［3］。韋興平等［4］指出氣候變化對浮游生物、海鳥、巖海岸生態系統、紅樹林生態系統、珊瑚礁生態系統均存在深遠影響。Hughes等［5］發現：氣候變化導致珊瑚礁大規模白化，生態環境受到嚴重破壞；澳大利亞大堡礁自1980年觀測記錄數據以來，經歷了3次超大規模白化事件。研究顯示，海洋溫度空間變化，使海洋生物的物種分布重組［6］。21世紀以來，沿海地區的海平面持續上升，這將導致低洼地區發生更頻繁和更嚴重的沿海洪水，并使海岸受到侵蝕。以往100 a一遇的極端海平面事件，到21世紀末可能每年都會發生［7］。本文通過Citespace來探究相關科研的動態變化過程和核心文獻，并將其科學知識的結構、規律和分布情況進行可視化，以此分析海洋生態和氣候變化相關研究的發展趨勢及不足，可為后續研究提供借鑒。

1 數據采集和分析方法

本文中用來分析的文獻數據均來自美國Thomson Reuters公司開發的Web Of Science（WOS）核心數據庫，檢索截至2022年6月24日。在WOS上以“marine ecology AND climate change”為關鍵詞進行搜索，語言為“English”，文獻類型選擇“Article”，時間分段為2018～2022年，最終共檢索出3 348篇文獻。剃除一些引用量較少的文獻后得到文獻3 000篇。

檢索到的外文文獻信息以WOS中“全記錄與引用的參考文獻”格式導出，導出的文件整合到“download_.txt” 格式的新建文件中。本文采用CiteSpace 6.R3軟件對所得的3 000條文獻數據的作者、機構、國家、關鍵詞、發表期刊進行可視化分析。軟件參數設置如下：時間分段為2018～2022年，時間切片為1 a，功能界面的節點類型根據分析目的選擇作者、機構、國家、關鍵詞、論文共被引、作者共被引和期刊共被引等，其余參數均保持系統默認值。

2 檢索結果

2.1 國家/地區和機構合作分布

在國家合作關系中，通過生成國家共現圖譜，可考察國家間的合作關系，如圖1所示。國家共現圖譜共生成155個節點，1 350條連線，密度為0.113 1。研究結果表明，2018年1月至2021 年6月，155個國家或地區對氣候變化與海洋生態進行研究。其中，發文量最大的國家是美國（1 250篇），其次是澳大利亞（545篇）、英國（431篇）、加拿大（392篇）、德國（330篇），中國的發文量排名第八。圖中節點連線越緊密，說明節點所代表的國家間合作較多。從圖1中可以看到，澳大利亞、加拿大都與美國存在合作關系，但是他們與其他國家還未形成合作關系；西班牙、法國、英國等歐洲國家則聯系緊密；中國的研究相對獨立。

分析氣候變化與海洋生態方面的研究發現，發文量最多的前9個機構如表1所示。NOAA發表的論文最多（124篇），其次是中國科學院（111篇）、塔斯馬尼亞大學（109篇）、華盛頓大學（97篇）、加州圣克魯大學（93篇）。在發文量排名前7的科研機構中，美國占4個，澳大利亞2個，中國1個。研究結果表明，美國對氣候變化與海洋生態方面的研究具有較大貢獻。中國科學院發文量排名第二，但與其他機構合作較少。

2.2 作者和共作者分析

核心作者評判標準是指在某領域展開持續研究且有一定影響的作者，可以用M來衡量，M的計算式為

M=0.749Nmax（1）

式中：N為發文最多作者的發文量。

根據上述計算式，M=3.09，向上取整，即認為發文量為4篇及以上的作者為海洋生態與氣候變化研究的核心作者［8］。334位作者中核心作者有113位，表2中列出了發文量不小于8的作者，其中Cheng Wang（17篇）是發文量最多的作者，Duarte C（15篇）、Yao Zhang（14篇）、Sisi Liu（14篇）緊隨其后。涉及海洋生態與氣候變化方面研究的共被引作者748位，被引次數比較高的前14個作者如表2所示。Hughes T和Hoegh-Guldber O論文被引次數最多，其次是Poloczanska E、Portner H和Bates D等，表明以上研究者在這個研究領域影響較大［9-10］。

2.3 期刊分析

由表3可知，在發文量前23的期刊中，PLOS ONE總被引頻次最高（1 351次），該期刊屬于生物學研究領域的權威期刊，在同類期刊中影響因子排12位；其次是SCI REP-UK（1 212次）；GLOBAL CHANGE BIOLOGY（1 154次）。

2.4 共被引文獻分析

對論文共被引進行聚類分析，以此了解海洋氣候變化的研究熱點。一般認為：聚類所得的聚類模塊值Q>0.3時聚類結構顯著，聚類平均模塊值S>0.5則聚類結果合理，S>0.7則聚類結果可信。圖2對2018年到2022年間的被引頻次較高的論文進行聚類分析，其中，Q值=0.64（大于0.5），S值=0.82（大于0.7），說明此聚類圖具有一定的合理性和可信性。

從圖2來看，形成了0號海洋熱浪、1號海洋酸化、2號珊瑚礁等共12個聚類群，海洋氣候變化的較高被引的研究論文主要圍繞這些聚類展開。通過整理聚類群信息和結合現有文獻的內容可以發現，海洋氣候變化研究熱點主要聚集于海洋熱浪、海洋酸化、珊瑚礁、共生等4個主題領域。

3 氣候變化下海洋生態研究新趨勢

3.1 關鍵詞時序圖分析

2018～2019年，海洋酸化、珊瑚礁、穩定性同位素和海平面上升等關鍵詞結點密集，表明在該時間段內研究結果多，研究學者的關注度高，是這段時間的主要研究趨勢。2019～2020年期間，物種分布模型和穩定性同位素的研究成果減少，而研究學者對氣候變化對北極熊的影響研究增多，珊瑚礁和海平面上升依然是研究熱點［6］，如多篇文獻指出氣候變化引發了珊瑚白化的泛熱帶事件；2020～2021年，海洋生態學節點數量最多，表明研究成果最多；2021～2022年，研究者對海洋生態和北極熊的關注度降低，而物種分布模型的結點密集，關注度升高，成為新興研究趨勢。研究氣候變化對物種分布的影響，對了解海洋生態物種的重組具有重要意義［11］。氣候變化下海洋生態研究趨勢關鍵詞時段分布見圖3。

3.2 關鍵詞突現分析

關鍵詞的突現可以反映其在短時間內研究頻次驟增情況，代表這段時間內備受關注的研究領域。在該突現詞圖譜中：Year表示關鍵詞首次出現的時間；Strength表示突現強度，數值越大則突變強度越大，說明該節點在這個時間段越受關注：Begin表示突現開始時間；End為突現結束時間，藍線表示節點出現時間段，紅線表示節點突現時間段。從圖4中可以看出近5 a內前20個關鍵詞出現最早的年份都是2018年，根據突現時間段可以把海洋生態和氣候變化的研究趨勢總體分為3個階段：2018～2019年和2019～2020年，相應突現強度最大的關鍵詞分別是carbon dioxide（二氧化碳）和rate（速率）；2020～2022年，相應突現強度最大的關鍵詞為river（河流），其次是eutrophication（富營養化）、risk（危害）和restoration（恢復）等。

大部分文獻指出：由于海洋氣候變暖，海洋中碳含量的增加使得海洋的空間結構溫度發生變化，由于海洋生物的溫度依賴性不同，生態群落正在重組。隨著相關理論和研究方法的成熟，研究者逐漸利用更前沿的技術，從微觀角度去分析氣候變化對海洋生態的影響，并將其發展成為新的研究方向［12］。這些研究說明人們對海洋生態有了更深層次的認識，且河流、富營養化、危害和恢復等關鍵詞的爆發表明：氣候變化對海洋生態造成的危害使得海洋生態系統的恢復成為近年來的新熱點和趨勢。

4 結論與討論

4.1 結 論

本文利用Citespace軟件對2018～2022年WOS核心數據庫中海洋生態與氣候變化相關的3 000篇論文進行計量統計和分析，得到了海洋生態與氣候變化相關文獻的發文地區、研究機構、作者、引用文獻、關鍵詞聚類和關鍵詞突現等發展趨勢以及突出的時間節點，結論如下。

（1） 海洋生態與氣候變化相關論文發文量最多的國家是美國，其次是澳大利亞和英國；中國的中國科學院在機構發文量中僅次于美國的NOAA（美國國家海洋和大氣管理局）。近5 a來，國內偏重于氣候變化下海洋生態的應對措施、海洋溫度變化探究、海洋污染和生物多樣化等研究方向，說明中國在海洋生態與氣候變化的研究領域中正穩步推進。但共被引的核心作者中，中國排名靠后，中國該方面的文章仍有較大的提升空間。

（2） 在對共被引文獻進行關鍵詞聚類后，發現在所有被引文獻中出現次數最多的關鍵詞有marine heatwave（海洋熱浪）、ocean acidification（海洋酸化）和coral reef（珊瑚礁）等。氣候變化對海洋生態問題不容忽視，其脆弱性和修復性成為國內外研究熱點。

（3） 從關鍵詞時區圖可以看出，關鍵詞排名前3的分別是海洋酸化、珊瑚礁、穩定性同位素；在關鍵詞突現圖的3個時間段中，突現強度最大的為carbon dioxide（二氧化碳）、rate（速率）和river（河流），這3個方向為2018～2022年的研究熱點。

4.2 討 論

國際在海洋生態與氣候變化的研究熱點是海洋熱浪、海洋酸化和珊瑚礁等方向［13］。近年來，海洋升溫、海洋熱浪和海洋酸化等海洋氣候變化致災因子對珊瑚的危害性明顯增加，對暖水珊瑚礁生態系統產生了嚴重影響，當全球升溫高于2 ℃時，90%～99%以上的暖水珊瑚將消失［14］。在IPCC AR6第二工作組報告［15］第三章明確指出，工業革命使得大氣中的碳含量水平逐年上升，二氧化碳溶解到海水中導致了海洋酸化，而酸化對珊瑚礁和其他生物的多樣性造成了巨大威脅，這一系列事實與共被引文獻分析得出的結果是貼合的。與其相關的物種空間分布、富營養化、河流污染與恢復等旁支領域成為國內外科學家的研究熱點。碳、氮穩定同位素技術作為一種穩定且準確的檢測手段，指示生物體的物質循環和能量流動信息，是水生生物生存現狀的理想示蹤物，這對科學家研究物種分布模型與生物多樣性具有重要意義。

上述關鍵詞得到較多關注，推測是與2021年10月在《生物多樣性公約》締約方大會上制定的《2020后全球生物多樣性框架》相關，該文件推動了各國氣候變化背景下海洋生物多樣性保護法治體系建設，而海洋氣候變化法律的規制使研究者在海洋和物種的保護修復方面的研究更加積極，如珊瑚礁和河流的恢復、分子水平上對物種空間或種類的研究、對海平面上升和海洋酸化的控制等［16］。根據氣候變化對海洋生態系統的影響近5 a的分析，以及諸多相關文件的頒布情況，推測未來人們對海洋生態與氣候變化的研究熱點趨勢是海洋酸化、珊瑚礁、物種分布模型、冰川融化與海平面上升，河流的富營養化與恢復。

人類活動所導致的氣候變化影響下，全球海洋生態系統的形勢不容樂觀。盡管中國積極采取應對措施，如加大分子水平研究與宏觀海洋生態問題的聯系程度，以及推進“互聯網+”和數據分析在海洋氣候變化和海洋生態保護中的作用等，但現下采取的措施越來越難以應對氣候變化帶來的風險。在人類高資源消耗的需求下，這些應對措施的有效性會隨著全球變暖的持續而不斷降低，各國在未來會持續跟進對海洋生態指標的檢測，以求更加了解海洋環境，防止海洋酸化的狀況進一步惡化。隨著勘測的進行，穩定性同位素在海洋生態研究中的應用也會變得更加廣泛。同時世界各國會采取進一步的措施以抑制氣候的劇烈變化，使海平面上升的進程減緩。

本文基于WOS核心合集數據庫并運用Citespace軟件進行可視化圖譜分析，整理了海洋生態與氣候變化這一課題的研究及發展趨勢，意在為研究相關海洋氣候變化的學者們提供研究新思路。本文數據以世界各國發表的相關文章數據出發，內容有待進一步與中國國內相關文獻的結果數據對比，取得更加全面而完整的分析結果，以供海洋生態與氣候變化相關領域的研究者參考。

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（編輯：唐湘茜，張 爽）