國(guó)際地震預(yù)警研究現(xiàn)狀與研究熱點(diǎn)的可視化分析

張晉輝 龍海云

中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京市西城區(qū)三里河南橫街5號(hào) 100045

0 引言

地震預(yù)警（Earthquake Early Warning，EEW）是近年發(fā)展起來的地震減災(zāi)技術(shù)。它是指地震發(fā)生后距震中最近的地震臺(tái)利用最先到達(dá)的持續(xù)數(shù)秒的地震首波，快速確定地震參數(shù)，發(fā)出發(fā)生地震的警報(bào)，利用電磁波與地震波間、地震縱波與橫波間的速度差，使遠(yuǎn)處可能受地震影響的地區(qū)，在破壞性地震波到達(dá)時(shí)能夠提前獲得幾秒至十幾秒的避險(xiǎn)、應(yīng)急處置時(shí)間，以減輕地震災(zāi)害和人員傷亡（趙紀(jì)東等，2009；袁志祥等，2007）。國(guó)外一些國(guó)家，如日本、墨西哥等已經(jīng)建立了地震預(yù)警系統(tǒng)（Allen et al，2009），并且取得了一定的成效。我國(guó)從20世紀(jì)末開始進(jìn)行地震預(yù)警技術(shù)的先期研究，近幾年也開展了一些地震預(yù)警實(shí)驗(yàn)研究，并在一些地區(qū)進(jìn)行了預(yù)警示范工程，均取得了一定的成效。2016年中國(guó)地震局啟動(dòng)了“國(guó)家地震烈度速報(bào)與預(yù)警工程項(xiàng)目”，因此，了解國(guó)際上關(guān)于地震預(yù)警的研究現(xiàn)狀和研究熱點(diǎn)，借鑒國(guó)外的建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，可為我國(guó)地震預(yù)警技術(shù)的研發(fā)和系統(tǒng)建設(shè)提供參考。

信息可視化技術(shù)首次由Robertson等（1989）于1989年提出，它是對(duì)非空間的非數(shù)值型的高維信息進(jìn)行交互式視覺表現(xiàn)的理論、技術(shù)與方法，其目的是發(fā)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)背后的相互關(guān)系以及發(fā)展趨勢(shì)，以使人們能夠更好地掌握和利用飛速增長(zhǎng)的“大數(shù)據(jù)”。信息可視化技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于各學(xué)科領(lǐng)域的情報(bào)研究工作中。信息可視化分析工具種類繁多，包括Cite Space、Hist Cite、Pajek、Ref Viz（田軍，2014）和 Sci2等等，目前使用較多的是 Cite Space。Cite Space由美國(guó)德雷克塞爾大學(xué)陳超美團(tuán)隊(duì)開發(fā)，是一款在科學(xué)文獻(xiàn)中識(shí)別與可視化新趨勢(shì)與新動(dòng)態(tài)的Java應(yīng)用程序，已成為信息分析領(lǐng)域中影響力較大的信息可視化軟件（Chen，2006）。因此，本文擬利用Web of Science自帶的數(shù)據(jù)分析功能和Cite SpaceⅢ軟件，從文獻(xiàn)的角度探究地震預(yù)警技術(shù)的研究現(xiàn)狀和技術(shù)熱點(diǎn)。

1 數(shù)據(jù)與方法

Web of Science是美國(guó)科學(xué)信息研究所（ISI）創(chuàng)立的國(guó)際權(quán)威引文索引數(shù)據(jù)庫(kù)，共包括8000多種世界范圍內(nèi)最有影響力的經(jīng)過同行專家評(píng)審的高質(zhì)量期刊。目前，Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)是評(píng)價(jià)科研水平和科研成果的重要指標(biāo)數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)的收錄和引用情況是論文質(zhì)量評(píng)價(jià)的一項(xiàng)量化標(biāo)準(zhǔn)和參數(shù)依據(jù)（馬費(fèi)成等，2008）。

本文選取Web of Science檢索平臺(tái)中與地震預(yù)警領(lǐng)域相關(guān)的文獻(xiàn)作為檢索對(duì)象，檢索式：TS＝（earthquak*or seismic*or seismologic*）NEAR（warn*or alert*or pre-alarm*）AND文獻(xiàn)類型：（Article OR Proceedings Paper OR Review），數(shù)據(jù)庫(kù)：Science Citation Index Expanded（SCI-EXPANDED）和 Conference Proceedings Citation Index-Science（CPCI-S），檢索時(shí)間跨度為1900～2015年，樣本采集時(shí)間為2015年10月15日。共檢出文獻(xiàn)記錄872條，然后選擇這些記錄的所有字段，將其下載并保存為純文本格式作為我們后續(xù)研究的數(shù)據(jù)樣本。

2 結(jié)果與分析

2.1 地震預(yù)警研究文獻(xiàn)的數(shù)量變化

文獻(xiàn)的數(shù)量隨時(shí)間的變化趨勢(shì)，可以直觀地反映某領(lǐng)域發(fā)展的概況。根據(jù)檢索結(jié)果，地震預(yù)警領(lǐng)域最早的文獻(xiàn)是1978年由Rikitake發(fā)表在Interdisciplinary Science Reviews上的文章“Earthquake prediction and warning”。利用Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)自帶的數(shù)據(jù)分析功能對(duì)872條數(shù)據(jù)記錄按年份進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到國(guó)際地震預(yù)警領(lǐng)域文獻(xiàn)量變化趨勢(shì)圖（圖1）。由圖1可見，國(guó)際地震預(yù)警領(lǐng)域的文獻(xiàn)量呈逐年上升趨勢(shì)，并在2013年達(dá)到峰值，共發(fā)文113篇，隨后開始進(jìn)入穩(wěn)定增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

圖1 1978～2015年國(guó)際地震預(yù)警領(lǐng)域文獻(xiàn)量變化趨勢(shì)

2.2 發(fā)表地震預(yù)警研究文獻(xiàn)的國(guó)家和地區(qū)

檢出文獻(xiàn)的作者共涉及64個(gè)國(guó)家和地區(qū)。在地震預(yù)警領(lǐng)域中，美國(guó)在發(fā)文量上優(yōu)勢(shì)明顯，居世界首位；其后是日本、意大利、中國(guó)、印度、德國(guó)等國(guó)家。我國(guó)大陸發(fā)文量為94篇，居世界第4位，中國(guó)臺(tái)灣是唯一一個(gè)在地震預(yù)警領(lǐng)域發(fā)文量名列世界前10的地區(qū)，其發(fā)文量為64篇（表1）。中國(guó)臺(tái)灣的早期警報(bào)系統(tǒng)（EWS）是因1986年花蓮地震而開始推動(dòng)建設(shè)的，經(jīng)過二十幾年的建設(shè)，至2009年底，據(jù)中國(guó)臺(tái)灣氣象部門稱，已完成“地震實(shí)時(shí)預(yù)警系統(tǒng)”，地震發(fā)生時(shí)，防災(zāi)單位、臺(tái)鐵、捷運(yùn)、醫(yī)院、高科技產(chǎn)業(yè)等將有“黃金20s”的應(yīng)變時(shí)間①鄭東陽，臺(tái)灣防震經(jīng)驗(yàn)：耐震建筑預(yù)警速報(bào)［EB／OL］，http：／／blog.ifeng.com／article／26054742.htm l.［2015-12-10］。。

表1 地震預(yù)警領(lǐng)域發(fā)文前10位的國(guó)家／地區(qū)分布

隨后，我們運(yùn)行Cite SpaceⅢ，時(shí)間跨度為 1978～2015年，時(shí)間切片（Time Slice）設(shè)置為每2年，得到地震預(yù)警研究文獻(xiàn)的國(guó)家合作網(wǎng)絡(luò)（圖2），圖2中節(jié)點(diǎn)（綠色）表示分析對(duì)象，被引頻次以年輪環(huán)的形式呈現(xiàn)，其顏色頻譜反映了被引用的時(shí)間范圍。節(jié)點(diǎn)越大，表示該對(duì)象在整個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)被引用次數(shù)越多，單圈年輪環(huán)直徑越大，表示該單位時(shí)間段內(nèi)被引用次數(shù)越多。2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的連線表示兩者存在共被引關(guān)系，連線的長(zhǎng)短和粗細(xì)表示2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間連結(jié)的強(qiáng)度。引用頻次及中心性反映了節(jié)點(diǎn)的重要程度，被引頻次越多，說明該對(duì)象對(duì)某領(lǐng)域越具有學(xué)術(shù)影響力，而中心性越高，說明該對(duì)象與其他對(duì)象形成的共被引關(guān)系越緊密。由圖2還可見，雖然我國(guó)的發(fā)文量位于世界前列，被引頻次也不少，但是中心度卻小于0.10（中心度數(shù)值可由Cite SpaceⅢ軟件計(jì)算結(jié)果中得出），表明我國(guó)地震預(yù)警研究文獻(xiàn)的國(guó)際合作程度還不夠，（表2）列出了中心度大于0.10的國(guó)家和地區(qū)。

2.3 地震預(yù)警研究文獻(xiàn)的來源期刊

圖2 地震預(yù)警研究文獻(xiàn)的國(guó)家合作網(wǎng)絡(luò)

利用Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)自帶的數(shù)據(jù)分析功能對(duì)872條文獻(xiàn)記錄按期刊進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，共涉及375種期刊，其中，刊載地震預(yù)警領(lǐng)域文獻(xiàn)10篇以上的期刊有15種，我們列出了前10種（表3），它們主要涉及地球物理、自然災(zāi)害、地震學(xué)和地震工程等學(xué)科，這些期刊有關(guān)地震預(yù)警研究的載文量占872條總文獻(xiàn)量的近50%（47.8%），是地震預(yù)警領(lǐng)域的核心期刊。這些期刊中以Geophysical Research Letters的載文量最多，達(dá)59篇，占總文獻(xiàn)量的6.766%。該刊2014年的影響因子為4.196，堪稱地震預(yù)警領(lǐng)域的權(quán)威期刊。

表2 地震預(yù)警領(lǐng)域研究文獻(xiàn)中心度大于0.10的國(guó)家／地區(qū)

表3 國(guó)際地震預(yù)警領(lǐng)域發(fā)文量前10位的期刊

運(yùn)行Cite SpaceⅢ，選擇Cited Journal，數(shù)據(jù)抽取對(duì)象選擇 Top 30，可得到地震預(yù)警研究文獻(xiàn)的期刊共被引網(wǎng)絡(luò)（圖3），中心度位于世界前10位的期刊如表4所示。

圖3 地震預(yù)警領(lǐng)域研究文獻(xiàn)的期刊共被引網(wǎng)絡(luò)

2.4 關(guān)鍵詞共現(xiàn)

關(guān)鍵詞是對(duì)文獻(xiàn)研究?jī)?nèi)容的高度濃縮和概括。高頻關(guān)鍵詞可在一定程度上反映某個(gè)時(shí)間段內(nèi)被研究人員普遍關(guān)注的學(xué)術(shù)話題或者迫切需要解決的熱點(diǎn)問題。通過對(duì)地震預(yù)警研究領(lǐng)域文獻(xiàn)中高頻關(guān)鍵詞的分析，可對(duì)該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)有一個(gè)總體的了解，運(yùn)行 Cite SpaceⅢ得到關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜（圖4），共有200個(gè)關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)和271條連線，網(wǎng)絡(luò)密度 0.0025。通過辨認(rèn)和清除少數(shù)沒有分析價(jià)值的關(guān)鍵詞，如表述地震（earthquake、earthquakes）和地震預(yù)警（earthquake warning、earthquake early warning、early warning）的關(guān)鍵詞，可迅速定位地震預(yù)警研究領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。表5為地震預(yù)警研究領(lǐng)域文獻(xiàn)中的10個(gè)高頻關(guān)鍵詞。在這些關(guān)鍵詞節(jié)點(diǎn)中，magnitude（震級(jí)）的節(jié)點(diǎn)最大，被引用頻次最多，而rupture（斷裂）的中心度最大，表明國(guó)際地震預(yù)警研究向準(zhǔn)確地獲取地震震級(jí)和烈度數(shù)據(jù)的方面發(fā)展，這也是地震預(yù)警研究的重點(diǎn)和核心內(nèi)容。這些關(guān)鍵詞中有一些地理位置關(guān)鍵詞，如 Japan、California、Taiwan等，揭示了地震預(yù)警研究的熱點(diǎn)地區(qū)；此外，我們還應(yīng)關(guān)注一些隱含了當(dāng)前研究熱點(diǎn)信息的關(guān)鍵詞，如 system（系統(tǒng)）、tsunam i（海嘯）、model（模型）、invertion（反演）等。重點(diǎn)研讀產(chǎn)生這些關(guān)鍵詞的文獻(xiàn)，可在一定程度上有助于把握地震預(yù)警領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

表4 國(guó)際地震預(yù)警領(lǐng)域中心度前10位的期刊

2.5 關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)分析

圖4 地震預(yù)警研究領(lǐng)域文獻(xiàn)的關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

將網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的類型（Node Types）設(shè)定為參考文獻(xiàn)（Cited Reference），再次運(yùn)行Cite SpaceⅢ，生成國(guó)際地震預(yù)警研究的文獻(xiàn)共引網(wǎng)絡(luò)（圖5），共有 548個(gè)文獻(xiàn)節(jié)點(diǎn)和642條連線。圖5中每個(gè)綠色節(jié)點(diǎn)表示1篇被引文獻(xiàn)，節(jié)點(diǎn)外側(cè)所環(huán)繞的圓圈表示該篇文獻(xiàn)在不同年份的被引數(shù)量，不同深度的顏色表示不同年份，選擇閾值為 70（被引頻次≥70的文獻(xiàn)），圖5中可見，有4篇被引頻次超過 70的文獻(xiàn)，我們稱之為關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)，即地震預(yù)警研究領(lǐng)域較有影響力的文獻(xiàn)：① 美國(guó)威斯康星大學(xué)A llen于2003年發(fā)表在Science第300卷上的文章“The potential for earthquake early warning in southern California”，該文討論了在美國(guó)南加州建立地震預(yù)警系統(tǒng)的可行性，并介紹了美國(guó)南加州地震預(yù)警系統(tǒng)的基本原理和效果；② 美國(guó)加州理工學(xué)院Kanamori于2005年發(fā)表在Annual Review of Earth and Planetary Sciences第33卷上的文章“Real-time seismology and earthquake damage mitigation”，該文基于地震斷裂理論討論了一種進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)預(yù)警的有效方法；③中國(guó)臺(tái)灣氣象局的Yih-Min Wu于2002、2005年在 Bulletin of the Seismological Society of America的第92、95卷上發(fā)表的2篇文獻(xiàn)，“A virtual sub network approach to earthquake early warning”和“Experiment on an onsite early warning method for the Taiwan early warning system”，討論了虛擬子網(wǎng)在中國(guó)臺(tái)灣地震預(yù)警系統(tǒng)中的成功應(yīng)用。如果將圖5按時(shí)間顯示，即可得到國(guó)際地震預(yù)警研究文獻(xiàn)共引網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間序列圖（圖6），由圖6可見，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)文獻(xiàn)主要發(fā)表于21世紀(jì)初，表明地震預(yù)警研究在這一階段取得了重要進(jìn)展，產(chǎn)生了很多有重大影響力的關(guān)鍵文獻(xiàn)，并以這些文獻(xiàn)為中心掀起了對(duì)地震預(yù)警的研究熱潮。

表5 國(guó)際地震預(yù)警領(lǐng)域排名前10位的關(guān)鍵詞

圖5 國(guó)際地震預(yù)警研究的文獻(xiàn)共引網(wǎng)絡(luò)

圖6 國(guó)際地震預(yù)警研究的文獻(xiàn)共引網(wǎng)絡(luò)（時(shí)間序列圖）

3 結(jié)語

本文使用Web of Science的數(shù)據(jù)分析功能和Cite Space可視化分析工具，對(duì)來自Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)中有關(guān)地震預(yù)警研究的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，在一定程度上顯示了地震預(yù)警技術(shù)在世界上研究和發(fā)展的現(xiàn)狀和熱點(diǎn)。但是由于地震預(yù)警（Earthquake Early Warning）在英文、日文、中文和其他語種中的稱呼不一致，造成檢索式無法足夠準(zhǔn)確，從而無法得到全量數(shù)據(jù)，這使得本文的分析難免存在一定誤差。盡管如此，本研究還是盡可能地將數(shù)據(jù)檢全、檢準(zhǔn)，以期為研究人員和管理人員提供一些有價(jià)值的信息。

地震預(yù)警研究文獻(xiàn)量自1978年以來一直呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，地震預(yù)警研究文獻(xiàn)的產(chǎn)出國(guó)家和來源期刊呈現(xiàn)高度集中態(tài)勢(shì)，這正是情報(bào)學(xué)布拉德福經(jīng)典定律在地震學(xué)領(lǐng)域中的高度體現(xiàn)。通過以上對(duì)國(guó)際地震預(yù)警研究文獻(xiàn)的計(jì)量分析和可視化分析，我們發(fā)現(xiàn)21世紀(jì)初是地震預(yù)警研究領(lǐng)域取得重大進(jìn)展的關(guān)鍵時(shí)期。該階段產(chǎn)出了具有重大影響的經(jīng)典文獻(xiàn)和代表作者，地震預(yù)警研究的熱點(diǎn)問題不斷涌現(xiàn)，地震預(yù)警系統(tǒng)、地震震級(jí)的計(jì)算、預(yù)警模型的構(gòu)建和海嘯地震預(yù)警等是國(guó)際地震預(yù)警的熱點(diǎn)研究方向，代表了國(guó)際地震預(yù)警研究界的關(guān)注重點(diǎn)和研究熱點(diǎn)。