基于Citespace的氣候變化對(duì)海洋生態(tài)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(duì)海洋生態(tài)影響方面的研究，采用科學(xué)計(jì)量軟件Citespace從Web Of Science 核心數(shù)據(jù)庫中選取2018～2022年間發(fā)表的關(guān)于氣候變化對(duì)海洋生態(tài)影響的研究論文進(jìn)行定量分析。從研究國家、機(jī)構(gòu)、作者、期刊和關(guān)鍵詞等方面展開可視化定量分析并進(jìn)行結(jié)果總結(jié)。結(jié)果表明：2018～2022年，發(fā)文量最大的國家為美國；以WANG C為核心的團(tuán)隊(duì)發(fā)文量最多；從關(guān)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(duì)海洋生態(tài)的影響；關(guān)鍵詞的突現(xiàn)檢測結(jié)果顯示，繼早年研究氣候變化對(duì)海洋生態(tài)造成的危害后，海洋生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)成為近年來的新熱點(diǎn)和趨勢。隨著氣候變化和人類活動(dòng)的加劇，海洋生態(tài)受到嚴(yán)重破壞。研究成果可為海洋生態(tài)方面的研究者提供參考。

關(guān)鍵詞：

氣候變化； 海洋生態(tài)； Citespace； 可視化分析

中圖法分類號(hào)：Q89

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2023.07.017

文章編號(hào)：1006-0081（2023）07-0100-06

0 引 言

在海洋生態(tài)系統(tǒng)中，物種的時(shí)空分布與環(huán)境特征休戚與共。突發(fā)性和非線性的氣候變化通常會(huì)引起海洋生態(tài)系統(tǒng)的改變，所導(dǎo)致的危害也不斷增加。工業(yè)的快速發(fā)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(dǎo)致冰川融化，海平面上升［2］。同時(shí)，由于海水吸收了空氣中過量的二氧化碳，導(dǎo)致海洋酸化、溶解氧質(zhì)量濃度減少，這些海洋生態(tài)變化給海洋生物帶來了嚴(yán)重影響［3］。韋興平等［4］指出氣候變化對(duì)浮游生物、海鳥、巖海岸生態(tài)系統(tǒng)、紅樹林生態(tài)系統(tǒng)、珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)均存在深遠(yuǎn)影響。Hughes等［5］發(fā)現(xiàn)：氣候變化導(dǎo)致珊瑚礁大規(guī)模白化，生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞；澳大利亞大堡礁自1980年觀測記錄數(shù)據(jù)以來，經(jīng)歷了3次超大規(guī)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(jì)以來，沿海地區(qū)的海平面持續(xù)上升，這將導(dǎo)致低洼地區(qū)發(fā)生更頻繁和更嚴(yán)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(jì)末可能每年都會(huì)發(fā)生［7］。本文通過Citespace來探究相關(guān)科研的動(dòng)態(tài)變化過程和核心文獻(xiàn)，并將其科學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)、規(guī)律和分布情況進(jìn)行可視化，以此分析海洋生態(tài)和氣候變化相關(guān)研究的發(fā)展趨勢及不足，可為后續(xù)研究提供借鑒。

1 數(shù)據(jù)采集和分析方法

本文中用來分析的文獻(xiàn)數(shù)據(jù)均來自美國Thomson Reuters公司開發(fā)的Web Of Science（WOS）核心數(shù)據(jù)庫，檢索截至2022年6月24日。在WOS上以“marine ecology AND climate change”為關(guān)鍵詞進(jìn)行搜索，語言為“English”，文獻(xiàn)類型選擇“Article”，時(shí)間分段為2018～2022年，最終共檢索出3 348篇文獻(xiàn)。剃除一些引用量較少的文獻(xiàn)后得到文獻(xiàn)3 000篇。

檢索到的外文文獻(xiàn)信息以WOS中“全記錄與引用的參考文獻(xiàn)”格式導(dǎo)出，導(dǎo)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(duì)所得的3 000條文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的作者、機(jī)構(gòu)、國家、關(guān)鍵詞、發(fā)表期刊進(jìn)行可視化分析。軟件參數(shù)設(shè)置如下：時(shí)間分段為2018～2022年，時(shí)間切片為1 a，功能界面的節(jié)點(diǎn)類型根據(jù)分析目的選擇作者、機(jī)構(gòu)、國家、關(guān)鍵詞、論文共被引、作者共被引和期刊共被引等，其余參數(shù)均保持系統(tǒng)默認(rèn)值。

2 檢索結(jié)果

2.1 國家/地區(qū)和機(jī)構(gòu)合作分布

在國家合作關(guān)系中，通過生成國家共現(xiàn)圖譜，可考察國家間的合作關(guān)系，如圖1所示。國家共現(xiàn)圖譜共生成155個(gè)節(jié)點(diǎn)，1 350條連線，密度為0.113 1。研究結(jié)果表明，2018年1月至2021 年6月，155個(gè)國家或地區(qū)對(duì)氣候變化與海洋生態(tài)進(jìn)行研究。其中，發(fā)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(fā)文量排名第八。圖中節(jié)點(diǎn)連線越緊密，說明節(jié)點(diǎn)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(guān)系，但是他們與其他國家還未形成合作關(guān)系；西班牙、法國、英國等歐洲國家則聯(lián)系緊密；中國的研究相對(duì)獨(dú)立。

分析氣候變化與海洋生態(tài)方面的研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)文量最多的前9個(gè)機(jī)構(gòu)如表1所示。NOAA發(fā)表的論文最多（124篇），其次是中國科學(xué)院（111篇）、塔斯馬尼亞大學(xué)（109篇）、華盛頓大學(xué)（97篇）、加州圣克魯大學(xué)（93篇）。在發(fā)文量排名前7的科研機(jī)構(gòu)中，美國占4個(gè)，澳大利亞2個(gè)，中國1個(gè)。研究結(jié)果表明，美國對(duì)氣候變化與海洋生態(tài)方面的研究具有較大貢獻(xiàn)。中國科學(xué)院發(fā)文量排名第二，但與其他機(jī)構(gòu)合作較少。

2.2 作者和共作者分析

核心作者評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是指在某領(lǐng)域展開持續(xù)研究且有一定影響的作者，可以用M來衡量，M的計(jì)算式為

M=0.749Nmax（1）

式中：N為發(fā)文最多作者的發(fā)文量。

根據(jù)上述計(jì)算式，M=3.09，向上取整，即認(rèn)為發(fā)文量為4篇及以上的作者為海洋生態(tài)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(fā)文量不小于8的作者，其中Cheng Wang（17篇）是發(fā)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(tài)與氣候變化方面研究的共被引作者748位，被引次數(shù)比較高的前14個(gè)作者如表2所示。Hughes T和Hoegh-Guldber O論文被引次數(shù)最多，其次是Poloczanska E、Portner H和Bates D等，表明以上研究者在這個(gè)研究領(lǐng)域影響較大［9-10］。

2.3 期刊分析

由表3可知，在發(fā)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(xué)研究領(lǐng)域的權(quán)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(xiàn)分析

對(duì)論文共被引進(jìn)行聚類分析，以此了解海洋氣候變化的研究熱點(diǎn)。一般認(rèn)為：聚類所得的聚類模塊值Q>0.3時(shí)聚類結(jié)構(gòu)顯著，聚類平均模塊值S>0.5則聚類結(jié)果合理，S>0.7則聚類結(jié)果可信。圖2對(duì)2018年到2022年間的被引頻次較高的論文進(jìn)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(hào)海洋熱浪、1號(hào)海洋酸化、2號(hào)珊瑚礁等共12個(gè)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(jié)合現(xiàn)有文獻(xiàn)的內(nèi)容可以發(fā)現(xiàn)，海洋氣候變化研究熱點(diǎn)主要聚集于海洋熱浪、海洋酸化、珊瑚礁、共生等4個(gè)主題領(lǐng)域。

3 氣候變化下海洋生態(tài)研究新趨勢

3.1 關(guān)鍵詞時(shí)序圖分析

2018～2019年，海洋酸化、珊瑚礁、穩(wěn)定性同位素和海平面上升等關(guān)鍵詞結(jié)點(diǎn)密集，表明在該時(shí)間段內(nèi)研究結(jié)果多，研究學(xué)者的關(guān)注度高，是這段時(shí)間的主要研究趨勢。2019～2020年期間，物種分布模型和穩(wěn)定性同位素的研究成果減少，而研究學(xué)者對(duì)氣候變化對(duì)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(diǎn)［6］，如多篇文獻(xiàn)指出氣候變化引發(fā)了珊瑚白化的泛熱帶事件；2020～2021年，海洋生態(tài)學(xué)節(jié)點(diǎn)數(shù)量最多，表明研究成果最多；2021～2022年，研究者對(duì)海洋生態(tài)和北極熊的關(guān)注度降低，而物種分布模型的結(jié)點(diǎn)密集，關(guān)注度升高，成為新興研究趨勢。研究氣候變化對(duì)物種分布的影響，對(duì)了解海洋生態(tài)物種的重組具有重要意義［11］。氣候變化下海洋生態(tài)研究趨勢關(guān)鍵詞時(shí)段分布見圖3。

3.2 關(guān)鍵詞突現(xiàn)分析

關(guān)鍵詞的突現(xiàn)可以反映其在短時(shí)間內(nèi)研究頻次驟增情況，代表這段時(shí)間內(nèi)備受關(guān)注的研究領(lǐng)域。在該突現(xiàn)詞圖譜中：Year表示關(guān)鍵詞首次出現(xiàn)的時(shí)間；Strength表示突現(xiàn)強(qiáng)度，數(shù)值越大則突變強(qiáng)度越大，說明該節(jié)點(diǎn)在這個(gè)時(shí)間段越受關(guān)注：Begin表示突現(xiàn)開始時(shí)間；End為突現(xiàn)結(jié)束時(shí)間，藍(lán)線表示節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)時(shí)間段，紅線表示節(jié)點(diǎn)突現(xiàn)時(shí)間段。從圖4中可以看出近5 a內(nèi)前20個(gè)關(guān)鍵詞出現(xiàn)最早的年份都是2018年，根據(jù)突現(xiàn)時(shí)間段可以把海洋生態(tài)和氣候變化的研究趨勢總體分為3個(gè)階段：2018～2019年和2019～2020年，相應(yīng)突現(xiàn)強(qiáng)度最大的關(guān)鍵詞分別是carbon dioxide（二氧化碳）和rate（速率）；2020～2022年，相應(yīng)突現(xiàn)強(qiáng)度最大的關(guān)鍵詞為river（河流），其次是eutrophication（富營養(yǎng)化）、risk（危害）和restoration（恢復(fù)）等。

大部分文獻(xiàn)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(jié)構(gòu)溫度發(fā)生變化，由于海洋生物的溫度依賴性不同，生態(tài)群落正在重組。隨著相關(guān)理論和研究方法的成熟，研究者逐漸利用更前沿的技術(shù)，從微觀角度去分析氣候變化對(duì)海洋生態(tài)的影響，并將其發(fā)展成為新的研究方向［12］。這些研究說明人們對(duì)海洋生態(tài)有了更深層次的認(rèn)識(shí)，且河流、富營養(yǎng)化、危害和恢復(fù)等關(guān)鍵詞的爆發(fā)表明：氣候變化對(duì)海洋生態(tài)造成的危害使得海洋生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)成為近年來的新熱點(diǎn)和趨勢。

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié) 論

本文利用Citespace軟件對(duì)2018～2022年WOS核心數(shù)據(jù)庫中海洋生態(tài)與氣候變化相關(guān)的3 000篇論文進(jìn)行計(jì)量統(tǒng)計(jì)和分析，得到了海洋生態(tài)與氣候變化相關(guān)文獻(xiàn)的發(fā)文地區(qū)、研究機(jī)構(gòu)、作者、引用文獻(xiàn)、關(guān)鍵詞聚類和關(guān)鍵詞突現(xiàn)等發(fā)展趨勢以及突出的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，結(jié)論如下。

（1） 海洋生態(tài)與氣候變化相關(guān)論文發(fā)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(xué)院在機(jī)構(gòu)發(fā)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(nèi)偏重于氣候變化下海洋生態(tài)的應(yīng)對(duì)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(tài)與氣候變化的研究領(lǐng)域中正穩(wěn)步推進(jìn)。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(duì)共被引文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞聚類后，發(fā)現(xiàn)在所有被引文獻(xiàn)中出現(xiàn)次數(shù)最多的關(guān)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(duì)海洋生態(tài)問題不容忽視，其脆弱性和修復(fù)性成為國內(nèi)外研究熱點(diǎn)。

（3） 從關(guān)鍵詞時(shí)區(qū)圖可以看出，關(guān)鍵詞排名前3的分別是海洋酸化、珊瑚礁、穩(wěn)定性同位素；在關(guān)鍵詞突現(xiàn)圖的3個(gè)時(shí)間段中，突現(xiàn)強(qiáng)度最大的為carbon dioxide（二氧化碳）、rate（速率）和river（河流），這3個(gè)方向?yàn)?018～2022年的研究熱點(diǎn)。

4.2 討 論

國際在海洋生態(tài)與氣候變化的研究熱點(diǎn)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(zāi)因子對(duì)珊瑚的危害性明顯增加，對(duì)暖水珊瑚礁生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了嚴(yán)重影響，當(dāng)全球升溫高于2 ℃時(shí)，90%～99%以上的暖水珊瑚將消失［14］。在IPCC AR6第二工作組報(bào)告［15］第三章明確指出，工業(yè)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(dǎo)致了海洋酸化，而酸化對(duì)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(shí)與共被引文獻(xiàn)分析得出的結(jié)果是貼合的。與其相關(guān)的物種空間分布、富營養(yǎng)化、河流污染與恢復(fù)等旁支領(lǐng)域成為國內(nèi)外科學(xué)家的研究熱點(diǎn)。碳、氮穩(wěn)定同位素技術(shù)作為一種穩(wěn)定且準(zhǔn)確的檢測手段，指示生物體的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)信息，是水生生物生存現(xiàn)狀的理想示蹤物，這對(duì)科學(xué)家研究物種分布模型與生物多樣性具有重要意義。

上述關(guān)鍵詞得到較多關(guān)注，推測是與2021年10月在《生物多樣性公約》締約方大會(huì)上制定的《2020后全球生物多樣性框架》相關(guān)，該文件推動(dòng)了各國氣候變化背景下海洋生物多樣性保護(hù)法治體系建設(shè)，而海洋氣候變化法律的規(guī)制使研究者在海洋和物種的保護(hù)修復(fù)方面的研究更加積極，如珊瑚礁和河流的恢復(fù)、分子水平上對(duì)物種空間或種類的研究、對(duì)海平面上升和海洋酸化的控制等［16］。根據(jù)氣候變化對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)的影響近5 a的分析，以及諸多相關(guān)文件的頒布情況，推測未來人們對(duì)海洋生態(tài)與氣候變化的研究熱點(diǎn)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(yǎng)化與恢復(fù)。

人類活動(dòng)所導(dǎo)致的氣候變化影響下，全球海洋生態(tài)系統(tǒng)的形勢不容樂觀。盡管中國積極采取應(yīng)對(duì)措施，如加大分子水平研究與宏觀海洋生態(tài)問題的聯(lián)系程度，以及推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”和數(shù)據(jù)分析在海洋氣候變化和海洋生態(tài)保護(hù)中的作用等，但現(xiàn)下采取的措施越來越難以應(yīng)對(duì)氣候變化帶來的風(fēng)險(xiǎn)。在人類高資源消耗的需求下，這些應(yīng)對(duì)措施的有效性會(huì)隨著全球變暖的持續(xù)而不斷降低，各國在未來會(huì)持續(xù)跟進(jìn)對(duì)海洋生態(tài)指標(biāo)的檢測，以求更加了解海洋環(huán)境，防止海洋酸化的狀況進(jìn)一步惡化。隨著勘測的進(jìn)行，穩(wěn)定性同位素在海洋生態(tài)研究中的應(yīng)用也會(huì)變得更加廣泛。同時(shí)世界各國會(huì)采取進(jìn)一步的措施以抑制氣候的劇烈變化，使海平面上升的進(jìn)程減緩。

本文基于WOS核心合集數(shù)據(jù)庫并運(yùn)用Citespace軟件進(jìn)行可視化圖譜分析，整理了海洋生態(tài)與氣候變化這一課題的研究及發(fā)展趨勢，意在為研究相關(guān)海洋氣候變化的學(xué)者們提供研究新思路。本文數(shù)據(jù)以世界各國發(fā)表的相關(guān)文章數(shù)據(jù)出發(fā)，內(nèi)容有待進(jìn)一步與中國國內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)的結(jié)果數(shù)據(jù)對(duì)比，取得更加全面而完整的分析結(jié)果，以供海洋生態(tài)與氣候變化相關(guān)領(lǐng)域的研究者參考。

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（編輯：唐湘茜，張 爽）