中国的科技实力到底有多强?-瞭望智库
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中国的科技实力到底有多强?

王小梅、李国鹏、陈挺 | 中国科学院科技战略咨询研究院

发布日期:2017-01-22

为把握最新的科学研究热点,本报告尝试从最近一年权威期刊的论文中揭示当前科技界关注的热点及重点研究方向,不忽悠夸大,也不妄自菲薄,而是为库友揭示中国的科技实力到底如何。

作为崛起中的科技大国,近年来中国基础研究产出的数量和质量在各项全球科学排名指标中的位置迅速上升。如中国不论是在SCI论文总量、高被引论文量还是“自然指数”( Nature index,NI)  优质科研指标中都成为仅次于美国的世界排名第二的国家。然而这些光鲜的统计数字反映的是中国基础研究的总体发展态势,不足以揭示当前科技界所关注的热点研究前沿,也不能揭示出中国在不同热点前沿中的优势与差距。

因此,为把握最新的科学研究热点,本报告尝试从最近一年权威期刊的论文中揭示当前科技界关注的热点及重点研究方向,不忽悠夸大,也不妄自菲薄,而是为库友揭示中国的科技实力到底如何?

研制方法

数据选取: 选用NI指标遴选的68个优质期刊的论文数据。NI指数是自然出版集团( NPG)于2014年底隆重推出的,定位于全球优质研究综合指标( A global indicator of high-quality research)。其权威性主要是优质期刊的遴选,由自然科学界主要学科中卓有建树的专家遴选并向全世界100,000名科学家发送网上问卷验证,以选择出最有名望的期刊。虽然这68 种期刊还不到Journal Citation Reports所收录期刊数的1%,但是贡献了接近30%的被引用次数。

 

首先是研究主题的遴选,为提升主题识别的准确性,结合引文和文本相似关系进行混合聚类。2015年53149篇论文得到3416个研究主题。其次,为了展现科学领域的层级结构,增加理解和后续分析使用,根据可视化布局和主题相似性,结合机器学习算法和人工判读方式对主题再次聚类,划分为31个研究主题群。

报告揭示中国在研究热点中取得的瞩目成绩:

1.中国的论文总量稳居世界第二位。2015年比2014年中国论文份额增长率最高,达9.06%,同期美国则下降2.17%。

2.中国通讯作者论文量排名第一的研究主题量稳居世界第二位,远超德、英、日、法。

3.在高影响力研究主题中,中国通讯作者论文量排名第一的主题的论文量及主题覆盖率都位于世界第二。

4.2015年数据与2014年相比,中国在论文份额、Altmetrics影响力、主题覆盖率以及通讯作者论文量排名第一的主题内都表现出增长势头。

与上述成绩相比,中国在影响力、学科布局、国际合作等方面存在与排名第二不相适应的差距,值得关注:

1.中国的Altmetrics影响力指数位居世界第四位,低于英、德,远低于美国。

2.中国的前沿主题覆盖率世界排名第四,比德、英略低。

3.中国的学科分布不均衡,物理学、化学领域覆盖率高、份额也高,在天文学与天体物理领域覆盖率低,甚至许多研究主题没有论文。相比之下,德国、英国、法国各学科领域覆盖均衡。

4.中国的国家合作研究仍需加强:中国国际合著率六国最低,无国际合作的研究主题比例远高于其他国家。从国际合著率分布图中看出,中国的国际合著在各个学科中不均衡。

5.2015年数据与2014年相比,中国在高影响力主题的覆盖率有所下降。

科学前沿图景

科学前沿图谱以可视化形式揭示当前热点研究前沿,展现研究主题间的关联关系,反映4个基础研究学科领域的宏观结构。

图中每一个圆点代表一个研究主题,由若干相关论文组成。由于天文学与天体物理学的论文数较多,本报告把它从物理学中分出来单独为一个学科领域。该学科位于图左上方,相对其他学科而言每个研究主题中的论文量较小。右侧物理学、化学的研究主题位置较接近,无明显分界线。左下方地球与环境科学体量较小(6.3%)。生命科学尽管和物理学、化学的论文量相当,但其主题聚集度较高,所占面积不大。

 

注:

1.每一个圆代表一个研究主题,由若干相关论文组成。圆的大小与包含的论文数量成正比。

2. 研究主题之间的相对位置反映出它们之间的关联程度,距离越近,关联程度越高。连线也代表研究主题之间具有关联。图中主题的绝对位置不是固定的,对于不改变相对位置的旋转、翻转,不影响对前沿图景的揭示。

3. 为了便于理解,把相同学科领域的研究主题用大圈勾画,并标注不同的颜色。

 

 

研究主题群划分

为了展现科学领域的层级结构,增加理解和后续分析使用,对研究主题再次聚类,划分为31个研究主题群。

 

 
 
 
 

注:图中圆代表一个研究主题群,圆的大小与主题群中的论文量成正比,圆边上的数字为主题群标号。表头学科后括号内数字为该学科中包含的研究主题群数。

中国优势与差距

1.中国在科学前沿图谱中的论文总量稳居世界第二位

中国在科学前沿图谱中的论文总量稳居世界第二位,并表现出增长势头。2015年比2014年中国论文份额增长率最高,达9.06%,同期美国则下降2.17%。其中,分数计数中国远超德、英、日、法,论文计数则与德、英差距不大。

表 2015年各国论文世界份额

表4-1中国与科技强国论文数量、份额及排名(两个时期)

国家

美国

中国

德国

英国

日本

法国

2014年论文量(FC)/篇

18621

6022

4292

3516

3245

2530

2015年论文量(FC)/篇

17594

6342

4260

3538

2999

2394

2014年论文量(AC)/篇

25674

8304

8252

7313

4788

5079

2015年论文量(AC)/篇

24596

8762

8188

7493

4541

4872

2014年论文份额(FC)/%(排名)

33.8(1)

10.9(2)

7.8(3)

6.4(4)

5.9(5)

4.6(6)

2015年论文份额(FC)/%(排名)

33.1(1)

11.9(2)

8.0(3)

6.7(4)

5.6(5)

4.5(6)

NI论文份额增长率(FC)/%

-2.17

9.06

2.77

4.2

-4.29

-2 

1.     论文计数(article count,AC):每篇论文的作者中只要有1名作者属于这个国家或机构,该国或机构的论文数量加1。

2.     分数计数(fractional count,FC):按每篇论文中每个国家或机构的作者占全部作者的比例计数。一篇论文的FC总分为1。本研究中以FC计数为主。

2. 中国的Altmetrics影响力指数位居世界第四位

中国的Altmetrics影响力指数位居世界第四位,低于英、德,远低于美国,但领先于日本、法国。

因论文较新,被引次数尚未形成规模,采用Altmetrics分值表征论文的网络影响力。

1.  Altmetrics是传统引文指标的补充计量指标。使用网络数据,包括但不限于F1000论文评选、Wikipedia引用、博客讨论、主流媒体报道、Mendeley等引用管理工具中的书签数量、类似Twitter等社交媒体的关注等。可以从某个侧面快速反映科研成果产生的影响力。

2.  国家Altmetrics影响力指数:每个国家的论文Altmetrics总分值占世界论文Altmetrics总分值的份额。

3.中国在科学前沿图谱中的主题覆盖率世界排名第四

尽管中国在科学前沿图谱中论文量世界排名第二,但中国的主题覆盖率为61.8%,比德、英略低。比起2014年60%的主题覆盖率,中国有小幅的提升。

4.中国的学科分布不均衡

以科学前沿图谱为基图,叠加中国和其他5个科技强国在各个主题上的论文份额,分析各国在各学科领域的布局。

从学科均衡指数、叠加图中均可看出,中国的学科分布不均衡,物理学、化学领域优势明显,论文份额、覆盖率都高,但在天文与天体物理、生命科学和地球与环境科学多数研究主题群的论文份额不超过5%。在天文学与天体物理领域覆盖率低,甚至许多研究主题没有论文。

美国大部分研究主题群中的世界论文份额都超过20%,特别是生命科学和地学科学的优势明显,其中“基因编辑”、“神经科学”两个主题群中超过50%。

德国在各研究主题群中的科研最为均衡,物理学、化学和天文学与天体物理中表现较好,在生命科学和地球科学中的各研究主题群的论文份额较小,在5%左右。

英国在各学科的科研也较为均衡;日本与中国相似,物理学、化学为优势学科。法国在各研究主题群中的论文份额较小,但在天文学与天体物理、地球科学中有几个明显突出的研究主题群。

    

国家的学科均衡指数:借鉴基尼系数公式,为消除学科的不均衡性,使用目标国家各学科的论文世界份额归一化值来代替wi。(参见《中国基础研究竞争力蓝皮书2015》)

 

5.中国在各个研究主题群的科研表现

中国在化学领域优势明显, 共8个化学研究主题群中5个论文份额世界排名第一,2个排名第二。中国论文份额排名前10的主题群中,有7个是化学主题群;

中国在物理学领域也有不俗的表现,其中3个研究主题群的论文份额位列世界第二,这3个主题群的论文量占据中国物理领域的70%以上;

中国在其余三个学科领域中份额较低,以天文学领域的份额最低,8个主题群中6个在中国主题群排名的后10位。虽在“环境学”、“高能天体物理和引力波探测研究”、“基因编辑”3个研究主题群中排名世界第二,但与美国的差距较大。

6.中国通讯作者论文量排名第一的研究主题量稳居世界第二位,远超德、英、日、法。

通常,通讯作者往往是课题负责人,因此通讯作者的论文通常表明有一定的主导性。

中国通讯作者论文量排名第一的研究主题量稳居世界第二位,远超德、英、日、法。

但在通讯作者论文量排名第一的研究主题中,各国与美国的差距进一步加大。美国论文量是其他5个国家论文量之和的2.5倍,中国的论文量仅是美国的1/5,但总论文量中国是美国的1/3。

通讯作者论文量排名第一的研究主题本国占比中,中国的主题占比与论文占比的比例最小(0.7)。说明中国的研究范围比较集中。

7. 在高影响力研究主题中,中国通讯作者论文量排名第一主题的论文量及主题覆盖率都位于世界第二。

高影响力研究主题定义为Altmetrics总分高的研究主题。为排除不同研究大类的不均衡性,分别在31个研究大类中根据大类内主题量的不同来选取不同数目的TOP研究主题,共选出212个高影响力主题。

(1)在高影响力研究主题中,中国通讯作者论文量排名第一主题的论文量及主题覆盖率都位于世界第二。但在全部高影响力研究主题的主题覆盖率低于美、德、英,仅高于日、法。

高影响力研究主题中,美国与其他国家的差距进一步拉大,论文总量是其他5个国家的5.6倍,中国仅是美国的1/10。

(2)中国在20个高影响力主题中通讯作者排名第一。其中,物理学13个,化学5个、天文2个。主要分布在“纳米材料”、“强物理关联”、“光学”、“金属有机催化”等领域。通讯作者发文量排名第一的中国研究机构中,中国科学院与中国科学技术大学占总机构的四成。

(3)中国在44个高影响力主题无发文。其中,天文学与天体物理21个,物理学12个,化学4个,地球与环境学2个,生命科学5个。物理学中主要分布在“粒子物理”与“理论物理”领域,化学主要分布在“锂电池”和“有机太阳能电池”。

8.中国的国际合著率六国最低

中国的国际合著率六国最低,无国际合作的研究主题比例远高于其他国家。从国际合著率分布图中看出,比起其他国家,中国的国际合著在各个学科中最不均衡。在强势的化学、物理领域国际合著较少,在比较弱势的天文学与天体物理、生命科学、地球与环境科学中国际合著相对较多。

美国的国际合著率在各个主题的分布与世界的分布基本一致。欧盟国家的国际合著率普遍较高。

 

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