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以二氧化碳为代表的温室气体排放量的持续增加，加速了全球平均地表与低层大气温度的升高，给人类赖以生存的地球自然生态环境造成了严重的影响。为应对全球气候变暖趋势，我国在2020年提出了力争在2030年前二氧化碳排放量达到峰值，2060年前实现碳中和的战略目标。现阶段为降低大气中二氧化碳等温室气体的浓度，科学家们提出了一系列实现途径及解决方案，包括碳减排，二氧化碳捕获、利用、封存、化学还原，由化石能源向清洁能源转型等，并在自然科学领域展开广泛而深入的科学实验和探索活动。
本报告试图从科技文献视角，在Web of Science平台检索中国科学引文数据库（CSCD）和SCIE数据库中的相关文献，以近10年（2013—2022）自然科学领域发表的碳中和相关中外文核心论文为研究对象，采用文献计量分析方法，力图对全球和我国在该领域的研究现状进行客观反映，以期为致力于相关研究的科研人员提供有益的参考与启发。
一、国内外研究概况
2013—2022年，全球和我国对该领域的研究均呈持续上升趋势。近10年全球SCIE总发文量和中国SCIE发文量一直持续递增，且近3年呈现加速增长态势；十年间全球增长了近3倍，而中国增长了近10倍。中国SCIE发文的全球占比从2013年的18%开始逐年攀升，直至2022年跃升至50%。2020年以前，该领域CSCD发文年增长率保持正负10%以内的小幅波动，近3年年发文量呈现持续增长、增速显著加快的特点；2022年发文量已超4000篇，年增长率高达67%，详见图1。由此可见，近10年中国在该研究领域的科研能力和科技实力都在迅速提升，并为全球碳中和相关的科学研究贡献着越来越重要的力量。
图1 2013-2022年国内外碳中和主题自然科学类论文发文趋势
二、主要发文国家/地区及研究机构
全球共有166个国家/地区参与了该领域研究。从近10年SCIE发文总量和占比来看，全球排名前10的发文国家依次为：中国（35866篇，34.5%）、美国（21856篇，21.0%）、英国（8036篇，7.7%）、德国（7147篇，6.9%）、澳大利亚（5991篇，5.8%）、加拿大（5617篇，5.4%）、印度（4540篇，4.4%）、意大利（4225篇，4.1%）、西班牙（4141篇，4.0%）、法国（3941篇，3.8%）。数据显示，发文最多的10个国家中，除中国和印度是发展中国家外，其他均为发达国家，且欧洲国家占据了一半席位；在全球该领域所有SCIE发文中，中国大陆学者和美国学者参与发表的研究成果，分别约占成果总量的三分之一和五分之一。
为了更清晰、深入地了解各主要国家/地区10年间在该领域研究表现的变化过程，表1将最近10年发文区间进一步细分为前5年（2013—2017）和后5年（2018—2022）两个统计时段，并呈现各统计区间内的TOP10发文国家/地区。TOP10发文国家/地区排位变化表明，中国和印度近5年SCIE发文量增长迅猛。
表1 2013-2022年碳中和主题自然科学类论文的主要发文国家
图2显示，美国是与我国在该领域研究合作最多的国家，英国次之。在亚洲，日本和巴基斯坦两国与我国科研合作较多。
图2 2013-2022年中国在碳中和主题SCIE发文的主要合作国家
全球共有3万个机构参与了该主题研究，中外文发文排名前10的国内外研究机构见表2。数据显示：该领域TOP10国外发文机构集中于发达国家：美国（3个）、法国（3个）、英国（2个）、德国（1个）和瑞士（1个），国外政府职能部门（如美国能源部、美国农业部）、国家级科研机构（如法国国家科学研究中心、法国国家农业食品与环境研究院）、大学与大型科研团体（如德国亥姆霍兹联合会等）构成该领域研究的主体机构；国内和国外TOP10研究机构的SCIE发文量总和均达到17000多篇，两部分发文量之和占全球总发文量的三分之一。国内该领域以科研院所、高等院校为研究主体，我国政府职能部门（农业农村部等）也参与了外文研究成果的发表。放眼全国，中国科学院、中国科学院大学和清华大学是国内碳中和自然科学领域研究最活跃、成果最丰硕的研究机构；纵观全球，中国科学院、中国科学院大学和美国能源部是目前全世界在该领域研究贡献最多的3个机构。
结合之前发布的一期学术前沿动态《碳中和专题：人文社科类论文分析》可发现：美国能源部、美国加州大学系统、法国乌迪斯研究型大学和德国亥姆霍兹联合会这4个国外机构，以及中国科学院、中国科学院大学、清华大学、北京师范大学、华北电力大学、北京理工大学、南京大学等7个国内机构，均同时上榜碳中和主题人文社科和自然科学双领域的主要发文机构榜单，为碳中和领域综合研究实力强、跨学科研究成果颇丰的重要科研机构。
从近10年SCIE合作论文总量和占比来看，全球与中国合作发文的主要研究机构依次为：美国能源部(481篇，1.34%)、美国加州大学系统(433篇，1.21%)、英国N8大学联盟(374篇，1.04%)、法国国家科学研究中心(367篇，1.02%)、法国乌迪斯研究型大学(335篇，0.93%)、新加坡国立大学(264篇，0.74%)、德国亥姆霍兹联合会(249篇，0.69%)、法国巴黎萨克雷大学(247篇，0.69%)、美国马里兰大学系统(234篇，0.65%)、英国伦敦大学(221篇，0.62%)。
表2 2013-2022年全球碳中和主题自然科学类论文的主要发文机构
注：由于该领域发文大量集中在中科院及其下属科研院所，为较为全面客观地呈现国内研究力量分布，上表将中科院及其下属科研院所发文，统一归属于中国科学院作累积计算。
三、主要研究领域及研究热点
基于Web of Science的分类模式，每篇论文可归属到一个或多个学科领域。从全球范围看，该主题大部分研究集中在环境科学、工程、能源燃料、农业、绿色可持续科技等自然科学领域，少部分研究分散在化学、地质、气象学和大气科学、生物技术和应用微生物学、材料科学等学科领域，其它零星分布于120个小众研究领域中。
我们利用近10年碳中和自然科学领域发表的中外文高影响力论文（包括高被引论文和热点论文）的所有关键词，经人工规范化处理、主题词合并与汇总后，生成该领域研究热点词云图（图3）。图3（a）、图3（b）分别由该领域具有高影响力的39篇CSCD论文、3088篇SCIE论文的高频关键词各自生成。其中，carbon neutrality（碳中和）、climate change（气候变化）、carbon cycle（碳循环）、carbon dioxide reduction（二氧化碳减排）、carbon capture（碳捕获）、carbon dioxide（二氧化碳）为该领域中外文高影响力论文的共同高频主题词。出现频次在100次以上的外文高影响力论文热点主题词由多到少依次为：CO2 emissions（二氧化碳排放）、renewable energy（可再生能源）、economic growth（经济增长）、carbon emissions（碳排放）、energy consumption（能源消耗）、China（中国）、climate change（气候变化）。
图3 2013-2022年碳中和主题自然科学类论文热点主题词云图
注：为便于对照查阅热点主题词，上图统一采用高影响力论文的英文关键词生成。
为了进一步挖掘碳中和主题自然科学领域的研究热点，我们利用Incites数据库基于引用关系的聚类功能，对103,867篇SCIE论文进行主题分类，最终得到基于强引用关系的相关论文103,358篇。将这10万多篇论文按照宏观（Macro Level）研究主题（Research Areas）归并为四大类后发现，75%SCIE论文研究成果聚焦于理科、工科和生物医学这三大类相关学科；发文量排名前10的中观（Meso Level）研究主题为：Sustainability Science（可持续性科学，19349篇）、Soil Science（土壤科学，17222篇）、Forestry（林业，5720篇）、Bioengineering（生物工程，4666篇）、Energy & Fuels（能源和燃料，3734篇）、Environmental Sciences（环境科学，3501篇）、Paper & Wood Materials Science（纸张与木材材料科学，3461篇）、Power Systems & Electric Vehicles（电力系统和电动汽车，3357篇）、Marine Biology（海洋生物学，2964篇）、Supply Chain & Logistics（供应链与物流，2625篇）。表3列出各大类宏观主题下总发文量TOP10的微观（Micro Level）主题，力求客观呈现该领域最热门的研究主题分布。统计发现，该领域分别有约60%SCIE论文及70%高影响力论文聚焦于表3列出的40个微观主题。
表3 2013-2022年碳中和主题自然科学类论文宏观、微观主题分布
（待续）
