四、地球科学 1.热点前沿及重点热点前沿解读 11地球科学领域Top10热点前沿发展态势 地球科学领域Top10热点前沿中6个属于动模型。3个热点前沿与气候变化有关,包括: 固体地球物理学和地质学相关硏究,包括:磁利用CESM模式和RP85情景研究全球气候 层多尺度任务科学研究进展,人工神经网络在变化,利用热带降雨测量任务和全球隆水测量 预测太阳辐射中的应用,2016年新西兰凯库任务开展全球多地区降水分析,元古代时期大 拉地震和2015年尼泊尔廓尔喀地震破裂带特气和海洋的氧化作用。还有1个地球化学硏究 征分析,地下流体注入诱发美国多地地震机理热点:中国主要矿藏重金属地理累积情况与环 研究,利用好奇号开展盖尔陨石坑的岩石矿物境风险管控。 学研究,欧洲和中东地区地震数据库与地面运
22 研究前沿 2019 地球科学 四、地球科学 1. 热点前沿及重点热点前沿解读 1.1 地球科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 地球科学领域 Top10 热点前沿中 6 个属于 固体地球物理学和地质学相关研究，包括：磁 层多尺度任务科学研究进展，人工神经网络在 预测太阳辐射中的应用，2016 年新西兰凯库 拉地震和 2015 年尼泊尔廓尔喀地震破裂带特 征分析，地下流体注入诱发美国多地地震机理 研究，利用好奇号开展盖尔陨石坑的岩石矿物 学研究，欧洲和中东地区地震数据库与地面运 动模型。3 个热点前沿与气候变化有关，包括： 利用 CESM 模式和 RCP8.5 情景研究全球气候 变化，利用热带降雨测量任务和全球降水测量 任务开展全球多地区降水分析，元古代时期大 气和海洋的氧化作用。还有 1 个地球化学研究 热点：中国主要矿藏重金属地理累积情况与环 境风险管控
研究前沿 地球科学 2019 表13地球科学领域Top10热点前沿 排名 热点前沿 核心被引核心论文 论文频次平均出版年 利用CESM模式和RCP85情景研究全球气候变化 2016.5 磁层多尺度任务科学研究进展 111337 0163 3利用热带降雨测量任务和全球降水测量任务开展全球多地区降水分析21126120163 人工神经网络在预测太阳辐射中的应用 2512162016 52016年新西兰凯库拉地震和2015年尼泊尔廓尔喀地震破裂带特征分析492959 0159 地下流体注入诱发美国多地地震机理研究 262290 2015.8 中国主要矿藏重金属地理累积情况与环境风险管控 34284620157 利用好奇号开展盖尔陨石坑的岩石矿物学研究 31925 2015.7 891 元古代时期大气和海洋的氧化作用 欧洲和中东地区地震数据库与地面运动模型 16148120155 图3地球科学领域Top10热点前沿的施引论文 201320142015201620172018 ●利用CESM模式和RCP85情景研究全球气候变化 ●磁层多尺度任务科学研究进展 ●利用热带降雨测量任务和全球降水测量任务开展全球 ●● 多地区降水分析 人工神经网络在预测太阳辐射中的应用 ●2016年新西兰凯库拉地震和2015年尼泊尔廓尔喀地震 破裂带特征分析 ●地下流体注入诱发美国多地地震机理研究 ●中国主要矿藏重金属地理累积情况与环境风险管控 ●利用好奇号开展盖尔陨石坑的岩石矿物学研究 0元古代时期大气和海洋的氧化作用 ●欧洲和中东地区地震数据库与地面运动模型
23 研究前沿 地球科学 2019 利用 CESM 模式和 RCP8.5 情景研究全球气候变化 磁层多尺度任务科学研究进展 利用热带降雨测量任务和全球降水测量任务开展全球 多地区降水分析 人工神经网络在预测太阳辐射中的应用 2016 年新西兰凯库拉地震和 2015 年尼泊尔廓尔喀地震 破裂带特征分析 地下流体注入诱发美国多地地震机理研究 中国主要矿藏重金属地理累积情况与环境风险管控 利用好奇号开展盖尔陨石坑的岩石矿物学研究 元古代时期大气和海洋的氧化作用 欧洲和中东地区地震数据库与地面运动模型 2013 2014 2015 2016 2017 2018 表 13 地球科学领域 Top 10 热点前沿 排名 热点前沿 核心 论文 被引 频次 核心论文 平均出版年 1 利用 CESM 模式和 RCP8.5 情景研究全球气候变化 8 1212 2016.5 2 磁层多尺度任务科学研究进展 11 1337 2016.3 3 利用热带降雨测量任务和全球降水测量任务开展全球多地区降水分析 21 1261 2016.3 4 人工神经网络在预测太阳辐射中的应用 25 1216 2016 5 2016 年新西兰凯库拉地震和 2015 年尼泊尔廓尔喀地震破裂带特征分析 49 2959 2015.9 6 地下流体注入诱发美国多地地震机理研究 26 2290 2015.8 7 中国主要矿藏重金属地理累积情况与环境风险管控 34 2846 2015.7 8 利用好奇号开展盖尔陨石坑的岩石矿物学研究 23 1925 2015.7 9 元古代时期大气和海洋的氧化作用 29 2601 2015.6 10 欧洲和中东地区地震数据库与地面运动模型 16 1481 2015.5 图 3 地球科学领域 Top10 热点前沿的施引论文
2019 研究前沿 地球科学 1.2重点热点前沿—“利用CESM模式和RCP85情景研究全球气候变化 气候变化是近年受到全球各界普遍关注的热究全球气候变化”的核心论文主要利用CESM模 点科研主题和重大政治议题。地球系统模式为理式在RCP85和RCP45情景下评估未来气候变化 解过去气候与环境演变机理、预估未来潜在全球情况及其影响,包括气候系统內部变率和外部强 变化情境提供了重要的科学量化工具。作为目前迫、温室气体和气溶胶的影响,未来北美气候 世界上功能最先进、使用最广泛的新一代地球系极热天气、寒潮、全球干旱等。美加联合研究团 统模式之一,通用地球系统模式(CESM)由大气、队发表的" The Community Earth System Model A 海洋、陆地、海冰、陆冰等几大模块组成,同时 Framewoκ k for Collaborative research"一文被引频 考虑大气化学、生物地球化学和人文过程,具有次最高,达581次,重点描述了CESM及其各种可 良好的灵活性和可扩展性,在多时空尺度的各种能的配置、特别是主要科研能力,为有关气候与 地球系统相互作用研究中发挥了重要作用 环境的演变机理、自然和人类与气候变化的相互 作用以及气候变化趋势的深入研究和科学预测等 在模式计算中,排放情景的设定及相应的全 奠定了坚实的基础。 球和各地区的温室气体排放数据至关重要。为了 协调不同科研机构和团队的相关研究工作,强化 美国、加拿大、中国和澳大利亚参与了构成 排放情景对政府应对气候变化的参考作用,并在该热点前沿的8篇核心论文的研究工作。美国贡 更大范围内研究潜在气候变化和不确定性,PC献最突出,15所核心论文研究机构中有11所美国 第五次评估报告提出了以稳定浓度为特征的新情机构(见表14),CESM的研制和发布单位一—一美 景,包括4个代表性浓度路径(RCp):高端路径(RCP国国家大气研究中心(NCAR)主导了其中7篇核 85)、中间稳定路径(RCP6和RCP4.5)以及低心论文(含1篇与兰州大学共同主导,即共同通 端理想路径(RCP2.6)。4个RCP情景纳入了气信作者机构)的研究,并参与了由科罗拉多大学(博 候政策对温室气体和气溶胶排放的影响,优化了尔德)主导的另外1篇核心论文研究。 生物物理及海陆气交换过程,因此在科学方法上 优势明显,其中RCP8.5响应最明显,在气候模式、 加拿大核心论文来自多伦多大学和卡尔加里 影响、适应和减缓等各种预测和评估中研究应用 大学。中国兰州大学与美国国家大气研究中心合 最广泛 作研究了利用CESM基于不同的温室气体和气溶胶 情景预测21世纪全球干旱的不确定性。澳大利亚 热点前沿“利用CESM模式和RCP85情景研气象局亦参与1篇核心论文研究
24 研究前沿 2019 地球科学 1.2 重点热点前沿——“利用 CESM 模式和 RCP8.5 情景研究全球气候变化” 气候变化是近年受到全球各界普遍关注的热 点科研主题和重大政治议题。地球系统模式为理 解过去气候与环境演变机理、预估未来潜在全球 变化情境提供了重要的科学量化工具。作为目前 世界上功能最先进、使用最广泛的新一代地球系 统模式之一，通用地球系统模式（CESM）由大气、 海洋、陆地、海冰、陆冰等几大模块组成，同时 考虑大气化学、生物地球化学和人文过程，具有 良好的灵活性和可扩展性，在多时空尺度的各种 地球系统相互作用研究中发挥了重要作用。 在模式计算中，排放情景的设定及相应的全 球和各地区的温室气体排放数据至关重要。为了 协调不同科研机构和团队的相关研究工作，强化 排放情景对政府应对气候变化的参考作用，并在 更大范围内研究潜在气候变化和不确定性，IPCC 第五次评估报告提出了以稳定浓度为特征的新情 景，包括4个代表性浓度路径（RCP）：高端路径（RCP 8.5）、中间稳定路径（RCP 6 和 RCP 4.5）以及低 端理想路径（RCP 2.6）。4 个 RCP 情景纳入了气 候政策对温室气体和气溶胶排放的影响，优化了 生物物理及海陆气交换过程，因此在科学方法上 优势明显，其中 RCP 8.5 响应最明显，在气候模式、 影响、适应和减缓等各种预测和评估中研究应用 最广泛。 热点前沿“利用 CESM 模式和 RCP8.5 情景研 究全球气候变化”的核心论文主要利用 CESM 模 式在 RCP 8.5 和 RCP 4.5 情景下评估未来气候变化 情况及其影响，包括气候系统内部变率和外部强 迫、温室气体和气溶胶的影响，未来北美气候、 极热天气、寒潮、全球干旱等。美加联合研究团 队 发 表 的“The Community Earth System Model A Framework for Collaborative Research”一文被引频 次最高，达 581 次，重点描述了 CESM 及其各种可 能的配置、特别是主要科研能力，为有关气候与 环境的演变机理、自然和人类与气候变化的相互 作用以及气候变化趋势的深入研究和科学预测等 奠定了坚实的基础。 美国、加拿大、中国和澳大利亚参与了构成 该热点前沿的 8 篇核心论文的研究工作。美国贡 献最突出，15 所核心论文研究机构中有 11 所美国 机构（见表 14），CESM 的研制和发布单位――美 国国家大气研究中心（NCAR）主导了其中 7 篇核 心论文（含 1 篇与兰州大学共同主导，即共同通 信作者机构）的研究，并参与了由科罗拉多大学（博 尔德）主导的另外 1 篇核心论文研究。 加拿大核心论文来自多伦多大学和卡尔加里 大学。中国兰州大学与美国国家大气研究中心合 作研究了利用 CESM 基于不同的温室气体和气溶胶 情景预测 21 世纪全球干旱的不确定性。澳大利亚 气象局亦参与 1 篇核心论文研究
研究前沿 地球科学 2019 表14“利用CESM模式和RCP85情景研究全球气候变化”研究前沿中核心论文的Top产出国家和机构 排名国家 核心比例排名 机构 国家论文比例 1000%1 美国国家大气研究中心 100.0% 250%2 美国能源部 25.0% 3 125%2 多伦多大学 加拿大 25.0% 3澳大利亚1 12.5% 兰州大学 科罗拉多大学(博尔德) 12.5% 哥伦比亚大学 美国 12.5% 康奈尔大学 美国 12.5% 4美国国家海洋与大气管理局 美国 1125% 加州大学伯克利分校 美国 明尼苏达大学 12.5% 华盛顿大学西雅图分校 美国 12.5% 4威斯康星大学麦迪逊分校 12.5% 澳大利亚气象局 澳大利亚1 12.5% 卡尔加里大学 加拿大 125% 科罗拉多州立大学 从表15可以看出,美国的施引论文最多,达776篇,占全部施引论文的77.3%。中国的施引论文位 列第2位,占166%。英国、德国、法国、加拿大、瑞士等紧随其后。施引论文数量Top10机构中,有8 所来自美国,其中美国国家大气研究中心表现最突出,一直引领该研究前沿的探索。美国能源部和科罗 拉多大学(博尔德)分别位列第2和第3名 美国贡献了 中国贡献了 776 篇施引论文 167 篇施引论文
25 研究前沿 地球科学 2019 表 14 “利用 CESM 模式和 RCP8.5 情景研究全球气候变化”研究前沿中核心论文的 Top 产出国家和机构 排名 国家 核心 论文 比例 排名 机构 国家 核心 论文 比例 1 美国 8 100.0% 1 美国国家大气研究中心 美国 8 100.0% 2 加拿大 2 25.0% 2 美国能源部 美国 2 25.0% 3 中国 1 12.5% 2 多伦多大学 加拿大 2 25.0% 3 澳大利亚 1 12.5% 4 兰州大学 中国 1 12.5% 4 科罗拉多大学（博尔德） 美国 1 12.5% 4 哥伦比亚大学 美国 1 12.5% 4 康奈尔大学 美国 1 12.5% 4 美国国家海洋与大气管理局 美国 1 12.5% 4 加州大学伯克利分校 美国 1 12.5% 4 明尼苏达大学 美国 1 12.5% 4 华盛顿大学西雅图分校 美国 1 12.5% 4 威斯康星大学麦迪逊分校 美国 1 12.5% 4 澳大利亚气象局 澳大利亚 1 12.5% 4 卡尔加里大学 加拿大 1 12.5% 4 科罗拉多州立大学 美国 1 12.5% 从表 15 可以看出，美国的施引论文最多，达 776 篇，占全部施引论文的 77.3 %。中国的施引论文位 列第 2 位，占 16.6 %。英国、德国、法国、加拿大、瑞士等紧随其后。施引论文数量 Top10 机构中，有 8 所来自美国，其中美国国家大气研究中心表现最突出，一直引领该研究前沿的探索。美国能源部和科罗 拉多大学（博尔德）分别位列第 2 和第 3 名。 2 美国贡献了 篇施引论文 中国贡献了 776 1 167 篇施引论文
2019 研究前沿 地球科学 表15“利用CESM模式和RCP85情景研究全球气候变化”研究前沿中施引论文的Top产出国家和机构 排名国家 比例排名 机构 国家施引比例 美国 776 77.3% 美国国家大气研究中心 国30029.9% 123 中国 6.6% 123 美国能源部 148 14.7% 英国 118 科罗拉多大学(博尔德) 国国国 13012.9% 82 美国国家海洋与大气管理局美 9.6% 5 法国 70 7.0% 6加拿大69 69 4567 中国科学院 中国 90 9.0 美国国家航空航天局 美国 71 7.1% 瑞士 华盛顿大学西雅图分校 美国 8澳大利亚 646%8 哥伦比亚大学 美国 挪威 373.7%9 法国国家科学研究中心 国 5.8% 10荷兰 33%10 普林斯顿大学 美国52 5.2% 1.3重点热点前沿—“中国主要矿藏重金属地理累积情况与环境风险管控” 矿产资源是社会经济发展的重要物质基础 根据核心论文的产出国家(地区)和产出机 矿产资源的开发与利用对国家现代化建设至关重构的分析(表16),可以看出,中国在该前沿领 要。中国矿产资源丰富,已探明的矿产资源储量域占据绝对优势,贡献了26篇论文。从核心论文 占世界矿产资源的12%。但矿产开采对环境造成的产出机构看,北京师范大学发表了7篇核心论文 了严重破坏,特别是重金属污染。原中国环保部位列第1。中国科学院、湖南大学和浙江大学紧 与国土资源部于2005年4月至2013年12月组织随其后,均贡献了4篇核心论文。来自南京大学 开展了中国首次土壤污染状况调查,结果显示矿污染控制与资源化研究国家重点实验室的研究团 山是我国重金属污染的主要来源之一。 队发表的“ A review of soil heavy metal pollution from 热点前沿“中国主要矿藏重金属地理累积情 nines in Ching: Pollution and health risk assessment 况与环境风险管控”的34篇核心论文主要集中 一文被引频次最高,达519次。该文基于2005- 在对中国东北、华北、华东、西北、西南等地区2012年中国矿区重金属土壤污染数据,评估矿山 的城市土壤重金属来源识别和空间分布研究,以土壤污染情况,量化这些污染对人类健康造成的 及生态风险和健康风险评估,可为中国城市发展风险,并根据评估结果确定了需要优先管控的重 提供借鉴,为治理和防治重金属污染提供对策和金属元素、矿山类型和省份,受到科学界的极大 建议。 关注
26 研究前沿 2019 地球科学 表 15 “利用 CESM 模式和 RCP8.5 情景研究全球气候变化”研究前沿中施引论文的 Top 产出国家和机构 排名 国家 施引 论文 比例 排名 机构 国家 施引 论文 比例 1 美国 776 77.3% 1 美国国家大气研究中心 美国 300 29.9% 2 中国 167 16.6% 2 美国能源部 美国 148 14.7% 3 英国 118 11.8% 3 科罗拉多大学（博尔德） 美国 130 12.9% 4 德国 82 8.2% 4 美国国家海洋与大气管理局 美国 96 9.6% 5 法国 70 7.0% 5 中国科学院 中国 90 9.0% 6 加拿大 69 6.9% 6 美国国家航空航天局 美国 71 7.1% 7 瑞士 68 6.8% 7 华盛顿大学西雅图分校 美国 64 6.4% 8 澳大利亚 46 4.6% 8 哥伦比亚大学 美国 59 5.9% 9 挪威 37 3.7% 9 法国国家科学研究中心 法国 58 5.8% 10 荷兰 33 3.3% 10 普林斯顿大学 美国 52 5.2% 1.3 重点热点前沿——“中国主要矿藏重金属地理累积情况与环境风险管控” 矿产资源是社会经济发展的重要物质基础， 矿产资源的开发与利用对国家现代化建设至关重 要。中国矿产资源丰富，已探明的矿产资源储量 占世界矿产资源的 12%。但矿产开采对环境造成 了严重破坏，特别是重金属污染。原中国环保部 与国土资源部于 2005 年 4 月至 2013 年 12 月组织 开展了中国首次土壤污染状况调查，结果显示矿 山是我国重金属污染的主要来源之一。 热点前沿“中国主要矿藏重金属地理累积情 况与环境风险管控”的 34 篇核心论文主要集中 在对中国东北、华北、华东、西北、西南等地区 的城市土壤重金属来源识别和空间分布研究，以 及生态风险和健康风险评估，可为中国城市发展 提供借鉴，为治理和防治重金属污染提供对策和 建议。 根据核心论文的产出国家（地区）和产出机 构的分析（表 16），可以看出，中国在该前沿领 域占据绝对优势，贡献了 26 篇论文。从核心论文 的产出机构看，北京师范大学发表了7篇核心论文， 位列第 1。中国科学院、湖南大学和浙江大学紧 随其后，均贡献了 4 篇核心论文。来自南京大学 污染控制与资源化研究国家重点实验室的研究团 队发表的“A review of soil heavy metal pollution from mines in China: Pollution and health risk assessment” 一文被引频次最高，达 519 次。该文基于 2005- 2012 年中国矿区重金属土壤污染数据，评估矿山 土壤污染情况，量化这些污染对人类健康造成的 风险，并根据评估结果确定了需要优先管控的重 金属元素、矿山类型和省份，受到科学界的极大 关注