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【学术前沿动态】诺贝尔物理学奖相关论文分析(一)
发布时间:2021-11-17 09:44  作者:  来源:图书馆  阅读:

信息整理:图书馆

2021年10月5日诺贝尔物理学奖揭晓,真锅淑郎、克拉斯·哈塞尔曼因对地球气候建立了物理模型,量化其变异性并可靠地预测全球变暖获得了一半奖金,本期针对该领域展开相关论文分析。

一、总体概况

本报告的数据来源于SCIE和SSCI,由获奖人真锅淑郎、克拉斯·哈塞尔曼本人的相关主题文献及这些文献的施引文献两部分组成。文献类型限Article,通过检索精炼、排除和数据预处理多重把关获得有效记录7771条。利用Citespace对数据进行了词频统计和聚类分析。获得了85个聚类。下面将从聚类、高频词和突现词三个维度描述分析结果。

表1:SCI/SSCI相关文献聚类情况简表(前十)

0号聚类为最大聚类,“环流”是最核心的词,包括大西洋经向翻转环流、热盐环流和经向翻转环流。地理位置是北大西洋。聚类成员之一的“Heinrich事件”也与此位置相关。

1号聚类核心词是“全球变暖”。成员中还有温室气体和二氧化碳、地球系统模型和中等复杂度(修饰地球系统模型的词)。

2号聚类核心词是“厄尔尼诺现象”。在“第五次国际耦合模式比较计划”(CMIP5)中开展了“多模式集合”优化研究工作,地理位置是“太平洋赤道带”(厄尔尼诺现象发生的位置)。此外,聚类成员中还有沃克环流(英国气象学家沃克发现,与太平洋赤道带海表温度有关)。

3号聚类的核心词是“青藏高原”,聚类成员中涉及地理位置的词还有南半球和东亚,现象主要有大气环流模式。这一聚类的主题特征是某地(青藏高原)的气候变化通过大气环流影响其他地方的气候。

4号聚类的核心词是“土壤湿度”,成员中还有南极罗斯海、有机碳、群落净产量和空间变异性。这个聚类涉及碳水循环。

5号聚类核心词是“世界海洋模型”,成员中还有印度洋、海洋吸收、氯氟烃吸收和表面气体等。这个聚类涉及海气交互作用。

6号聚类核心词是“人类影响”,成员中还有观察到的变暖、地中海、统计方法和位势高度。这个聚类涉及人为气候营力对气候变化的影响。

其他聚类省略不表,详情参见表1.

为了提高可读性和可理解性,将高频词粗略地分为地理位置、研究对象、研究方法和现象四个类。

地理位置方面,有南北半球,南北太平洋,南部海洋、北冰洋等。纵深分布高达青藏高原、低至深海,参见图1。

研究对象方面,高频词主要有海冰、气候系统、温室气体及二氧化碳、海表温度及地表温度和土壤湿度等,参见图2。

研究方法方面,高频词主要有气候模型、大气环流模式、空间模式、海洋大气模型、海洋模型、地球系统模型、气候敏感性、模型模拟和数值实验等,参见图3。

图1:高频词—地理位置

图2:高频词—研究对象

图3:高频词—研究方法

图4:高频词—现象

现象方面,高频词主要有气候变化、全球变暖、大气环流、海洋环流、热盐环流、水文环流、大西洋经向翻转环流(词语过长,词云略)、季节环流、深度对流、年际变率、气候变率、自然变率和厄尔尼诺现象等,参见图4。

突现(Burst)词,是指在短时间内变量值(词频)有很大变化的词,其开始和结束的时间反映了研究热度的持续时间。分析共获得了328个突现词。表2展示了前25个最强突现词年代分布。为了便于理解,突变词按热度持续时间被划分成1990-2005年、2001-2016年和2010-2022年3部分。研究人员可重点关注和跟踪最后一部分的关键词。表中最后一个词是“plain language summary”,可理解为科普摘要,这个词最近几年出现在“全球变暖”这个领域,也说明了在这个领域加强了科普宣传。

表2:前25个最强突现词年分布

二、研究热点和趋势

对2020年以来的相关文献聚类分析可获得13个聚类,图5是前10个聚类。表3显示了前10个聚类概要信息。

图5:2020-2022年文献聚类可视化结果

表3:2020-2022年文献聚类情况简表

下面按类分别列出各聚类的核心词及代表性文献,可在此基础上通过WOS查看代表性文献的参考文献和施引文献,以获取更多参考资料。

0号聚类是最大聚类,核心词是“可靠的置信声明”。聚类成员还包括气象干旱、降水预测,其中预测涉及方法不确定性和时空不确定性。代表性文献如下(题名+网址格式):

【0-1】Method UncertaintyIs Essential forReliable Confidence Statementsof Precipitation Projections.http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0289.1

【0-2】Assessing theSpatiotemporal Uncertaintiesin FutureMeteorological Droughtsfrom CMIP5 Models, Emission Scenarios, and Bias Corrections.http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0411.1

1号聚类核心词是“外营力”。聚类成员还包括观测到的趋势、极端降水、人类影响和单营力大集合。供参考的代表性文献有:

【1-1】Decadal Wintertime Temperature Changes in East Asia During 1958-2001 and the Contributions of Internal Variability andExternal Forcing.http://dx.doi.org/10.1029/2019JD031840

【1-2】Contribution ofexternal forcingsto theobserved trendin surface temperature over Africa during 1901-2014 and its future projection from CMIP6 simulations.

http://dx.doi.org/10.1016/j.atmosres.2021.105512

【1-3】Rise in Northeast USextreme precipitationcaused by Atlantic variability and climate change.http://dx.doi.org/10.1016/j.wace.2021.100351

【1-4】Human influenceon joint changes in temperature, rainfall and continental aridity.

http://dx.doi.org/10.1038/s41558-020-0821-1

【1-5】Detecting Climate Signals Using Explainable AI WithSingle-Forcing Large Ensembles.http://dx.doi.org/10.1029/2021MS002464

2号聚类核心词是“北冰洋”。聚类成员还包括北极海冰变化、太平洋信风、暖北极-冷欧亚大陆温度模式和主导模式。供参考的代表性文献有:

【2-1】Arctic Oceanand Hudson Bay Freshwater Exports: New Estimates from Seven Decades of Hydrographic Surveys on the Labrador Shelf.http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0083.1

【2-2】Influence ofArctic sea-ice variabilityonPacific trade winds.http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1717707117

【2-3】TwoLeading Modesof Wintertime Atmospheric Circulation Drive the RecentWarm Arctic-Cold Eurasia Temperature Pattern.http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0403.1

3号聚类核心词是“年代际变率”,涉及大西洋和北大西洋的年代际变率。聚类成员还包括大西洋经向翻转环流-大气相互作用、海洋温盐动力学以及海洋角色。供参考的代表性文献有:

【3-1】Linking Ocean Forcing and Atmospheric Interactions toAtlantic Multidecadal Variabilityin MPI-ESM1.2.http://dx.doi.org/10.1029/2020GL087259

【3-2】Subpolar Gyre-AMOC-Atmosphere Interactionson Multidecadal Timescales in a Version of the Kiel Climate Model.http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0725.1

【3-3】Atlantic Multidecadal Variabilityand Associated Climate Impacts Initiated byOcean Thermohaline Dynamics.http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0530.1

【3-4】Contributions of Atmospheric Stochastic Forcing and Intrinsic Ocean Modes toNorth Atlantic Ocean Interdecadal Variability.http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0522.1

4号聚类的核心词是“极地放大模型对比项目”。聚类成员还包括热带响应、北极海冰输出(淡水输出,影响海水含盐度及气候)、单柱模型和快速消融(北极海冰)。供参考的代表性文献有:

【4-1】CAS FGOALS-f3-L Large-ensemble Simulations for the CMIP6Polar Amplification Model Intercomparison Project.http://dx.doi.org/10.1007/s00376-021-0343-4

【4-2】Controls on theTropical Responseto Abrupt Climate Changes.http://dx.doi.org/10.1029/2020GL087518

【4-3】Arctic sea ice exportas a driver of deglacial climate.http://dx.doi.org/10.1130/G47016.1

【4-4】Decomposing the Drivers of Polar Amplification with aSingle-Column Model.

http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0178.1

【4-5】Rapid reductionsand millennial-scale variability in Nordic Seas sea ice cover during abrupt glacial climate changes.http://dx.doi.org/10.1073/pnas.2005849117

5号聚类核心词是“全球变暖”。聚类成员还包括地球系统模型、海洋生态系统、温暖的南部海洋和始新世剧烈的海洋翻转。供参考的代表性文献有:

【5-1】ScalingGlobal WarmingImpacts onOcean Ecosystems: Lessons From a Suite ofEarth System Models.http://dx.doi.org/10.3389/fmars.2020.00698

【5-2】EarlyEocene vigorous oceanoverturningand its contribution to awarm Southern Ocean.http://dx.doi.org/10.5194/cp-16-1263-2020

6号聚类核心词是“北极放大”。聚类成员还有平流层水气反馈、恶劣天气和(戈达德地球、海洋生物地球化学)观测系统。供参考的代表性文献有:

【6-1】Cold-SeasonArctic AmplificationDriven by Arctic Ocean-Mediated Seasonal Energy Transfer.http://dx.doi.org/10.1029/2020EF001898

【6-2】Stratospheric water vapor feedbackand its climate impacts in the coupled atmosphere-oceanGoddard Earth Observing SystemChemistry-Climate Model.

http://dx.doi.org/10.1007/s00382-020-05348-6

【6-3】Is deoxygenation detectable before warming in the thermocline?.

http://dx.doi.org/10.5194/bg-17-1877-2020(注解:强调了海洋生物地球化学观测系统的重要性=underline the importance of anocean biogeochemical observing system)

【6-4】Spatial variations in the warming trend and the transition to moresevere weatherin midlatitudes.http://dx.doi.org/10.1038/s41598-020-80701-7

7号聚类核心词是“青藏高原”。聚类成员还有青藏高原地形、ENSO(厄尔尼诺南方涛动)变化、ENSO变率,热带大气季节内振荡(MJO)和厄尔尼诺。这个聚类(年均值2020)与全部文献中的2号聚类(厄尔尼诺,年均值2002)和3号聚类(青藏高原,年均值2002)有着共同的主题,说明了青藏高原特殊地形对全球气候的影响研究历久弥新。供参考的代表性文献有:

【7-1】Modulation of orbitally forcedENSO variationbyTibetan Plateau topography.

http://dx.doi.org/10.1016/j.palaeo.2020.109874

【7-2】Investigating the Role of the Tibetan Plateau inENSO Variability.

http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-19-0422.1

【7-3】ENSO Diversity in a Tropical Stochastic Skeleton Model for theMJO,El Nino, and Dynamic Walker Circulation.http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0447.1

8号聚类核心词是“响应算子”。聚类成员还有全球表面温度响应、大气环流模式和两层能量平衡模式。供参考的代表性文献有:

【8-1】Beyond Forcing Scenarios: Predicting Climate Change throughResponse Operatorsin a CoupledGeneral Circulation Model.

http://dx.doi.org/10.1038/s41598-020-65297-2

【8-2】Understanding the links between climate feedbacks, variability and change using atwo-layer energy balance model.http://dx.doi.org/10.1007/s00382-020-05189-3

【8-3】Global Surface Temperature Responseto 11-Yr Solar Cycle Forcing Consistent withGeneral Circulation ModelResults.http://dx.doi.org/10.1175/JCLI-D-20-0312.1

9号聚类核心词是“全球分布”(涉及热带气旋和生物群落)。聚类成员还有稳健关系(全球变暖多年代变率与大西洋年代变率之间)、强制性改变和人工神经网络。供参考的代表性文献有:

【9-1】Detected climatic change inglobal distributionoftropical cyclones.

http://dx.doi.org/10.1073/pnas.1922500117

【9-2】Impacts of Greenland and Antarctic Ice Sheet melt on future Koppen climate zone changes simulated by an atmospheric and oceanic general circulation model.

http://dx.doi.org/10.1016/j.apgeog.2020.102216(注释:根据月降水量和平均温度可预测生物群落的全球分布=predicts theglobal distribution of biomesbased on monthly precipitation and average temperatures)

【9-3】Arobust relationshipbetween multidecadal global warming rate variations and the Atlantic Multidecadal Variability.http://dx.doi.org/10.1007/s00382-020-05362-8

【9-4】Indicator Patterns ofForced ChangeLearned by anArtificial Neural Network.

http://dx.doi.org/10.1029/2020MS002195


因学科专业所限,难免出错,敬请批评指正;同时,也面向全校师生征集关注的领域和专题。联系方式:68779089,Email: xcliao@lib.whu.edu.cn

(编辑:廖祥春 审核:刘霞)

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