動態(tài)植被模型的國際發(fā)展態(tài)勢解析

1、動態(tài)植被模型的國際發(fā)展態(tài)勢解析中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)信息中心轉(zhuǎn)載本文需經(jīng)本平臺書面授權(quán)，并注明出處：中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)信息中心；上海情報服務(wù)平臺 摘 要 對植被的動態(tài)監(jiān)測可以從一定程度上反映氣候變化的趨勢，因此對氣候- 植被關(guān)系的研究在國內(nèi)外廣泛地開展，動態(tài)植被模型(Dynamic Vegetation Model ， DVM )應(yīng)運而生。 2005年8月 4日在美國科學(xué)情報研究所( Institute for Scientific Information, ISI )網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù) 庫(Web of Knowledge )上檢索1986年至今的關(guān)于動態(tài)植被模型的文獻(xiàn)記錄共 90條。運用德 溫特

2、分析軟件( Derwent Analytics 3.2a )進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘，用文獻(xiàn)計量學(xué)的方法對動態(tài)植被模 型的SCI論文進(jìn)行定量的科學(xué)分析，以期對該領(lǐng)域的國際發(fā)展態(tài)勢獲得客觀的認(rèn)識。從關(guān)鍵 詞分析發(fā)現(xiàn)研究重點圍繞碳、 氣候、生物和森林展開， 從文獻(xiàn)的標(biāo)題單詞分析發(fā)現(xiàn)研究熱點 有全球氣候變化、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、氣候變化響應(yīng)、火、森林、生產(chǎn)力、冰等。1 引言全球氣候呈現(xiàn)變暖的趨勢，20世紀(jì)比19世紀(jì)平均升溫0.40.8C。近20年 尤為明顯， 20 世紀(jì)最暖的 9 年都發(fā)生在 1980 年以后，90 年代是近 2000 年以來 最暖的 10 年。陸地生態(tài)系統(tǒng)是人類賴以生存與可持續(xù)發(fā)展的生命支持系

3、統(tǒng)，全 球變化研究最實質(zhì)的過程與目標(biāo)是研究人類活動引起的全球變化對陸地生態(tài)系 統(tǒng)與人類生存環(huán)境的作用及其響應(yīng)。 國際生物圈計劃的核心研究項目 “全球變化 與陸地生態(tài)系統(tǒng)(GCTE) ”成為當(dāng)前國際全球變化研究中最為活躍和不斷擴展 的項目。由于植被具有明顯的年際變化和季節(jié)變化的特點， 是聯(lián)結(jié)土壤、 大氣和水分 的自然“紐帶”，在全球變化研究中能充當(dāng)“指示器”的作用，所以對植被的動 態(tài)監(jiān)測可以從一定程度上反映氣候變化的趨勢。氣候 -植被關(guān)系的研究在國內(nèi)外 廣泛地開展。例如，張新時和周廣勝等在氣候 -植被分類方面做了大量研究工作； 劉紀(jì)遠(yuǎn)等基于 GIS 的中國東北植被綜合分類研究，選擇氣溫、降水和高

4、程作為 3 個影響植被的主要指標(biāo)；倪鍵等利用BIOME3模擬中國潛在植被和年凈初級生產(chǎn) 力(net primary production, NPP)；高瓊等利用系統(tǒng)空間仿真模型模擬了 NECT植 被的生物量和生產(chǎn)力對 CO2 濃度加倍及氣候變化的響應(yīng)。 而反映瞬時的陸地生態(tài) 系統(tǒng)對快速氣候變化的響應(yīng)， 需要更多的包含植被動態(tài)和生物地球化學(xué)過程的綜 合模型。動態(tài)植被模型( Dynamic Vegetation Model，DVM )應(yīng)運而生。如 VECODE(Vegetation Continuous Description model)、LPJ( Lund-Potsdam-Jena Model

5、 )、ETEMA (Uropean Terrestrial Ecosystem Modelling Activity )。這些模 型都模擬了生態(tài)系統(tǒng)功能(水、能和碳交換)和植被結(jié)構(gòu)(分布、物候)對假定 CO2濃度和氣候變化的響應(yīng)。本文對SCI收錄的動態(tài)植被模型相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行科學(xué) 計量分析，從而了解動態(tài)植被模型的國際發(fā)展現(xiàn)狀，可以為相關(guān)研究提供參考。2 計量方法SCI是美國科學(xué)信息研究所ISI ( In stitute for Scie ntific In formation )建立的科 技期刊文獻(xiàn)檢索系統(tǒng)，被SC收錄的期刊分為核心與外圍兩個范圍，核心部分包 括期刊 3500多種，涉及基礎(chǔ)科學(xué) 1

6、00多個領(lǐng)域，每年報道量約 60萬篇最新文獻(xiàn)。 SCI網(wǎng)絡(luò)版 Web of Knowledge是包括核心部分在內(nèi)的外圍部分，收錄期刊約6000種。本次統(tǒng)計通過ISI的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，以 文章標(biāo)題、關(guān)鍵詞和摘要為范圍，Dynamic*Vegetation Model* 為主題詞，在 19862005年8月期間檢索到關(guān)于動態(tài)植被模型的收 錄共90條。SCI收錄的論文反映了科學(xué)基礎(chǔ)研究水平及當(dāng)前科學(xué)發(fā)展態(tài)勢，用它 來進(jìn)行某學(xué)科發(fā)展形勢的分析評價具有一定的說服力。 應(yīng)用美國湯姆森公司的德 溫特分析軟件(Derwent Analytics 3.2a)，進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘。共生矩陣(Co-occurrenee ma

7、trix)能顯示兩列要素之間的共現(xiàn)特性。關(guān)鍵詞 是表達(dá)文獻(xiàn)主題概念的自然語言詞匯， 它們能夠反映研究成果的核心內(nèi)容， 某學(xué) 科領(lǐng)域研究成果的關(guān)鍵詞的變化是該學(xué)科研究發(fā)展趨勢的直接反映， 通過分析關(guān) 鍵詞的變化可以全面地把握該學(xué)科發(fā)展的動態(tài)過程、 特點和規(guī)律。 本文利用共生 矩陣分析了主要關(guān)鍵詞和出版年代之間的共現(xiàn)特性， 并對重要關(guān)鍵詞進(jìn)行了聚類 和二級分類。3 結(jié)果與分析3.1 引文分析根據(jù)主題詞檢索到的動態(tài)植被模型文獻(xiàn)共 90 篇，其中有 12 篇綜述，最早的 相關(guān)文獻(xiàn)發(fā)表于 1994 年。從表 1 可見， 2003 和2004 年發(fā)表論文總數(shù)增長較快，1994年3篇，2002年7篇，200

8、3年迅速增長到15篇，2004年增加到26篇。90篇論文的總被引次數(shù)是1173次，篇均被引次數(shù)13.03次；被引用50次以上的 論文4篇，占4.44%;從未被引用的文章11篇，占總數(shù)的12.22%?？偙灰螖?shù) 較高的是1995、2000、2001、2003年，分別為106、211、218、137篇次。被引 用次數(shù)最高的文章出現(xiàn)在1996、1998、2001、2003年，1996、1998、2001年也 是篇均被引次數(shù)較高的年代，分別為45.5、80.0、36.3篇次。1994- 2003年出版 的文章都被其他SCI文章所引用，2004、2005年由于時間間距太短，出現(xiàn)未被 引用的情形。表1 1

9、994 2005年動態(tài)植被模型的SCI論文篇數(shù)及被引情況年恍總論梵笳數(shù)總被引均樣引次數(shù)未陂引迫文數(shù)199A36511.7001995610617.700199(5291+5.5&199?48621 50&199B180S0 00019W5921640&200092112340020QI62U36 30020027355.000200115B75.10D20042644L734.6IMS6&1.5231.J2001 年德國、英國、美國、瑞典的 Cramer W, Bon deau A, Woodward FI 等 科研者在Global Change Biology第7卷第4期上所發(fā)表的Globa

10、l Response Of Terrestrial EcosystemStructure And Function To CO And Climate Chan ge: Results From Six Dynamic GlobalVegetation Models 一文，到下載日期為止，已被引用 153 次。另外，F(xiàn)oley JA, Levis S, PrenticeIC 等合作的 Coupling Dynamic Models Of Climate And Vegetation 被引用了 80 次。Box EO在Journal Of Vegetation Scienee 第7 卷第 3 期

11、上發(fā)表的 Plant Functional Types And ClimateAt The Global Scale 被引用 64 次。Sitch S, Smith B, Prentice IC 等在 Global Change Biology第9 卷第 2 期上發(fā)表的 Evaluation Of Ecosystem Dynamics, Plant Geography And TerrestrialCarbon Cycling In The LPJ Dynamic Global Vegetation Model 被引用 51 次。3.2科學(xué)影響力分析90篇文章共有257位作者參與寫作，他們來自

12、20個國家和地區(qū)。表2列出 了前10個國家和地區(qū)的文章篇數(shù)，其中美國作者最多，90篇文章中有45篇文章 有美國作者參與，有30篇文章的第一作者是美國人。德國、英國、瑞典等國發(fā) 表論文也較多，這四國在此領(lǐng)域的國際合作也比較頻繁。257位作者來自108個科研機構(gòu)，其中發(fā)表論文數(shù)在5篇以上（包括5篇） 的15個機構(gòu)中美國占9個，德國占4個（表3）。德國波茨坦氣候影響研究所、 英國謝菲爾德大學(xué)、德國馬普生物地球化學(xué)研究所、美國國家大氣研究中心、美國林務(wù)局等科研機構(gòu)在動態(tài)植被模型方面的科研實力比較強。中國科學(xué)院植物研究所的倪健研究員2003年在Forest Ecology And Management第

13、176卷第1 3 期上發(fā)表的 Net Primary Productivity In Forests Of China: Scaling-Up Of National Inven tory Data And Comparison With Model Predictio ns 就是與德國馬普生物地球 化學(xué)研究所合作的成果。90篇關(guān)于動態(tài)植被模型的文獻(xiàn)分別發(fā)表在 Global Cha nge Biology、 Ecological Modelling、Climate Dynamics、Ecological Applications、Global Ecology And Biogeography等

14、 34 種期刊上。在 Global Change Biology 和 Ecological Model ling上發(fā)表的文章分別為16篇和9篇，2004年各有5篇，該年其期刊影 響因子分別為4.333和1.652。表2文章作者數(shù)居前10位的國家排序國家和1地區(qū)）占鮒篇妁“分比誦）1USA455002Gerwauy3033.33England2022：24Sweder.1112:25Canada8S.P6France88.97Scotland77,88So will Afi ic3-5.69Switzerland5.610Italy333表3文章篇數(shù)居前15位的研究機構(gòu)排序文（霸）占知的百井出筒

15、1P&Mamfor Cliiiwle h甲Ml Reveiicfa惶311112.23Vcux-mBBy of Sh-effidd勇闔113Mas Pl-iiEbcIc lushlvUc fbrEh口営exliemaxtiyft IS1011J4Naiii-DEUil Cratei forResenxh黃國1011.15USDA Forest SendeeJtlil77.&6Lutid Uiuiefiin1瑙臭66.7jrMaxLusaikMe fci- MEteoioI口豐r*AS66.7SOcegodUni-veriiyXW6679CoIdfugUj Slale Univcrsih夷國55

16、 610Pennsyh_anja Stare53.611pQt=dam IflLstitut for KhmafbSIgeiLfb巧th- ihie eV53.612Uajver&Ltjr of Ala&La蕓國55.4EEUierSLisy of55.6:丄LTmivei 筍Uy5515UmvetviiW of Wivrcaisift英國55.63.3研究熱點分析從文獻(xiàn)所涉及的主題類別（Subject Category可以了解動態(tài)植被模型的研究 熱點領(lǐng)域是生態(tài)學(xué)，有48篇文獻(xiàn)屬于該主題，占總文章數(shù)的53.3%。熱點領(lǐng)域 還包括環(huán)境科學(xué)、氣象學(xué)&大氣科學(xué)、生物多樣性保護(hù)、地球物理、綜合地球科

17、學(xué)等。在林學(xué)、植物學(xué)、生物學(xué)、農(nóng)學(xué)、地球化學(xué)方面也有所涉獵。另外在計算 機科學(xué)的軟件和應(yīng)用，土木、電子和環(huán)境工程，遙感及水資源等領(lǐng)域具有發(fā)展?jié)?力。對文獻(xiàn)的標(biāo)題單詞進(jìn)行分析，出現(xiàn)頻次較高的實詞有climate、global、change simulate、carbon ecosystem terrestrial、fire、response atmospheric, forest、 functional、productivity、glacial等。分析表明動態(tài)植被模型的研究熱點圍繞全球 氣候變化模擬、陸地生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)、氣候變化響應(yīng)、火、森林、生產(chǎn)力、冰等 展開。把動態(tài)植被模型SCI論文的aut

18、hor keywords和plus keywords關(guān)鍵詞進(jìn)行合并，對出現(xiàn)次數(shù)較多的關(guān)鍵詞和出版年代進(jìn)行共生矩陣分析。表4 TOP26關(guān)鍵詞和年代的共生矩陣123244516S7$9101511 1226 6$77:優(yōu)1W51419&7】w1刑2W2awJQ0513SckiiiiaTe daaage1133B37121235i12J.54510j534COb1111323810J421631351515ptimauy oduetiu1S2dl4164carbon 曲lancr111i126i714clmiaTe271114iK14jtlobaj曰l昨121421J9ugCELeinL ctrc

19、ulanoo mz-del111115ID12sIcuLaeoil1i714711111tajiign1L1141210231133310p仙 1 fUHELOUl I)rpfi411321149ecQvtn116115S111J12116&1Ii11了iI?SSerre-sliiM biqvptiJre113319Sv-ariabilitj-12i2IP了cajbaiL HE郵也111斗207忙 mpewruiTJ112217laDd-E-urfacf1j27226r1r123百bsQgcxhifniistiy21212J61111y256b&uadw,-h.v*-1j2*6laad-u 強

20、24從表4可見，自1999年起出現(xiàn)較多的關(guān)鍵詞是氣候變化、森林、 C02、生 物圈模型、凈初級生產(chǎn)、碳平衡、氣候、全球變化等。2003、2004年隨著論文數(shù)量的增加關(guān)鍵詞的5面也得到擴展，氣候變化、森林、CO2出現(xiàn)次數(shù)仍最多。2003年凈初級生產(chǎn)、大氣環(huán)流模式(general circulation model, GCM )、氣孔導(dǎo) 度、碳循環(huán)等出現(xiàn)較多，2004年碳平衡、生態(tài)系統(tǒng)模型、生物圈模型、碳儲存、 土地利用等出現(xiàn)較多。2005上半年新出現(xiàn)的作者關(guān)鍵詞有：leaf phe nology、 allocati on、 pla nt biogeography global biomes、 c

21、limate-vegetati on relati on ship 等。對所有關(guān)鍵詞進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)與碳、氣候、生物、森林、全球、植物有關(guān)的 關(guān)鍵詞比較多。關(guān)于碳的關(guān)鍵詞共112個，由于與碳相關(guān)的植被研究是學(xué)者們頗 為關(guān)注的熱點，因此把所有出現(xiàn)的關(guān)鍵詞統(tǒng)計列出(見表 5)。對其進(jìn)行二級分 類，發(fā)現(xiàn)與carbon有關(guān)的關(guān)鍵詞55個，主要包括碳平衡、碳循環(huán)和碳儲存等，； 與CO2有關(guān)的關(guān)鍵詞有55個；與碳?xì)浠衔镉嘘P(guān)的關(guān)鍵詞有2個。此外，包含Climate的關(guān)鍵詞共出現(xiàn)76次，其中climate change出現(xiàn)了 38 次。與生物bio-有關(guān)的關(guān)鍵詞出現(xiàn)了 66次，其中與biosphere有關(guān)的出

22、現(xiàn)了 34次, 與biomass有關(guān)的出現(xiàn)了 11次，與biome有關(guān)的出現(xiàn)了 5次，還有 biogeochemistry、biogeography、bioclimatology、biogenic 等詞。與forest 有關(guān)的關(guān)鍵詞出現(xiàn)在56篇文章中，其中boreal forest出現(xiàn)了 13次，deforestation tropical forest、forest ecosystems deciduous forest 出現(xiàn)較多，forest gap models 出現(xiàn)2 次。 帶有g(shù)lobal的關(guān)鍵詞33個，主要是全球變化。帶有plant的關(guān)鍵詞22個，主要 是植物功能型（Plant functional types, PFT9 。表5與碳有關(guān)的關(guān)鍵詞出現(xiàn)次數(shù)統(tǒng)計表一圾夷睦同般關(guān)鍵詞次數(shù)earboii12caibon隔1嗣戲14eabDn cycle1carbon storage7carbon2carbon emissions155caxbon equetraticii1earboii uptake1carbon亡 diciimiDahoti1C-4