科学研究的世界呈现出蔓延生长、不断演化的景象。科研管理者和政策制定者需要掌握科研的进展和动态，以有限的资源来支持和推进科学进步。洞察科研动向，尤其是跟踪新兴专业领域将对其工作产生重大的意义。

科睿唯安（Clarivate Analytics）发布了“研究前沿”（Research Fronts）数据和报告。定义一个被称作研究前沿的专业领域的办法，源自于科学研究之间存在的某种特定的共性。这种共性可能来自实验数据，也可能来自研究方法、概念或假设，并反映在科学家在论文中引用其他科学家的工作这个学术行为之中。

通过持续跟踪全球最重要的科研和学术论文，研究分析论文被引用的模式和聚类，特别是成簇的高被引论文频繁地共同被引用的情况，可以发现研究前沿。当一簇高被引论文共同被引用的情形达到一定的活跃度和连贯性时，就形成一个研究前沿，而这一簇高被引论文便是组成该研究前沿的“核心论文”。研究前沿的分析数据揭示了不同研究者在探究相关的科学问题时会产生一定的关联，尽管这些研究人员背景不同或来自不同的学科领域。

总之，研究前沿的分析提供了一个独特的视角来揭示科学研究的脉络。研究前沿的分析不依赖于对文献的人工标引和分类（因为这种方法可能会有标引分类人员判断的主观性），而是基于研究人员的相互引用而形成的知识之间和人之间的联络。这些研究前沿的数据连续记载了分散的研究领域的发生、汇聚、发展（或者萎缩、消散），以及分化和自组织成更近的研究活动节点。在演进的过程中，每组核心论文的基本情况，如主要的论文、作者、研究机构等，都可以被查明和跟踪。通过对该研究前沿的施引文献的分析，可以发现该领域的最新进展和发展方向。

2013 年，Clarivate Analytics发布了《2013 研究前沿——自然科学和社会科学的前 100 个探索领域》白皮书。2014年和2015年，Clarivate Analytics 与中国科学院文献情报中心成立的“新兴技术未来分析联合研究中心”推出了《2014 研究前沿》和《2015 研究前沿》分析报告，引起了全球广泛的关注。

2016 年，中国科学院科技战略咨询研究院战略情报研究所，继续在《2015研究前沿》的基础上，推出《2016 研究前沿》。报告仍然以文献计量学中的共被引分析方法为基础，基于 Clarivate Analytics 的 Essential Science Indicators（ESI）数据库中的 12 188个研究前沿，遴选出 2016 年自然科学和社会科学的 10个大学科领域排名最前的 100 个热点前沿和 80 个新兴前沿。

地球科学

热点前沿及重点热点前沿解读

地球科学领域Top10 热点前沿发展态势

地球科学领域Top10 研究前沿延续气候变化与地球化学、固体地球物理学和地质学研究平分秋色之势。气候变化研究方面的热点包括：全球变暖突然趋缓（hiatus 现象）、气候系统模式研究、高亚洲冰川质量变化研究、土壤碳循环对气候变化的响应、北极放大效应与中纬度极端天气的关系、末次间冰期气候变化研究；地球化学研究热点包括内陆水体和海洋的碳循环、地球早期海洋的演化以及与之相关的生物进化，固体地球物理学和地质学研究热点包括2011 年东日本大地震同震滑动研究、下一代地震动衰减地面运动预测模型研究（表1.1 和图1.1）。

表1.1 地球科学领域Top10 热点前沿

图1.1 地球科学领域Top10 热点前沿的施引论文

重点热点前沿—— 全球变暖突然趋缓（hiatus现象）

作为21 世纪国际气候变化研究的一个全新热点，全球变暖突然趋缓在国际上备受关注——大量观测数据显示，自20世纪末（1998 年）以来，尽管大气中的温室气体浓度持续增加，但全球温度年均值并未升高。这一现象也被称为hiatus（“间断”或“停滞”）现象。由于hiatus现象的发现可能对盛行的“人类活动导致气候变暖”的观点构成挑战，因此吸引了科学界的热切关注，进而引发普通民众对气候变暖问题的诸多疑虑和热议。

在科学领域，人们对全球表面陆地和海洋温度数据进行了大量校正和比对，并重点从辐射强迫的影响和气候系统内部自然变率的影响两个角度研究了可能导致全球变暖突然趋缓的各种机制。目前普遍的看法是：现阶段的全球变暖趋缓是自然气候变率的一部分，从历史上看不足为奇，但是各种作用机制的相对重要性仍缺乏定量分析证据；尽管未来还有可能发生类似的全球变暖突然趋缓事件，但随着温室气体浓度增加，已经持续数十年的全球变暖趋势仍很有可能延续下去。

对hiatus 现象的科学研究报道始于2009 年，至2015 年短短几年间围绕该问题的科学研究已形成一个特色鲜明、引人注目的热点前沿，位列地球科学领域Top10 热点前沿第三位，核心论文47篇。除Nature Climate Change于2014 年3 月专题刊发了气候科学专家对全世界热议的近年来地球表面温度升高的趋势突然减缓问题的系列讨论之外，Science、Journal of Geophysical Research-Atmospheres、Nature等顶级综合期刊和地球科学期刊也刊发了大量相关研究成果。

有17 个国家参与了hiatus 现象研究47 篇核心论文的研究工作。从国家和机构层面看，美国占绝对领先优势，中国贡献了4 篇核心论文，与德国并列排名世界第6 位（表1.2）。中国科学院、中国海洋大学各参与了2 篇论文工作。从不同国家和机构对该研究前沿的跟进情况看，美国贡献了超过一半的施引论文，遥遥领先于其他国家；核心论文数排名第2 位的英国施引论文数也稳居次席；中国在该领域积极跟进，产出施引论文280 篇，排名第5 位，其中中国科学院施引论文数排名世界第5 位（表1.3）。

表1.2 “全球变暖突然趋缓（hiatus 现象）”研究前沿中核心论文的Top 产出国家和机构

表1.3 “全球变暖突然趋缓（hiatus 现象）”研究前沿中施引论文的Top 产出国家和机构

重点热点前沿——内陆水体和海洋的碳循环

碳是地球上生命有机体的关键成分，它以CO2、碳酸盐及有机化合物等多种形式在环境中不断循环。大量研究表明，全球碳循环的动态变化与气候变化及人类活动影响有着密切关系。海洋碳循环是全球碳循环的重要组成部分，是影响全球变化的关键控制环节。海洋作为一个巨大的碳库，具有吸收和储存大气CO2的能力，影响着大气CO2的收支平衡，研究碳在海洋中的转移和归宿，对于预测未来大气中CO2含量乃至全球气候变化具有重要意义。与海洋相比，虽然内陆水体（如河流、湖泊等）的面积经常小到被忽略，但由于内陆水体对人类活动排放的碳有着强烈的汇集，内陆水体富营养化对其生产和分解过程有着强力拉动，内陆水体的碳源汇功能十分活跃，因而内陆水体对陆地碳循环会产生重要影响。

了解各碳库尤其是海洋和内陆水体的碳循环过程及其动态变化，通过物理、化学和生物反馈机制来认识上述碳库碳循环与气候变化、生态系统、人类活动等的相互作用与影响过程已经成为当前地球科学领域研究的热点。

热点前沿“内陆水体和海洋的碳循环”的核心论文主要集中在揭示内陆水体（如河流、河流网络、湖泊、水库、湿地等）和海洋的碳降解和碳排放以及上述碳排放如何抵消碳汇。陆地到海洋的碳通量如何受人类因素的影响以及不断变化中的沿海海洋碳循环也都是该热点前沿致力于解决的问题。

根据核心论文的产出国家和机构的分析（表1.4），可以看出，美国在该领域的表现尤为突出，美国参与了绝大多数核心论文（11 篇）的工作。在美国之后，瑞典在该研究领域也成果显著。瑞典乌普萨拉大学发表了5 篇核心论文，在本领域所有研究机构中位列第一。

从表1.5 的数据可以看出，美国的施引论文最多，达554 篇，占全部施引论文的44.4%。瑞典、英国、加拿大、德国、中国的施引论文数量分列2 ～ 6 位，所占比例均超过10%。施引论文Top 机构中有4 家属于瑞典，反映出瑞典研究机构对该领域的关注。相比而言，美国仅有2 家机构入选施引论文Top 机构。中国科学院以66 篇施引论文位于施引论文数量Top 机构的第4 位。

综上所述，美国是内陆水体和海洋的碳循环研究领域的主要研究国家，瑞典在该领域的研究实力很强，英国、加拿大、德国等也是该领域的积极参与者。中国虽然在核心论文排行榜上籍籍无名，但施引论文数量排名迅速攀升，在一定程度上反映出中国对相关领域研究的重视和关注。

表1.4 “内陆水体和海洋的碳循环”研究前沿中核心论文的Top 产出国家和机构

表1.5 “内陆水体和海洋的碳循环”研究前沿中施引论文的Top 产出国家和机构

新兴前沿及重点新兴前沿解读

新兴前沿概述

地球科学领域有2 项研究入选新兴前沿，“2012 年夏洛特皇后群岛地震断层带研究”和“基于GEOTRACES 等计划开展的北大西洋和南大洋痕量元素组成研究”（表1.6）。

表1.6 地球科学领域的2 个新兴前沿

重点新兴前沿—— 基于GEOTRACES 等计划开展的北大西洋和南大洋痕量元素组成研究

近年来，学术界逐渐认识到痕量元素在海洋生态系统动力学及碳循环中的重要作用，并考虑系统地研究全球痕量元素及其同位素的海洋生物地球化学循环，从而逐渐形成了一个新的国际科学研究计划——“痕量元素及其同位素的海洋生物地球化学研究”（GEOTRACES）。该计划旨在研究特定痕量元素（如铝、锰、铁、锌、铜、镉、钍等）及其同位素在全球海洋的分布情况以及上述元素的源、汇和内部循环情况；研究痕量元素及其同位素对全球变化的响应，帮助理解古海洋环境的演变过程以及预测未来海洋环境的变化。

2016 年度地球科学领域新兴前沿“基于GEOTRACES 等计划开展的北大西洋和南大洋元素组成研究”利用近期开展的数次GEOTRACES 测量等活动，在北大西洋和南大洋的痕量元素组成研究方面取得了重大进展，多项成果发表在Science、Nature等顶级期刊上。该前沿有11 篇核心论文，参与的国家集中在美国、瑞士、德国、英国和法国。瑞士的表现最为抢眼，被引频次最高的两篇论文均来自瑞士的研究机构。2014 年，瑞士苏黎世联邦理工学院的研究人员对北大西洋溶解铁的来源进行了定量研究，同时还对末次冰期南大洋的铁施肥（iron fertilization）进行了研究。美国夏威夷大学、伍兹霍尔海洋研究所、英国利物浦大学等机构基于近期GEOTRACES 测量的结果，分析了北大西洋和南大洋主要颗粒物的元素组成，研究了上述区域海洋的铁、锰、镉、铝等痕量元素的浓度、外部来源、内部循环以及富集等过程。