中國(guó)網(wǎng)/中國(guó)發(fā)展門(mén)戶(hù)網(wǎng)訊 1998?年時(shí)任美國(guó)副總統(tǒng)戈?duì)柼岢鰯?shù)字地球概念——將數(shù)字地球看成是對(duì)地球的三維多分辨率表示，并能放入大量地理數(shù)據(jù)。自此，地球大數(shù)據(jù)概念和相關(guān)研究開(kāi)始走進(jìn)大眾視野。而在科學(xué)研究領(lǐng)域，地球大數(shù)據(jù)的研究及其應(yīng)用其實(shí)早已開(kāi)始。1954?年，基于系列海洋數(shù)據(jù)分析了熱比容偏差；1959?年，基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)對(duì)大氣進(jìn)行分析；隨著美國(guó)陸地（Landsat）系列衛(wèi)星的發(fā)射，1976?年起地球科學(xué)與大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文明顯增多，大多為基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)開(kāi)展分析，主要應(yīng)用于地質(zhì)和礦產(chǎn)資源勘探、作物面積和土地利用分類(lèi)估算、大氣成分和云層狀況研究、冰凍預(yù)報(bào)、衛(wèi)星和遙感數(shù)據(jù)處理技術(shù)等。

隨著計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)、衛(wèi)星定位系統(tǒng)、空間信息技術(shù)、高分辨率衛(wèi)星影像、大數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)技術(shù)、科學(xué)計(jì)算及可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等現(xiàn)代信息科技的迅猛發(fā)展，地球大數(shù)據(jù)的深入應(yīng)用將對(duì)全球和各國(guó)的科技、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)生活產(chǎn)生巨大影響。因此，地球大數(shù)據(jù)相關(guān)理論與技術(shù)方法研究成為當(dāng)前研究熱點(diǎn)領(lǐng)域。本文基于文獻(xiàn)計(jì)量方法，對(duì)地球大數(shù)據(jù)研究主題演化與影響力進(jìn)行分析，以期為相關(guān)領(lǐng)域研究提供參考。

數(shù)據(jù)源與研究方法

利用“地球科學(xué)”和“大數(shù)據(jù)”主題組合檢索策略構(gòu)建檢索詞和檢索式（廣義的），采集文獻(xiàn)覆蓋面廣與影響力大的科學(xué)引文索引（SCI）和社會(huì)科學(xué)引文索引（SSCI）數(shù)據(jù)庫(kù)的所有文獻(xiàn)數(shù)據(jù)（截至?2021?年?7?月?20?日）。經(jīng)過(guò)對(duì)機(jī)構(gòu)和關(guān)鍵詞等信息的清洗，并經(jīng)專(zhuān)家識(shí)別排除不相關(guān)文獻(xiàn)后，利用多種可視化分析工具，定量分析地球大數(shù)據(jù)研究的現(xiàn)狀與研究主題變化情況。

地球大數(shù)據(jù)研究總體科研產(chǎn)出分析

全球地球大數(shù)據(jù)論文增長(zhǎng)趨勢(shì)

地球大數(shù)據(jù)研究年發(fā)文量變化可以反映出其研究變遷與研究熱度。圖?1?展示了全球地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究年度發(fā)文量的變化趨勢(shì)。數(shù)據(jù)顯示，1990?年以前，地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文還非常少；1991—2000?年，論文數(shù)量開(kāi)始保持小幅增長(zhǎng)；2000?年以來(lái)，論文增長(zhǎng)進(jìn)入快車(chē)道；2017?年之后更呈現(xiàn)暴發(fā)式增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

地球大數(shù)據(jù)研究論文占全球論文比重可以更直觀(guān)地反映該領(lǐng)域受全球關(guān)注程度。圖?2?統(tǒng)計(jì)了?1954—2020?年地球大數(shù)據(jù)相關(guān)論文占?SCI/SSCI?年出版論文的比重，1990?年以后，地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文占全球論文比重呈現(xiàn)逐步增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)；特別是?2012?年之后，增長(zhǎng)更加迅猛；2020?年，地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文占全球比重已達(dá)到?0.25%。

全球國(guó)家與機(jī)構(gòu)的科研影響力分析

地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文主要分布在全球近?200個(gè)國(guó)家/地區(qū)。表?1?基于論文總被引頻次列出論文影響力最高的?15?個(gè)國(guó)家/地區(qū)及其論文數(shù)、篇均被引頻次、論文數(shù)全球占比和近?10?年（2011—2021?年）美國(guó)科技信息研究所基本科學(xué)指標(biāo)數(shù)據(jù)庫(kù)（ESI）前?1%?高被引論文全球占比。美國(guó)涉及地球科學(xué)的大數(shù)據(jù)研究（廣義領(lǐng)域）起步較早，在論文數(shù)、論文總體影響力、篇均被引頻次、高被引論文等指標(biāo)上都表現(xiàn)較好。首次明確提出地球大數(shù)據(jù)與大數(shù)據(jù)科學(xué)的概念（具體領(lǐng)域）是中國(guó)的科學(xué)家。2015?年?6?月?17—18?日，在北京舉行的“空間地球大數(shù)據(jù)”科學(xué)與技術(shù)前沿論壇上，郭華東報(bào)告中首次探討了空間地球大數(shù)據(jù)理念、科學(xué)內(nèi)涵、與數(shù)字地球關(guān)系，以及對(duì)推動(dòng)地球系統(tǒng)科學(xué)及全球變化研究發(fā)展的潛力；2016?年，郭華東及其團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)通報(bào)》發(fā)表的《空間地球觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)成為地球科學(xué)新引擎》一文正式使用地球大數(shù)據(jù)概念；2017?年，郭華東牽頭創(chuàng)辦了全球地球科學(xué)領(lǐng)域的第一個(gè)大數(shù)據(jù)刊物?Big Earth Data，并在創(chuàng)刊號(hào)上發(fā)文，提出地球大數(shù)據(jù)科學(xué)的概念。目前，中國(guó)已成為地球科學(xué)大數(shù)據(jù)的研究大國(guó)，年相關(guān)論文產(chǎn)出超過(guò)美國(guó)，在國(guó)際地球大數(shù)據(jù)科學(xué)領(lǐng)域的研究已處于引領(lǐng)地位。

圖?3?可視化展示了地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文產(chǎn)出最多的?15?個(gè)國(guó)家/地區(qū)的年度論文數(shù)量變化，主要國(guó)家/地區(qū)相關(guān)論文產(chǎn)出均呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。2000?年以前，美國(guó)發(fā)表的相關(guān)論文占全球至少一半以上；2010?年以后，中國(guó)相關(guān)論文增長(zhǎng)很快，德國(guó)、澳大利亞、英國(guó)等國(guó)相關(guān)論文也有明顯增長(zhǎng)；自?2018?年起，中國(guó)年相關(guān)論文年產(chǎn)出已超過(guò)美國(guó)。

表?2?分別統(tǒng)計(jì)了全球地球大數(shù)據(jù)領(lǐng)域發(fā)文最多和論文總被引頻次最高的?25?個(gè)機(jī)構(gòu)。發(fā)文最多的?25?個(gè)機(jī)構(gòu)分布在美國(guó)、中國(guó)、法國(guó)、俄羅斯、意大利、印度等國(guó)，其中美國(guó)?13?個(gè)，中國(guó)?8?個(gè)，法國(guó)、俄羅斯、意大利、印度各?1?個(gè)；論文總被引頻次最高的?25?個(gè)機(jī)構(gòu)分布在美國(guó)、中國(guó)、法國(guó)、意大利、加拿大等國(guó)，其中美國(guó)?19?個(gè)，中國(guó)?3?個(gè)，法國(guó)、意大利、加拿大各?1?個(gè)。

中國(guó)在地球大數(shù)據(jù)領(lǐng)域發(fā)文從論文數(shù)量和論文總被引頻次來(lái)看，中國(guó)科學(xué)院、北京師范大學(xué)和武漢大學(xué)是國(guó)內(nèi)?3?個(gè)最主要的研究機(jī)構(gòu)。北京師范大學(xué)開(kāi)展地球大數(shù)據(jù)研究的主要單元為中國(guó)科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所和北京師范大學(xué)聯(lián)合建設(shè)的遙感科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；同時(shí)，北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部設(shè)置了地理數(shù)據(jù)與應(yīng)用分析中心，開(kāi)展地理空間數(shù)據(jù)建設(shè)、計(jì)算平臺(tái)搭建，以及利用多源數(shù)據(jù)開(kāi)展地理學(xué)過(guò)程分析，中心下設(shè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與計(jì)算實(shí)驗(yàn)室、地理數(shù)據(jù)服務(wù)研究所和地理大數(shù)據(jù)研究所。武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院和測(cè)繪學(xué)院是該校開(kāi)展地球大數(shù)據(jù)研究的主要研究單元。

地球大數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域分布

論文所屬期刊情況

基于美國(guó)科學(xué)信息研究所《期刊引用報(bào)告》（JCR）期刊分類(lèi)對(duì)地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文所屬期刊學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文所屬期刊分布在?200?多個(gè)主題類(lèi)目中，大部分為自然科學(xué)，也有少量為社會(huì)科學(xué)和人文科學(xué)，圖?4?為分布最多的?40?個(gè)主題類(lèi)目。遙感、環(huán)境科學(xué)、影像科學(xué)與攝影技術(shù)、地球科學(xué)多學(xué)科、氣象與大氣科學(xué)為分布最多的?5?個(gè)主題領(lǐng)域。

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，地球大數(shù)據(jù)相關(guān)論文分布在?SCI?收錄的?4?000?余種期刊、叢書(shū)、圖書(shū)中。其中，發(fā)文最多的?20?種期刊中發(fā)表的相關(guān)論文占全部相關(guān)論文一半以上（圖?5）。Remote Sensing、International Journal of Remote Sensing、Remote Sensing of Environment、Journal of Geophysical Research emdash Atmospheres、IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing?是發(fā)表相關(guān)論文最多的?5?個(gè)期刊。

論文所屬研究主題情況

InCites開(kāi)發(fā)了一種基于論文引用的分類(lèi)算法。隨著已發(fā)表論文的相互引用，這些引用關(guān)系的強(qiáng)度將相關(guān)文獻(xiàn)匯聚到一起，形成離散的相關(guān)文獻(xiàn)集群。這些集群構(gòu)成了引文主題（Citation Topics）的核心，獨(dú)立于單篇文獻(xiàn)的主題和內(nèi)容，卻代表著作者相互積極引用對(duì)方論文的領(lǐng)域。Citation Topics?構(gòu)建一個(gè)宏觀(guān)、中觀(guān)和微觀(guān)主題的?3?級(jí)層次結(jié)構(gòu)，包含?10?個(gè)廣義集群、326?個(gè)中觀(guān)集群和?2?444?個(gè)微觀(guān)集群的層次結(jié)構(gòu)。根據(jù)聚類(lèi)內(nèi)容對(duì)宏觀(guān)和中觀(guān)類(lèi)別進(jìn)行了標(biāo)注，由于微觀(guān)Citation Topics數(shù)量較多，使用算法工具根據(jù)聚類(lèi)文獻(xiàn)中最重要的關(guān)鍵詞給每個(gè)主題加標(biāo)注，從而有助于對(duì)研究主題進(jìn)行更精細(xì)的分析。基于?InCites?的?Citation Topics?分類(lèi)，對(duì)地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文的主題分布進(jìn)行分析。

基于?Citation Topics的宏觀(guān)領(lǐng)域分布。地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文主要分布在電氣工程、電子學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)，地球科學(xué)，農(nóng)業(yè)、環(huán)境與生態(tài)三大領(lǐng)域。這表明信息技術(shù)是地球大數(shù)據(jù)研究最主要的研究基礎(chǔ)；而地球科學(xué)，農(nóng)業(yè)、環(huán)境和生態(tài)領(lǐng)域是地球大數(shù)據(jù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域（圖?6）。

基于?Citation Topics?分類(lèi)的地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文中觀(guān)領(lǐng)域分布。研究主題主要集中在遙感，海洋學(xué)、氣象與大氣科學(xué)，林業(yè)等領(lǐng)域（圖?7）。

基于?Citation Topics?分類(lèi)的地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文微觀(guān)領(lǐng)域分布。研究主題主要集中在歸一化植被指數(shù)、蒸散發(fā)、氣溶膠、海洋顏色、自發(fā)地理信息、冰川、云、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、厄爾尼諾與南方濤動(dòng)、熱帶氣旋等（圖?8）。

專(zhuān)業(yè)期刊關(guān)鍵詞分布情況

SCI?數(shù)據(jù)庫(kù)目前僅收錄?2?種地球大數(shù)據(jù)領(lǐng)域?qū)I(yè)期刊——Earth System Science Data?和?Geoscience Data Journal。Earth System Science Data?創(chuàng)刊于?2009?年，2012?年開(kāi)始被?SCI?收錄，目前為?JCR?地球科學(xué)“多學(xué)科”領(lǐng)域?1?區(qū)期刊，“氣象與大氣科學(xué)”領(lǐng)域?1?區(qū)期刊；Geoscience Data Journal?創(chuàng)刊于?2014?年，2015?年被?SCI?收錄，目前該刊為?JCR?地球科學(xué)“多學(xué)科”領(lǐng)域?3?區(qū)期刊，“氣象與大氣科學(xué)”領(lǐng)域?4?區(qū)期刊（2020?版?JCR）。截至?2021?年?8?月，SCI?數(shù)據(jù)庫(kù)共收錄了以上?2?刊的?893?篇論文。

對(duì)?Earth System Science Data?和?Geoscience Data Journal?發(fā)表的?SCI?論文的主題分布進(jìn)行分析，基于其所發(fā)表論文的“作者關(guān)鍵詞”，繪制了關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)。如圖?9?顯示，兩刊發(fā)表論文研究主題涉及氣候與天氣、氣候變化、大氣溫度、降雨、觀(guān)測(cè)、重構(gòu)、水文模型、海面溫度等廣泛主題，熱點(diǎn)關(guān)鍵詞主要有數(shù)據(jù)救援/氣候數(shù)據(jù)救援（climate data rescue）、公民科學(xué)（citizen science）等。

地球大數(shù)據(jù)研究熱點(diǎn)演化

提取不同時(shí)期相關(guān)論文最多的?20?個(gè)主題，并用熱力色階表示各主題在不同時(shí)期相關(guān)論文多少，顏色越接近紅色表明文獻(xiàn)量越大，顏色越接近藍(lán)色表明文獻(xiàn)越少（表?3）。從表?3?可以看到，不同時(shí)期研究熱點(diǎn)有較多不同。2000?年以前，更關(guān)注歸一化植被指數(shù)、云、厄爾尼諾與南方濤動(dòng)、蒸散發(fā)、熱帶氣旋、內(nèi)波、自發(fā)地理信息、海洋的顏色、冰川、地統(tǒng)計(jì)學(xué)。2016?年以來(lái)，更關(guān)注歸一化植被指數(shù)、蒸散發(fā)、氣溶膠、海洋顏色、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)、冰川、自發(fā)地理信息、激光雷達(dá)、城市熱島、地學(xué)統(tǒng)計(jì)；此外，深度學(xué)習(xí)、滑坡、森林火災(zāi)、光污染、城市熱島效應(yīng)等主題的相關(guān)文獻(xiàn)數(shù)量增長(zhǎng)較快。

圖?11—14?基于“作者關(guān)鍵詞”可視化展示了不同時(shí)期相關(guān)研究論文的?300?個(gè)高頻關(guān)鍵詞聚類(lèi)網(wǎng)絡(luò)，從而可以一窺不同時(shí)期的主要熱點(diǎn)研究主題。每幅圖中用同一顏色代表同一個(gè)聚類(lèi)。節(jié)點(diǎn)大小和節(jié)點(diǎn)字體大小表示該節(jié)點(diǎn)論文數(shù)量多少。可以看到不同時(shí)期熱點(diǎn)研究主題發(fā)生了一些變化。

地球大數(shù)據(jù)研究的國(guó)際合作情況

主要國(guó)家間的國(guó)際合作

圖?15?可視化展示了地球大數(shù)據(jù)研究相關(guān)論文最多的?50?個(gè)國(guó)家/地區(qū)間合作密度，其中美國(guó)、中國(guó)、加拿大、英國(guó)、德國(guó)等國(guó)家/地區(qū)的國(guó)際合作強(qiáng)度最大。

表?4?統(tǒng)計(jì)了地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文發(fā)文量最多的?25?個(gè)國(guó)家/地區(qū)的國(guó)際合作論文占本國(guó)相關(guān)論文比重。數(shù)據(jù)顯示，大部分國(guó)家/地區(qū)的國(guó)際合作論文所占比重均超過(guò)一半以上，國(guó)際合作論文比重占比較低的有印度、土耳其、中國(guó)。

中國(guó)主要國(guó)際合作伙伴

圖?16?顯示了在地球大數(shù)據(jù)領(lǐng)域，與中國(guó)開(kāi)展相關(guān)研究論文國(guó)際合作最多的?25?個(gè)國(guó)家，其中連線(xiàn)粗細(xì)表示與中國(guó)合作論文數(shù)量多少。中國(guó)國(guó)際合作論文最多的國(guó)家是美國(guó)、英國(guó)、加拿大、澳大利亞、德國(guó)、法國(guó)、日本、荷蘭、意大利、韓國(guó)、比利時(shí)。中國(guó)發(fā)表的地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文中，近?10%?的論文為?3?國(guó)及以上國(guó)家合作完成。

表?5?統(tǒng)計(jì)了地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究中，與中國(guó)合作論文最多的?25?個(gè)國(guó)外機(jī)構(gòu)。統(tǒng)計(jì)顯示，中國(guó)的國(guó)際合作機(jī)構(gòu)主要分布在美國(guó)，美國(guó)馬里蘭大學(xué)、法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心、美國(guó)國(guó)家航空航天局是中國(guó)地球大數(shù)據(jù)領(lǐng)域最主要的?3?個(gè)海外合作機(jī)構(gòu)。

結(jié)論與展望

近年來(lái)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算和人工智能等相關(guān)技術(shù)發(fā)展，使得地球大數(shù)據(jù)研究熱度升高，發(fā)文量增長(zhǎng)迅速，影響力呈上升態(tài)勢(shì)。美國(guó)和中國(guó)在地球大數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位，且目前中國(guó)的年發(fā)文量已經(jīng)超過(guò)美國(guó)，但高被引論文數(shù)量低于美國(guó)，論文質(zhì)量發(fā)展提升空間較大。從全球地球大數(shù)據(jù)發(fā)文最多和論文總被引頻次來(lái)看，研究熱度較高的機(jī)構(gòu)不一定是影響力較大的機(jī)構(gòu)。受我國(guó)地球大數(shù)據(jù)工程項(xiàng)目牽引，我國(guó)近?3?年的地球大數(shù)據(jù)發(fā)文量和影響力均得到快速提升，已經(jīng)躍居全球第一，并且由我國(guó)科學(xué)家發(fā)起的基于地球大數(shù)據(jù)的“數(shù)字絲路”國(guó)際科學(xué)計(jì)劃帶動(dòng)，與“一帶一路”多個(gè)國(guó)家和國(guó)際組織合作，參與國(guó)家科研機(jī)構(gòu)在地球大數(shù)據(jù)的科研產(chǎn)出上也得到明顯的發(fā)展。地球大數(shù)據(jù)發(fā)文所屬期刊來(lái)看，中國(guó)期刊的國(guó)際化與國(guó)際影響力仍有待提高，國(guó)際合作以華人居多，需要進(jìn)一步深入拓展。地球大數(shù)據(jù)研究領(lǐng)域主要分布在遙感科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、大氣科學(xué)等，其研究熱點(diǎn)也主要聚焦在地球科學(xué)的研究熱點(diǎn)主題上，以應(yīng)用為主，理論方法主要涉及與信息技術(shù)相關(guān)的人工智能等。

盡管?chē)?guó)內(nèi)外地球科學(xué)大數(shù)據(jù)都已經(jīng)形成了相當(dāng)?shù)囊?guī)模，取得了可觀(guān)的應(yīng)用成果，但從發(fā)表的地球大數(shù)據(jù)相關(guān)研究論文內(nèi)容來(lái)看，仍然存在諸多問(wèn)題亟待解決，如：缺乏統(tǒng)一的數(shù)據(jù)描述標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范的數(shù)據(jù)共享機(jī)制，以及數(shù)據(jù)融合與深度挖掘問(wèn)題顯著和地球系統(tǒng)模擬預(yù)測(cè)精度不高等。未來(lái)地球大數(shù)據(jù)的重點(diǎn)研究方向主要集中在：跨學(xué)科的地球大數(shù)據(jù)共享與融合；構(gòu)建地球科學(xué)大數(shù)據(jù)深度挖掘理論與方法；建設(shè)地球大數(shù)據(jù)智慧平臺(tái)；形成新的研究范式與協(xié)同研究模式。（作者：安培浚、李佳蕾，中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院、中國(guó)科學(xué)院大學(xué)；肖仙，桃中國(guó)科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院；郭華東、閆冬梅中國(guó)科學(xué)院空天信息創(chuàng)新研究院。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）。

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