美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研特征的情報(bào)計(jì)量學(xué)分析

成 波，梅 濤，王柏弟，丁 宇，田 李

(鵬城實(shí)驗(yàn)室，廣東深圳 518055)

美國(guó)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是在不同歷史時(shí)期滿足國(guó)家重大戰(zhàn)略需求，維護(hù)國(guó)家安全、完成重大科技任務(wù)中形成的實(shí)現(xiàn)國(guó)家使命的戰(zhàn)略科技力量，至今在美國(guó)國(guó)家創(chuàng)新系統(tǒng)中具有重要地位和影響。根據(jù)美國(guó)科學(xué)基金會(huì)（NSF）公布的2017—2018 財(cái)年聯(lián)邦研究和開(kāi)發(fā)資助調(diào)查數(shù)據(jù)［1］，2017 年美國(guó)聯(lián)邦資助的研究和開(kāi)發(fā)中心（federally funded research and development center,FFRDC）（共42 個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室或研究中心）基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)量占全美聯(lián)邦研發(fā)經(jīng)費(fèi)開(kāi)支的比例分別為15%、10.8%和5.5%，顯示美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)科技創(chuàng)新中的重要基礎(chǔ)力量。中國(guó)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建設(shè)尚處于起步階段，對(duì)于國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和管理還缺乏認(rèn)識(shí)，有必要參考發(fā)達(dá)國(guó)家的成功經(jīng)驗(yàn)。目前關(guān)于國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研究的文獻(xiàn)集中于以定性方法選取案例對(duì)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的體系、地位、模式、運(yùn)行管理機(jī)制和評(píng)估等理論概念問(wèn)題進(jìn)行分析和總結(jié)［2-14］，還缺乏對(duì)于歐美等國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研特征的系統(tǒng)、客觀、定量化的基于實(shí)證數(shù)據(jù)資料的分析和揭示。

本文選取美國(guó)聯(lián)邦資助的研究和開(kāi)發(fā)中心(FFRDC)及能源部所屬的19 個(gè)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，利用情報(bào)計(jì)量學(xué)的工具和方法，通過(guò)實(shí)證方法系統(tǒng)揭示美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研特征，對(duì)于我國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建設(shè)尤其是探索新型運(yùn)行機(jī)制和管理體制、提高科研管理效率具有重要意義。

1 研究對(duì)象與數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以美國(guó)能源部下屬17 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、美國(guó)國(guó)防部下屬1 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室和美國(guó)航空航天局（NASA）下屬1 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室為研究對(duì)象。從國(guó)家實(shí)驗(yàn)室戰(zhàn)略使命、職能定位、經(jīng)費(fèi)規(guī)模、運(yùn)營(yíng)管理機(jī)制等屬性上看，這些國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在美國(guó)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室體系中具有典型性［15］。19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室名單及其主管部門(mén)和運(yùn)營(yíng)管理機(jī)構(gòu)見(jiàn)表1。

表1 19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室名單

本研究以19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表的論文為主要數(shù)據(jù)，此外收集和分析了美國(guó)能源部發(fā)布的《美國(guó)能源部國(guó)家實(shí)驗(yàn)室年度報(bào)告》、美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)發(fā)布的聯(lián)邦資助的研究開(kāi)發(fā)中心研究與開(kāi)發(fā)調(diào)查及美國(guó)能源部科學(xué)辦公室發(fā)布的科學(xué)設(shè)施用戶統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等中的相關(guān)數(shù)據(jù)。主要數(shù)據(jù)來(lái)源于Clarivate Analytics 的Web of Science（WOS）核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)檢索分別以19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在WOS 的索引機(jī)構(gòu)名稱（OG 機(jī)構(gòu)擴(kuò)展字段）為入口，數(shù)據(jù)檢索和獲取時(shí)間為2020 年4 月，檢索時(shí)間范圍限定為從2009年至2019 年。檢索文獻(xiàn)語(yǔ)種為英語(yǔ)，文獻(xiàn)類型為期刊論文（article)。對(duì)檢索到的數(shù)據(jù)，以制表符分隔和純文本兩種格式下載全記錄。本研究主要采取統(tǒng)計(jì)學(xué)中統(tǒng)計(jì)分析方法和工具對(duì)下載論文數(shù)據(jù)的文獻(xiàn)情報(bào)計(jì)量特征進(jìn)行定量的分析和描述。

2 數(shù)據(jù)分析

2.1 發(fā)表論文數(shù)量

美國(guó)能源部、國(guó)防部、航空航天局19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 年總共發(fā)表論文182 843 篇（見(jiàn)表2）。圖1 是美國(guó)能源部、國(guó)防部、航空航天局19家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 歷年發(fā)表論文數(shù)據(jù)和趨勢(shì)圖。從圖1 看，能源部、國(guó)防部、航空航天局19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室近年來(lái)發(fā)表論文數(shù)量基本持平，略有增長(zhǎng)，表明這些實(shí)驗(yàn)室已進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)。

圖1 美國(guó)19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室歷年發(fā)表論文數(shù)據(jù)趨勢(shì)圖

表2 2009—2019 年美國(guó)19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文數(shù)據(jù)

2.2 美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室論文作者類型分析

通信作者(Corresponding author)能夠體現(xiàn)研究人員在科研中的組織和領(lǐng)導(dǎo)作用，承擔(dān)通信作者的論文數(shù)量可以反映研究機(jī)構(gòu)在科研組織和領(lǐng)導(dǎo)上的影響力。第一作者（first author）反應(yīng)研究機(jī)構(gòu)在研究實(shí)施和產(chǎn)出原始創(chuàng)新研究結(jié)果方面的條件能力。雙聘作者（Joint faculty）指論文署名的研究人員同時(shí)具有兩個(gè)或以上作者所屬機(jī)構(gòu)的研究者，反映出科研機(jī)構(gòu)在凝聚各領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)力量、與其他研究機(jī)構(gòu)進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新的能力。

表3 是美國(guó)能源部、航空航天局、國(guó)防部19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 年發(fā)表論文的通信作者、第一作者和雙聘作者情況。19 家實(shí)驗(yàn)室通信作者論文平均占比為37.6%，第一作者論文平均占比為33.5%，雙聘作者論文平均占比42.4%，雙聘人員在國(guó)家實(shí)驗(yàn)室作者總數(shù)中所占比例較為突出。

表3 2009—2019 年美國(guó)能源部實(shí)驗(yàn)室作者情況分析

表3（續(xù)）

結(jié)合各國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2016 年論文數(shù)量和科研人員數(shù)量情況，可以發(fā)現(xiàn)各國(guó)家實(shí)驗(yàn)室論文數(shù)量與人員總量無(wú)明顯相關(guān)（2016 年論文數(shù)量與人員總數(shù)相關(guān)系數(shù)值為0.57），與全職人員數(shù)量也未呈現(xiàn)明顯相關(guān)（2016 年論文數(shù)量與全職人員人數(shù)相關(guān)系數(shù)值為0.42），而論文數(shù)量與流動(dòng)人員數(shù)量具有較高正相關(guān)（2016 年論文數(shù)量與流動(dòng)人員總數(shù)相關(guān)系數(shù)值為0.79）（見(jiàn)表4）。進(jìn)一步分析全職人員情況，2016 年各實(shí)驗(yàn)室論文數(shù)量/全職人員數(shù)量比為0.4，全職人員2016 年人均發(fā)表論文不足1 篇，論文并非國(guó)家實(shí)驗(yàn)室全職科研人員產(chǎn)出科研成果的重要形式。通過(guò)分析流動(dòng)人員情況發(fā)現(xiàn)，各實(shí)驗(yàn)室論文數(shù)量與兼聘、博士后、研究生和訪問(wèn)科學(xué)家各類聘任形式的流動(dòng)科研人員數(shù)量均存在較高正相關(guān)（2016 年論文數(shù)量與兼聘、博士后、研究生和訪問(wèn)科學(xué)家人數(shù)相關(guān)系數(shù)值分別為0.82、0.96、0.85、0.66），其中論文數(shù)量與博士后數(shù)量尤其存在明顯相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值達(dá)0.96，表明流動(dòng)人員特別是博士后是國(guó)家實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)出科研論文成果的重要科研力量（見(jiàn)表5）。

表4 2016 年美國(guó)19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文數(shù)與人員數(shù)量情況

表5 2016 年美國(guó)19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文數(shù)與流動(dòng)科研人員數(shù)量情況

綜合上述分析，美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室非常注重以靈活多樣的人才聘用形式（如雙聘、博士后）吸引相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)科研人員，進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新研究，產(chǎn)出研究成果。

2.3 美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研資助機(jī)構(gòu)分析

國(guó)家對(duì)科研的資助情況充分體現(xiàn)國(guó)家的戰(zhàn)略規(guī)劃，是支持學(xué)術(shù)研究保障國(guó)家利益，提高國(guó)家實(shí)力的重要體現(xiàn)。表6 是根據(jù)美國(guó)能源部、國(guó)防部、航空航天局19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文注明的基金資助機(jī)構(gòu)信息統(tǒng)計(jì)出的各實(shí)驗(yàn)室論文資助情況。由表知，各國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文中注明由主管部門(mén)資助的論文比例平均為76.5%，注明由NSF 資助的論文比例平均為25.6%，國(guó)防相關(guān)部門(mén)資助論文比例平均為15.8%。這一結(jié)果表明各國(guó)家實(shí)驗(yàn)室論文以主管部門(mén)為主要資助來(lái)源，此外美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)和國(guó)防相關(guān)部門(mén)是其重要資助機(jī)構(gòu)。

表6 2009—2019 年美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文資助機(jī)構(gòu)分析

表7 是2017 年美國(guó)能源部、國(guó)防部和航空航天局所屬國(guó)家實(shí)驗(yàn)室由聯(lián)邦政府部門(mén)資助的研發(fā)經(jīng)費(fèi)用于基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和試驗(yàn)開(kāi)發(fā)的支出經(jīng)費(fèi)數(shù)量及其所占比例，以及來(lái)源于3 個(gè)國(guó)防相關(guān)部門(mén)資助的研發(fā)經(jīng)費(fèi)。結(jié)合2017 年和2018 年兩年各實(shí)驗(yàn)室所發(fā)表論文數(shù)量分析發(fā)現(xiàn)，各國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文數(shù)與基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)支出具有較高正相關(guān)（論文數(shù)與經(jīng)費(fèi)數(shù)相關(guān)系數(shù)值為0.76），而與應(yīng)用研究和試驗(yàn)開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)支出沒(méi)有明顯相關(guān)（論文數(shù)與應(yīng)用研究、試驗(yàn)開(kāi)發(fā)經(jīng)費(fèi)支出數(shù)相關(guān)系數(shù)值分別為0.25、0.08）。表明典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室投入的基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)產(chǎn)出較高數(shù)量的科研論文成果，而發(fā)表論文并非投入到應(yīng)用研究和試驗(yàn)開(kāi)發(fā)的科研經(jīng)費(fèi)產(chǎn)出成果的主要形式。同時(shí)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室有一定比例經(jīng)費(fèi)資助來(lái)源于國(guó)防相關(guān)的聯(lián)邦政府部門(mén)，這部分經(jīng)費(fèi)占總經(jīng)費(fèi)的比例平均為17.1%。此外根據(jù)美國(guó)自然科學(xué)基金2017 年FFRDC 研發(fā)經(jīng)費(fèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，42 個(gè)聯(lián)邦政府資助的研發(fā)中心（包括本文19 個(gè)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室）接受來(lái)自DoD、NHS 和NASA3 個(gè)國(guó)防相關(guān)部門(mén)的經(jīng)費(fèi)占其2017 總研發(fā)經(jīng)費(fèi)的比列達(dá)到37.1%，表明美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室有較高比例的研發(fā)經(jīng)費(fèi)來(lái)源于國(guó)防相關(guān)部門(mén)的資助。

表7 2017 年美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)經(jīng)費(fèi)支出類型

表7（續(xù)）

2.4 美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的合作研究

在經(jīng)濟(jì)全球化浪潮的推動(dòng)下,科技資源在全球范圍內(nèi)流動(dòng)和配置,國(guó)際合作已成為推動(dòng)科技創(chuàng)新的重要途徑和手段。本部分主要從合作機(jī)構(gòu)、國(guó)家和地區(qū)來(lái)分析。

2.4.1 合作機(jī)構(gòu)分析

表8 是根據(jù)2009—2019 年發(fā)表論文統(tǒng)計(jì)的19家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室匯總的重要合作機(jī)構(gòu)中的前25 位。由表知，美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的重要合作機(jī)構(gòu)主要是美國(guó)的高校以及其他國(guó)家的國(guó)立科研機(jī)構(gòu)，如法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心、亥姆霍茲聯(lián)合會(huì)、中國(guó)科學(xué)院等。

表8 美國(guó)19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室重要合作機(jī)構(gòu)（前25 位）

表9 是19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 年所發(fā)表論文中單篇論文的合作機(jī)構(gòu)數(shù)量分布情況。美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文合作非常廣泛，19 家實(shí)驗(yàn)室單篇論文合作機(jī)構(gòu)數(shù)的平均最大值達(dá)到222家科研機(jī)構(gòu)，單篇論文合作機(jī)構(gòu)數(shù)的平均均值為9 家科研機(jī)構(gòu)，反映出美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研具有開(kāi)放性的特征。此外由表知19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室平均每篇論文來(lái)自美國(guó)國(guó)內(nèi)合作機(jī)構(gòu)占比的平均均值為40.5%，表明平均每篇論文有約60%的合作機(jī)構(gòu)來(lái)自美國(guó)國(guó)外，顯示出美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研合作具有明顯的國(guó)際化特征。

表9 美國(guó)19 家實(shí)驗(yàn)室單篇論文合作機(jī)構(gòu)數(shù)量分布

2.4.2 合作國(guó)家和地區(qū)

本文根據(jù)論文作者所屬機(jī)構(gòu)及其地址信息中的國(guó)家標(biāo)識(shí)統(tǒng)計(jì)了美國(guó)能源部、航空航天局、國(guó)防部19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室與世界主要國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行科研合作的情況。表10 是按照合作發(fā)表論文數(shù)排序的19家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研合作前30 位國(guó)家和地區(qū)。由表知美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室合作的國(guó)家主要為美國(guó)、德國(guó)、中國(guó)等國(guó)家，以歐洲國(guó)家最為密集。

表10 美國(guó)19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研合作國(guó)家和地區(qū)前30 位

2.5 科學(xué)設(shè)施與裝置的服務(wù)與利用情況

大科學(xué)裝置是國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的重要特征。本文從論文基金資助信息來(lái)分析美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的大科學(xué)裝置與設(shè)施利用情況。Web of Science 核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)標(biāo)引了論文的基金資助信息字段（FT）。FT 字段包含由論文作者提供的詳細(xì)致謝信息，其中研究實(shí)施過(guò)程中所利用的科學(xué)設(shè)施和裝置是致謝信息中的重要內(nèi)容。一段典型的致謝信息如：

National Institutes of Health Grants R01GM037355 and S10OD018007 to TJB funded this research.This work is based upon research conducted at the Northeastern Collaborative Access Team beamlines,which are funded by National Institutes of Health grant P41GM103403.This research used resources of the Advanced Photon Source,a U.S.Department of Energy (DOE) Office of Science User Facility operated for the DOE Office of Science by Argonne National Laboratory under Contract No.DE-AC0206CH11357.The funders had no role in study design,data collection and analysis,decision to publish,or preparation of the manuscript.

Chehayeb,Rachel Jaber;Stiegler,Amy L.;Boggon,Titus J..Crystal structures of p120RasGAP N-terminal SH2 domain in its apo form and in complex with a p190RhoGAP phosphotyrosinepeptide.PLOS ONE,2019,14(12).

本文在Web of Science 核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)檢索了2009—2019 年美國(guó)能源部、航空航天局、國(guó)防部19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在FT 字段出現(xiàn)的論文數(shù)。為了體現(xiàn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)設(shè)施和裝置被外部用戶利用和致謝的情況，在檢索條件中排除了論文作者為本實(shí)驗(yàn)室研究人員的論文。表11 是美國(guó)19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 年被致謝論文數(shù)量情況。表中同時(shí)列出了各國(guó)家實(shí)驗(yàn)室大科學(xué)設(shè)施數(shù)量及2016、2017 年設(shè)施的用戶數(shù)量。圖2 是19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 年歷年被致謝論文數(shù)量增長(zhǎng)趨勢(shì)情況。

圖2 2009—2019 年19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室歷年致謝論文數(shù)量趨勢(shì)圖

表11 2009—2019 年19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室被致謝論文數(shù)量及用戶情況

結(jié)合致謝論文數(shù)量、大科學(xué)設(shè)施數(shù)量及其用戶數(shù)量，Argonne National Laboratory、Brookhaven National Laboratory、Lawrence Berkeley National Laboratory 三家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)設(shè)施服務(wù)與利用率相對(duì)較高，其致謝論文數(shù)/大科學(xué)設(shè)施數(shù)比均排前三位，相應(yīng)的2016 年、2017 年用戶數(shù)/大科學(xué)設(shè)施數(shù)比亦較高，反映出這些國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)設(shè)施開(kāi)放共享利用程度高，服務(wù)于外部用戶的能力強(qiáng)，影響較大。此外，19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2016 年、2017 年致謝論文數(shù)量與當(dāng)年設(shè)施用戶數(shù)量具有一定程度的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值為0.63，表明這些國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的大科學(xué)設(shè)施為外部用戶取得新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和研究成果提供了重要的設(shè)施條件，具有重要的意義。

Argonne National Laboratory、Jet Propulsion Laboratory 兩家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室歷年致謝論文數(shù)量呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)，反映出這幾家實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)設(shè)施服務(wù)于外部科研用戶的影響力持續(xù)加強(qiáng)。此外Lawrence Berkeley National Laboratory 和National Renewable Energy Laboratory 致謝論文數(shù)量呈明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。Los Alamos National Laboratory、Oak Ridge National Laboratory、National Energy Technology Laboratory 幾家實(shí)驗(yàn)室歷年致謝論文數(shù)量呈較緩慢增長(zhǎng)趨勢(shì)，反映出這些實(shí)驗(yàn)室科研設(shè)施的服務(wù)和影響能力在近年來(lái)呈緩慢發(fā)展趨勢(shì)。Brookhaven National Laboratory實(shí)驗(yàn)室致謝論文數(shù)2009—2015 年間呈明顯增加趨勢(shì)，但2015 年之后呈明顯下降趨勢(shì)。其他實(shí)驗(yàn)室致謝論文數(shù)量基本呈現(xiàn)穩(wěn)定不變趨勢(shì)，反映出這些實(shí)驗(yàn)室的科研設(shè)施服務(wù)和影響能力基本處于保持現(xiàn)狀的態(tài)勢(shì)。

2.6 美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室論文質(zhì)量分析

論文的質(zhì)量是國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研影響力的重要方面和標(biāo)志之一。本文根據(jù)Clarivate Analytics 期刊引證報(bào)告（JCR）的期刊分區(qū)表（2018 版SCIE 部分）及在Nature 及Science 發(fā)表論文情況來(lái)衡量19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文的質(zhì)量。JCR 期刊分區(qū)表是基于論文引用數(shù)據(jù)開(kāi)發(fā)的學(xué)術(shù)評(píng)價(jià)工具，根據(jù)期刊的影響因子將期刊分為Q1、Q2、Q3、Q4 共4 個(gè)區(qū)，4個(gè)區(qū)期刊影響力依次遞減。圖3 是美國(guó)19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 年發(fā)表的論文按照其來(lái)源期刊統(tǒng)計(jì)的分區(qū)情況。表12 是19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在Nature 和Science 發(fā)表論文情況。

在19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 年發(fā)表的全部論文中，具有有效來(lái)源期刊的論文有171 003 篇，其中被SCIE 收錄的論文有167 409 篇，占比97.9%，未被收錄的有3 594 篇，占比2.1%。在SCIE 收錄的論文中，Q1 區(qū)論文90 837 篇，占比，54.3%，Q2區(qū)論文48 539 篇，占比29.0%，Q3 區(qū)論文23 100 篇，占比13.8%，Q4 區(qū)論文4 933，占比2.9%。Q1 區(qū)和Q2 區(qū)論文共計(jì)占比83.3%1）。見(jiàn)圖3。

圖3 2009—2019 年美國(guó)19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表論文按照來(lái)源期刊統(tǒng)計(jì)的分區(qū)情況

2009—2019 年19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表的全部論文中，發(fā)表于Nature、Science 上的論文共1 478篇，占比0.81%。2009—2019 年19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在Nature 和Science 發(fā)表的論文數(shù)分別占Nature 和Science 2009—2019 年發(fā)表論文總數(shù)（分別為9 194篇和8 392 篇）的7.1%和9.8%（見(jiàn)表12）。

表12 美國(guó)各國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在Nature、Science 發(fā)表論文情況

上述分析表明，美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室注重發(fā)表高水平科研論文。

3 結(jié)論

本文從情報(bào)計(jì)量學(xué)的角度，通過(guò)系統(tǒng)性收集2009—2019 年美國(guó)19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)表182 843 篇期刊論文的統(tǒng)計(jì)資料數(shù)據(jù)，分析發(fā)現(xiàn)了美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研活動(dòng)的一些重要特征，得出以下結(jié)論。

（1）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是面向科技競(jìng)爭(zhēng)代表國(guó)家水平的戰(zhàn)略科技力量，是以開(kāi)展基礎(chǔ)研究、競(jìng)爭(zhēng)前沿高技術(shù)研究和社會(huì)公益研究，積極承擔(dān)國(guó)家重大科研任務(wù)的國(guó)家級(jí)科研機(jī)構(gòu)。論文絕對(duì)數(shù)量高，在一定程度上能夠體現(xiàn)國(guó)家的學(xué)術(shù)水平，是國(guó)家戰(zhàn)略科技力量的重要體現(xiàn)。從論文發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室近10 年來(lái)發(fā)表論文數(shù)量基本持平，略有增長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)室發(fā)展穩(wěn)定，是實(shí)力雄厚的傳統(tǒng)科研機(jī)構(gòu)。

（2）美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室擁有龐大且一流的科研團(tuán)隊(duì)，科研人員的流動(dòng)性較大，主要由固定人員和流動(dòng)人員構(gòu)成，與大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)共同聘用研究人員進(jìn)行短期科研工作是人才共享主要模式，并以靈活多樣的方式（如兼聘、博士后、研究生和訪問(wèn)科學(xué)家等聘任形式）吸引相關(guān)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)科研力量進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)新。

（3）美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是美國(guó)戰(zhàn)略科技力量的主要支撐，是美國(guó)保持國(guó)防科技長(zhǎng)期領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的重要支柱。美國(guó)在逐步成為世界頭號(hào)科技強(qiáng)國(guó)的過(guò)程中，國(guó)家實(shí)驗(yàn)室發(fā)揮著統(tǒng)籌國(guó)家安全和發(fā)展需求重要角色。同時(shí)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室是整個(gè)聯(lián)邦政府的國(guó)家資源，彼此之間合作，共同利用實(shí)驗(yàn)室的能力和設(shè)施來(lái)支持主管部門(mén)以外的聯(lián)邦機(jī)構(gòu)的任務(wù)。美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研論文以其主管部門(mén)為主要資助來(lái)源（平均比例為76.5%），此外美國(guó)自然科學(xué)基金會(huì)和國(guó)防相關(guān)部門(mén)是其重要資助機(jī)構(gòu)（平均比例為25.6%和15.8%）。

（4）美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室具有開(kāi)放性的特征，有著廣泛的科技合作與資源共享網(wǎng)絡(luò)體系，重大科技活動(dòng)各環(huán)節(jié)所需的要素,如人員、技術(shù)、項(xiàng)目、資金、設(shè)備等,需要國(guó)內(nèi)外之間的相互協(xié)調(diào)與合作共同,才能實(shí)現(xiàn)高效、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)。重要合作機(jī)構(gòu)主要是美國(guó)的高校和其他國(guó)家的國(guó)立科研機(jī)構(gòu)，廣泛聯(lián)系和聚集國(guó)內(nèi)外優(yōu)勢(shì)創(chuàng)新單元，通過(guò)建立區(qū)域聯(lián)合機(jī)構(gòu)構(gòu)建舉國(guó)范圍內(nèi)的技術(shù)資源網(wǎng)絡(luò)體系，形成面對(duì)國(guó)家重大戰(zhàn)略需求的快速科研反應(yīng)能力。19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室單篇論文的合作機(jī)構(gòu)數(shù)平均為9 家科研機(jī)構(gòu)，平均最大值為222 家科研機(jī)構(gòu)。19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室平均每篇論文來(lái)自美國(guó)以外合作機(jī)構(gòu)所占比例的平均值接近60%。

（5）美國(guó)部分典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室擁有國(guó)際一流的大科學(xué)裝置并對(duì)外開(kāi)放共享是其鮮明特征。依托這些科學(xué)設(shè)施，來(lái)維持國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的核心能力，同時(shí)也是實(shí)現(xiàn)國(guó)家戰(zhàn)略需求的大型跨學(xué)科項(xiàng)目研究的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是聚集國(guó)內(nèi)外一流科研人才、發(fā)揮國(guó)家實(shí)驗(yàn)室公益性社會(huì)職能的重要因素，也是促進(jìn)原創(chuàng)性成果的重要載體。部分國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科學(xué)設(shè)施開(kāi)放共享利用程度高，服務(wù)于外部科研用戶的影響力較大且呈上升趨勢(shì)（如Argonne National Laboratory、Brookhaven National Laboratory、Lawrence Berkeley National Laboratory）。此外，美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的大科學(xué)設(shè)施為外部科研用戶取得新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和研究成果提供了重要的設(shè)施條件，具有重要的價(jià)值，2016 年、2017 年典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室致謝論文數(shù)量與當(dāng)年設(shè)施用戶數(shù)量具有一定程度的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)值為0.63。

（6）美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室注重大量的國(guó)家科研經(jīng)費(fèi)投入，采用靈活的科研人員聘用方式和開(kāi)放性的合作機(jī)制，聚集了在該領(lǐng)域世界頂尖的科學(xué)家和思想活躍的研究人員，利用大科學(xué)裝置所提供的極限實(shí)驗(yàn)條件，能夠碰撞出創(chuàng)新思想，產(chǎn)生前沿的科學(xué)發(fā)現(xiàn)和取得較多的原創(chuàng)性成果，發(fā)表出高質(zhì)量的學(xué)術(shù)論文。19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 年發(fā)表的全部論文中，83.3%的論文發(fā)表在Clarivate Analytics期刊引證報(bào)告Q1 區(qū)和Q2 區(qū)期刊上，0.81%發(fā)表在Nature、Science 頂級(jí)刊物上，19 家國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 年發(fā)表于Nature、Science 的論文數(shù)分別占Nature、Science 2009—2019 年間發(fā)表全部論文總數(shù)的7.1%和9.8%。

4 建議

本文從發(fā)表論文總量、資助機(jī)構(gòu)、作者來(lái)源、國(guó)內(nèi)外合作研究、科學(xué)設(shè)施與裝置的利用情況及論文影響力6 個(gè)方面分析了美國(guó)能源部、航空航天局（NASA）和國(guó)防部19 個(gè)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研特征。分析得出的結(jié)論對(duì)我國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建設(shè)可提供如下參考和建議：

（1）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室應(yīng)構(gòu)建健全靈活的人才聘用機(jī)制和人事管理體制，建立一流的高水平科研人才隊(duì)伍，配備合理的人才體系，并建立兼顧人員穩(wěn)定和流動(dòng)、開(kāi)放的高效率的人才運(yùn)用和激勵(lì)約束機(jī)制。目前我國(guó)的國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室大多隸屬于高校或科研院所，采用事業(yè)單位編制體制，收入與激勵(lì)機(jī)制限制了一流科技人才的引入和運(yùn)用，并且固定人員的比例較高，人才類型單一，人才體系不盡合理，人才運(yùn)用機(jī)制不完善和效率不高。美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建立了靈活的用人機(jī)制和人才體系，我國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在建設(shè)過(guò)程中可以參考其高效率的人力資源管理機(jī)制和體制。

（2）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室需要中央政府長(zhǎng)期穩(wěn)定的財(cái)政經(jīng)費(fèi)支持和投入。國(guó)家實(shí)驗(yàn)室體現(xiàn)國(guó)家意志，承擔(dān)國(guó)家使命，在管理歸屬體系上隸屬中央。國(guó)家實(shí)驗(yàn)室承擔(dān)的是基礎(chǔ)領(lǐng)域研究和重大科技攻關(guān)任務(wù)，需要長(zhǎng)期持續(xù)性的穩(wěn)定資金支持。目前我國(guó)的各類國(guó)家（重點(diǎn)）實(shí)驗(yàn)室缺乏國(guó)家的穩(wěn)定經(jīng)費(fèi)支持，主要靠橫向項(xiàng)目、國(guó)家基金資助項(xiàng)目等競(jìng)爭(zhēng)性項(xiàng)目獲得科研經(jīng)費(fèi)，科研人員精力分散，研究課題得不到連續(xù)性經(jīng)費(fèi)保障，制約重大科學(xué)問(wèn)題和關(guān)鍵工程技術(shù)的原創(chuàng)性突破。美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室以聯(lián)邦政府主管部門(mén)為其主要經(jīng)費(fèi)來(lái)源，保障了其在重大科技基礎(chǔ)和前沿領(lǐng)域進(jìn)行連貫性的研發(fā)投入，取得創(chuàng)新和突破。

（3）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室應(yīng)發(fā)揮體制機(jī)制優(yōu)勢(shì)，以重大科技任務(wù)組織和聚集全國(guó)優(yōu)勢(shì)科研力量，開(kāi)展集中式攻關(guān)，充分發(fā)揮人力、經(jīng)費(fèi)、設(shè)施設(shè)備的協(xié)同效應(yīng)，加強(qiáng)合作研究，并且國(guó)家實(shí)驗(yàn)室應(yīng)積極承擔(dān)起組織和參與國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃和工程任務(wù)的職責(zé)，廣泛開(kāi)展國(guó)際合作。我國(guó)的國(guó)家（重點(diǎn)）實(shí)驗(yàn)室存在學(xué)科單一、重復(fù)，缺乏有效協(xié)作、力量分散的問(wèn)題，在國(guó)際合作上存在很大不足，資源利用效率低，在國(guó)際科技創(chuàng)新中的話語(yǔ)權(quán)不足。美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室存在明顯的開(kāi)放合作和國(guó)際化特點(diǎn)，保障了其在國(guó)家創(chuàng)新和國(guó)際科技合作中的重要地位。我國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室作為綜合性、平臺(tái)型國(guó)家戰(zhàn)略科技力量，應(yīng)充分發(fā)揮協(xié)同創(chuàng)新的體制和機(jī)制優(yōu)勢(shì)，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際合作中承擔(dān)核心角色。

（4）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室應(yīng)建設(shè)高度開(kāi)放共享利用的大科學(xué)設(shè)施，探索建立多樣的開(kāi)放共享利用機(jī)制，最大化科學(xué)設(shè)施的建設(shè)效益，促進(jìn)相應(yīng)學(xué)科領(lǐng)域、工程技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用的創(chuàng)新和發(fā)展。國(guó)家實(shí)驗(yàn)室應(yīng)以獨(dú)有的重大科學(xué)設(shè)施聚合科研人員力量，與國(guó)內(nèi)外科研單位、企業(yè)和人員進(jìn)行多種形式的合作研發(fā)。美國(guó)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室大科學(xué)設(shè)施開(kāi)放利用程度高，而且對(duì)科技創(chuàng)新產(chǎn)生了持續(xù)的影響力。我國(guó)國(guó)家（重點(diǎn)）實(shí)驗(yàn)室和科研機(jī)構(gòu)科學(xué)儀器與設(shè)施存在的利用率和共享水平不高、重復(fù)建設(shè)、閑置浪費(fèi)、對(duì)科技創(chuàng)新的服務(wù)和支撐作用不夠等問(wèn)題，在國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建設(shè)過(guò)程中應(yīng)得到根本上的糾正。

（5）國(guó)家實(shí)驗(yàn)室應(yīng)在人員、經(jīng)費(fèi)上保持一定的體量規(guī)模，圍繞大型科學(xué)設(shè)施建設(shè)形成獨(dú)特的科學(xué)和工程核心能力，通過(guò)吸引一流的尖端科技人才，在國(guó)內(nèi)和國(guó)際進(jìn)行廣泛的合作研究，形成對(duì)國(guó)家戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)、重大需求領(lǐng)域和尖端科學(xué)技術(shù)問(wèn)題具有重要貢獻(xiàn)的科研產(chǎn)出成果。美國(guó)的國(guó)家實(shí)驗(yàn)室在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域和重大科學(xué)問(wèn)題與關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新中取得了舉世矚目的成果。我國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室建設(shè)應(yīng)該以此為榜樣。

本文對(duì)美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的科研活動(dòng)特征進(jìn)行了基于實(shí)證數(shù)據(jù)的分析。本文所得出的結(jié)論存在以下限制：（1）本文只選取了19 家典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室2009—2019 年發(fā)表的期刊論文數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室體系中的其他國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（如FFRDC中的其他實(shí)驗(yàn)室）未作為本文的研究對(duì)象。（2）本文數(shù)據(jù)來(lái)源主要為web of science 收錄的期刊論文數(shù)據(jù)，對(duì)美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研活動(dòng)的描繪可進(jìn)一步結(jié)合多種來(lái)源數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。（3）本文對(duì)美國(guó)典型國(guó)家實(shí)驗(yàn)室科研特征的分析尚需結(jié)合相關(guān)理論背景和政策環(huán)境作進(jìn)一步分析。

注釋：

1）產(chǎn)業(yè)界基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和實(shí)驗(yàn)開(kāi)發(fā)的研發(fā)經(jīng)費(fèi)量占比分別為8.1%、17.1%和59.1%，高校三類研究的研發(fā)經(jīng)費(fèi)量占比分別為47.6%、32.3% 和2.7%；2）Fermi National Accelerator Laboratory和Thomas Jefferson National Accelerator Facility 均只有一個(gè)大科學(xué)設(shè)施，其用戶數(shù)/大科學(xué)設(shè)施數(shù)比較高，而致謝論文數(shù)/大科學(xué)設(shè)施數(shù)比較低；3）作為參照，中國(guó)清華大學(xué)2009—2019 年發(fā)表的被SCIE 收錄的論文中，Q1 區(qū)和Q2 區(qū)論文所占比例為76.3% 。