1986—2020年黃河流域凍土研究中文文獻計量分析

孫俊龍，張 澤，程 浩，金會軍，金曉穎

(1. 昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093；2. 東北林業(yè)大學 土木工程學院/寒區(qū)工程、科學與技術研究院，黑龍江 哈爾濱 150040；3. 河南工程學院 計算機學院，河南 鄭州 451191；4. 東北林業(yè)大學 東北多年凍土區(qū)地質環(huán)境系統(tǒng)教育部野外科學觀測研究站，內蒙古 額爾古納 022250)

黃河—中華民族的母親河，中華文明最主要的發(fā)源地。近年來習近平總書記多次考察黃河流域，提出要著力加強生態(tài)保護治理、保障黃河長治久安、促進全流域高質量發(fā)展，讓黃河成為造福人民的幸福河。隨著國家越來越重視生態(tài)環(huán)境建設，黃河流域生態(tài)保護和高質量發(fā)展上升為國家戰(zhàn)略[1]。

黃河是我國第二大河流，世界第五長河，黃河源頭于青藏高原的東北部地區(qū)[2]。該地區(qū)位于平均海拔在3000 m以上的高海拔地區(qū)，凍土分布十分廣泛[3-5]。雖然黃河源區(qū)(唐乃亥水文站以上)集水面積占據了整個黃河流域面積的約1/7，但對整個黃河流域的流量貢獻(利津入海水文站)可達近1/3[6-8]。因此，黃河源區(qū)對于位于干旱半干旱區(qū)的黃河流域的水量供需平衡和生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義，而凍土對與黃河源區(qū)相關問題而言則具有關鍵科學意義[9]。氣候變化和人類活動的加劇導致多年凍土的退化，從而引起一系列環(huán)境與工程問題[10]。

因此了解“黃河&凍土”的研究現(xiàn)狀，理清該研究領域在我國當前研究力量的宏觀布局，分析該方向研究熱點以及研究領域的優(yōu)勢和劣勢，將對下一步開展相關“黃河&凍土”科學問題的研究工作具有重要的指導意義與參考價值。

圖1 黃河流域分布圖

本文通過對文獻的歸納分析，可以更快速地了解研究內容的研究歷程，針對黃河流域內的凍土研究現(xiàn)狀和發(fā)展歷程，本文以在中國知網上獲取到的文獻數據，通過Python語言的數據分析以及可視化工具對1986—2020年的研究情況進行梳理和分析，為以后對黃河流域的凍土研究方向提供借鑒和參考。

1 數據來源和分析方法

1.1 數據來源

本文所研究的文獻數據來源于中國知網(CNKI)，對關于黃河流域的凍土研究進行站內檢索，以“黃河&凍土”作為高級主題詞進行搜索，獲取從1986—2020年的所有文獻資料，去除知網內無參考文獻的文章，共檢索獲得224篇文獻信息(下稱為有效文獻)。然后通過Python網絡爬蟲進行獲取文獻的摘要、關鍵詞、研究單位以及出版時間等關鍵信息。

1.2 研究方法

本文采用了數學和統(tǒng)計學方法，通過Excel、Python語言中matplotlib、Numpy庫函數對文獻數據處理，進行可視化。首先采用Excel軟件對通過網絡爬蟲獲取到的數據進行預處理，將“文獻名稱+研究單位”“文獻名稱+發(fā)表時間”“關鍵詞”等相關聯(lián)數據進行分列表存儲。將預處理完的數據通過matplotlib生成柱狀圖、折線圖等，關鍵詞信息通過NumPy根據出現(xiàn)頻次進行詞云的自動生成。由于從1986—2020年有效文獻僅為224篇，數量較少，本文將通過中國知網內的計量可視化分析生成相關度網絡可視圖進行相關度分析。

2 研究情況現(xiàn)狀分析

2.1 發(fā)文趨勢分析

1986—2020年有關黃河流域的凍土研究整體發(fā)文情況如圖2所示，總文章量224篇。2001年以前發(fā)文量基本維持在每年1～2篇，自2001—2019年，發(fā)文量整體上升，但呈現(xiàn)較大的波動。其中2001—2006年發(fā)文量從2001年1篇逐漸增長到2006年的19篇，達到1986—2020年間相關發(fā)文量的最高年份。這可能由于黃河源區(qū)三次斷流事件以及凍土退化在其中可能扮演的重要角色引發(fā)的廣泛關注。從2002—2019年，每年的發(fā)文量整體維持在平均10篇左右。這可能歸結于黃河源區(qū)的生態(tài)和水文問題以及黃河流域高質量、可持續(xù)發(fā)展以及三江源國家公園試點工程等，引起大家對黃河源區(qū)凍土退化的水文和生態(tài)效應的持續(xù)關注有關。

圖2 1986—2020年間“黃河&凍土”為關鍵詞在CNKI文獻庫中搜索出的文獻出版物數量

2.2 發(fā)文期刊分析

在本文所分析的全部文獻中，有11篇是出自會議論文集，74篇出自碩博論文，其余139篇則分別出自《冰川凍土》、《人民黃河》等68個國內核心期刊。在各個期刊的發(fā)文情況上，《冰川凍土》以33篇(占比14.73%)居于首位，其次則是《人民黃河》9篇和《地理學報》5篇。具體發(fā)文期刊情況如圖3所示(僅展示發(fā)文次數>1的期刊)。通過對于發(fā)文所屬期刊的分析顯示，將黃河流域內凍土研究作為碩博論文主題詞的文獻占了33.03%，而《冰川凍土》、《人民黃河》、《地理學報》作為該領域主要專業(yè)性學術期刊承擔了近年來研究發(fā)文量的33.81%(不含碩博論文和會議文章)。

圖3 1986—2020年間“黃河&凍土”作為關鍵詞在CNKI文獻庫中搜索出的文獻出版物數量在中國大陸主要中文核心學術期刊中的分布餅狀圖

圖4 1986—2020年間“黃河&凍土”作為關鍵詞在CNKI文獻庫中搜索出的文獻出版物數量在中國大陸主要中文核心學術論文在各個主要相關研究省份的分布

圖5 1986—2020年間“黃河&凍土”作為關鍵詞在CNKI文獻庫中搜索出的文獻出版物數量在中國大陸主要中文核心學術論文在各個主要相關研究單位的分布

2.3 研究單位分析

通過對文獻數據的研究單位進行分析，研究單位所屬的省份大多為我國西北、華中和華北黃河流域內的省份，其中主要以甘肅、青海和陜西為研究者的主要分布區(qū)域。具體各省份的研究發(fā)文情況如圖4所示。上述三省作為黃河上游區(qū)域主要研究機構所在地其研究發(fā)文量分別為83、22和27，超過總發(fā)文量的一半。

在全國的眾多研究單位中，發(fā)表過關于黃河流域凍土研究文章的單位僅有73個，而在上述研究單位中，超過75.34%的單位發(fā)文量僅為1～2篇。其中，中國科學院西北生態(tài)資源環(huán)境研究院(原中國科學院寒區(qū)旱區(qū)環(huán)境與工程研究所、中國科學院蘭州冰川凍土研究所)、中國地質大學(北京，原名北京地質學院)、蘭州大學以及長安大學(原名西安公路學院和西安地質學院等)為主要研究單位，發(fā)文量均大于10篇。具體各個研究單位發(fā)文情況如圖5所示(僅展示發(fā)文量>1的研究單位)。如圖所示，在發(fā)文量大于10篇的研究單位中，中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院以53篇發(fā)文量占國內整體研究發(fā)文量的23.67%，中國地質大學(北京)占8.04%、蘭州大學占7.14%、長安大學占4.91%。

2.4 關鍵詞分析

通過關鍵詞提取，在224篇文獻中共提取576個關鍵詞，為了更好地研究與黃河區(qū)域凍土相關的研究熱點，本文篩選出現(xiàn)次數>5的關鍵詞為主要研究對象，共20個進一步分析(如表1)。由于不同的文章作者對同一事物的表達不盡相同，本文對相近詞匯進行合并處理，例如“黃河源區(qū)”和“黃河源”都以合并后的“黃河源區(qū)”呈現(xiàn)，“地理信息系統(tǒng)”“遙感”和“GIS”都以“以GIS”呈現(xiàn)。這些詞可以形象說明1986—2020年的關于黃河流域凍土研究的熱點情況。

表1 1986—2020年間在CNKI文獻庫“黃河流域凍土研究”相關的224篇論文中的中文關鍵詞出現(xiàn)頻次

通過表1對關鍵詞詞頻>5的關鍵詞信息的統(tǒng)計，有3個關鍵詞是與研究點的地理位置有關的，分別為黃河源區(qū)、青藏高原、黃河上游。關于黃河流域內的凍土研究主要集中在黃河上游等區(qū)域，屬于研究凍土區(qū)、多年凍土區(qū)的主要地區(qū)。有2個是與研究方法相關的，包含GIS、數值模擬，通過各種技術手段勘測、監(jiān)察、計算分析黃河流域內凍土區(qū)內氣候和環(huán)境的變化，而研究的主要關鍵點也是圍繞氣候和環(huán)境展開的，其中有3個關鍵詞是與氣候有關的，分別為氣候變化、降水、氣溫，有5個是與環(huán)境相關的，如水資源/水文、植被/生態(tài)、沙漠化/沙化等。

從詞頻上看，對于黃河流域內的凍土研究，氣候和環(huán)境明顯處于突出地位，通過數值模擬、GIS等技術方法研究凍土與環(huán)境和氣候之間的相互影響。不管是直接研究還是通過對凍土的勘察分析，都離不開與環(huán)境和氣候的相互作用。而在氣候中，對于氣溫和降水的研究則更為突出，更加凸顯出氣溫和降水是影響凍土變化的兩個重要因素。在環(huán)境方面則是凍土與黃河水資源之間的關聯(lián)性更為突出。

2.5 關鍵詞可視化

通過對文獻信息預處理后的出現(xiàn)頻次>1次的131個熱點詞語進行提取，為了能更清晰、直觀的了解關鍵詞的熱點程度，運用Python生成詞云進行可視化，形成了按出現(xiàn)頻次決定的字體大小呈現(xiàn)的熱點關鍵詞的平面分布，如圖6所示。其中字體越大則表示關鍵詞頻次越高，反之越低。

圖6 關鍵詞頻次詞云圖

通過中國知網自帶的文獻分析功能(無法進行關鍵詞同意合并)，對所涉及文章中的頻次>5的關鍵詞生成相關度網絡可視圖，如圖7所示，節(jié)點的大小則對應表示中心度高低情況，各個節(jié)點之間的連線則表示相連節(jié)點的相關關系。結合圖6和圖7，清晰表明黃河源區(qū)字體最大且中心度最高，表示作為研究的主要區(qū)域，圖中氣候變化、生態(tài)環(huán)境和凍土與多年凍土為次節(jié)點，表明研究以凍土作為研究對象，主要研究目的為生態(tài)環(huán)境和氣候變化兩個方面。

圖7 關鍵詞相關度網絡可視圖

3 結 論

通過上述對于從1986—2020年黃河流域內凍土研究總體發(fā)文情況的分析與統(tǒng)計，得出結論，對于推進我國黃河流域的(多年)凍土研究具有重要的參考價值。

(1)從發(fā)文趨勢來看，我國的整體研究趨勢分為1986—2001年和2002—2020年兩個階段，第一個階段研究較少，每年僅有1～2篇文章，第二個階段發(fā)文量整體上升，最高則為2006年達到了19篇，但仍呈現(xiàn)出很大波動。

(2)受地理位置、氣候等影響，黃河流域的(多年)凍土主要分布在黃河源區(qū)。通過對關鍵詞的頻次進行研究發(fā)現(xiàn)，我國以黃河凍土區(qū)內的環(huán)境和氣候為主要研究熱點。

(3)通過關鍵詞的可視化以及相關度網絡可視圖顯示，生成的三個中心點為黃河源區(qū)、氣候變化和多年凍土。雖然對于黃河流域內的研究目的為氣候變化和生態(tài)環(huán)境，但關于生態(tài)環(huán)境的研究還相對薄弱。其中“水文”在相關度網絡可視圖中呈邊緣化分布，與中心點相關度較低，由于凍土與水文息息相關，因此急需加強對黃河凍土區(qū)內水文與凍土相互作用而引起的生態(tài)環(huán)境變化的研究。

(4)由于該方向的研究文獻較少，本文僅對CNKI收錄的中文文獻(有效文獻)進行統(tǒng)計分析，缺少對未發(fā)表文獻的研究進行總結。但通過對已有文獻的分析，需要加大黃河流域凍土研究力度，以保證時刻掌握黃河流域內凍土對環(huán)境和氣候的影響。