《2024研究前沿》发布 地球科学前沿解读

《2024研究前沿》报告基于2018—2023年发表的论文数据（数据下载时间为2024年3月），利用文献计量学中的共被引分析方法，以科睿唯安 Essential Science IndicatorsTM（ESI）数据库中的13318个研究前沿为起点，遴选出2024年自然科学和社会科学的11个大学科领域（农业科学、植物学和动物学，生态与环境科学，地球科学，临床医学，生物科学，化学与材料科学，物理学，天文学与天体物理学，数学，信息科学，经济学、心理学及其他社会科学）较为活跃或发展迅速的125个研究前沿（ 包括110个热点前沿和15个新兴前沿），并对28个重点研究前沿进行了解读，同时评估中国、美国、英国、德国、法国和日本等国家在诸多前沿的贡献和潜在发展水平。

在《研究前沿》报告中，定义一个被称作研究前沿的专业领域的方法，源自于科学研究之间存在的某种特定的共性。这种共性可能来自于实验数据，也可能来自于研究方法，或者概念和假设，并反映在研究人员在论文中引用其他同行的工作这一学术行为之中。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。

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，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。通过对该研究前沿的施引论文的分析，可以发现该领域的最新进展和发展方向。

1.1 地球科学领域Top10热点前沿发展态势

      2024年地球科学领域 Top10热点前沿学科领域分布较为均衡，4个热点前沿属于地质学，地理学、大气科学和行星科学各 2 个，总体聚焦新能源发展与全球气候变化。在地质学领域，地下储氢技术发展潜力研究，煤中稀土元素的赋存特征与富集提取研究，是各国愈发重视的国家战略需求，可以有效带动材料装备技术和高新产业发展。大气科学领域的复合型极端天气气候事件，以及地理学领域的气候变化对美国西部野火后森林恢复力的影响，都展现出地学界对国际社会所关注的人类活动与气候变化研究的积极响应。在行星科学领域，依托洞察号、隼鸟2号、起源-光谱分析-资源识别 - 安全 - 风化层探测器等重要探测平台，火星和小行星探测持续产出新的高价值发现，火星地震探测研究以及小行星地表特征和成分分析多次入选《研究前沿》报告。同时，全新世温度变化、利用卫星数据反演地球植被信息、放射性碳测年技术等基础研究和技术应用，凸显地球科学研究的巨大潜力和活力。

地球科学领域 Top10热点前沿

地球科学领域 Top10热点前沿的施引论文

1.2 重点热点前沿

——“地下储氢技术发展潜力研究”

    地下储氢是利用地下地质构造实现大规模氢能高压气态储存，即将氢气注入盐穴、枯竭油气藏、含水层和废弃矿井等地下场所中封闭储存，具有安全性高、成本低、规模大、周期长、可跨季节储能等优势，是未来氢能大规模储备的重要发展方向。

    欧洲是全球地质储氢工程项目最为丰富的地区之一，德国、荷兰、英国、波兰等是欧洲主要的氢气生产国，自20世纪70年代开始陆续开展了盐穴储氢、枯竭气藏、含水层储氢的全尺寸实验以及工业示范，在地质选址评价、库容设计、建库工艺包以及储氢库运行监测等方面积累了丰富的研究经验。而澳大利亚、沙特、巴西等作为拥有巨大可再生资源潜力的国家，近年来也积极谋求在迅速崛起的氢能市场中的战略定位，推进实施一系列氢能试点项目。

    本热点前沿40篇核心论文中有14篇是综述文章。其中，波兰科学院在《可再生与可持续能源评论 》（Renewable and Sustainable Energy Reviews）上发表的综述文章“Underground hydrogen storage: Characteristics and prospects” 在该前沿中被引频次最高，强调了实施地下储氢项目前需要解决的地质性、工程性、经济性、法律性和社会问题，并提出了政府、非政府组织、高校、研究机构和产业界在项目路线图中各自可以发挥的作用。其余26篇研究论文重点聚焦不同储氢类型的特点，以及不同地质条件、气候条件对储氢库的影响。其中，德国亚琛工业大学和德国尤里希研究中心在《国际氢能杂志》（International Journal of Hydrogen Energy）上合作发表的“Technical potential of salt caverns for hydrogen storage in Europe”一文，从规模、地质条件和储存能力等方面对欧洲地下盐层进行了适宜性评估，研究发现若只考虑陆上和近海盐穴，德国的储氢潜力最大，为9.4千兆瓦时，其次是波兰的7.24千兆瓦时。

“地下储氢技术发展潜力研究”研究前沿中核心论文的被引频次分布曲线

    在本热点前沿中，澳大利亚的表现最为活跃，发文量占核心论文总量的55%，其中伊迪斯科文大学通过积极与资源型海湾国家开展国际合作，提升学术影响。产出的16篇核心论文中，与沙特阿拉伯机构合作12篇，与伊朗合作5篇，与伊拉克机构合作3篇。该校专门设立了可持续能源与资源中心，聚焦地质储氢和甲烷 / 氢气转化等研究领域。

“地下储氢技术发展潜力研究”研究前沿中核心论文的 Top 产出国家和机构

    从 施 引 论 文 的 角 度 看，中国表现远超其他国家，表现出了对该领域的高度关注，其后依次为澳大利亚、美国、沙特阿拉伯等。在Top施引论文产出机构中，对核心论文有突出贡献的伊迪斯科文大学以101篇的施引论文数量位列第一。中国石油大学也出现在施引论文Top机构中，排名第四。

“地下储氢技术发展潜力研究”研究前沿中施引论文的 Top 产出国家和机构

1.3 重点热点前沿

——“全新世温度变化研究”

    全新世是地质时代的最新阶段，也是当前我们正在经历的现代间冰期。研究全新世温度变化趋势，对于理解地球系统的大规模气候变化的机制和时间尺度尤为关键，同时还有助于为在自然气候变化的长期背景下评估当前以全球变暖为主要特征的气候环境问题、特别是人为活动的影响，并制定气候变化应对策略，提供重要的科学依据。

    气候模式模拟和代用指标重建是全新世温度变化领域的主要研究工具和手段。但越来越多的研究发现，气候模式模拟和代用指标重建结果之间存在严重分歧，特别是在在北半球中 - 高纬度地区。全新世期间的长期增温 / 降温趋势存在较大争议，成为近10年来困扰古气候学家的“全新世温度变化之谜”。

    本热点前沿包含的8篇核心论文集中阐释了通过改进气候模式和发展代用指标，深化对全新世温度变化的认知和解析。其中，最受关注的研究主题是代用指标记录与模式对比的融合问题。研究表明，古气候数据同化方法的应用对于弥合记录与模式之间的差异发挥了重要作用。核心论文中，由联合国政府间气候变化专门委员会（IPCC）第六次评估报告的主要成员 Jessica E. Tierney 教授参 与 的“Globally resolved surface temperatures since the last glacial maximum”一文年篇均被引频次最高，该论文构建了自末次冰期以来的全球地表温度变化趋势，并揭示了其两种主要的驱动机制――冰盖和温室气体的辐射强迫以及大洋翻转环流和季节日照变化的叠加；研究还显示20世纪和21世纪的变暖速度和幅度异乎寻常，进而引发广泛关注。在气候模式模拟和代用指标重建两条技术路线的发展方面，相关核心论文强调综合多种定量化重建方法，以及多种代用指标数据的集成，并开发了一种把季节温度转换为年度温度的方法，以完善全新世温度演变研究。在模型评估方面，有关研究对新一轮“国际耦合模型比较计划”下“国际古气候模拟比较计划”（PMIP4-CMIP6）的模拟结果进行了评估和对比，结果表明，最先进的模型模拟的气候变化趋势与理论和观测结果基本一致。

    多国参与“全新世温度变化研究”热点前沿的研发工作，在核心论文的贡献上，美国处于领先优势地位，亚利桑那大学、美国国家大气研究中心、亥姆霍兹联合会、俄罗斯科学院、法国国家科学研究中心等美欧顶尖研究机构包揽 Top 产出机构排行榜。中国科学院、西北大学、南京师范大学、青岛海洋科学与技术试点国家实验室、南京信息工程大学、台湾大学等也参与了相关研究工作。

“全新世温度变化研究”研究前沿中核心论文的 Top 产出国家和机构

    从 施 引 论 文 的 角 度 看，美国仍然位列首位。中国高度关注相关前沿方向的研究进展，中国科学院的施引论文数量最多，兰州大学也榜上有名。德国亥姆霍兹联合会、阿尔弗雷德·魏格纳极地与海洋研究所，法国国家科学研究中心，美国亚利桑那大学等机构后继研究产出也较为丰硕。

“全新世温度变化研究”研究前沿中施引论文的 Top 产出国家和机构

地球科学领域：美国位居首位，英国排名第二，法国、中国、德国实力基本相当。

      在地球科学领域，美国的研究前沿热度指数得分21.97，排名第一，约是第二名英国（10.60分）的2倍。法国和中国得分分别为9.25和8.76，分别排名第三和第四名，德国得分8.27，排名第五。从下表可以看出，美国在全部 7个指标上均排名第一。

 地球科学领域研究前沿热度指数 Top5 国家 / 地区研究前沿热度指数及分项指标得分和排名

研究前沿热度指数得分

地球科学领域热点前沿和新兴前沿基本信息

      在该领域10个研究前沿中，美国在6个前沿的国家 / 地区研究前沿热度指数得分排名第一，在3个前沿排名第二，只在热点前沿1排名第六。

      英国在热点前沿6排名第一，在热点前沿2和7这2个前沿排名第三，在4个前沿均排名第四，在3个前沿排名第五名。

地球科学领域研究前沿热度指数 Top5 国家/地区在 10 个前沿中的国家/地区研究前沿热度指数得分和排名