ESI高影響論文揭示的北極自然科學(xué)研究特點(diǎn)

寧寶英

（中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院文獻(xiàn)情報(bào)中心，甘肅蘭州730000）

0 引言

2019年3月13日，聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署發(fā)布《全球紐帶——圖說(shuō)變化的北極》報(bào)告［1］，該文件指出，即使實(shí)現(xiàn)《巴黎協(xié)定》制訂的減排目標(biāo)，到2050年北極冬季氣溫將在1986—2005年的水平上升高3～5℃，到2080年升高5～9℃，這將進(jìn)一步強(qiáng)化北極地區(qū)凍土退化、冰川退縮、海冰減少和溫室氣體排放的正反饋，且導(dǎo)致全球海平面上升。這些變化將導(dǎo)致北極地區(qū)出現(xiàn)一系列的環(huán)境問(wèn)題，與此同時(shí)，也使得該地區(qū)資源勘探開(kāi)發(fā)與國(guó)際新航道開(kāi)通成為可能。巨大的經(jīng)濟(jì)利益、重要的軍事價(jià)值和科研價(jià)值、不可替代的國(guó)際戰(zhàn)略與航道地位、對(duì)全球氣候變暖的獨(dú)特影響，諸多因素推動(dòng)北極地區(qū)日益成為各國(guó)政府和學(xué)術(shù)界關(guān)注焦點(diǎn)［2-5］、國(guó)際戰(zhàn)略地位愈加彰顯，各國(guó)圍繞北極地區(qū)的權(quán)益博弈也日趨激烈。

2006—2014年期間，北極理事會(huì)的8個(gè)成員國(guó)先后出臺(tái)了北極政策或戰(zhàn)略。中國(guó)于2018年發(fā)布《中國(guó)的北極政策》白皮書(shū)，明確了中國(guó)是北極事務(wù)的利益攸關(guān)方［6］。北極自然科學(xué)信息獲取及創(chuàng)新性研究，是認(rèn)識(shí)北極、保護(hù)北極和利用北極的基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)學(xué)者從北極的環(huán)境［7］、能源［8］、航線［9-11］、環(huán)北極重要國(guó)家的北極政策等［12-15］方面綜述了北極研究進(jìn)展。除領(lǐng)域研究外，文獻(xiàn)計(jì)量分析因可提供整體視角、揭示隱含信息、發(fā)現(xiàn)知識(shí)關(guān)聯(lián)也被運(yùn)用到北極研究中：牛藝博等［16］基于2010—2016年源自SCIE和SSCIE的46 000多條數(shù)據(jù)，分析了全球極地研究的發(fā)展格局和變化趨勢(shì)；於維櫻［17］等單獨(dú)以北極地區(qū)海洋為對(duì)象，通過(guò)計(jì)量分析研究其發(fā)展態(tài)勢(shì)。目前研究論文眾多，各方面都顯得很重要。但是總體上，哪些研究是最熱的、最重要的，最核心的研究力量如何分布，重要進(jìn)展及其相互間的聯(lián)系等，尚不明確。

ESI高影響論文（ESI top paper，包括ESI熱點(diǎn)論文hot paper和ESI高被引論文highly cited paper）作為ESI評(píng)價(jià)體系中的基本指標(biāo)，是當(dāng)今世界范圍內(nèi)評(píng)價(jià)國(guó)家或地區(qū)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、個(gè)人學(xué)術(shù)水平及影響力的重要評(píng)價(jià)依據(jù)。北極研究的SCIE論文數(shù)量龐大，相較于使用全部SCIE文獻(xiàn)所做的大量分析，基于高影響論文的分析可宏觀而概要地揭示北極研究中最具影響力的研究力量、最核心的研究領(lǐng)域和最新的重要進(jìn)展，從而為了解中國(guó)目前在北極自然科學(xué)研究中的地位、明確今后重點(diǎn)發(fā)展方向、開(kāi)拓極地國(guó)際合作新疆域、提升極地快速變化應(yīng)對(duì)能力、打造極地全球共治的中國(guó)范式提供最精要的信息。

1 檢索策略與數(shù)據(jù)分析方法

北極地區(qū)有多種定義：地理學(xué)的定義是指北極圈（66°34′N）以北地區(qū)，以極晝和極夜為主要特點(diǎn)；此外還有基于氣候?qū)W、生態(tài)學(xué)、物候?qū)W、文化歷史學(xué)、社會(huì)學(xué)和政治學(xué)等的定義。本文采用地理學(xué)定義，北極地區(qū)包括北冰洋、邊緣陸地海岸帶及島嶼、北美大陸和歐亞大陸的北極苔原和最外側(cè)的泰加林帶，環(huán)北極國(guó)家指加拿大、美國(guó)、俄羅斯、挪威、瑞典、芬蘭、冰島和丹麥8國(guó)［18］。

檢索策略為主題檢索。在SCIE數(shù)據(jù)庫(kù)中，以與北極有關(guān)的地理學(xué)名詞作為關(guān)鍵詞，檢索相關(guān)SCIE文獻(xiàn)，并在檢索結(jié)果中遴選ESI高影響論文為分析對(duì)象。主題詞包括3部分：（1）北極與北極地區(qū)；（2）北冰洋及相關(guān)島嶼和群島；（3）北極苔原和北極泰加林（又名：北方針葉林），文獻(xiàn)類型限定為Article、Letter和Review①檢索式：ts=(((Arctic NOT"sub Arctic")OR"North Pol*")or((“Arctic Ocean”)or(“Beaufort Sea”)or(“Greenland Sea”)or(“Barents Sea”)or(“No?vaya Zemlya”)or(“kara strait”)or(“Franz Josef Land”)or(“Kara sea”)or(“Karskoje More”)or(“Severnaya Zemlya”)or(“bolshevik island”)or(“octo?ber revolution island”)or(“komsomolets island”)or(“pioneer island”)or(“maly taymyr island”)or(“starokadomskogo island”)or(“schmidt island”)or(“Laptev Sea”)or(“Greenland”)or(“Spitz Bergen island”)or(“The Svalbard archipelago”)or(“West Spitsbergen”)or(“Nordaustlandet”)or(“North East Land”)or(“Barents Island”)or(“Baffin Island”)or(“taymyr peninsula”)or(“Vilkitskogo Strait”)or(“Vilkitsky”)or(“Chelyuskin”)or(“The East Siberian sea”)or(“Chukchee Sea”)or(“Lomonosov Ridge”)or(“Mendeleyev ridge”)or(“Alpha Ridge”)or(“Norskehavet“)or(“White Sea“)or(“The Canadian Basin”)or(“the marble ocean basin”)or(“the South Sen basin“)or(“new siberian island”)or(“Novosibirskiye Island”)or(“Lyakhovskye Is?land“)or(“De Long Island”)or(“Belkovsky Island”)or(“Kotelny Island”)or(“Bunge Island”)or(“Faddeyevsky Island”)or(“Dmitry Laptev Strait”)or(“Arctic Archipelago”)or(“Wrangel Island”)or(“Chukchi Peninsula”)or(“Lofoten basin”)or(“Kola Peninsula”)or(“Kolguyev island”)or(“Scan?dinavian Peninsula”)or(“Pechora Sea”)or(“White Sea”)or(“Gustaf Adolf”)or(“Lincoln Sea”)or(“Proliv Karskiye Vorota”)or(“Boothia Gulf”)or(“Fram Strait”)or(“Amundsen Gulf”)or(“Vaygach island”))or(“Arctic tundra”or“Tundra zone”or“Arctic Taigan”or“boreal forest”or“Siberia*taiga forest”)))。截止2019年6月1日，SCIE文獻(xiàn)82 000多篇，其中ESI高影響論文598篇，經(jīng)過(guò)文獻(xiàn)題錄信息閱讀，剔除不相關(guān)文獻(xiàn)后，確定進(jìn)入分析范圍的文獻(xiàn)為408篇。

數(shù)據(jù)分析采用EXCEL和VOSViewer，其中VOSViewer軟件可通過(guò)共現(xiàn)分析呈現(xiàn)字段的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)關(guān)系，在進(jìn)行作者、機(jī)構(gòu)和國(guó)家分析時(shí)，編寫了字段敘詞表以合并同義詞。此外，分析中還結(jié)合文獻(xiàn)閱讀和內(nèi)容分析。

2 分析結(jié)果

2.1 文獻(xiàn)數(shù)量年際分布

ESI統(tǒng)計(jì)時(shí)間段為近10年，每?jī)蓚€(gè)月更新一次數(shù)據(jù)。2019年目前有3篇為高影響論文（因2019年數(shù)據(jù)為截止檢索日的部分?jǐn)?shù)據(jù)，故未在圖1中顯示）。2009—2018年高影響論文數(shù)量較為穩(wěn)定，每年在40篇左右，以2014年分界，前6年波動(dòng)上升，從37篇增加到52篇，自2014年后逐漸下降，2018年為31篇，近5年數(shù)量下降的部分原因?yàn)槲墨I(xiàn)存在引用周期。結(jié)合全部SCIE發(fā)文數(shù)量，整體發(fā)文呈平穩(wěn)較快上升趨勢(shì)，說(shuō)明對(duì)該領(lǐng)域的關(guān)注在持續(xù)增強(qiáng)。

2.2 主要研究力量

2.2.1 作者

高影響論文作者之間幾人成群、不同作者群之間相互獨(dú)立、作者合作關(guān)系松散。較大的作者群有：以美國(guó)Colorado大學(xué)的Stroeve，Julienne C.（研究重點(diǎn)為北極海冰分布與模擬）、荷蘭Utrecht大學(xué)的Van Den Broeke，Michiel R.（研究重點(diǎn)為格陵蘭冰蓋對(duì)海平面變化的貢獻(xiàn)）為核心的作者群。發(fā)文最多的通訊作者是英國(guó)Exeter大學(xué)的Screen，James A.（7篇），研究重點(diǎn)為北極海冰與北極放大效應(yīng)。

2.2.2 機(jī)構(gòu)

408篇論文涉及了884個(gè)機(jī)構(gòu)，共出現(xiàn)2962次，篇均7.26個(gè)機(jī)構(gòu)。高影響論文的多機(jī)構(gòu)合作創(chuàng)新特點(diǎn)明顯。

發(fā)文量超過(guò)總量5%的機(jī)構(gòu)有16個(gè)（表1），10個(gè)為美國(guó)機(jī)構(gòu)，且排名前8位的均為美國(guó)機(jī)構(gòu)：阿拉斯加大學(xué)排名第一，發(fā)文90篇，其次是科羅拉多大學(xué)（80篇），第三名是美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（62篇）；加利福尼亞大學(xué)、華盛頓大學(xué)、美國(guó)國(guó)家航空航天局、美國(guó)國(guó)家大氣研究中心、加州理工學(xué)院依次排第4～8位。中國(guó)科學(xué)院排名第9。其次是歐洲瑞典、俄羅斯、德國(guó)、荷蘭的機(jī)構(gòu)和加拿大阿爾伯塔大學(xué)。

在所有機(jī)構(gòu)間，相互關(guān)聯(lián)強(qiáng)度處于前30位的機(jī)構(gòu)，形成了密切的互聯(lián)合作網(wǎng)絡(luò)（圖2），并形成較明顯的合作聚類：（1）核心——美國(guó)：以多個(gè)美國(guó)機(jī)構(gòu)（華盛頓大學(xué)、科羅拉多大學(xué)、美國(guó)國(guó)家航空航天局、美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局、加州理工學(xué)院、美國(guó)國(guó)家大氣研究中心）形成的合作聚類；（2）中間——環(huán)北極：美國(guó)阿拉斯加大學(xué)、荷蘭烏得勒支大學(xué)、瑞典斯德哥爾摩大學(xué)、芬蘭赫爾辛基大學(xué)、挪威奧斯陸大學(xué)、加拿大阿爾伯塔大學(xué)、丹麥奧胡斯大學(xué)基本為環(huán)北極國(guó)家頂尖大學(xué)合作聚類；（3）外圍——跨地域：以美國(guó)哥倫比亞大學(xué)和伍茲霍爾海洋研究所、法國(guó)巴黎大學(xué)、德國(guó)赫姆霍茲海洋研究中心和馬克斯普朗克化學(xué)研究所、英國(guó)愛(ài)丁堡大學(xué)、中國(guó)科學(xué)院構(gòu)成的最大地域跨度合作聚類。

2.2.3 主要國(guó)家

因1篇文章中，可出現(xiàn)多個(gè)國(guó)別信息，因此，單純統(tǒng)計(jì)國(guó)家的頻次不足以說(shuō)明問(wèn)題，此處采用百分比來(lái)顯示。

以全部作者計(jì)，408篇文獻(xiàn)涉及60個(gè)國(guó)家，文獻(xiàn)量的國(guó)家占比（表2）中，美國(guó)以絕對(duì)優(yōu)勢(shì)領(lǐng)先，占總量的4成，其次是英國(guó)、加拿大、德國(guó)，占比在6%～9%之間；挪威和法國(guó)占比接近5%，其余的（澳大利亞、荷蘭、瑞典、丹麥、俄羅斯、中國(guó)、瑞士）在2%～3%之間，中國(guó)占比2.19%。這些國(guó)家中，除環(huán)北極國(guó)家外，就是積極參與北極事務(wù)的國(guó)家。

以通訊作者計(jì)和以第一作者計(jì)的國(guó)別分布略有差別，前5位順序不變，前4位第一作者占比略高于通訊作者，美國(guó)占比增加至45%。澳大利亞、新西蘭和瑞典三類占比基本相同。變動(dòng)較為明顯的國(guó)家包括：全部作者法國(guó)占比4.46%，而在通訊作者和第一作者國(guó)家占比均降至2%以下；中國(guó)第一作者占比不到2%，而通訊作者占比為2.45%；俄羅斯、瑞士?jī)H在全部作者中占比超過(guò)2%，而在通訊作者和第一作者占比中降至2%以下。通常認(rèn)為，第一作者、通訊作者、參與作者在一篇文章中的角色定位依次為執(zhí)行者、領(lǐng)導(dǎo)者、參與者，而中國(guó)是唯一通訊作者、參與作者、第一作者占比依次降低的發(fā)文國(guó)家，但占比差別很小。

發(fā)文超過(guò)4篇的31個(gè)國(guó)家間形成了密切的合作關(guān)系（圖3），美國(guó)處于絕對(duì)領(lǐng)先的核心地位，合作關(guān)系中明顯地形成3個(gè)合作聚類：美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、澳大利亞、日本、中國(guó)、韓國(guó)、冰島和比利時(shí)合作緊密；環(huán)北極國(guó)家（挪威、加拿大、丹麥、瑞典、芬蘭）形成密切合作關(guān)系；歐洲國(guó)家（德國(guó)、荷蘭、俄羅斯、波蘭、西班牙、意大利、瑞士、葡萄牙、奧地利、冰島、捷克、愛(ài)沙尼亞）與新西蘭交錯(cuò)合作網(wǎng)。

2.3 主要基金資助機(jī)構(gòu)

366篇標(biāo)注了基金資助機(jī)構(gòu)信息，共1 676個(gè)，篇均4.11個(gè)（表3）。數(shù)量最大的基金資助機(jī)構(gòu)是美國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金，有211項(xiàng)，其次是英國(guó)自然環(huán)境研究委員會(huì)（104項(xiàng)）、美國(guó)國(guó)家航空航天局（100項(xiàng)）。在基金數(shù)量不低于10項(xiàng)的資助基金機(jī)構(gòu)中，美國(guó)的還有美國(guó)能源部（69項(xiàng)）、美國(guó)國(guó)家海洋和大氣管理局（55項(xiàng)）、美國(guó)地質(zhì)調(diào)查局（13項(xiàng)），總計(jì)448項(xiàng)，占總量的26.73%，數(shù)量占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。另外4個(gè)環(huán)北極國(guó)家（加拿大、挪威、瑞典和芬蘭）的資助基金在11～31項(xiàng)之間。澳大利亞研究委員會(huì)、德國(guó)聯(lián)邦教育和研究部、中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金在10～13項(xiàng)之間。

表3 主要基金資助機(jī)構(gòu)Table 3 The major Funding Agencies

中國(guó)資助基金數(shù)量共有26項(xiàng)，占全部基金數(shù)量的1.55%，若以第一資助基金統(tǒng)計(jì)，僅有7項(xiàng)，占第一基金總量（366項(xiàng)）的1.91%，基金占比與人員參與合作占比、發(fā)文量占比相較，基金占比更低。

高影響論文字段分析結(jié)果揭示美國(guó)在北極研究中的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)地位，幾近占據(jù)半壁江山。相比之下，作為非環(huán)北極國(guó)家的中國(guó)各項(xiàng)指標(biāo)（論文數(shù)量、作者、機(jī)構(gòu)、資助）僅在2%左右，在北極研究影響力方面相當(dāng)弱，反映出中國(guó)北極研究的合作參與、外圍相關(guān)（以與北極相關(guān)的青藏高原、北大西洋為主、未真正深入北極核心區(qū)；數(shù)據(jù)獲取多為間接式、分析方法以模擬為主；國(guó)家間合作關(guān)系網(wǎng)絡(luò)中處于邊緣位置）、微量切入（中國(guó)作者量少、第一作者論文僅有8篇）的特點(diǎn)。這一方面與不占地利有關(guān)，一方面可能與平臺(tái)有關(guān)，例如高影響論文主要發(fā)表期刊為美英期刊（美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)、荷蘭依次有11、4、2、1個(gè)，美國(guó)期刊數(shù)量絕對(duì)領(lǐng)先）。

3 主要研究領(lǐng)域

3.1 研究類別與研究方向

在254個(gè)WOS類別和153個(gè)研究方向中，403篇高影響論文涉及的WOS類別和研究方向主要分布在地學(xué)和地質(zhì)學(xué)（20%）、氣象學(xué)和大氣科學(xué)（16%）、環(huán)境科學(xué)（11.63%、16.11%）、海洋學(xué)（5%）、自然地理學(xué)（5%）（表4），總體上高影響論文形成以地學(xué)為主，環(huán)境科學(xué)其次的以地、人地關(guān)系為兩大核心的研究格局。

表4 主要WOS類別和研究方向Table 4 The major WOS categories and research areas

3.2 研究?jī)?nèi)容

依據(jù)論文中的作者關(guān)鍵詞（僅40%文獻(xiàn)含作者關(guān)鍵詞信息，表5），利用關(guān)鍵詞之間的共現(xiàn)關(guān)系，形成基于作者關(guān)鍵詞的研究?jī)?nèi)容網(wǎng)絡(luò)（圖4），為更清晰展現(xiàn)關(guān)鍵詞之間的關(guān)系，圖中未含檢索詞Arctic。可以看出，北極地區(qū)研究，高影響論文揭示出以氣候變暖為核心和背景，輻射相關(guān)海冰和海洋、生物與典型生態(tài)系統(tǒng)（生物多樣性適應(yīng)與保護(hù)、北方針葉林、苔原、微生物）、冰川退縮與凍土退化、溫室氣體和氣溶膠、氣候影響等領(lǐng)域的整體研究格局。為補(bǔ)充因數(shù)據(jù)庫(kù)作者關(guān)鍵詞字段缺失造成的信息展示不充分，對(duì)全部文獻(xiàn)的摘要和部分全文進(jìn)行了閱讀，并據(jù)此對(duì)主要研究?jī)?nèi)容的闡述進(jìn)行細(xì)節(jié)補(bǔ)充。

表5 高頻作者關(guān)鍵詞Table 5 High frequency author keywords

圖4 作者關(guān)鍵詞網(wǎng)絡(luò)Fig.4 Author keywords network

3.2.1 海冰與海洋研究

氣候變暖引起的海冰減少（sea ice loss），是海冰研究中的重點(diǎn)和基調(diào)，對(duì)其減少機(jī)制的探究（如atmosphere-ocean interaction，注：3.2.1～3.2.4節(jié)中每部分第一段中括號(hào)內(nèi)的英文單詞為該關(guān)鍵詞相關(guān)領(lǐng)域的詞匯，并非一一嚴(yán)格對(duì)應(yīng)的翻譯）和模擬（model intercomparison）是重要內(nèi)容，由于海冰減少而正向反饋的北極放大效應(yīng)（arctic amplification）、海冰融化后的冷淡水外流，對(duì)北半球洋流（circulation）及氣候變率（climate variability、mid-latitude weather、atmosphere circulation）的影響也是重要方面，海洋酸化（acidification）和微塑料污染（marine microplastics pollution）也是北極面臨的兩大環(huán)境壓力。

15.2%的（62篇）文獻(xiàn)討論海冰，主要內(nèi)容包括海冰總量減少、一年冰增多、結(jié)冰期延遲。海冰呈減少趨勢(shì)是共識(shí)，分異點(diǎn)在于減少的時(shí)空異質(zhì)性、原因和影響、夏季無(wú)冰期的出現(xiàn)時(shí)間和持續(xù)時(shí)間。（1）海冰減少。Cavalieri和Parkinson［19］基于北極地區(qū)32年（1979—2010年）衛(wèi)星被動(dòng)微波輻射計(jì)數(shù)據(jù)，分析北極海冰趨勢(shì)，認(rèn)為除白令海外，海冰范圍和面積的年際趨勢(shì)均為負(fù)值，在海冰范圍和面積的季節(jié)性基礎(chǔ)上，夏季的負(fù)向趨勢(shì)最大，秋季的負(fù)向趨勢(shì)次之。2012年9月13日，北極海冰范圍達(dá)到有衛(wèi)星記錄以來(lái)的最低點(diǎn)，為3.4×106km2，海冰面積3.0×106km2［20］。（2）海冰減少的原因。原因多樣，包括：每年增加的1 000～500 hPa厚度場(chǎng)［21］、夏季大氣環(huán)流的趨勢(shì)［22-23］（被認(rèn)為可能對(duì)1979年以來(lái)9月海冰范圍下降貢獻(xiàn)率高達(dá)60%）、秋冬季潮濕空氣［24］、表面混合層的出現(xiàn)（斯瓦爾巴北部）［25］、大量淡水的注入［26-29］、尤其是大西洋暖水的注入［30-32］，加劇海冰減少。在波弗特海的研究認(rèn)為，海冰減少與海洋熱釋放引起的周期性逆轉(zhuǎn)有關(guān)，海洋熱釋放引起的秋季冰前進(jìn)的周期性逆轉(zhuǎn)，秋季風(fēng)浪使上層海洋的熱量混合到表面，然后使剛形成的薄、新冰層融化［33］。（3）一年冰增多。北極海冰覆蓋正在從多年冰向季節(jié)性冰轉(zhuǎn)變，季節(jié)性冰更低的反照率加速海冰減少的正向反饋，并使夏季無(wú)冰期延長(zhǎng)［34-36］。（4）結(jié)冰期延遲。在過(guò)去的十年中，北冰洋表面溫度增加了0.5～1.5℃，這在很大程度上解釋了北冰洋附近海域秋季結(jié)冰的延遲現(xiàn)象［37］。

海冰減少造成影響是多方面的、綜合性的、全球性的［38］，包括大氣系統(tǒng)、生態(tài)環(huán)境、人類生產(chǎn)生活等多個(gè)領(lǐng)域：（1）對(duì)北半球中緯度氣候的影響：秋季北極海冰面積的減少，一是導(dǎo)致大氣水汽含量增加，冬季多雪；二是使阻塞模式出現(xiàn)得更加頻繁，寒潮加?。?8-39］。北極海冰減少促使北半球冬季出現(xiàn)極寒天氣的可能性增加［40-45］，并被認(rèn)為是中國(guó)華北平原冬季霧霾的成因之一［46-47］。（2）對(duì)生態(tài)的影響：生產(chǎn)力、物種相互作用、種群混合、基因流動(dòng)、病原體和疾病傳播［48］。（3）對(duì)人類生產(chǎn)生活的影響：北極海冰減少削弱了大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流［49］、若海冰持續(xù)減少到21世紀(jì)中葉可通航新的跨北極航線［50］。

海洋酸化是北極海洋研究重點(diǎn)之一，其整體趨勢(shì)模型表明［37］，到本世紀(jì)末，在IPCC A2方案中，地表水的pH值將從工業(yè)前的8.2下降到大約7.8，相對(duì)于工業(yè)時(shí)代的開(kāi)始，海水酸度明顯增加。海洋酸化對(duì)海洋生物從個(gè)體生理到種群結(jié)構(gòu)均產(chǎn)生負(fù)面影響：海洋酸化可能改變幼蟲(chóng)行為和損害其感官能力，從而對(duì)魚(yú)類繁殖造成重大威脅［51］。

3.2.2 生物與生態(tài)系統(tǒng)

苔原帶（tundra、shrub tundra）、高山帶（alpine）和北方針葉林（boreal forest）等陸地生態(tài)系統(tǒng)（terrestrial ecosystem）、北冰洋生態(tài)系統(tǒng)（marine ecosystem）及多種生物（vegetation、plant functional type、fish）在面對(duì)環(huán)境變 化（warming、wildfire、disturbance、sea level rise）時(shí)，生物從個(gè)體生理表征（photosynthesis、respiration）、生態(tài)系統(tǒng)從整體響應(yīng)（dynamic vegetation model、feedback、ecosystem function、population dynamics）兩個(gè)層面適應(yīng)（adaptation）氣候變暖的影響。人類也開(kāi)始注意并保護(hù)（conservation）北極生物多樣性（diversity、species richness）。生物地理學(xué)（biogeography）中，細(xì)菌（bacterial diversity、bacteria）和古生菌（archaea）被重點(diǎn)關(guān)注。

變暖背景下，北極生態(tài)系統(tǒng)出現(xiàn)一系列變化：（1）北冰洋初級(jí)生產(chǎn)繼續(xù)增加［52］，藻類［53-54］和浮游植物［55］大量繁殖，北冰洋大陸架生物生產(chǎn)力增加［56］；（2）生物群落向北擴(kuò)展，大型洄游魚(yú)類捕食者的豐度和分布區(qū)域的增加；北極大陸架魚(yú)類群落向北到達(dá)與深極地盆地接壤的較深區(qū)域［57］；灌木擴(kuò)張［58-59］；植被區(qū)轉(zhuǎn)移，木本覆蓋增加52%［3］；北極苔原被重塑［60］；苔原和北方森林中植被分布出現(xiàn)新模式［57，61］；（3）北極苔原對(duì)氣候變暖的反映增強(qiáng)［62］；（4）火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)增加，北方森林在溫暖和干燥條件下可以維持幾個(gè)世紀(jì)的高強(qiáng)度火災(zāi)狀態(tài)［63］，閃電是近幾年北美北部森林大火的主要驅(qū)動(dòng)力［64］；（5）生物種群面對(duì)壓力的適應(yīng)。北冰洋似乎正經(jīng)歷著從極地向溫帶模式的根本轉(zhuǎn)變，這可能會(huì)改變海洋生態(tài)系統(tǒng)，如海洋哺乳動(dòng)物的亞區(qū)系和棲息地變化［65］；不同魚(yú)類的溫度容忍度不同，受到的影響不同：巴倫支海鱈最近顯著增加［66］，鮭魚(yú)則通過(guò)每次產(chǎn)更高數(shù)量的卵維持遺傳多樣性［67］；氣候變暖可能導(dǎo)致全球漁獲潛力的大規(guī)模再分配，高緯度地區(qū)的平均增長(zhǎng)率為30～70%［68］；51份北極海洋生物群對(duì)氣候變暖反映的報(bào)告可基本代表當(dāng)前概況［69］，內(nèi)容包括：豐度、生長(zhǎng)/條件、行為/物候和群落/領(lǐng)地變化，其中大多是關(guān)于海洋哺乳動(dòng)物（特別是北極熊）和魚(yú)類的，充分記錄浮游生物和底棲生物的文獻(xiàn)驚人的少，且明顯缺乏北冰洋特有物種、冰藻產(chǎn)量及相關(guān)群落的物種豐度和分布的定量報(bào)告，廣大的西伯利亞大陸架和北冰洋中部等地區(qū)的文獻(xiàn)中幾乎沒(méi)有關(guān)于氣候變暖對(duì)海洋生態(tài)影響的文獻(xiàn)，盡管氣候變暖的性質(zhì)讓人擔(dān)憂，且其對(duì)北冰洋有強(qiáng)大的潛在影響，但評(píng)估氣候變暖對(duì)該區(qū)影響的研究工作卻相當(dāng)有限。（6）細(xì)菌的生物多樣性改變，分為物種和群落兩個(gè)層面，如甲烷營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌［70］和土壤細(xì)菌群落［71］的生物多樣性，Chu［71］認(rèn)為細(xì)菌群落分布的控制因素與宏觀生物群落存在根本的不同，生物群落定義對(duì)預(yù)測(cè)全球土壤微生物多樣性沒(méi)有幫助。（7）污染物濃度增加。主要涉及微塑料、汞、溴化阻燃劑、有機(jī)氯農(nóng)藥、聚氟和全氟有機(jī)化合物、石油、過(guò)氧乙酰硝酸鹽、有機(jī)鹵素、有機(jī)磷酸酯、多溴二苯醚等污染物的分布、輸送、生物富集及對(duì)生物體的影響。北冰洋成為微塑料的沉淀池［72-73］，但微塑料和生物間的相互作用仍需進(jìn)一步研究［74］。污染物還產(chǎn)生連帶影響，如過(guò)氧乙酰硝酸鹽分解釋放的氮氧化物分別占北極表面臭氧生成量的93%和55%［75］。

3.2.3 冰川退縮與凍土退化

北極地區(qū)氣候變暖，導(dǎo)致陸上冰川尤其是格陵蘭冰蓋和沿海冰架崩解（ice sheet dynamics、deglaciation），北極苔原多年凍土（permafrost）退化致溶解有機(jī)碳（dissolved organic carbon）和重金屬（heavy metal）成分釋放，改變了整體水環(huán)境（aquatic environment）的生物地球化學(xué)組分。

38篇文獻(xiàn)研究格陵蘭冰蓋、冰川物質(zhì)平衡虧損成因、程度與時(shí)空分布、動(dòng)力學(xué)過(guò)程與機(jī)制、對(duì)海平面上升的貢獻(xiàn)。（1）成因。基本認(rèn)同是熱力而非動(dòng)力造成冰川物質(zhì)平衡虧損［76-80］。（2）程度與時(shí)空分布。物質(zhì)平衡虧損數(shù)量在增加是共識(shí)，加拿大北極群島冰川和冰蓋的質(zhì)量損失急劇增加［81］；格陵蘭冰蓋2012年夏季冰川融化創(chuàng)造了多個(gè)新記錄：自有衛(wèi)星數(shù)據(jù)以來(lái)融化的量最多、97%的冰層有融化、融化期比1979—2011年的均值長(zhǎng)近2個(gè)月［82］；2012年7月12日的格陵蘭冰蓋的極端融化事件中，表面或其附近發(fā)生的融化占其整個(gè)范圍的98.6%，甚至包括通常是冷極區(qū)的高海拔地區(qū)，如干雪相成冰的山頂［83］。（3）動(dòng)力學(xué)過(guò)程與機(jī)制。格陵蘭西北部海洋出口冰川運(yùn)動(dòng)速度加快［84］，多個(gè)研究認(rèn)為冰下排水是加速冰川運(yùn)動(dòng)的原因，如冰川鍋穴的存在使融水進(jìn)入冰川內(nèi)部［85］、高壓的冰下水和基底沉積物驅(qū)動(dòng)的冰床界面運(yùn)動(dòng)［86］，但也有研究持相反論點(diǎn)［87］。冰流排水網(wǎng)絡(luò)與物質(zhì)平衡變化、冰川內(nèi)部動(dòng)力反饋機(jī)制的關(guān)系基本未知，是未來(lái)工作需要補(bǔ)充的一個(gè)關(guān)鍵領(lǐng)域［88］。冰蓋和冰川融化的機(jī)制除了變暖融化外，Van Tricht等［89］認(rèn)為云層是格陵蘭冰蓋徑流的主要驅(qū)動(dòng)因素，有云層比晴空時(shí)融水徑流增加約三分之一；Bennartz等［90］認(rèn)為液態(tài)水滴組成的低層云（“液態(tài)云”）的輻射效應(yīng)在這一融化事件中起到了關(guān)鍵作用；Ryan等［91］認(rèn)為冰蓋表面分布式生物源活性雜質(zhì)控制的格陵蘭冰蓋暗區(qū)解釋了73%的觀測(cè)到的反照率空間變異性。（4）對(duì)海平面上升的貢獻(xiàn)。研究普遍認(rèn)為，格陵蘭冰蓋的物質(zhì)平衡虧損及其對(duì)海平面上升具有重要貢獻(xiàn)，差異在于使用不同數(shù)據(jù)集和模型得出的具體數(shù)量。

凍土退化、凍土環(huán)境顯著變化。（1）凍土升溫不均勻。與低溫多年凍土相比，高溫多年凍土的升溫速度要小得多，低溫多年凍土層正在迅速變暖［92］。（2）凍土區(qū)水文變化，主要表現(xiàn)為徑流增加。凍土退化形成淡水［93］，融雪與大量?jī)?chǔ)存在于有機(jī)土壤和湖泊中的水混合并置換而產(chǎn)生徑流［94］。冰楔退化和由此引起的地面差異沉降相關(guān)的水文變化將擴(kuò)大［95］。Walvoord和Kurylyk［96］系統(tǒng)論述了多年凍土退化的水文影響，認(rèn)為多年凍土水文領(lǐng)域在多尺度觀測(cè)、地下特征、模型構(gòu)建以及與其他學(xué)科的整合等方面正在迅速發(fā)展，但預(yù)測(cè)氣候變暖的相關(guān)后果是長(zhǎng)期挑戰(zhàn)。研究的難題包括：（1）研究條件不足：模型不具體、凍土區(qū)的水文地質(zhì)特征信息不充分、缺乏歷史數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)和過(guò)程表示太簡(jiǎn)單滿足不了模型模擬的高計(jì)算要求；（2）自然條件的復(fù)雜性：多年凍土的地下非均質(zhì)性、融化模式和速率的不均勻性、多年凍土退化模式和水文變化之間的聯(lián)系不易擴(kuò)展、變化軌跡也可能不同。

3.2.4 大氣、天氣與氣候系統(tǒng)（溫室氣體和氣溶膠、大氣耦合模式比較計(jì)劃、中高緯度天氣）

氣候變暖背景下，北極地區(qū)進(jìn)入大氣的溫室氣體（greenhouse gas），尤其是凍土退化釋放的CH4和CO2等，改變氣溶膠（aerosol）組分，影響全球碳循環(huán)（carbon cycle）。為系統(tǒng)觀測(cè)北極地區(qū)大氣環(huán)境變化而組織實(shí)施的大型大氣研究計(jì)劃（CMIP3、CMIP5），采取實(shí)測(cè)和模擬（climate model）的形式記錄和預(yù)測(cè)（spatial trend、temporal trend）北極氣候變暖對(duì)北極土地利用變化（land use change）和整個(gè)地球系統(tǒng)的影響。

凍土退化釋放溫室氣體受到極大重視。北半球高緯度地區(qū)有兩個(gè)巨大的碳庫(kù)：多年凍土和北方針葉林。在碳的釋放方面，除CO2外，CH4研究近來(lái)受到的重視很多。（1）CH4排放。2008年時(shí)北極地區(qū)的CH4排放增長(zhǎng)幾乎為0，說(shuō)明當(dāng)時(shí)多年凍土和甲烷水合物對(duì)氣候的強(qiáng)烈反饋還未被激活［97］，當(dāng)時(shí)排放總量中僅2%來(lái)自北極地區(qū)［98］。在當(dāng)前觀測(cè)到的氣候變暖面前，二者極易失穩(wěn)，且失穩(wěn)的速度和強(qiáng)度預(yù)期會(huì)隨著時(shí)間的推移而增加［99］。21世紀(jì)CH4排放的形式將從化石燃料轉(zhuǎn)變到生物甲烷［100］。多年凍土CH4排放量受溫度、水文條件、活動(dòng)層厚度、植物組成、微生物組成多要素影響，相互間作用存在非線性的復(fù)雜性，這使得CH4排放對(duì)多年凍土退化的響應(yīng)具有很大不確定性［101］。（2）甲烷水合物。東西伯利亞北極大陸架沉積物［102］和西斯匹次卑爾根大陸邊緣海床［103］發(fā)現(xiàn)CH4排放源，但目前還沒(méi)有確鑿證據(jù)表明水合物衍生甲烷正在進(jìn)入大氣［104-105］。存在的關(guān)鍵問(wèn)題包括：CH4排放對(duì)氣候系統(tǒng)的反饋在多數(shù)全球氣候變暖模型中未被考慮到；凍土退化過(guò)程中土壤微生物對(duì)CH4的影響機(jī)理；凍土退化對(duì)CH4排放影響的空間異質(zhì)性。

氣溶膠。Wofsy等［106］認(rèn)為北極上空有高密度污染物、黑炭和生物源CH4。生物質(zhì)燃燒被認(rèn)為是北極地區(qū)一次和二次有機(jī)氣溶膠的主要來(lái)源［107］。Kawamura等［108］從分子水平解釋了氣溶膠中水溶性二羧酸及其相關(guān)化合物的地理變異性、大小分布、來(lái)源和形成途徑。

35篇文獻(xiàn)論述了北極變暖、北極放大效應(yīng)對(duì)北半球中高緯度天氣和氣候的影響。主要的發(fā)現(xiàn)有：中緯度天氣對(duì)北極變化呈非線性響應(yīng)［109］、在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)無(wú)法量化北極變化對(duì)中緯度天氣的影響［110］、無(wú)論是海冰損失還是人為因素都不是大陸變冷的原因［111］。（1）影 響 具 有 區(qū) 域 差 異 性。雖 然 多 項(xiàng) 研究［112-114］認(rèn)為歐亞大陸極寒與北極變暖有關(guān)，但北極變暖對(duì)北美和東亞冬季寒冷的影響截然不同［115］。（2）影響機(jī)制不同。北極變暖或通過(guò)增加阻塞［116-117］、或通過(guò)影響中緯度急流［118-119］；而北極放大通過(guò)減小北半球中高緯度地區(qū)的溫度變化［120］、調(diào)節(jié)大氣行星波振幅變化［121-122］來(lái)影響北半球中高緯度天氣。盡管有如此多的研究試圖發(fā)現(xiàn)兩者之間聯(lián)系，“不確定性”仍是該部分研究中幾乎所有文獻(xiàn)都在提及的說(shuō)明。

3.2.5 其他

除以上重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容，關(guān)于北極古氣候和古環(huán)境反演的文獻(xiàn)有20篇，這為從地質(zhì)歷史的時(shí)間尺度審視當(dāng)前的變化提供了宏大的視角和參照。主要是使用冰芯記錄、湖芯記錄、植物DNA、貝殼。

此外，有49篇數(shù)據(jù)集和模型介紹論文，揭示北極研究以大數(shù)據(jù)支持、模型運(yùn)算為主的突出特點(diǎn)。北極研究立足北極，著眼全球，以行星地球的整體視角獲取分析數(shù)據(jù)、建立對(duì)比參照系。研究基于強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支持、平臺(tái)支撐的構(gòu)建和優(yōu)化。（1）數(shù)據(jù)源類型有：長(zhǎng)序列多站點(diǎn)觀測(cè)數(shù)據(jù)、采集樣本分析數(shù)據(jù)、遙感和衛(wèi)星數(shù)據(jù)、氣象再分析數(shù)據(jù)、融合數(shù)據(jù)集；數(shù)據(jù)獲取方法有：現(xiàn)場(chǎng)采集（使用無(wú)人機(jī)觀測(cè)是近兩年發(fā)展起來(lái)的技術(shù)）、（冰芯、氣溶膠、紋泥、樹(shù)輪、黑炭）樣本分析、遙感、共享（再分析數(shù)據(jù)）。數(shù)據(jù)分析手段主要是構(gòu)建模型、大數(shù)據(jù)推演。（2）專門介紹模型的論文有23篇，運(yùn)用模型、優(yōu)化模型組件被運(yùn)用于北極研究的諸多方面。

3.3 關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題

縱觀408篇論文研究?jī)?nèi)容及其進(jìn)展，認(rèn)為北極自然科學(xué)研究中的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題涉及四個(gè)方面。其共同點(diǎn)是不確定性，減少或消除這些不確定性，是北極自然科學(xué)研究取得突破的基礎(chǔ)。

3.3.1 氣候變暖的本底認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)

氣候變暖在北極更地域性地表現(xiàn)為北極放大，形式上體現(xiàn)為冰凍圈變化（冰川退縮和凍土退化）、海洋變化（海洋暖化、海冰減少）等；目前的關(guān)鍵問(wèn)題是氣候變暖的本底認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)中不確定性的解決，比如確定“工業(yè)前時(shí)期”的期限、開(kāi)發(fā)完全耦合的氣候平衡模型來(lái)模擬和告知?dú)夂蜃兣挠绊?。既涉及基礎(chǔ)本底數(shù)據(jù)（冰川、冰蓋、凍土和海冰的數(shù)量、性質(zhì)及分布）、變化情況（格陵蘭冰蓋物質(zhì)平衡虧損量、北極海冰損失量、何時(shí)出現(xiàn)季節(jié)性無(wú)冰北冰洋、海平面升高多少）、又涉及數(shù)據(jù)觀測(cè)和預(yù)測(cè)模式水平。如何從自然的氣候變化噪聲中識(shí)別出氣候變化信號(hào)，是氣候預(yù)測(cè)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的關(guān)鍵。

3.3.2 氣候變暖的影響

氣候變暖的影響是多方面的，多項(xiàng)案例研究從物種、群落和生態(tài)系統(tǒng)三個(gè)尺度上展現(xiàn)了其對(duì)生態(tài)的影響。氣候變暖對(duì)溫室氣體排放的影響是北極研究中的重點(diǎn)，其關(guān)鍵問(wèn)題是碳循環(huán)的不確定性：（多年凍土中的有機(jī)質(zhì)、北極地下和水下多年凍土中的甲烷水合物）碳含量有多少、北極碳循環(huán)的敏感性高低、碳釋放量和時(shí)間、陸地生態(tài)系統(tǒng)和碳循環(huán)間的反饋（多年凍土碳反饋的強(qiáng)度、時(shí)間及其相關(guān)因素）、碳動(dòng)態(tài)變化與可能影響其變化的過(guò)程。

3.3.3 多圈層相互作用機(jī)制

北極研究中存在多個(gè)多圈層相互作用，典型的如大氣-海冰-海洋中海冰減少與北極放大間的正反饋機(jī)制，目前傾向于認(rèn)為是全球變暖-海冰減少-海洋水溫增加-加熱大氣變暖-海冰減少。圈層內(nèi)部要素的微觀機(jī)理（如云微物理性質(zhì)和過(guò)程、輻射通量）、宏觀運(yùn)動(dòng)（如大氣和海洋中普遍存在非線性的混沌運(yùn)動(dòng)）、圈層間相互作用的因果關(guān)系和反饋（北極海冰減少與北極陸地生態(tài)系統(tǒng)變化之間的聯(lián)系），除微觀機(jī)理有相對(duì)較為明確和量化的認(rèn)識(shí)外，后兩者的不確定是北極研究中的難點(diǎn)和關(guān)鍵。

3.3.4 北極對(duì)中緯度天氣的影響

Cohen［123］認(rèn)為最終影響中緯度天氣的因素是大氣中風(fēng)暴軸、急流和行星波動(dòng)的變化，而影響這些變化的要素包括全球變暖、極地放大、海冰變化、極渦、氣候內(nèi)部變率、太陽(yáng)活動(dòng)周期、火山噴發(fā)等，眾多要素綜合作用，極大增加了北極影響中緯度天氣的不確定性，如何有效提煉出北極對(duì)中緯度天氣的影響便是其中的科學(xué)難題。北極變化對(duì)北半球氣候影響的可能性，存在相當(dāng)大不確定性，因?yàn)闈撛诼?lián)系的時(shí)間序列很短（小于10年），還需了解北極變化對(duì)混沌氣候系統(tǒng)的直接作用力的相對(duì)貢獻(xiàn)。大氣動(dòng)力機(jī)制是進(jìn)一步研究的方向，北極變化對(duì)中緯度天氣的定量影響在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)可能無(wú)法解決。

4 趨勢(shì)與展望

4.1 趨勢(shì)

北極研究可分為四個(gè)重要研究方向：海冰與海洋；生物與生態(tài)系統(tǒng)；冰川退縮與凍土退化；大氣、天氣和氣候系統(tǒng)。四個(gè)研究方向年度研究主題詞或重要進(jìn)展10年變化（表6）揭示：海冰減少、格陵蘭

冰蓋物質(zhì)平衡虧損、北極放大貫穿了整個(gè)10年，是研究的核心與關(guān)鍵。海冰與海洋研究中，淡水注入、污染、海冰減少對(duì)北半球大陸冬季氣候的影響是持續(xù)受到關(guān)注的方面，2012年出現(xiàn)的海冰最小值引發(fā)后續(xù)的海冰量估算、無(wú)冰期推測(cè)研究。氣候變暖對(duì)生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生內(nèi)容廣泛、層次各異的多維度影響是生物與生態(tài)系統(tǒng)研究的核心，縱觀10年研究，基本還是以生態(tài)系統(tǒng)中的單個(gè)要素或現(xiàn)象為研究切入點(diǎn)，展示其變化、分析其原因，這些研究可為后續(xù)系統(tǒng)地發(fā)現(xiàn)要素間聯(lián)系與相互間的影響反饋機(jī)制提供基礎(chǔ)資料。凍土有機(jī)碳釋放是冰川退縮與凍土退化研究中的重點(diǎn)，從對(duì)本底情況的認(rèn)知（歐洲多年凍土變化的空間分布、格陵蘭冰蓋本底數(shù)據(jù)）、微觀機(jī)理的探究（雪冰物理、冰動(dòng)力學(xué)）到融水的水文特征，再到對(duì)海平面上升影響的估算，該方向的研究是立體的、全方位推進(jìn)的。大氣、天氣和氣候系統(tǒng)研究中，北極放大是氣候變暖在北極呈現(xiàn)的核心特征，探究北極變暖的原因、測(cè)算CH4排放和臭氧變化、識(shí)別氣候變暖的信號(hào)、刻畫(huà)北極放大對(duì)中緯度天氣的影響、認(rèn)識(shí)微觀機(jī)理，該方向研究也是多維度推進(jìn)，且是不確定性表現(xiàn)得最為集中的研究方向，甚至直至2017年，IPCC還不存在完全耦合的氣候平衡模型來(lái)模擬和告知?dú)夂蜃兣挠绊憽⑦€在確定“工業(yè)前時(shí)期”的期限。總體而言，10年北極各方向研究主題并未呈現(xiàn)明顯趨勢(shì)性的變化，而呈全方位、多角度推進(jìn)的態(tài)勢(shì)，這也是一個(gè)領(lǐng)域處于發(fā)展期而呈現(xiàn)的明顯特點(diǎn)。

4.2 展望

北極研究中，“不確定性”是其主要特征。原因一是前期研究對(duì)北極自然環(huán)境本底狀況和反饋機(jī)制（局地反饋、全球反饋）的認(rèn)識(shí)不深刻，其二是北極后續(xù)變化受到諸多人為因素的影響（CO2排放、北極資源開(kāi)發(fā)等）。倪杰等在對(duì)北極凍土碳循環(huán)的研究中也闡述了該特點(diǎn)［124］。減少、糾正、解決不確定性，通過(guò)獲取跨緯度、跨區(qū)域的多點(diǎn)同步、對(duì)比觀測(cè)研究數(shù)據(jù)集、發(fā)現(xiàn)反饋機(jī)制、厘清多要素的影響力、完善和發(fā)展算法、構(gòu)建更多模型組件優(yōu)化模型等，可望得以完善或解決。

縱觀408篇高影響論文，總體呈現(xiàn)數(shù)據(jù)源類型和范圍、分析方法，以及對(duì)比參照系的全球尺度特點(diǎn)，多數(shù)論文中出現(xiàn)“最長(zhǎng)時(shí)間序列”、成百上千計(jì)的樣本數(shù)量、跨越幾十年的觀測(cè)數(shù)據(jù)等等。以中國(guó)作者為第一作者的8篇論文中，基本是采用衛(wèi)星數(shù)據(jù)、再分析數(shù)據(jù)、以模型模擬的形式，以對(duì)大量數(shù)據(jù)集的分析和模擬，來(lái)研究北極海冰減少的原因及對(duì)中緯度天氣系統(tǒng)的影響、海平面上升中格陵蘭冰蓋的貢獻(xiàn)度，或以北極作為參照地區(qū)開(kāi)展對(duì)比研究。這種現(xiàn)狀與觀測(cè)設(shè)備和平臺(tái)零散、自主采集數(shù)據(jù)區(qū)域受限、北極研究的制度歧視與知識(shí)壟斷密切相關(guān)［125］，是中國(guó)拓展北極研究的重要限制因素。對(duì)照現(xiàn)狀，如何積極拓展北極研究通道，從制度構(gòu)建、平臺(tái)建設(shè)、內(nèi)容設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)獲取、人才培養(yǎng)等諸多方面打破當(dāng)前困境，亟需從定性的、理論的建議落實(shí)到可量化、可操作的具體行動(dòng)。我國(guó)冰凍圈研究成果豐碩［126］，基礎(chǔ)理論和方法、寒區(qū)工程建設(shè)的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)均很豐富，這是很好的基礎(chǔ)；北極研究處于全面發(fā)展的階段，各種研究力量和研究方向遠(yuǎn)未達(dá)到固化的程度，是積極參與爭(zhēng)取科學(xué)話語(yǔ)權(quán)的好時(shí)機(jī)；利用好這些有利條件，把握時(shí)機(jī)，可望對(duì)北極研究有所推進(jìn)。

5 結(jié)論

從高影響論文揭示的北極研究現(xiàn)狀來(lái)看，目前已形成以美國(guó)全方位絕對(duì)控制的北極研究格局，其作者、研究機(jī)構(gòu)、期刊和基金資助機(jī)構(gòu)數(shù)量，都處于遙遙領(lǐng)先的地位。美國(guó)除自有機(jī)構(gòu)密切合作而形成強(qiáng)大研究機(jī)構(gòu)合作集群外，還與環(huán)北極國(guó)家頂級(jí)科研機(jī)構(gòu)合作形成跨國(guó)合作集群。

北極研究已形成以氣候變暖為核心和背景，輻射相關(guān)海冰和海洋、生物與典型生態(tài)系統(tǒng)（生物多樣性適應(yīng)與保護(hù)、北方針葉林、苔原、微生物）、冰川退縮與凍土退化、溫室氣體和氣溶膠、氣候影響等領(lǐng)域的整體研究格局。呈現(xiàn)出由大數(shù)據(jù)支持、以模型運(yùn)算為主的突出特點(diǎn)。北極研究立足北極，著眼全球，以行星地球的整體視角獲取和分析數(shù)據(jù)、建立對(duì)比參照系。

不確定性是北極研究的重要特點(diǎn)，也是多個(gè)關(guān)鍵性科學(xué)問(wèn)題的共同點(diǎn)，分布在北極研究的幾乎各個(gè)領(lǐng)域，主要包括四個(gè)方面：氣候變暖的本底認(rèn)識(shí)和預(yù)測(cè)、氣候變暖的影響、多圈層相互作用機(jī)制、北極對(duì)中緯度天氣的影響。10年北極研究，海冰減少、格陵蘭冰蓋物質(zhì)平衡虧損、北極放大一直是重點(diǎn)，期間各方向研究主題并未呈現(xiàn)明顯趨勢(shì)上的變化，呈全方位、多角度推進(jìn)的發(fā)展態(tài)勢(shì)。

中國(guó)的北極研究，由于各種限制未能深入、寬廣地開(kāi)展，從高影響論文視角呈現(xiàn)合作參與、外圍相關(guān)、微量切入的特點(diǎn)。在全球變化的背景下，加強(qiáng)北極研究勢(shì)在必行，形勢(shì)嚴(yán)峻亟待突破，利用我國(guó)冰凍圈科學(xué)研究已取得的基礎(chǔ)，把握參與時(shí)機(jī)，可望對(duì)北極研究有所推進(jìn)。