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1、MAPPING SCIENCESTRUCTURE科學結構圖譜王小梅 李國鵬 陳挺/著2023研究領域群組演化分析審核：宇宙研究與粒子物理：韓 淋光學、量子和凝聚態物理：黃龍光化學與材料科學：張超星、邊文越地球科學：邢 穎生命科學：袁建霞信息科學：陳 挺數 學：王海名工 程 學：王海霞本報告的研究和撰寫得到了中國科學院發展規劃局的指導和支持。中國科學院科技戰略咨詢研究院張秋菊、冷伏海等研究員提出了許多寶貴意見。向資助機構、人員及所有參與前幾期科學結構圖譜判讀的專家、提出寶貴意見的專家致以衷心的感謝。致謝：本報告受中國科學院發展規劃局“重要學科領域發展態勢研究與決策支撐”項目資助CONTENTS目

2、錄第一章 引言 01第二章 科學結構及其演變 05一、科學結構圖譜研究領域的變化 09二、科學結構圖譜 2016 2021 及研究領域群組演化 10(一)物質科學相關研究20(二)生命科學相關研究32(三)信息科學與數學相關研究45(四)工程學相關研究48(五)社會科學相關研究50三、基于科學結構圖譜觀察科學研究的發展趨勢 52四、研究領域群組的增長與影響力分析 55第三章 研究領域的學科交叉性、新穎性以及對技術創新的影響 57一、學科交叉研究領域 59二、新興熱點研究領域 63三、對技術創新有影響的研究領域 67第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度 71一、中國及科技發達國家整體科研活躍

3、度時序發展 74（一）核心論文份額分析74（二）施引論文份額分析78二、基于科學結構圖譜觀察中國及科技發達國家科研活躍度時序發展 79（一）中國及科技發達國家科研覆蓋及份額分布79（二）中國及科技發達國家在各研究領域的科研活躍度83三、中國及科技發達國家在學科交叉研究領域的活躍度 91四、中國及科技發達國家在新興熱點研究領域的活躍度 94五、中國及科技發達國家在對技術創新有影響的研究領域的表現 97第五章 中國及科技發達國家的國際科研合作 101一、基于科學結構圖譜觀察世界國際合作態勢 103二、中國及科技發達國家的主要國際合著國時序分析 105三、基于科學結構圖譜觀察中國及科技發達國家國際合

4、作的變化 110第六章 中國及科技發達國家的科學資助情況分析 117一、政府資助的核心論文在科學結構圖譜上的分布 119二、政府資助機構資助核心論文分析 127第七章 研究方法與數據 129一、利用深度學習模型基于同被引關系確定研究領域 130二、科學結構圖譜可視化 135三、科學結構演變軌跡 136四、研究領域學科交叉性度量 138五、數據說明 139科學結構圖譜 202301引言第一章01第一章 引言02科技創新已成為推動經濟社會發展的主要力量，新一輪科技革命和產業變革的重大歷史機遇期，要求我們始終以全球視野科學研判科技創新發展的趨勢，搶占科技發展先機。為揭示科學研究結構及尋找重點研究方向

5、，科學結構發現與可視化分析方法研究組自 2007 年起開展相關研究，每兩年繪制一期科學結構圖譜，周期性監測科學研究結構及其演變規律，監測科學發展趨勢?？茖W結構圖譜，通過可視化技術，以直觀形象的圖譜形式展現高度抽象的科學研究的宏觀結構，揭示了科學熱點前沿間的關聯關系與發展進程。傳統的科學知識體系結構及其演化趨勢的研究通常是通過檢索和分析相關文獻以了解學科發展、追蹤同行科學研究者的科研活動來掌握學科趨勢，通過專家研討、評議及專門的規劃研究進一步判斷可能的突破方向。但隨著科技創新進入多學科交叉融匯的階段，面對海量科技文獻以及限于固有的專業認知體系，科學研究者有時難以觀察到不熟悉但相關的領域，也難以把

6、握它們之間的復雜結構和相互影響，更難以發現隱藏在復雜關系下的致變因素和潛在的發展趨勢。因此，文獻計量界逐步發展出利用科技信息數據來揭示多維度關系的大問題領域和長時間跨度的科學結構，并將科學結構作為對科學布局、相互作用及演變趨勢進行描述和分析的工具?？茖W結構發現及可視化方法比其他計量方法具有更獨特的視角，揭示了科學領域間的內在聯系及發展規律。研究組運用文獻計量學和機器學習的理論和方法，利用高被引論文之間同被引關系的聚類分析，超越傳統的學科分類，直接體現科學研究者相互引證所表征的知識的相互作用及知識的流動、融匯和演變，幫助科學研究者了解隱藏在大規模的復雜關聯的數據下面的科學研究結構及其變化，努力幫

7、助科學研究者把握大問題尺度和交叉融匯機制下的知識結構、新興領域及其相互關系，逐步幫助科學研究者揭示演變趨勢、預警新興領域、發掘潛在合作對象、遴選優先領域等，輔助決策者對科學發展的規劃。研究組先后出版了科學結構地圖2009科學結構地圖 2012科學結構地圖 2015科學結構圖譜 2017四部著作，以及科學結構圖譜 2021科學結構圖譜 2022報告。鑒于近年來人工智能（AI）與深度學習的快速發展，研究組從 2018 年引言科學結構圖譜 202303制作，嘗試采用 ChatGPT 和科大訊飛星火等大語言模型，對研究領域與群組自動化命名，并通過科學結構圖譜 2010 2015、2012 2017、2

8、014 2019 和 2016 2021的演化分析，探討了各個學科研究領域的演變情況。通過引入生物學第三代多樣性計量方法，度量了各個研究領域的學科多樣性。本報告增加了與專利的關聯分析，基于科學結構圖譜，分析了對技術創新有影響的研究領域。同時，基于科學結構圖譜，從國家科學研究的結構上反映了中國及科技發達國家在不同研究領域的活躍程度及其變化趨勢，通過國際合著率描述了中國及科技發達國家國際合作的總體趨勢。通過可視化展現中國及科技發達國家政府科學基金在科學結構圖譜上的資助分布，對比分析不同國家科學資助或同一國家不同資助機構的資助布局。起開始算法改進研究，自科學結構圖譜2021起使用深度學習算法改進原有

9、的網絡聚類及可視化算法，支持更大量的數據分析，使聚類結果更加均勻、準確，揭示的科學結構更為細致，并在可視化細節揭示上也有較大改進。本報告的科學結構圖譜以科睿唯安（Clarivate Analytics）公司的基本科學指標（Essential Science Indicators，ESI）數 據庫為信息源，提取了 2016 2021 年 12 620個研究前沿中包含的高被引論文，通過再次的同被引聚類分析，得到了 1389 個研究領域（research areas），形成了全球視野的科學結構圖譜，可視化地展現了 2016 2021年的科學研究宏觀結構及其內在關系，揭示了國際社會普遍關注的熱點研究領

10、域。為揭示科學結構的演化變遷，研究組運用新方法對科學結構圖譜 2010 2015 進行了重新第一章 引言04本報告術語解釋：科學結構圖譜：或稱為科學知識圖譜，是一系列描述科學結構的可視化圖形，顯示了科學知識結構關系與發展進程，反映了科學知識之間的結構、互動、交叉、演化等諸多關系。高被引論文（highlycitedpaper）：ESI 對過去 10 年科學引文索引（SCI）論文被引頻次進行統計，將 22 個學科領域中被引頻次 Top1%的論文遴選為高被引論文。研究前沿（researchfront，RF）：ESI 以 SCI 近 6 年的高被引論文為基礎，利用論文之間的同被引關系聚類產生的一系列論

11、文集合。研究領域（researcharea，RA）：在研究前沿基礎上的再次聚類得到的一系列高被引論文集合。同被引（co-cited）：一組論文共同被其他論文引用。核心論文（corepaper）：研究領域中的高被引論文。施引論文（citingpaper）：引用核心論文的論文。平均年（meanyear）：一組論文的出版年的平均值。國家核心論文份額：該國發表的核心論文數占世界核心論文數的比例。國家施引論文份額：該國引用核心論文的論文數占世界引用核心論文的論文數的比例。國際合著率：一國有多國著者的論文數占該國總論文數的比例。國家論文計數方法：本報告中論文份額統計國家論文量采用分數計數法，按每篇論文中每

12、個國家或機構的作者占全部作者的比例計數。一篇論文的分數計數之和等于 1；國際合著率統計中國家論文采用整體計數法，每篇論文的作者中只要有 1 名作者屬于這個國家或機構，該國或機構的論文數量加 1。一篇國際合著論文的整數計數之和通常大于 1?？茖W結構圖譜 202305科學結構及其演變第二章02第二章 科學結構及其演變06科學結構及其演變報告沿用二層同被引聚類法。同被引指一組論文共同被其他論文引用，當該組論文同時被引用的次數逐漸增加時，它們之間的內在關聯就不斷加強。同被引關系可以反映在學科分類、發表期刊、作者機構、研究項目等方面看似毫無關聯的該組論文可能存在著某種關系。同被引現象是作者自發的引用行為

13、，反映了科學研究內容和科學研究活動1.從科學結構圖譜 2016 2021 看科學發展特點科學研究結構的布局總體上保持穩定，本期科學結構圖譜的一個主要特點是COVID-19 大流行引發的多領域科學家的積極應對?？茖W研究領域數量持續擴大，科學研究前沿不斷延伸，新興研究領域不斷涌現。研究領域從 2008 2013 年的 970 個擴大到 2010 2015 年的 1084 個、2012 2017 年的 1169 個、2014 2019 年的 1333 個、2016 2021 年的 1389 個。學科交叉融合的現象越來越明顯，科學結構中跨學科的研究領域在全部研究領域中占比增長最快，增長大于 4%，有接

14、近 40%的研究領域屬于學科交叉研究領域。綠色、可持續日益成為全球熱點研究前沿的熱點、焦點，最新的研究成果在能源、環境、人類健康、資源利用、自然災害、社會研究等相關研究領域均突出了可持續發展問題的重要性，如：“可再生能源系統”“可持續建材”，“氣候變化”“生態系統保護”“環境治理”等研究領域群熱度不斷上升，在可持續經濟與社會研究方面，“企業可持續發展管理”“可持續供應鏈管理”“農村可持續發展”“城市規劃與綠色城市”的聚合關系，可以超越傳統的學科分類限制，反映了科學研究內容的自組織與科學結構，對交叉領域的發現具有優勢?？茖W結構圖譜中由高被引論文聚類生成的研究領域反映了國際社會普遍關注的熱點研究領

15、域。本章基于科學結構圖譜進行科學結構及其演變的分析?？茖W結構圖譜 202307等研究領域群研究關注度也顯著增長。同時，與能源、環境、生命健康等息息相關的新材料、新器件等熱點研究前沿也不斷發展?？梢哉f，可持續發展的理念已經深深地嵌入各個領域的研究中，這些研究前沿正成為推動科技創新的強大驅動力。應用性牽引趨勢更加明顯，傳統意義上的基礎研究、應用研究的邊界日趨模糊?？茖W研究越來越多地關注其對社會的實際影響和應用，這以 COVID-19 的研究最有說服力。多領域研究與工程結合向應用轉化，諸如從催化到氫能、頁巖氣、生物能等新能源的研究；光催化等材料越來越多地應用到“環境治理”領域中；從柔性材料到可穿戴設

16、備；3D 與 4D 等增材制造技術、可再生能源系統的快速發展；基礎醫學研究更多地與臨床研究結合來解決人類的健康問題等。數據驅動和人工智能技術在各個領域廣泛滲透和應用，隨著大數據和機器學習技術的發展，基礎科學研究越來越依賴于數據分析和計算模型。這不僅改變了實驗設計和分析方法，還增強了研究的預測能力和精確性。人工智能和自動化技術正在改變科學實驗的方式。在科學結構圖譜中也有諸多體現，比如：人工智能與醫療結合形成的“AI 醫療”，以及“物聯網和區塊鏈安全應用”“智能電網”“智能決策與應用”“智能交通與出行服務”等研究領域群，并滲透到各個領域。2.科學結構圖譜中各領域整體態勢基礎科學領域一直圍繞宇宙演化

17、、物質結構、生命起源、意識的本質等重大科學問題開展研究，“粒子物理”“宇宙研究”“量子物理”“光催化”“有機合成方法學”“氣候變化”“植物基因調控”“基因編輯與治療”等是持續研究的熱點。在宏觀方面，取得了引力波探測等重大突破性進展；在微觀方面，生命科學向精確化、可調控方向發展，“基因編輯與治療”“免疫與代謝調節”“再生醫學”領域的快速發展，不斷催生新的學科生長點。信息技術領域中高密度的研究熱點是“機器學習”“無線通信”“物聯網和區塊鏈”等。人工智能技術在無人駕駛飛機、5G/6G 網絡的通信關鍵技術中扮演重要角色。同時，人工智能技術不僅在醫學圖像分析中得到了深化，也廣泛滲透到物聯網、網絡安全、疾

18、病治療、藥物發現、地球建模、企業創新管理等各個領域。第二章 科學結構及其演變08新材料領域，二維材料和超材料的功能性研究、新型光電材料研究及多樣化創新，以及新型能源材料和環境凈化材料（如風能采集技術和電磁波吸收材料等）的研究持續高速發展；同時，生物醫學應用方面的研究也顯著增加，如微型/納米機器人、智能可穿戴醫療設備和技術等；先進制造技術，特別增材制造研究等急劇增長。上述新材料正帶動材料領域正在向可持續性、生物醫學整合和材料性能方向發展，同時也體現了應用驅動和跨學科融合的趨勢。新能源技術體現了綠色、智能、可持續性的多元發展。除了持續的“生物能源”研究外，還新出現了“可再生能源系統”“氫能”等聚集

19、群，以及燃料電池等先進能源。生命科學領域的前沿熱點較多，包括“腫瘤免疫治療”“腸道微生物與健康”“COVID-19”“神經退行性疾病”“腦結構與功能”“精神疾病”“心血管疾病”“納米藥物輸送”“衛生保健服務”等方面的研究。本期除了 COVID-19 的快速增長，心理健康相關研究也顯著增長，特別是關注 COVID-19 對心理健康的影響。生物技術研究加速走向臨床應用，將基因的編輯、調控等技術快速應用于癌癥治療等臨床研究中。個體化醫療和精準治療的快速發展，反映了基礎生物醫學研究日益關注個體間的差異及其對疾病和治療的影響。公共衛生研究領域群組的密度和擴展度有顯著增加，關于衛生保健服務、婦幼健康、老年

20、健康等的研究也迅速發展。3.科學結構圖譜中新的聚焦熱點在最新一期科學結構圖譜 2016 2021 上，最突出的特點是 COVID-19 大流行引發的全世界多個研究領域的科學家的積極響應，新出現了多個與 COVID-19 研究相關的研究領域群；其次依舊是人工智能技術在各個領域滲透和應用，新出現了“物聯網和區塊鏈安全應用”研究領域群，“AI 醫療”熱度迅速增高；新出現的還有“水系電池”“細胞老化和代謝調節”等研究領域群。迅速發展熱度增高的研究領域群有“智能可穿戴醫療設備和技術”“金屬有機骨架”“宇宙研究”“低碳經濟”“先進光學和光子學”“納米流體與熱能工程”“功能梯度材料力學”“微塑料污染與管理”

21、“廢水處理”等?？茖W結構圖譜 202309研究前沿和研究領域數量在五個時期逐步增加，研究領域數從 970 個增加到 1389個，研究前沿數從 9150 個增長到 12 610 個。隨著世界上論文總量的增加，每個時期的Top1高被引論文數量也在增加?？茖W結構表 2-1五期科學結構圖譜相關數據量統計時間范圍20082013年 20102015年 20122017年 20142019年 20162021年高被引論文層獲取時間2014 年 7 月2016 年 3 月2018 年 3 月2020 年 3 月2022 年 3 月高被引論文數/篇74 90382 47890 01299 636112 731

22、研究前沿層研究前沿數/個9 1509 54610 22311 62612 610高被引論文數/篇43 35445 65747 88952 58956 278施引論文數/篇1 499 0011 801 9962 187 2302 504 0433 141 234研究領域層研究領域數/個9701 0841 1691 3331 389研究前沿數/個8 6569 2379 85411 18812 140高被引論文數/篇41 56844 49546 40550 76754 447施引論文數/篇1 462 8021 775 5242 142 8492 451 8743 078 112圖譜中 SCI 高被引

23、論文量的平均每期增長率接近 10%；科學結構聚類產生的研究領域數量平均每期增長率為 9.5%，研究領域中包含的高被引論文量平均每期增長率為 7%，其施引論文量的平均每期增長率超過 20%。一、科學結構圖譜研究領域的變化 科學結構圖譜的數據源選取科睿唯安（Clarivate Analytics）公司的基本科學指標（Essential Science Indicators，ESI）數 據庫?？茖W結構圖譜 2016 2021 的數據取自ESI 于 2022 年 3 月發布的 12 610 個研究前沿（即是第一層聚類結果），其中包含 56 278篇高被引論文。施引論文集選自科學引文索引（SCI）和社會

24、科學引文索引（SSCI），論文發表時間范圍為 2016 2021 年。通過二次同被引聚類，形成 1389 個研究領域，其中包含 12 140 個研究前沿，54 447 篇高被引論文（核心論文）。五期科學結構圖譜相關數據量見 2-1。第二章 科學結構及其演變10圖 2-1五期研究領域的核心論文數分布2022 年獲取數據與 2014 年相比，高被引論文數量是 1.5 倍，研究領域數量為 1.4 倍，施引論文數量達到 2.1 倍。圖 2-1 顯示了五期研究領域的核心論文數分布情況，長條柱中的數字為某一論文量范圍內的研究領域的個數?？梢钥闯?，五期研究領域的論文數量分布基本一致，大部分研究領域的核心論文

25、量少于 100 篇，大于 200 篇論文的研究領域每期 10 個以下。小于 20 篇論文的研究領域數量最多。新興研究領域的規模較小，平均論文量為 10.6 篇。從時序分析來看，新興研究領域的數量越來越多，持續發展的研究領域的平均論文量為41.9 篇。二、科學結構圖譜 2016 2021 及研究領域群組演化我們利用降維算法將各研究領域間的同被引關系轉化的高維向量映射在二維空間中，形成研究領域之間的布局，生成科學結構圖譜 2016 2021（圖 2-2），圖中虛線圈標識出了研究領域群組。該圖直觀地反映了當前科學結構及科學研究活動的情況。圖中每一個不同大小的圓圈代表一個研究領域，由一組論文組成，圓的

26、大小與研究領域包含的核心論文數成正比（以下同）。各個圓之間的相對位置也反映出了它們之間的關聯程度，距離越近，關聯程度越高。圖中的顏色對應于核心論文的密度。核心論文密度集中的部分顏色較暖（紅），研究較熱，并且隨著核心論文密度的降低，顏色逐漸變冷（藍）。2002030305050100100 20020082013年2010 2015 年2012 2017 年2014 2019 年2016 2021 年100%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%104544758767627127824924724921927326125822822822520217518815752853

27、0417353291科學結構圖譜 202311注：每一個圓圈代表一個研究領域，圓的大小與研究領域包含的核心論文數成正比。研究領域的坐標位置由深度學習模型確定，各個研究領域之間的相對位置反映出它們之間的關聯程度，距離越近，關聯程度越高。圖中上、下、左、右的方位沒有實際含義，整幅圖可以旋轉、翻轉。圖中論文量越大，密度越大，顏色越暖；反之，論文量越小，密度越小，顏色越冷。圖中虛線圈出了一些研究領域群組，標識主體研究內容是為了掌握科學結構。圖 2-2科學結構圖譜 2016 2021第二章 科學結構及其演變12研究領域群和研究領域群組的劃分：研究發現，科學結構的分析方法，聚在一起的論文通常是研究解決某一

28、科學問題的，這些研究問題可能會涉及多學科的知識，存在多學科交叉的現象；若干研究領域聚在一起形成一片高密度區域，是因為它們研究解決共同的科學問題或是使用有關聯的研究手段和方法。另外，由于當前科學交叉融合的程度越來越高，學科知識之間的界限越來越模糊，大量研究領域屬于多學科交叉。因此，圖譜中不以傳統的學科分類為主，而是盡量從共同研究解決的科學問題的角度進行歸類，按照可視化圖中的高密度區域劃分出研究領域群，體現了包含的研究領域之間具有相似性或共享某些概念。為了反映科技前沿和產業應用的社會需求，以及跨學科合作與應用導向的特色，結合科學結構圖譜中研究領域的關聯性與位置信息等因素，把研究領域群進一步歸并為研

29、究領域群組，并在圖譜中用虛線圈出。在科學結構圖譜中，同一學科的研究論文具有一定的集聚性。研究領域間的相對位置基本固定，圖譜的上、下、左、右的方位沒有實際含義，因此整幅圖可以旋轉、翻轉。為保持科學結構圖譜與前期研究的連貫性，通過將科學結構圖譜 2016 2021 中的學科布局旋轉或翻轉后總體上與前期研究保持基本一致。位于圖譜頂部的是“宇宙研究與粒子物理”，其右下方大部分屬于“光學、量子物理與凝聚態物理學”；下方以化學與材料科學為主，且大多屬于納米科技，包括“催化”“電池與儲能材料”“先進材料”“太陽能和光電材料”“納米生命醫學”“有機合成方法學”“生物質轉化與傳感技術”等研究領域群組；“植物學”

30、“生態學”“地球科學”“食品科學與健康”位于圖譜的中心位置；圖譜下方是生物學和醫學，包括“基因工程與分子調控”“再生醫學與基因調控”“免疫、代謝與細胞調控”“腸道微生物與健康”“COVID-19 研究”“癌癥”“心腦血管疾病”“神經科學”“心理學研究”“公共衛生與健康”等研究領域群組；左部為“可持續社會與經濟研究”；圖譜的左上部是數學、計算機科學與工程學，包括“人工智能”“偏微分方程和微積分”“系統與控制”“能源與可持續工程”等研究領域群組。圖 2-3 顯示了科學結構圖譜中每個群組中包含的研究領域群，此圖更為詳細。研究領域群的詳細信息見表 2-2，由于空間所限，圖中部分研究領域群使用簡稱進行標

31、識?？茖W結構圖譜 202313圖 2-3科學結構圖譜 2016 2021 群組圖第二章 科學結構及其演變14研究領域群組研究領域群名稱研究領域群簡稱含研究領域數量/個宇宙研究與粒子物理宇宙研究宇宙研究18粒子物理粒子物理10光學、量子和凝聚態物理先進光學和光子學先進光學和光子學18量子物理量子物理12拓撲物理拓撲物理10二維材料二維材料8半導體物理半導體3熱電材料熱電材料3催化電催化電催化9光催化光催化6電解水電解水2電池與儲能材料鋰電池鋰電池9儲能碳材料儲能碳材料5鈉離子電池鈉離子電池4水系電池水系電池1納米生命科學納米藥物輸送納米藥物輸送8熒光生物成像和分析熒光生物成像5太陽能和光電材料太

32、陽能和光電材料太陽能和光電材料9有機光伏有機光伏1先進材料生物醫學材料生物醫學材料7智能可穿戴醫療設備和技術智能可穿戴7納米復合材料應用納米復合材料6增材制造工藝與優化增材制造4金屬材料與制造技術金屬材料4表 2-2研究領域群信息科學結構圖譜 202315研究領域群組研究領域群名稱研究領域群簡稱含研究領域數量/個先進材料超分子自組裝超分子3高分子材料高分子材料3金屬有機骨架金屬有機骨架4界面化學界面化學5有機合成方法學有機合成方法學有機合成方法學12生物質轉化與傳感技術生物質資源的轉化與應用生物質轉化5生物傳感技術生物傳感5地球科學氣候變化氣候變化14地殼運動與地球演化地殼運動地球演化12大氣

33、污染及影響大氣污染10遙感技術應用遙感技術3環境污染土壤污染土壤污染7廢水處理廢水處理17微塑料污染與管理微塑料2生態學生態系統保護生態保護9土壤生態學土壤生態6海洋生態海洋生態4植物學植物基因調控植物基因調控16生物進化生物進化6食品科學與健康食品營養與健康食品營養與健康27食品安全與質量研究食品安全4基因工程與分子調控RNA 分子在基因調控和表觀遺傳修飾中的作用RNA10基因編輯與治療基因編輯與治療4蛋白質結構蛋白質結構4續表第二章 科學結構及其演變16研究領域群組研究領域群名稱研究領域群簡稱含研究領域數量/個再生醫學與基因調控再生醫學與基因調控再生與基因11免疫、代謝和細胞調控免疫與代謝

34、調節免疫與代謝9遺傳與代謝調節遺傳與代謝8細胞老化和代謝調節細胞老化7COVID-19 研究COVID-19 影響人體系統COVID-19 影響人體11COVID-19 機制與治療COVID-19 機制與治療10疫苗（COVID-19 為主）COVID-19 疫苗7COVID-19 診斷COVID-19 診斷4COVID-19 對社會的影響研究COVID-19 與社會8癌癥腫瘤免疫治療腫瘤免疫8血液腫瘤血液腫瘤7婦科腫瘤婦科腫瘤7消化系統癌癥消化系統癌癥6前列腺癌前列腺癌3肺癌肺癌2胰腺癌胰腺癌2 腸道微生物與健康腸道微生物與健康腸道微生物7公共衛生與健康COVID-19 對健康影響COVID

35、-19 健康影響6衛生保健服務衛生保健服務19婦幼健康婦幼健康7老年健康老年健康6疼痛管理和藥物濫用疼痛管理5艾滋病預防保健艾滋病預防3戒煙戒煙2續表科學結構圖譜 202317研究領域群組研究領域群名稱研究領域群簡稱含研究領域數量/個神經科學腦結構與功能腦結構與功能16精神疾病精神疾病8神經退行性疾病神經退行性13心理學研究COVID-19 與心理健康COVID-19 與心理健康9心理健康心理健康11心理學心理學4教育心理學教育心理學7社會認知與公平研究社會公平4健康和福祉健康和福祉3心腦血管疾病心腦血管疾病心腦血管疾病23醫學其他肝臟疾病肝臟疾病8呼吸系統疾病呼吸系統疾病8腎病腎病7自身免疫

36、性疾病自身免疫性疾病6傳染病研究傳染病6糖尿病糖尿病4重癥醫學重癥醫學4眼科疾病眼病4抗生素耐藥性耐藥性3飲食與健康飲食與健康3能源與可持續工程可持續建材可持續建材8先進工程材料和技術先進工程材料7納米流體與熱能工程納米流體熱能工程10巖土工程巖土工程9續表第二章 科學結構及其演變18研究領域群組研究領域群名稱研究領域群簡稱含研究領域數量/個能源與可持續工程頁巖氣頁巖氣7計算力學計算力學3功能梯度材料力學功能梯度材料3智能電網與可再生能源系統智能電網可再生能源系統12自然啟發優化算法及應用優化算法5生物能源生物能源8CO2利用與氫能技術氫能5偏微分方程和微積分偏微分方程偏微分方程9分數微積分分

37、數微積分5非線性波非線性波2人工智能機器學習機器學習23物聯網和區塊鏈安全應用物聯網和區塊鏈9無線通信無線通信5智能決策與應用智能決策7AI 醫療AI 醫療13系統與控制系統與控制系統與控制15動態系統建模與分析數學建模6復雜系統動力學與控制復雜系統8故障檢測與診斷故障診斷7可持續經濟與社會研究城市規劃與綠色城市綠色城市7企業可持續發展管理企業管理9社會問題研究社會問題9旅游和酒店業的創新研究旅游和酒店業8可持續供應鏈管理可持續供應鏈6續表科學結構圖譜 202319注：表中統計了歸入研究領域群的研究領域，有一些未進入高密度區域的研究領域未計入需要說明的是：研究領域的位置表征了與周圍其他研究領域

38、之間的關聯程度，由于部分研究領域與其他研究領域的關聯關系較弱，未包括在科學結構圖譜中的研究領域群中，即某個研究領域是否進入研究領域群取決于其是否存在與該研究領域群中其他研究領域有共享概念。因此，未納入研究領域群的研究領域并不是不重要，也許是新熱點研究領域或學科交叉研究領域。研究領域及其群組的命名旨在對科學結構圖譜的理解。鑒于數據量龐大，命名一直是制作科學結構圖譜時的一個難題。在以往，研究領域的命名工作依賴于領域專家，但考慮到研究領域的廣泛性，單個研究者的工作往往只覆蓋了領域的一小部分。加之不同的視角可能導致不同專家對同一領域的命名存在差異，這使得形成統一的命名標準變得困難。如此龐大的工作量不可

39、避免地延長了科學結構圖譜的制作周期。然而，到了 2023年，隨著像 ChatGPT 基于大語言模型架構的對話系統的推出對 AI 領域產生了重大影響，顯著改善了機器對文本的理解和處理能力。在最新的科學結構圖譜中，我們嘗試采用了ChatGPT 和科大訊飛星火等大語言模型自動化進行研究領域與群組的命名。盡管機器自動生成的命名可能不完全精確，但它們提供了有價值的參考。這種方法相比于簡單的關鍵詞表示法，已經取得了長足的進步，對于快速從宏觀角度分析科學的整體結構和發展趨勢提供了極大的幫助。如需更深入細致的科學結構分析，可以深入到研究前沿甚至是論文層面進行更為細致的分析。研究領域群組研究領域群名稱研究領域群

40、簡稱含研究領域數量/個可持續經濟與社會研究低碳經濟低碳經濟4金融經濟分析金融經濟4農村可持續發展農村可持續4智能交通與出行服務智能交通3文獻計量分析文獻計量2循環經濟循環經濟2續表第二章 科學結構及其演變20本報告綜合考慮科學結構圖譜中研究領域的關聯性與位置信息等因素，將研究領域歸納為五大類。同時，按研究領域群展示各群中高被引的研究領域，分析了不同時間段內這些領域群組的研究特點與演變趨勢。這部分分析同樣由大語言模型提供支持，雖然可能存在不準確之處，但仍可作為重要的參考資料。(一)物質科學相關研究物質科學相關研究包含和物理研究相關的“宇宙研究與粒子物理”“光學、量子和凝聚態物理”研究領域群組，和

41、納米科技與材料工程相關的“先進材料”研究領域群組，和能源轉換與存儲研究相關的“催化”“電池與儲能材料”“太陽能和光電材料”研究領域群組，和化學相關的“有機合成方法學”、和生物化學相關的“生物質轉化與傳感技術”研究領域群組，和地球與環境科學相關的“地球科學”“生態學”“環境污染”研究領域群組。研究領域群組中包含的研究領域群見表 2-2。表 2-3 至表 2-13 是 2016 2021 年物質科學相關研究領域群組中被引次數排前5 名的研究領域列表。1.宇宙學與粒子物理研究領域群組對比分析科學結構圖譜 2014 2019 和科學結構圖譜 2016 2021 中的研究領域列表，我們發現宇宙學與粒子物

42、理領域在2014 2019 年的研究熱點集中在對宇宙大尺度結構的觀測，特別是星系觀測與結構演化，以及黑洞及引力波的理論與觀測方面。同時，對太陽系的探索和火星地質、氣候的研究，以及暗物質和中微子物理的研究，顯示了對行星科學和基本粒子物理的關注。到 2016 2021 年，研究趨勢呈現新的焦點和深化方向：致密天體并合引力波事件以及中子星和黑洞的多信使觀測研究顯著增加，反映了新的觀測能力的深刻影響。宇宙學的約束和爭議問題成為熱門話題，尤其是涉及沼澤地猜想、暗能量和哈勃常數危機的探索，展示了對宇宙加速膨脹背后物理的深入追求。在暗物質研究領域，對原始黑洞作為暗物質可能來源的興趣上升?？焖偕潆姳┑难芯垦杆?/p>

43、增長，顯示了對未知宇宙現象的高度興趣。宇宙大尺度結構的研究增長，體現了對宇宙起源、演化的深切關注?？茖W結構圖譜 2023212.光學、量子和凝聚態物理群組對比分析該研究領域群組在科學結構 圖 譜 2014 2019 和 科 學 結 構 圖 譜2016 2021 中的研究領域列表，我們可以觀察到 2014 2019 年的研究熱點集中在量子信息科學、二維材料和超材料的探索，以及對凝聚態物理中新奇現象的深入分析。量子通信和量子計算作為量子信息科學的核心部分，其快速發展在研究論文數量上有顯著體現，這反映了這些領域在未來信息技術中的關鍵作用。同時，二維范德瓦爾斯材料、石墨烯及其衍生物因其在電子器件和能源

44、轉換應用中的潛力而吸引了大量關注。此外，高溫超導性和拓撲材料的研究持續熱門，而超表面和超透鏡的研究凸顯了對超材料特性的深入探索。進入 2016 2021 年，研究領域出現了新的進展或趨勢。量子物質和動力學，以及用于光子量子技術的固態量子發射器的研究持續升溫，這可能意味著量子模擬和量子計算正在邁向更實用的階段。集成光子學和相干光纖通信的研究顯著增加，反映了光子技術在通信和傳感領域的應用前景。納米光子學和深紫外非線性光學材料的論文數量顯著增加，強光-物質相互作用、太赫茲等離子體和超材料以及手性納米粒子和超材料等，表明了在光學領域的材料和技術創新。從兩期的演化趨勢來看，量子信息科學、二維材料和超材料

45、的功能性研究、以及新型光電材料的研究成為了明顯的增長點。同時，傳統領域如高溫超導、拓撲材料等繼續保持表 2-3宇宙學與粒子物理研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科347對中子星性質和狀態方程的多信使觀測和約束20449990242018.31.8跨學科268恒星、星系、星系團等的物理性質和演化過程7526886182018.61.3空間科學1329銀河系的形成和演化10519245132017.61.1空間科學941宇宙學的約束和爭議：沼澤地猜想、暗能量和哈勃常數危機11915724232019.11.8跨學

46、科600暗物質搜索和標準模型之外的新物理學579552172018.11.3物理學第二章 科學結構及其演變22表 2-4光學、量子和凝聚態物理群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科577拓撲材料：高階拓撲絕緣體和半金屬15933130172017.51.3 物理學298智能納米光子學與逆向設計16429409252018.01.5 物理學484二維納米材料：合成、異質結構及光電應用11627117382018.01.7 跨學科科學32量子引力、黑洞與全息對偶性20719734192019.11.0 物理學365量子計算

47、和模擬14019227162018.51.2 物理學著穩定的研究熱度。這表明，物理學研究正朝著深化基礎理論與拓展新材料、新技術應用并重的方向發展。3.先進材料研究領域群組先進材料在 2014 2019 年的研究熱點主要集中在金屬有機骨架(MOFs)、聚合物材料、納米碳材料、合金、能源材料、可穿戴材料等材料的制備和應用，及新興 3D 打印材料制備技術等。首先是有機骨架材料及其衍生物因其在氣體分離、化學傳感和生物醫學等多個領域的多功能性而成為研究熱點。同時，生物醫學領域的材料研究，特別是光動力治療、熒光傳感器和聚集態發光材料，顯示了材料科學與生物科技結合的深入發展。此外，石墨烯及其復合材料在水凈化

48、、海水淡化和電磁屏蔽等方面的研究凸顯了這類材料的廣泛應用潛力。納米技術的應用在研究中占據重要位置，尤其是在納米顆粒和自組裝納米結構材料的研制上。此外，新興技術如 3D 打印在也逐漸顯現出其在未來發展的潛力。到20162021年研究熱點有如下變化：新型能源材料和環境凈化材料的研究領域持續高速發展，例如風能采集技術、電磁波吸收材料、用于高能量密度電容器的無鉛陶瓷、空氣和水過濾的納米纖維膜等，這反映了可持續能源和環境保護的相關研究日益受到政府和研究人員的重視。智能材料與機器人技術：如軟體機器人、生物醫學微納米機器人技術的顯著增長，科學結構圖譜 202323表 2-5先進材料研究領域群組被引次數排前

49、5 名的研究領域詳情研究領域ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科808金屬有機骨架及其衍生材料的納米結構設計與功能化應用14028225142018.11.6 化學251金屬有機骨架與多酸金屬氧簇雜化材料：氣體分離、能源轉換與水資源管理的應用14927436312018.31.4 化學148智能材料驅動的軟體機器人與生物醫學微納米機器人技術10420010182017.71.9 跨學科科學335先進可穿戴生物傳感器技術與仿膚電子設備7918222152019.01.7 跨學科科學425仿生多功能水凝膠：自修復、高彈性及智能感應應用8517768122018.21.

50、7 跨學科科學說明材料科學與機器人、生物醫學領域的交叉融合正在加速。生物醫學應用方面的研究顯著增加，如柔性可穿戴生物傳感器、生物可降解材料的研究明顯增多，神經義肢和神經接口的進展等，顯示了材料科技在醫療健康領域的深入影響。先進制造技術，特別是增材制造（3D 打?。┑难芯考眲≡鲩L，涵蓋了材料、工藝和應用多個方面，這預示著制造業正經歷著一場以定制化和復雜結構制造能力為特征的技術革命。金屬有機骨架（MOFs）的應用向能源和環境領域傾斜，從前一期的基礎制備研究和初步應用拓展到了，如催化、能源儲存和轉換、水過濾等更為廣泛的多個新應用領域。新興研究熱點的出現：自愈合材料和可回收材料、金屬玻璃和軟磁材料的結

51、構異質性和機械行為等研究方向的出現，體現了對材料性能優化和生命周期管理的進一步關注?？傮w來說，科學研究表現出了向可持續性、生物醫學整合、先進制造技術以及對材料本身性質深入研究的趨勢。同時，減少了一些純理論研究，增加了應用驅動型和跨學科融合型的研究主題。第二章 科學結構及其演變244.催化研究領域群組表 2-6催化研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科190具有光催化和抗菌活性的納米材料在環境和能源領域的應用30330576602019.42.0 跨學科科學381高效與界面工程化的電催化新材料：全 pH 水分解與

52、氮還原應用研究18629461472019.11.7 跨學科科學144電催化氮氣還原成氨的研究18326684212019.11.8 跨學科科學1015先進電催化材料與結構工程化設計用于高效和普適的水分解氫進化反應8824590252017.71.7 跨學科科學851電催化還原二氧化碳：催化劑和機制10624042262018.11.5 化學催化研究領域在 2014 2019 年的研究熱點主要集中在能源轉換和環境修復的電催化劑和光催化劑的開發。氫能相關催化材料的研究，如析氫電催化劑的制備成為該期的研究熱點方向。同時，CO2還原和轉化研究體現了對環境問題的重視，半導體光催化劑、納米電催化劑等催化

53、材料備受關注。新材料的開發，如單層二維材料和單原子催化劑，展示了催化材料科學在打破催化材料固有概念框架，尋求催化材料性突破方面的實質性進展。到 2016 2021 年的主要發展趨勢可以概括如下：從傳統貴金屬催化劑到非貴金屬或環境友好型催化劑的轉變：反映了科學界對于更高效、成本低廉以及環保型催化劑的重視。尤其是在高效電解水的電催化劑研究中，從基于銥的催化劑轉向基于非貴金屬的催化劑。光催化領域的研究顯著增長：特別是在太陽能燃料生產和環境污染物降解方面增長明顯。二氧化碳轉化研究的增加：將二氧化碳轉化為有價值的化學品和燃料的研究顯著增加，反映了全球對于碳捕集和利用技術的迫切需求。催化研究的焦點已經從基

54、礎制備技術轉移到其在能源轉換、存儲效率提升，以及環境修復中的廣泛應用。催化劑因此成為能源和環境領域的關鍵材料，標志著向更高效、環保的新型催化劑的轉變。這一發展反映了科學界在應對全球能源和環境挑戰上的顯著進步和持續努力?？茖W結構圖譜 2023255.電池與儲能材料研究領域群組表 2-7電池與儲能材料研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科160先進的水系電池及電極材料15633922242019.21.5 跨學科科學188鋰金屬與鈉金屬電池研究 11230280282018.41.5 跨學科科學291高性能鋰硫電池

55、的材料和設計的進展10227234192018.71.6 材料科學1123鋰離子電池陽極材料：二維過渡金屬碳化物(Mxenes)8917580212018.51.6 跨學科科學740固態鋰電池：界面穩定性和電解質設計7716715162018.61.5 跨學科科學2014 2019 年電池與儲能材料研究領域的研究涵蓋鋰離子電池的不同方面，包括正極材料、電極材料的回收、以及電解液的研究。特別是鋰氧電池和廢舊鋰離子電池中貴重金屬的回收技術受到高度關注。同時，鈉離子電池和超級電容器的材料研究也占據了重要位置。此外，二維過渡金屬碳化物（MXenes）作為高容量鋰離子電池陽極材料的研究顯示出了新材料的開

56、發趨勢。到 2016 2021 年，電池與儲能材料研究體現了向更高效、安全、可持續和環保的方向發展的趨勢，以及對新電池材料和創新技術的不斷探索。首先是固態電池研究，尤其是在界面穩定性和電解質設計方面有所加強，表明固態電池技術正在成為電池研究的一個重要分支；同時，電池材料多樣化的研究也初現端倪，除了鋰電池外，鈉電池，鉀電池的相關研究逐漸顯現。其次是對電池安全性和可持續性的關注：電池的安全性、退化機制和熱管理系統的研究增加，以及對廢舊電池回收的研究，反映了對電池安全和可持續性的更高重視。此外是電池管理技術的進步：鋰離子電池的管理技術，包括狀態估計、健康監測和壽命預測方面的研究得到加強，突出了電池使

57、用效率和壽命延長的重要性。最后是二維材料如二維過渡金屬碳化物在電池技術中的應用增加，顯示了新型材料在提高電池性能方面的潛力。第二章 科學結構及其演變266.太陽能和光電材料研究領域群組表 2-8太陽能和光電材料研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科113鈣鈦礦太陽能電池：材料、結構和性能30885861702017.61.6 跨學科科學728高效穩定鈣鈦礦光電材料及其量子點納米技術的研究與應用17551869332017.61.6 跨學科科學1025非富勒烯有機太陽能電池的效率與穩定性研究19344149402

58、018.81.6 跨學科科學1111新型稀土發光材料的設計與應用:用于白光 LED 和其他多功能領域578691122018.01.7 跨學科科學563基于量子點和鈣鈦礦納米晶體的自組裝結構與光電催化性能研究 437764132018.41.6 跨學科科學對比分析該研究領域群組在科學結構 圖 譜 2014 2019 和 科 學 結 構 圖 譜2016 2021 中的研究領域列表，我們可以觀察到以下幾個關鍵的演化發展趨勢：太陽能和光電材料研究中，鈣鈦礦太陽能電池和鈣鈦礦發光二極管的研究依然是熱點，但研究的重點從基本的材料制備轉向了對其在太陽能電池和光電子學應用中的性能優化和結構研究。其他光電材料

59、，如膠體納米晶體、染料敏化太陽能電池材料、白光發光二極管熒光轉換材料等的研究也得到了關注，顯示了該領域光電材料的多樣化和創新。其次是新型光伏材料和技術的研究和發現，例如全聚合物太陽能電池、非富勒烯受體的有機光伏材料、和全小分子太陽能電池的研究，顯示光伏材料日漸豐富，光伏技術正朝著更高效率和更廣泛應用方向發展?？茖W結構圖譜 2023277.有機合成方法學研究領域群組8.生物質轉化與傳感技術研究領域群組表 2-9有機合成方法學研究領域群組被引次數排前 3 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科26點擊化學與特權結構在藥物化學與發現中的應用527

60、10992018.41.4 化學446有機合成中的光氧化催化和自由基化學17735990402018.21.0 化學1300過渡金屬催化的 C-H 鍵活化與立體選擇性官能團化在有機合成與藥物化學中的進展17126988282018.11.0 化學2014 2019 年，有機合成方法學的的研究熱點主要集中在光催化氟烷基化反應、不對稱有機催化、金屬催化的C-H鍵官能化反應、交叉偶聯反應以及生物催化劑應用等領域，反映了科研界對于開發新催化劑、探索高效合成路徑以及開發新型功能材料的重視。2016 2021 年，有機合成方法學領域的研究重點從傳統的催化反應和官能團轉變的策略，轉向了更為先進和多樣化的方法

61、。特別強調了光氧化催化和自由基化學的重要性，反映出對更高效和創新合成策略的追求。同時，可持續合成技術的興起，如機械化學、有機電化學的可持續合成，以及利用二氧化硫替代物的有機合成，反映了科學界對環保和綠色化學越來越多的關注。過渡金屬催化在 C-H 官能化和雜環合成中繼續占據重要地位?？傮w上，有機合成方法學的研究呈現出向環境友好和高效率合成策略的發展趨勢。2016 2021 年生物質轉化和生物傳感技術研究在圖譜中距離很近，兩部分的研究都有所增強。這兩部份研究內容在2014 2019 年的科學結構圖譜中，一個在生物能源研究領域群，一個在納米生命科學研究領域群中。其中，在生物質燃料和材料的制備與轉化方

62、面，首先是可持續生物煉制技術的顯著增長：生物質燃料前體的制備及其轉化，特別是木質纖維素分餾和高值化利用，反映了對可持續能源技術的持續關注。其次是生物質材料應用的多元化，包括木質素基功能材料和納米纖維素基材料的研究增第二章 科學結構及其演變28表 2-10生物質轉化與傳感技術研究領域群組被引次數排前 3 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科15可持續生物煉制的木質纖維素分餾和高值化利用8510635152019.32.3 跨學科科學41自然纖維增強的生物復合材料：制備、性能及其在環境與能源領域的應用研究7011196122018.11.8

63、跨學科科學976分子印跡聚合物 46696282018.81.5 化學加。同時，通過生物降解和控釋肥料減少環境污染物的影響的研究，以及生物質降解和作物研究，顯示了對生物質綜合利用和環境友好的重視。在生物傳感器技術方面，特別是基于納米材料的電化學生物傳感器和用于生物和化學分析物檢測的先進生物傳感器的研究增加，顯示出生物傳感技術在精確診斷、藥物發現和環境監測中的重要性。2014 2019 年地球科學研究集中在地震學、礦床學、氣候變化、極地科學以及遙感技術的應用上。這一時期的研究顯著關注地下工業活動引發的地震、慢地震機制及其在特定區域的研究。同時，在礦床學和巖漿學方面，研究聚焦于礦床的構造演化、地質

64、成因及成礦方式。氣候變化和環境科學方面，研究涵蓋了全球氣候變化的模擬、極端氣候事件、海洋和大氣污染以及環境污染對人類健康的影響。極地科學和氣候演變方面，研究關注冰川質量變化、極端溫度和降水事件。此外，遙感和地球觀測技術在水資源和海洋生態系統監測中的應用也成為研究的一大亮點。在 2016 2021 年，地球科學領域的研究顯示出對氣候變化及其環境影響、空氣質量與健康、以及地震和地質災害風險管理等方面的關注度增加。同時，遙感和機器學習等現代科技在這些研究領域中的應用日益增多。主要有以下演變：氣候變化影響的研究顯著增長：全球氣候變化及其影響，特別是對極端水文狀況、北極氣候變化和熱帶氣旋的影響研究數量顯

65、著增加，反映了對全球變暖及其后果的深切關注。遙感技術的應用擴展：植被和土壤水分的遙感研究顯著增加，表明了遙感技術在環9.地球科學研究領域群組科學結構圖譜 202329境監測和氣候變化研究中的日益重要性?？諝赓|量及其對氣候和健康影響研究加強：空氣質量研究以及其對人類健康影響的研究增長，特別是在中國和印度的空氣污染問題上。COVID-19 對空氣污染和大氣化學的影響成為新的研究熱點，相關論文數量達到57 篇。冰川和冰蓋動態的研究深入：由于全球海平面上升和氣候系統的變化，全球冰川和冰蓋的動態及其影響的研究數量上升。深度學習和機器學習在地球科學應用增加：深度學習在地震學和地球化學中的應用研究增加，顯示

66、了數據科學技術在地球科學研究中的潛力。地震和地質災害風險評估的關注增加：地質災害和地震引起的山體滑坡以及地震風險評估的研究數量增長，體現了對災害預防和風險管理的重視。10.生態學研究領域群組2014 2019 間的生態學研究特點體現在對生態系統動態、生物多樣性及其保護、以及人類活動對環境的影響等方面的深入探討。研究熱點集中在土地覆蓋變化、全球汞循環、水資源管理、海洋生態系統保護、生物多樣性的進化機制、物種入侵及其防治、海洋酸化和變暖的影響、氣候變化對物種分布的影響等。到 2016 2021 年，生態學的傳統領域如生物多樣性、氣候變化、土壤科學等繼續表 2-11地球科學研究領域群組被引次數排前

67、5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科541全球變化下的陸地生態系統監測與響應10713002242018.32.1 地球科學174全球及中國大氣污染物排放、化學轉化與環境效應研究8012828152017.91.9 地球科學284遙感和 GIS 在全球環境監測和土地資源管理中的應用7711857242018.82.1 地球科學220氣候變化的高分辨率建模、極端降水和模型評估6210243172018.31.5 地球科學1107氣候變化對極端水文狀況的影響 838685172018.62.2 地球科學第二章 科學結構及其演變30表 2-

68、12生態學研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科500生態位建模和生物多樣性評估5411549122018.62.1環境/生態學246海洋熱浪及其生態影響7210679102018.52.2跨學科科學909土壤特性評估與管理在可持續農業和全球環境變化中的應用研究759446112018.12.4農業科學391生物多樣性保護和生態系統恢復518734142017.91.8環境/生態學497全球昆蟲生物量減少的驅動因素、生態影響及保護對策研究45659572018.91.9跨學科科學保持其研究熱度，新興領域如病媒控

69、制、人類世生態學、納米材料表征技術等成為新的熱點。此外，海洋科學領域因應全球變暖等問題而得到更多的關注?？傮w上，研究方向更加聚焦于解決全球性的環境問題，并逐漸融合新的技術手段和跨學科的研究方法。生物多樣性和生態系統恢復的持續關注：生物多樣性的保護和生態系統恢復始終是研究的熱點，但其焦點逐漸從基礎研究轉向更具應用性的方向，如人類世的生物多樣性保護和生態系統恢復，以及海洋熱浪及其生態影響的研究增加。環境壓力源對生態系統的影響：研究更多關注環境變化如海洋熱浪、深海采礦等對生物多樣性和生態系統的具體影響。土壤生態學的深入研究：土壤科學與管理、土壤微生物群落的研究成為新的焦點，體現了對土壤生態系統在全球

70、碳循環和氣候變化中作用的重視。技術在生態學研究中的應用：無人機、機器學習等技術的應用在熱點研究中雖然減少，但對新技術如納米材料表征技術的關注增加，反映了科研方法在不斷進步和創新。對人類活動影響的持續探索：人類活動對環境的影響依然是研究的重要部分，但研究的視角和方法更加多樣化?？茖W結構圖譜 202331從 2014 2019 年到 2016 2021 年，環境污染研究領域的研究趨勢顯示了對微塑料污染、先進廢水處理技術、土壤重金屬污染、以及水處理新材料的關注增強。這些趨勢體現了環境科學領域在應對全球環境挑戰方面的重要進展和重點。從 2014 2019 年到 2016 2021 年的研究領域中，可以

71、觀察到以下幾個關鍵的發展趨勢：微塑料污染相關研究顯著增長：微塑料污染對生態系統和人類健康影響的研究數量大幅增加，這表明了對微塑料問題的高度關注和緊迫性。高級氧化工藝在廢水處理中的應用增加：用于廢水處理和修復的先進氧化工藝的研究數量增加，顯示了這項技術在去除污染物方面的有效性和可持續性。土壤中的重金屬污染研究增長：土壤中的重金屬污染及其對人類健康和環境影響的研究數量增加，反映了對土壤健康和食品安全的重視。用于水修復的先進吸附劑研究增加：用于水修復的先進吸附劑的研究數量增加，表明了在水處理技術中對新材料的需求。吸附和去除水中的污染物研究增長：水中污染物的吸附和去除技術的研究數量增加，突顯了清潔水資

72、源的重要性。生物炭和堆肥在土壤質量改善中的應用增加：生物炭和堆肥對土壤質量和環境可持續性影響的研究增加，顯示了對可持續農業實踐的關注。植物修復技術的關注增加：植物中重金屬的植物修復作用的研究數量增加，反映了利用植物去除環境污染物的潛力。11.環境污染研究領域群組研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科5環境微塑料污染的來源、歸趨及對生態系統和人類健康的影響27441074602018.61.8 環境/生態學480污染物處理的高級氧化過程 11519155272018.62.4 跨學科科學31用于水體污染修復的先進吸附劑9214729292018.52.6 跨

73、學科科學544新型吸附材料的合成與應用研究 水處理技術中染料與重金屬的去除效能分析15014381342019.22.5 跨學科科學267土壤中的重金屬污染及其對人類健康和環境的影響868919162018.92.0 環境/生態學表 2-13環境污染研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情第二章 科學結構及其演變32(二)生命科學相關研究生命科學相關研究包含“植物學”“食品科學與健康”“基因工程與分子調控”“再生醫學與基因調控”“免疫、代謝和細胞調控”“COVID-19 研究”“癌癥”“腸道微生物與健康”“公共衛生與健康”“神經科學”“心理學研究”“心腦血管疾病”研究領域群組，以及“醫學

74、其他”。表 2-14 至表 2-26 是生命科學相關研究中的各個研究領域群組中被引次數排前 5 名的研究領域列表。1.植物學研究領域群組表 2-14植物學研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科261分子進化遺傳學分析和生物體內的物種劃分3928142102018.52.6跨學科科學397作物基因組多樣性與改良：結構、功能與適應性研究10712346202018.42.3植物學與動物學128植物生長發育與環境應答的分子調控機制11910951232018.11.8植物學與動物學639植物信號傳遞和反應機制1309

75、712212018.61.7植物學與動物學1023植物的基因組編輯：技術、應用和監管939462222018.22.2植物學與動物學2014 2019 年，植物學研究的重點更多地集中在基礎生物學過程，如植物生長發育調控機理、對非生物脅迫的響應、作物性狀的遺傳基礎分析，以及植物與微生物的相互作用。這些研究為理解植物的基本生物學特性和作物遺傳改良奠定了基礎。進入 2016 2021 年，植物學研究的焦點出現明顯轉變。首先，植物信號傳遞和反應機制成為最受關注的研究領域，顯示了對植物如何感知并響應環境信號的深入研究。其次，天然免疫監視和信號傳遞研究增加，反映了對植物自身防御機制的深入理解的追求。此外，

76、植物對環境壓力和植物激素的反應研究增加，顯示了科學界對提高作物適應性和耐逆性的重視。同時，基因組編輯技術在作物改良和育種中的應用也顯著增加，這是當前植物學研究的一個重要新方向。綜合來看，植物學的研究重點正在從基礎生物學研究向更加重視應用研究和環境相關研究的方向演化。包括對植物如何適應和響應環境脅迫的深入理解、提高作物的抗逆性和產量，以及利用先進技術如基因組編輯進行作物改良。這些變化反映了植物學研究在解決全球性挑戰，如氣候變化、糧食安全和可持續農業等方面的重要性和緊迫性?？茖W結構圖譜 2023332.食品科學與健康研究領域群組表 2-15食品科學與健康研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳

77、情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科405食品的活性和智能包裝1219325222019.02.5 農業科學462益生菌和發酵食品研究826800112018.82.6 農業科學181植物化學物質及其潛在的健康益處506062172018.43.1 跨學科科學555食品級乳化劑與納米顆粒技術研究574928122018.72.0 農業科學626食品中的酚類化合物及其潛在的健康益處31402482017.92.8 農業科學2014 2019 年，研究主要集中在植物的藥用價值開發、食品安全與毒素檢測、食品加工與質量改善，以及天然產品在食品與健康中的應用。反

78、映了當時科學界對于利用天然植物成分進行疾病治療和健康促進的興趣，以及對食品毒素對人體健康影響的關注。進入 2016 2021 年，研究重點有所轉變，更多關注于食品安全與質量控制技術、食品包裝與保鮮技術、天然物質的營養與健康應用，以及食品加工與儲藏技術。這種轉變顯示了科學界對食品安全的持續重視，特別是在提高食品貯藏、安全性和營養價值方面的技術創新。例如，活性和智能包裝的研究突出了對智能技術在食品加工和保質中應用的關注，而冷等離子體技術的應用則體現了在保鮮和食品安全方面的新技術探索。同時，天然物質在健康領域的應用，如益生菌研究和天然來源多糖的健康益處，顯示了對食品中功能性成分的興趣增加，特別是那些

79、對腸道健康有益的成分?？傮w而言，食品科學與健康的研究趨勢顯示了從傳統的植物藥用價值和食物安全研究轉向更注重創新技術在食品保鮮、包裝和營養改善中的應用。這些變化反映了食品科學領域對全球性挑戰，如食品安全、營養健康和可持續性的逐步響應。第二章 科學結構及其演變342014 2019 年，研究主要集中在三個方面，一是 CRISPR-Cas9 系統的廣泛應用，包括 CRISPR-Cas9 系統的功能、應用和基因編輯內切酶研究，特別是 CRISPR-Cas9基因編輯技術及其在不同疾病治療方面的應用。二是蛋白質組學的深入研究，包括蛋白質結構預測、動力學模型構建和功能研究成為重點。三是 RNA 的研究，包括

80、 RNA-蛋白質相互作用、核糖體組裝以及非編碼 RNA 的研究等。進入 2016 2021 年，研究重點逐漸從基礎研究轉向更具應用價值的方向。盡管基因編輯、蛋白質組學研究和 RNA 研究的核心論文量都有所降低，但遺傳性疾病的基因治療，尤其是 CRISPR-Cas9 基因編輯技術在疾病治療中的應用持續是研究熱點，并從基礎研究拓展到具體的疾病治療中。同時，RNA的研究也從基礎生物學領域拓展到了更具體的疾病機制探索，特別是長非編碼 RNA 和MicroRNA 在癌癥治療方面。此外，細胞外囊泡的新興研究，表明了科學界對生物醫學和藥物遞送新方法的探索。3.基因工程與分子調控研究領域群組表 2-16基因工

81、程與分子調控研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科109遺傳性疾病的基因治療：輸送策略、CRISPR-Cas9 基因編輯和臨床試驗12326357192018.02.6 跨學科科學223固有淋巴細胞免疫功能9022069142017.92.5 跨學科科學816細胞外囊泡在生物醫學和藥物遞送中的應用6921004132017.82.8 跨學科科學943RNA 甲基化在癌癥中的作用8920738152018.72.1 跨學科科學3CRISPR-Cas9 基因組編輯和人類細胞中的定向基因調控7119745212017

82、.82.2 生物與生物化學科學結構圖譜 2023352014 2019 年的研究集中在單細胞RNA 測序技術、各類干細胞的功能及其臨床應用，以及胞外分泌小泡的研究。這些研究反映了對精準生物醫學技術的深入探索和干細胞在再生醫學中的潛力。特別是單細胞RNA 測序技術，它可以揭示基因序列層面的復雜機制，為個體化醫療提供了新的視角。2016 2021 年，研究焦點轉向了細胞和類器官模型在疾病建模和藥物篩選中的應用，以及心臟再生和組織工程。此外，單細胞 RNA 測序和分析技術的發展仍然受到重視，但更加側重于具體的分析方法?；蛘{控機制，特別是在疾病發生和發展中的作用，也成為了研究的熱點。兩個時期的演變表

83、明，再生醫學研究正逐步從基礎科學向技術應用和疾病機理研究為主轉變，反映了對新興技術和治療方法的探索。4.再生醫學與基因調控研究領域群組表 2-17再生醫學與基因調控研究領域群組被引次數排前 3 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科1076細胞和類器官模型在疾病建模和藥物篩選中的應用10118538122018.52.9 跨學科科學1158單細胞轉錄組及表觀遺傳學分析技術與應用研究13643089222017.82.3 跨學科科學797哺乳動物細胞中的染色質組織和基因調控5112677112018.11.7 分子生物學與遺傳學5.免疫、代謝

84、和細胞調控研究領域群組對比分析兩個時期，反映了從宏觀到微觀、從通用到個性化的轉型。免疫系統與炎癥研究方面，由最初的基礎機制探索逐漸轉向更深入的單細胞分析和特定免疫細胞功能研究，顯示了向微觀層面的深入和對免疫調節細節的關注增強。癌癥生物學機制研究在新一期中從關注基礎致病機制轉向對癌癥代謝及免疫調控的深入研究。這種轉變反映出對癌癥微環境和免疫相互作用的重視，以及治療策略的演進。代謝研究方面，特別是對棕色脂肪組織在新陳代謝中的作用以及代謝性疾?。ㄈ?2 型糖尿?。┑拇x組學第二章 科學結構及其演變36表 2-18免疫、代謝和細胞調控研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域

85、名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科891不同器官纖維化和炎癥的單細胞分析37508672019.22.2 跨學科科學214細胞衰老和線粒體健康在衰老和年齡相關疾病中的作用8922094172018.32.2 跨學科科學18癌癥代謝及免疫調控研究10221535312018.12.3 跨學科科學178鍛煉免疫力及巨噬細胞在免疫中的作用6417695122017.43.0 跨學科科學610復雜性狀的遺傳機制與基因組學多維度分析研究5917551132017.72.8 跨學科科學研究顯著增強。這些研究強調了對能量代謝過程和代謝性疾病機制的深入理解。細胞衰老與線粒體功能研究方面，線

86、粒體在細胞衰老和代謝中的核心作用逐漸受到重視，揭示了線粒體在細胞生理和病理過程中的關鍵角色，并指向了抗衰老和代謝性疾病治療領域的新靶點。6.納米生命科學研究領域群組對比兩個時期，納米生命科學領域的研究趨勢表現為從基礎的材料學研究轉向更具體、更有應用前景的醫學治療和診斷技術。特別是在納米藥物遞送系統和生物醫學成像領域的深入研究和創新，表明這些技術在未來的醫學應用中擁有巨大的潛力。同時，對納米材料的綠色合成和環保應用研究顯示出了對可持續發展的重視。前一時期，研究重點主要集中在納米材料在腫瘤治療與檢測、生物醫學應用、以及抗菌研究等方面。其中，納米顆粒在光動力治療和藥物遞送中的應用，以及基于納米顆粒的

87、生物分子傳感器技術成為了研究的熱點。第二時期，納米醫學在癌癥治療中的應用繼續受到重視，同時，納米技術在眼部疾病和其他醫學領域的藥物輸送系統中的應用表現出其多樣化的潛力。此外，近紅外 II 熒光團在生物醫學成像和治療中的應用研究也顯著增加，顯示了納米技術在提高成像精確度和治療效果方面的潛力?？茖W結構圖譜 202337表 2-19納米生命科學研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科643納米技術在癌癥光動力、光熱與化學動力治療及免疫增強中的應用研究11927192262018.32.1 跨學科科學753近紅外 II

88、熒光團在生物醫學成像和治療中的應用研究10816029162019.31.8 跨學科科學1146用于有機發光二極管的熱激活延遲熒光材料的研究進展651247392018.41.5 跨學科科學171基于碳量子點的多色發光及其在生物成像、傳感和光電器件中的應用6112435132017.01.7 跨學科科學458納米藥物遞送系統在腫瘤微環境響應性治療與生物成像中的應用研究8111026282018.12.3 跨學科科學7.腸道微生物與健康研究領域群組2014 2019 年，腸道微生物與健康研究主要聚焦于精神疾病、腫瘤、腸道菌群多樣性、自身免疫性疾病等領域。特別是精神疾病與腸道微生物的關系成為最熱門

89、的研究領域，突顯了科學界對腸道-大腦軸的深入探索。此外，腫瘤相關腸道微生物的研究顯示出對腸道微生物與癌癥發展之間聯系的重視。到了 2016 2021 年，腸道微生物與健康的研究重點發生了顯著轉變，研究重點從特定疾病如精神疾病和腫瘤，轉向更全面關注腸道微生物群與全身健康和疾病之間的關系。特別是腸道微生物組和神經系統疾病的研究受到了極大關注，延續了對腸道-大腦軸的深入研究。同時，腸道微生物組與腸道健康、衰老、炎癥性腸病的關聯也成為熱門主題。第二章 科學結構及其演變38表 2-20腸道微生物與健康研究領域群組被引次數排前 3 名的研究領域詳情研究領域ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均

90、年學科多樣性學科262腸道微生物干預與宿主免疫調控：糞便移植與噬菌體治療研究14431626392017.62.9 跨學科科學825腸道微生物群及其對健康和衰老的影響13224465292018.63.1 跨學科科學1197微生物-腸-腦軸互作及其在神經系統疾病中的作用14123032202018.83.2 跨學科科學8.COVID-19 研究研究領域群組自 COVID-19 大流行暴發以來，針對這一全球性危機的科學研究迅速展開，COVID-19研究在 2020 2021 年出現并快速增長，涵蓋了從病毒檢測到治療策略的廣泛議題，包括 COVID-19 診斷、COVID-19 機制與治療、疫苗、

91、COVID-19 對人體系統的影響、COVID-19 對社會的影響、COVID-19 與心理健康六個方面的研究領域群。在診斷領域，研究重點在于提升檢測速度和準確性，特別是通過 SARS-CoV-2 的抗體測試和先進的測序技術。在探討病毒機制與治療方面，學界關注了 SARS-CoV-2 穗狀蛋白的結構和功能，以及病毒如何引發免疫反應的失調，進一步促進了針對病毒主要蛋白酶和關鍵病毒蛋白的藥物開發。同時，COVID-19 疫苗的迅速研發成為科學界的一個亮點，反映在關于疫苗開發、安全性和免疫反應的大量研究上。除了生物醫學領域，研究還深入探討了COVID-19 對人體各個系統的影響，尤其是心血管系統和代

92、謝系統。社會和行為科學研究則著眼于疫情對醫療服務、社會經濟結構以及公眾心理健康的影響。這些研究不僅為應對當前的疫情提供了科學依據，也為未來可能出現的類似公共衛生事件的防控和管理積累了寶貴的經驗和知識?？茖W結構圖譜 202339表 2-21COVID-19 研究研究領域群組被引次數排前 10 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科593COVID-19 感染的臨床特征、影響因素與并發癥研究8353511172020.22.1 臨床醫學953COVID-19 藥物治療效果與安全性綜合研究11529545292020.22.2 臨床醫學256SA

93、RS-CoV-2 病毒結構、宿主相互作用及其防治策略12029534272020.03.0 跨學科科學90針對 SARS-CoV-2 的中和抗體和 T細胞反應的發展和療效8919393282020.52.7 跨學科科學238COVID-19 疫苗的開發和安全9619240142020.62.5 臨床醫學1291COVID-19 中的血栓形成和凝血功能障礙9018865162020.31.7 臨床醫學84COVID-19 感染的病理生理機制、藥物治療及風險因素研究16914648372020.22.1 跨學科科學1307COVID-19 肺炎的影像和臨床特征4913973102020.11.8

94、臨床醫學1260COVID-19 致病機制、傳播和動物宿主621152682019.93.4 跨學科科學777SARS-CoV-2 引發的免疫應答異常與 COVID-19 重癥機制研究6310044252020.22.6 跨學科科學9.癌癥研究領域群組對比兩個時期，癌癥研究領域研究熱點發生顯著變化，尤其是在免疫治療和靶向治療方面。2014 2019 年的研究重點在于識別癌癥早期診斷和治療響應的生物標志物，特別是在血液腫瘤和前列腺癌。免疫檢查點抑制劑的療效和腫瘤免疫治療機制也是研究的熱點，反映了免疫調節在癌癥治療中的重要性。到了 2016 2021 年，腫瘤免疫療法的研究論文數量激增，尤其關注靶

95、向治療、新抗原識別和免疫調節方面的進展，表明免疫療法正成為癌癥治療的重要方法。同時，研究者也越來越關注免疫治療帶來的不良反應，體現了對患者生活質量和治療耐受性的關注。第二章 科學結構及其演變40表 2-22癌癥研究領域群組被引次數排前 10 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科7腫瘤免疫療法：靶向治療、新抗原識別和免疫調節20858724472018.32.1 跨學科科學175免疫檢查點抑制劑在晚期癌癥治療中的療效、安全性及生物標志物相關性研究19072652352018.11.5 臨床醫學116靶向治療與耐藥性機制研究在晚期乳腺癌中的應

96、用10823761212018.41.3 臨床醫學650嵌合抗原受體 T 細胞（CAR T 細胞）治療淋巴瘤與白血病的療效、安全性及生物標志物研究6323365162017.51.9 臨床醫學87細胞信號通路調控與抗腫瘤治療研究9823327312019.02.2 跨學科科學1096ALK 抑制劑、EGFR 抑制劑等靶向藥治療非小細胞肺癌8920572182018.11.4 臨床醫學1237癌癥治療中免疫檢查點抑制劑的不良反應981981782018.21.5 臨床醫學108癌癥免疫治療中的 T 細胞衰竭和免疫檢查點阻斷法7318379202018.12.1 跨學科科學260癌癥基因組學與蛋白

97、質組學：突變特征、治療靶點及分子機制研究6417917142017.92.1 跨學科科學63淋巴瘤和白血病的免疫療法和靶向治療9817690172017.91.4 臨床醫學此外，靶向治療在特定癌癥類型如淋巴瘤、乳腺癌等的研究持續增長，突顯了精準醫療在癌癥治療中的應用和發展。這些研究進展揭示了未來癌癥治療可能會更加個性化和綜合化，同時強調了對治療副作用管理和患者整體福祉的關注?？茖W結構圖譜 20234110.心腦血管疾病研究領域群組表 2-23心腦血管疾病研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科53心血管干預和管理

98、13231320212018.01.2 臨床醫學587經導管主動脈瓣置換術 8922448112017.91.1 臨床醫學521家族性高膽固醇血癥和心血管疾病預防981917792019.11.6 臨床醫學14研究心房顫動及相關并發癥的管理和治療8315634202017.71.3 臨床醫學1011高血壓及心血管疾病影響的系統評估與管理策略研究6915354182017.71.3 臨床醫學整體來看，兩期心腦血管疾病領域的研究熱點集中在風險因素鑒定、治療策略優化以及病理機制解析上。研究熱點正從風險識別轉向深入治療，強調了早期診斷與管理的重要性，并在新治療技術和方法上取得了顯著進展。這些發展不僅提

99、高了治療效果，也優化了疾病管理，為心腦血管疾病患者帶來了更加個性化的治療方案。2014 2019 年的研究重點是識別和管理心血管疾病的風險因素，特別是飲食和高血壓對心臟健康的影響，以及心房顫動等疾病的診斷和風險評估。治療方法方面，冠心病和血脂異常的治療文獻數量領先。到了 2016 2021 年，研究領域擴展到了心血管干預和管理，尤其在心血管植入設備和相關感染管理上。急性心肌梗塞的管理策略也顯著提升，集中在血管重建和機械循環支持等領域。此外，家族性高膽固醇血癥預防的研究突出了個性化醫療和精準治療的趨勢。第二章 科學結構及其演變42神經科學研究主要包含腦結構與功能、精神疾病、神經退行性疾病三個研究

100、領域群。在腦結構與功能研究方面，第一期的研究重點是認知、情感神經科學和神經環路調控。第二期的研究重點深入探究神經再生、神經可塑性和深部腦刺激技術，體現出技術進步對腦功能研究的推動作用；精神疾病研究則從第一期的全基因組分析和孤獨癥、雙向情感障礙腦影像學，轉向了第二期對抑郁癥神經生理學亞型、阿爾茨海默病中神經炎癥的深入研究。這反映出精神疾病研究正逐漸從診斷工具的開發轉向對疾病深層機制的理解和治療策略的探索；在神經退行性疾病方面，第一期的重點是童年創傷與心臟疾病關聯研究和阿爾茨海默病發病機制，第二期的研究更多集中在尋找阿爾茨海默病的生物標志物和新的治療方法上，反映了對這類疾病早期診斷和干預的重視?？?/p>

101、體而言，神經科學研究的整體趨勢向更深入的疾病機制研究發展，特別是在阿爾茨海默病和神經炎癥方面。同時，先進的成像技術和深部腦刺激等方法的應用，為理解和治療這些復雜的神經疾病提供了新的視角和工具。通過預測模型和個體差異研究，神經科學正朝著更加個性化和精準化的治療方法發展。11.神經科學研究領域群組表 2-24神經科學研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科64帕金森病的病因、診斷、治療與病理機制的多維度研究579728152018.12.1 神經科學與行為科學166阿爾茨海默病中的神經炎癥和微膠質細胞活化：機制和治療

102、方法9521424272018.02.3 神經科學與行為科學761神經退行性變和大腦修復中的細胞多樣性和功能8615629212018.92.3 神經科學與行為科學946精神病理學研究中的網絡分析11215111232018.21.6 精神病學/心理學49神經活動與行為控制：分子標記、成像技術與回路功能解析8214188222017.62.2 神經科學與行為科學科學結構圖譜 20234312.心理學研究研究領域群組表 2-25心理學研究研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科426COVID-19 對心理健康的影

103、響及心理適應策略研究15522200282020.32.3 精神病學/心理學83認知控制與自我調節：從神經機制到心理病理發展的跨學科研究8510453222018.01.9 精神病學/心理學52心理病理學分類標準、測量和發展過程8210210242018.41.5 精神病學/心理學663數字技術對心理健康和幸福的影響879345102018.21.8 精神病學/心理學687COVID-19 封鎖期間的生活方式變化與心理健康影響研究1678858132020.73.0 跨學科科學2016 2021 年心理學研究包含心理健康、COVID-19 與心理健康、教育心理學、心理學、社會認知與公平研究、健

104、康和福祉幾個研究領域群。與 2014 2019 年相比，核心論文量增長迅速。第一期的研究主要集中在探討社會與技術對個體心理健康的影響，如網絡和社交媒體成癮、性取向和種族偏見的心理影響。此外，教育心理學的研究關注于創新教育方法對學生學習的影響，以及心理病理學與治療方面的研究，特別關注成年人焦慮、抑郁癥的治療。第二期心理學研究領域出現了顯著變化，心理健康成為最主要的研究主題，特別是 COVID-19 大流行對心理健康的廣泛影響。這一變化反映了全球性事件對心理健康研究方向的重大影響。同時開始關注在線學習和數字技術在教育和心理健康中的應用，以及心理病理學領域的進一步發展，尤其是心理疾病的分類和治療方法

105、。社會認知與公平方面，研究開始更多關注種族歧視和性別平等等現代社會議題。整體來看，心理學研究正逐步適應并回應全球性的社會變化和挑戰，尤其是在理解和應對大流行對公眾心理健康的影響方面。第二章 科學結構及其演變4413.公共衛生與健康研究領域群組在公共衛生與健康領域，核心論文量有較大的增長，從 1300 多篇增長到 1600 多篇。新一時期的研究重點和進展表現在應對全球健康危機、推動健康政策改革、關注慢性病和生活方式疾病、應用健康信息技術，以及減少健康不平等等方面。全球健康危機的響應：COVID-19 的全球大流行在新一期的研究中占據了顯著位置，反映了公共衛生領域對全球性健康危機的快速響應和適應能

106、力。這不僅涵蓋了疾病本身的研究，還包括了疫情對其他健康問題（如心理健康、慢性病管理）的間接影響。健康政策與系統的變革：新一期中醫療保險、煙草控制政策等健康政策領域的研究增加，顯示了公共衛生專業在推動健康系統和政策改革方面的關注增強。慢性疾病和生活方式疾病的持續關注：兩個時期，慢性?。ㄈ绨┌Y、心腦血管疾?。┖团c生活方式相關的健康問題（如吸煙、營養不良）都是公共衛生研究的重心。健康信息與數據科學的應用：醫學研究方法與數據分析在公共衛生領域的重要性日益增加，用以改善研究質量和決策制定。對健康不平等和脆弱群體的關注：對婦幼保健、老年人健康等問題的研究增長，顯示了公共衛生領域在解決健康不平等和關注脆弱群

107、體健康上的持續努力。表 2-26公共衛生與健康研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科1370全球與區域疾病負擔及健康風險評估研究362577492017.52.6 臨床醫學370衛生研究中的方法和報告標準5413609102017.31.9 跨學科科學37體育活動與健康的臨床研究5513361152017.41.9 臨床醫學407電子煙與吸煙行為9912204152017.72.4 社會科學278阿片類藥物使用及其對健康、醫療和社會政策的影響研究9512154152018.12.6 跨學科科學科學結構圖譜 20

108、2345(三)信息科學與數學相關研究信息科學與數學相關研究包含“人工智能”“系統與控制”“偏微分方程和微積分”研究領域群組。表 2-27 至表 2-29 是信息科學與數學相關研究中的研究領域群組中被引次數排前 5 名或前 10 名的研究領域列表。1.人工智能研究領域群組兩期人工智能（AI）領域的研究熱點有顯著變化。2014 2019 年的研究主要集中在醫學圖像的深度學習分析上，特別是在CT、MRI和腫瘤病理學圖像診斷領域。此時期，AI 的應用廣泛涵蓋了自動化技術，如城市交通控制、車輛路徑優化和自動駕駛，以及圖像和視頻處理等領域，展示了 AI 在處理復雜視覺信息方面的強大能力。2016 2021

109、 年，研究焦點有所轉移，人工智能技術更多地涉及到網絡技術和通信系統，尤其是在無人駕駛飛機支持的無線通信網絡和 5G/6G 網絡中關鍵技術方面，大量研究應用了深度學習模型優化網絡通信算法，表明了 AI 在網絡基礎設施和高速通信領域的深入應用。同時，隨著物聯網(IoT)技術的快速發展帶來了新的安全挑戰，促使研究者更關注相關的用戶認證與數據安全，特別是區塊鏈技術在保障數據安全性方面的應用引起了廣泛關注，被視為一種有效的解決方案。在醫療領域，AI 的應用依然活躍，尤其是在心電圖信號分析和 CT 圖像重建等更精確的醫學診斷領域。此外，AI 的應用范圍擴展到了多模態數據分析和計算病理學等新興領域。前后兩期

110、，AI 技術不僅在原有領域如醫學圖像分析中得到了深化，也開始廣泛滲透到物聯網、網絡安全等新領域。這一趨勢反映了 AI 技術在深度和廣度上的顯著發展，特別是在醫療、通信和物聯網等關鍵領域，展現了其廣泛的應用前景和巨大的發展潛力。第二章 科學結構及其演變46表 2-27人工智能研究領域群組被引次數排前 10 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科2645G 與 6G 網絡關鍵技術31344119462017.91.7 計算機科學25用于醫學成像和診斷的深度學習算法12720395192018.81.9 臨床醫學217用于圖像和視頻分析的計算機視

111、覺算法8318474162018.52.1 工程學440用于醫學圖像分析的深度學習算法7517810222018.33.0 跨學科科學437物聯網中用戶認證與數據安全15915570202019.01.7 計算機科學459深度學習模型在多領域應用 5814752162018.62.8 跨學科科學1186區塊鏈在能源和醫療方面的應用9513222122019.02.0 跨學科科學138模糊環境下的高級決策方法12311885322018.42.1 跨學科科學505車輛網絡中的邊緣計算7011197222018.51.6 計算機科學565用于多模態數據分析和應用的機器學習算法93108551520

112、18.31.8 跨學科科學2.系統與控制研究領域群組在系統與控制領域，2014 2019 年的研究聚焦在神經網絡和非線性系統的控制策略，特別強調了馬爾科夫決策過程和復雜網絡同步問題的解決方案。此外，還有對動態系統參數估計與設計方法的深入探討，都是系統與控制領域的傳統研究重點。2016 2021 年，研究焦點轉向了更加實際的應用，尤其是在系統維護、智能診斷和生命周期管理方面取得了顯著進展。這一時期，數據驅動的方法和深度學習技術等現代信息技術得到了廣泛應用，它們在預測維護、故障檢測以及控制系統設計方面的運用顯著地提升了系統的操作效率和安全性。復雜網絡理論的深入應用也在不斷擴展。研究者開始更多地關注

113、于如何通過先進的控制策略來保持網絡系統在面臨時變延遲、結構變化以及外部攻擊等不確定性因素時的穩定性和魯棒性。例如，馬爾科夫跳變系統的異步控制與濾波研究，為解決網絡化系統中的隨機切換和不同步問題提供了新的理論支持?？茖W結構圖譜 202347表 2-28系統與控制研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科136自適應智能控制與約束非線性系統的容錯機制研究16414646422019.41.6 跨學科科學54馬爾科夫變跳系統的異步控制與濾波14611559382019.31.8 工程學398非線性系統的模型預測控制和自適

114、應控制958958212018.91.3 工程學110延遲脈沖效應的復雜網絡的穩定性與同步方法1208455242018.52.5 跨學科科學524機械故障智能診斷和預測 558193182018.61.4 工程學3.偏微分方程和微積分研究領域群組2014 2019 年數學的研究重點主要是探索分數階微分方程的核心理論，特別是這些方程在非線性系統中的適定性問題，以及在趨化系統和磁流體動力學中的應用。此外，研究熱點還有非線性偏微分方程的定量和定性分析，偏微分方程的無網格方法和邊界元法求解等。2016 2021 年，非線性波動方程與光孤子的研究顯著增長。分數階微分方程領域持續作為一個熱點領域，在模型

115、的精確描述、解析性質的探討以及在物理和工程問題中的應用方面顯示了其理論與應用研究的廣泛性。同時，固定點理論在多種公制空間的應用、分數階微分方程解的存在性和唯一性研究，以及偏微分方程的數值解法和計算方法的研究顯示出數學理論在解決實際問題和復雜問題中的核心作用。兩期的研究進展顯示，數學與物理、工程、生物醫學等學科領域相互交叉、滲透與融合而產生的交叉問題日益成為新的研究焦點，尤其是在理解復雜物理現象和支持現實世界決策中的角色。數學模型和解析工具在揭示自然界的深層規律以及面對全球性挑戰時提供了強大的支持。例如，COVID-19 等傳染病的傳播動力學數學建模成為新的研究方向，突出了數學在公共衛生決策支持

116、中的實際應用價值。這兩期的研究變化發展揭示了系統與控制學科正逐步從傳統的控制理論向集成現代信息技術的智能系統方向演進，這種轉變使得學科能夠更好地適應日益增長的系統復雜性和不確定性帶來的挑戰，并在實際應用中發揮更大的作用。第二章 科學結構及其演變48表 2-29偏微分方程和微積分研究領域群組被引次數排前 5 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科29多種非線性微分方程的性質與解法研究 21514176262018.82.1 數學327應用分數階微分方程描述多種生物醫學模型（COVID-19 為主）、動力學系統模型及多種物理、化學過程15811

117、431332019.32.5 跨學科科學81高階非線性方程的孤子解研究1456928232020.01.8 物理學228分數微分方程的數值方法714258122018.21.8 數學1346以 Caputo-Fabrizio 為代表的分數階微分方程性質研究及其應用59346682019.51.7 數學(四)工程學相關研究工程學相關研究包含“納米流體與熱能工程”“先進工程材料和技術”“可持續建材”“巖土工程”“頁巖氣”“計算力學”“功能梯度材料力學”“智能電網與可再生能源系統”“自然啟發優化算法及應用”“生物能源”“CO2利用與氫能技術”等研究領域群。表 2-30 是(四)工程學研究領域群組中被

118、引次數排前 10 名的研究領域列表。在工程學領域，兩個時期科學結構圖譜的研究熱點出現了焦點轉移，研究向著可持續性、智能化和高效能源利用的方向發展，同時在工程材料和計算技術方面的研究顯著增長。2014 2019 年，研究主要集中在電力系統的優化調度、電動汽車相關技術以及可再生能源的制備與利用方面。特別是在電動汽車的車載電池特性和混合儲能系統，以及智能電網的技術發展方面，顯示了對于能源效率和新能源應用的重視。此外，研究還涉及巖土工程、頁巖氣開發、基于深度學習的結構健康監測，反映出工程領域對環境可持續性和智能化技術應用方面的關注。到了 2016 2021 年，研究重點轉向了功能梯度材料力學、納米流體

119、與熱能工程、智能電網與可再生能源系統的集成，以及機器學習與先進計算技術在工程問題中的應用等功能梯度材料的振動和屈曲分析，納米流體的熱能應用，利用機器學習進行材料設計優化以及智能電網的技術創新，展示了工程學在先進材料、熱管理技術和能源系統集成方面的進步。此外，CO2的捕集利用、可持續建筑材料與氫能技術的研究也顯示了對綠色解決方案的追求?？茖W結構圖譜 202349這兩期的研究演化顯示了從傳統能源和電力系統優化向可持續能源解決方案和高級工程材料的轉變。在能源領域，重點從提升傳統系統的效率和可靠性轉移到探索智能電網和集成可再生能源解決方案，生物燃料制備持續受到關注（兩期中均有 5 個左右的研究領域）。

120、在工程材料方面，從研究傳統材料的應用轉移到探索功能梯度材料和納米技術在工程中的應用。此外，先進計算和機器學習技術在工程設計和能源管理中的應用，體現了大數據和人工智能技術在工程領域中的日益重要性。表 2-30工程學研究領域群組被引次數排前 10 名的研究領域詳情研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科1160工程設計和能源管理問題的元啟發式優化算法 13419981232018.81.8 跨學科科學393混合納米流體的傳熱應用20617953332019.32.0 跨學科科學670功能梯度納米級和微觀結構的力學研究11815858142018.31.8 工程學

121、118智能微電網與多能源協同優化研究12913555242018.11.2 工程學254復雜納米流體中的熵產生和熱傳遞18112992282019.62.1 跨學科科學59智能電網中的可再生能源預測與優化研究13012809242018.81.7 工程學272生物質能源轉化與可持續循環生物經濟研究9410025152018.92.7 跨學科科學791用于提高性能的結構分析和監測1238516282019.82.8 跨學科科學117自然啟發的優化算法用于各領域的參數估計和全局優化任務 898095162019.91.8 工程學11利用機器學習和計算力學進行可靠性分析、敏感度分析和材料設計優化的高

122、級方法78784982018.82.0 工程學第二章 科學結構及其演變50(五)社會科學相關研究社會科學研究主要是關于可持續發展與社會政策等方面的研究，包含“城市規劃與綠色城市”“企業可持續發展管理”“社會問題研究”“旅游和酒店業的創新研究”“可持續供應鏈管理”“低碳經濟”“金融經濟分析”“農村可持續發展”“智能交通與出行服務”“文獻計量分析”“循環經濟”研究領域群，表 2-31 是可持續經濟與社會研究研究領域群組中被引次數排前 10 名的研究領域列表。社會科學領域，2014 2019 年，研究熱點分布在能源消費與碳排放、城市化對環境的影響、智慧城市發展、以及氣候變化等領域。在能源效率、碳排放

123、與經濟增長的關系方面，研究集中于區域經濟和全球貿易的環境影響。此外，社會治理、社會生態系統、以及城市發展與治理等領域的研究，反映了對社會經濟系統內部及其與環境相互作用的關注。到 2016 2021 年，研究重點轉移到了低碳經濟、可持續供應鏈管理、智能交通與出行服務、以及旅游和酒店業的創新研究等領域，并擴展到了城市規劃與綠色城市、企業可持續發展管理、農村可持續發展、以及金融經濟分析等更廣泛的社會問題。反映了社會科學研究對當前全球挑戰的響應，如氣候變化、技術創新、全球化影響、以及公共政策和治理的復雜性。社會科學領域的研究趨勢顯示了從更傳統的環境和經濟問題向向更廣泛的社會經濟和技術問題的轉移。能源和

124、環境問題仍然是重點，但研究范圍擴大到了包括數字化技術、社會經濟發展、全球化挑戰及其對個人和社群的影響等方面。這表明社會科學正逐步從環境和能源問題的研究轉向包括技術創新、社會經濟政策以及全球化挑戰的廣泛領域?？茖W結構圖譜 202351研究領域 ID研究領域名稱核心論文數總被引次數研究前沿數平均年學科多樣性學科326發展中國家和發達國家能源消耗、碳排放、可再生/不可再生能源等與經濟增長和環境可持續性之間的關系27920268492019.12.6跨學科科學692服務主導邏輯與顧客參與：人工智能、社交媒體影響力及數據隱私在現代營銷中的應用與模型分析11514121162018.72.2經濟與商業39

125、創業、創新和數字轉型15013746202018.62.2經濟與商業718綠色人力資源管理和可持續商業模式868462172017.82.7跨學科科學942新興的移動性服務對城市交通的影響113846192018.22.1社會科學850中國的環境監管、污染控制和可持續發展1028192252018.83.0跨學科科學396能源轉型與正義：多維度視角下的可持續性策略、社會技術演進及創新政策研究847934172018.02.3社會科學1309循環經濟的理論與實踐：概念界定、實施挑戰及效果評估25779082018.53.0跨學科科學1125共享經濟及其對酒店和旅游業的影響57725392018.

126、32.3社會科學70研究通過大數據分析、共同創造、智能旅游和居民感知探索旅游和酒店管理的動態927089202017.91.9社會科學表 2-31可持續經濟與社會研究領域群組被引次數排前 10 名的研究領域詳情第二章 科學結構及其演變52三、基于科學結構圖譜觀察科學研究的發展趨勢四個時期的科學結構圖譜顯示（圖2-4），科學結構的總體布局基本保持一致，學科分布基本相同，研究領域群大部分有繼承性，也有部分有發展變化。這也從另一個角度證明了新修改的科學結構算法的可靠性。在最新一期科學結構圖譜 2016 2021上，最突出的特點是 COVID-19 大流行引發的全世界多個研究領域的科學家的積極響應，新

127、出現了多個與 COVID-19 研究相關的研究領域群；其次依舊是人工智能技術在各個領域滲透和應用，新出現了“物聯網和區塊鏈安全應用”研究領域群，“AI 醫療”熱度迅速增高；在先進材料方面，包括“智能可穿戴醫療設備和技術”等生物醫學材料、“金屬有機骨架”研究熱度迅速增高；與環境和可持續性相關的領域，如“低碳經濟”“微塑料污染與管理”“廢水處理”等，與可持續能源相關的“水系電池”“納米流體與熱能工程”，與可持續工程相關的“功能梯度材料力學”，與可持續社會研究相關的“城市規劃與綠色城市”“農村可持續發展”“可持續供應鏈管理”等的熱度都有所增長；公共衛生研究領域群的密度和擴展度也有顯著增加，關于衛生保

128、健服務、婦幼健康、老年健康等的研究迅速發展；基礎研究相關的“量子物理”“宇宙研究”“先進光學和光子學”的熱度也迅速增高。從四期科學結構圖譜來看，持續高密度論文區域的研究熱點主要包括“量子物理”“粒子物理”“二維材料和器件”“機器學習”“無線通信”“納米光催化”“有機合成方法學”“系統與控制”“微分方程”“氣候變化”“植物基因調控”“腸道微生物與健康”“計算力學”“企業管理”等方面的研究。在近兩期科學結構圖譜中，“腫瘤免疫治療”“鈣鈦礦材料與器件”“AI 醫療”“智能決策與應用”等研究領域熱度越來越高；前三期中“鋰電池”“腦結構與功能”“精神疾病”“基因編輯”“智能電網”是持續的研究熱點。在科學

129、結構圖譜 2010 2015、2012 2017中，“生態系統保護”“超材料”“生物質能源”“神經退行性疾病”“房顫與心衰”“衛生保健服務”“新經濟”等研究領域密度增高，成為熱點研究。四期科學結構圖譜整體來看，“染敏太陽能電池”“心腦血管疾病”“石墨烯”“智慧城市”除“蛋白質結構”外的蛋白質科學等研究領域群的密度有所降低?？茖W結構圖譜 202353（a）科學結構圖譜 2010 2015（c）科學結構圖譜 2014 2019（b）科學結構圖譜 2012 2017（d）科學結構圖譜 2016 2021注：研究領域的坐標位置由深度學習模型確定，圖中論文量越大，密度越大，顏色越暖；反之，論文量越小，密

130、度越小，顏色越冷圖 2-4四期科學結構圖譜第二章 科學結構及其演變54表 2-32 列出了五期科學結構圖譜中各學科（ESI 22 個學科）研究領域（判斷方法參見第四章第一節）的數量及占全部研究領域的比例。從總體趨勢來看，各學科研究領域數量占全部研究領域的比例基本穩定，跨學科科學的研究領域占比最高，接近 40%。2016 2021 年，一個顯著的特點是跨學科科學的研究領域在全部研究領域占比增長最快，增長大于 4%；其次是地球科學和數學的占比有所增長；化學、社會科學、免疫學、生物與生物化學、計算機科學等學科的占比下降較多；屬于單一學科且研究領域在全部研究領域占比最高的是臨床醫學，達到16.1%，其

131、次是工程學，超過 5%。表 2-32五期科學結構圖譜中各學科研究領域的數量及占全部研究領域的比例學科科學結構圖譜2008 2013科學結構圖譜2010 2015科學結構圖譜2012 2017科學結構圖譜2014 2019科學結構圖譜2016 2021研究領域/個占比/%研究領域/個占比/%研究領域/個占比/%研究領域/個占比/%研究領域/個占比/%材料科學60.690.890.8191.4171.2 地球科學242.5292.7322.7392.9473.4 分子生物學與遺傳學60.670.6110.970.570.5 工程學596.1666.1796.8947.1966.9 化學596.16

132、86.3736.2775.8634.5 環境/生態學60.6111.0151.3161.2130.9 計算機科學90.9100.9161.4151.1100.7 經濟與商業151.5111.0131.1161.2141.0 精神病學/心理學212.2242.2252.1292.2201.4 空間科學60.650.560.590.790.6 跨學科科學38039.240237.140935.048236.256840.9 臨床醫學15215.718216.819016.321416.122416.1 免疫學50.560.640.330.210.1 農業科學232.4282.6282.4272.0

133、292.1 社會科學474.8464.2574.9775.8634.5 神經科學與行為科學212.2222.0292.5262.0261.9 生物與生物化學151.5222.0171.5181.4120.9 數學212.2323.0423.6382.9453.2 微生物學40.470.650.420.200.0 科學結構圖譜 202355圖 2-5研究領域群組論文量復合年均增長率-平均引用影響力氣泡圖注：為便于顯示，“COVID-19 研究”在圖中的位置有調整?！癈OVID-19 研究”實際 CAGR 和 CNCI 值分別為131%和 41。學科科學結構圖譜2008 2013科學結構圖譜201

134、0 2015科學結構圖譜2012 2017科學結構圖譜2014 2019科學結構圖譜2016 2021研究領域/個占比/%研究領域/個占比/%研究領域/個占比/%研究領域/個占比/%研究領域/個占比/%物理學525.4484.4564.8604.5654.7 藥理學與毒理學50.580.780.7120.980.6 植物學與動物學343.5413.8453.8534.0523.7 圖 2-5 展示了不同研究領域群組的論文量復合年均增長率（CAGR）與平均引用影響力（CNCI）之間的關系，橫軸表示 CAGR，縱軸表示 CNCI，而氣泡的大小則與論文量成正比。虛線代表全研究領域的 CAGR 和CN

135、CI。四、研究領域群組的增長與影響力分析續表第二章 科學結構及其演變56這張圖呈現出世界科研熱點前沿的重點和動態：COVID-19 研究的顯著性：最大的氣泡位于圖表的右上角，是 COVID-19 研究。其在CAGR 和 CNCI 上的極高值反映了 COVID-19的全球大流行引起了廣泛的緊急研究活動和全球關注度。熱門領域：右上方的氣泡代表高增長率和高引用影響力的研究領域群組，可能是當前熱門或快速發展的研究方向，如人工智能、心理學研究等。COVID-19 研究和人工智能由于其對社會的緊迫性和前沿技術的重要性而迅速成長并具有高影響力。成熟領域，高引用但增長慢。如癌癥研究、公共衛生與健康、太陽能和光

136、電材料、心腦血管疾病等，有較高的 CNCI 值，說明這些領域的研究對于學術界和社會都具有較高的影響力。新興或擴展領域，快速增長但影響力低。比如食品科學與健康，盡管該領域的CARG 值較高，但 CNCI 值相對較低，這可能意味著雖然研究量在增加，但論文的影響力尚未達到高水平。傳統或飽和領域，低增長低影響力。比如宇宙研究與粒子物理、神經科學、生態學等傳統科學領域：這些領域的 CARG 值和CNCI 值都在中等水平，可能反映了這些領域的穩定增長和持續的學術貢獻?？茖W結構圖譜 202357研究領域的學科交叉性、新穎性以及對技術創新的影響第三章03第三章 研究領域的學科交叉性、新穎性以及對技術創新的影響

137、58研究領域的學科交叉性、新穎性以及對技術創新的影響本章對研究領域做進一步深入分析，分析研究領域的學科交叉性，識別新興熱點研學科交叉研究領域的顯著增長顯示當今科學發展的交叉性正在逐步增強。本期科學結構圖譜中學科交叉研究領域數量達到 428 個，比上期增加了 83 個。學科交叉研究領域主要集中在化學與材料科學、環境與生態、計算機科學、工程學、地球科學以及社會科學等領域。研究領域群包括：“鋰電池”“太陽能和光電材料”“智能可穿戴醫療設備和技術”“光催化”“電解水”“廢水處理”“納米流體與熱能工程”“機器學習”“智能決策與應用”“AI 醫療”“低碳經濟”“土壤生態學”等。醫學與生物科學領域的學科交叉

138、研究相對較少，主要集中在與 COVID-19 相關的研究、“腸道微生物與健康”“免疫與代謝調節”等研究領域群。在本期科學結構圖譜中，新興熱點研究領域增加到 187 個，比上期增加了 23 個。這些新興熱點研究領域的分布情況發生了顯著變化,主要分布在與 COVID-19 相關的研究領域群中,而不是像前幾期分布在密度較低的“海洋”區域。除此之外，新興熱點研究領域主要分布在“先進工程材料和技術”“AI 醫療”“廢水處理”等研究領域群中。本期有 67.2%的(933 個)研究領域含有至少一篇被專利引用核心論文。在這些研究領域中，有 294 個研究領域中被專利引用的核心論文數量超過 10 篇，與上一期科

139、學結構圖譜的情況大致相同。對技術創新有影響的研究領域主要是與工業結合緊密或者關系到人類生命健康的研究方向,如“量子物理”“先進光學和光子學”“二維材料”“鋰電池”“水系電池”“太陽能和光電材料”“光催化”“智能可穿戴醫療設備和技術”“增材制造工藝與優化”“無線通信”“機器學習”“AI 醫療”“腫瘤免疫”“COVID-19 疫苗”“COVID-19 機制與治療”“腸道微生物與健康”“蛋白質結構”“基因編輯與治療”等研究領域群。究領域，并且將論文與專利關聯分析，識別對技術創新有影響的研究領域?？茖W結構圖譜 202359表 3-1ESI22 個學科與 14 個學科對應表一、學科交叉研究領域本節通過分

140、析研究領域與 14 個學科之間的關系，確定了學科交叉研究領域與非學科交叉研究領域，并形象地展示了學科交叉研究領域在科學結構圖譜上的分布。通過引入了第三代學科多樣性指標，度量研究領域的學科交叉度，考察研究領域所涉學科的學科交叉程度。由于 ESI 的 22 個學科中生命科學相關學科較多，為了弱化生命科內部交叉，體現學科交叉均衡性，本報告將 22 個學科歸并為14 個學科，如表 3-1 所示。序號ESI22 個學科14 個學科1農業科學農業科學2生物與生物化學生物科學微生物學分子生物學與遺傳學植物學與動物學3化學化學4計算機科學計算機科學5經濟與商業經濟與商業6工程學工程學7環境/生態學地球科學與環

141、境地球科學8材料科學材料科學9數學數學10臨床醫學醫學免疫學神經科學與行為科學藥理學與毒理學精神病學/心理學第三章 研究領域的學科交叉性、新穎性以及對技術創新的影響60序號ESI22 個學科14 個學科11跨學科科學交叉學科12物理學物理學13社會科學社會科學14空間科學空間科學注：研究領域的學科交叉性判斷：研究領域中只要有一個學科的核心論文比例大于 60%，那么該研究領域屬于該學科，否則，屬于交叉學科。學科交叉研究領域的顯著增長顯示當今科學發展的交叉性正在逐步增強。這些研究領域融合了多個學科的研究方法和視角，為應對現代社會和健康挑戰提供了跨學科的解決方案。根據研究領域的學科交叉性判斷標準，計

142、算得出 2016 2021 年每個研究領域所屬的學科領域。結果顯示，屬于學科交叉研究領域共有 428 個，較 2014 2019 年增加了83個，比20122017年增加了146個。圖 3-1 展示了學科交叉研究領域在科學結構圖譜 2016 2021 上的分布情況。圖中每個圓圈代表學科交叉研究領域，圓的大小與論文數量成正比。從圖中可以看出，學科交叉研究領域主要集中在圖譜右上方的化學與材料科學，以及中部的環境與生態領域，研究領域群包括：“鋰電池”“水系電池”“儲能碳材料”“太陽能和光電材料”“智能可穿戴醫療設備和技術”“生物醫學材料”“光催化”“電解水”“廢水處理”“土壤污染”“二維材料”等；此

143、外在圖譜左側的計算機科學、工程學、地球科學以及社會科學領域的學科交叉研究也較為密集，涵蓋了“納米流體與熱能工程”先進工程材料和技術“機器學習”“智能決策與應用”“AI 醫療”“土壤生態學”“海洋生態”“低碳經濟”等。圖下半部分為醫學與生物科學，學科交叉研究領域相對較少，但本期科學結構圖譜中，與 COVID-19 相關的研究中，學科交叉研究領域比較多，比如“COVID-19 疫苗”“COVID-19 診斷”“COVID-19 對社會的影響研究”等。其他交叉較多的研究領域群有“腸道微生物與健康”“免疫與代謝調節”，并在“基因工程與分子調控”“心理學研究”“癌癥”等研究領域群組中有零散分布。續表科學

144、結構圖譜 202361圖 3-1學科交叉研究領域在科學結構圖譜 20162021 中的分布表 3-2 展示了學科交叉度排名前 20 的研究領域，選取至少包含 30 篇核心論文的研究領域展示。這些學科交叉度高的研究領域超過半數分布在圖中熱點區域的邊緣或者外部（藍色區域），而不是在研究領域群中心位置，例如：“呼吸道病毒的空中傳播”“貝葉斯統計在動物行為中的研究”“土壤生態學”“傳染病研究”“COVID-19 對社會的影響研究”“環境污染物對健康的影響以及營養補充劑和納米顆粒的潛在保護作用”等。第三章 研究領域的學科交叉性、新穎性以及對技術創新的影響62表 3-2學科交叉度排名前 20 的研究領域研

145、究領域ID研究領域群研究領域名稱學科交叉度總論文數/篇290呼吸道病毒的空中傳播 4.4 881129研究貝葉斯統計和動物行為4.4 32316影響環保行為的因素4.0 4434傳染病研究蚊子控制戰略4.0 471261COVID-19 對社會的影響研究COVID-19 及其對智能城市和醫療保健的影響3.9 59229環境污染物對健康的影響以及營養補充劑和納米顆粒的潛在保護作用3.7 53140植物表型和疾病檢測的深度學習3.5 381260COVID-19 機制與治療COVID-19 致病機制、傳播和動物宿主3.4 6296虛擬和增強現實技術在解剖學教育和心理健康治療中的應用：系統回顧和薈萃

146、分析3.4 41690信息和通信技術對個人和組織的影響3.4 51151大氣污染及影響空氣污染的健康影響3.3 50810實現二氧化碳負排放和限制全球溫度上升的途徑3.3 37408遙感技術應用遙感和機器學習在作物表型和產量預測方面的進展3.3 35762COVID-19 的傳播動態進行數學建模和分析 3.3 331197腸道微生物與健康微生物-腸-腦軸互作及其在神經系統疾病中的作用3.2 141926抗生素耐藥性抗生素抗性和細菌持久性：機制、演變和治療策略3.2 721366微生物組分析及其應用3.2 33127氣候變化氣候變化的影響和緩解戰略3.2 4898城市規劃與綠色城市城市規劃和災害

147、管理的地理空間分析和數據科學3.2 5313新出現的多藥耐藥真菌病原體：流行病學、抗藥性機制和臨床管理3.2 74科學結構圖譜 202363二、新興熱點研究領域新興熱點研究領域代表該領域正快速進入科研人員的視線，更有希望隨著時間推移形成一個新的研究趨勢。本節在科學結構圖譜中根據位置、大小形象地展示新興熱點研究領域中的分布。圖 3-2新興熱點研究領域在科學結構圖譜 2016 2021 中的分布第三章 研究領域的學科交叉性、新穎性以及對技術創新的影響64新興熱點研究領域判斷方法：科學結構研究領域包含的核心論文與前期科學結構研究領域的核心論文沒有重合，表明該研究領域是由全新高被引論文組成，即為新興熱

148、點研究領域?？?學 結 構 圖 譜 2016 2021 新 興 熱點 研 究 領 域 共 187 個，比 科 學 結 構 圖 譜2014 2019 增加了 23 個（表 3-3）。圖 3-2顯示新興熱點研究領域多分布情況。與前幾期科學結構圖譜不同，新興研究領域之前通常分布在密度較低的“海洋”中，尤其是一些較小的新興熱點研究領域。然而，在科學結構圖譜 2016 2021 中，新興熱點研究領域主要分布在與 COVID-19 相關的高密度研究領域群中。這一變化主要是由于 2020 年初新冠疫情爆發，全球科研資源和關注度在短時間內大量集中在與 COVID-19 相關的課題上，催生了大量前所未有的新冠疫

149、情研究。除了與 COVID-19 相關的研究領域，其他新興熱點研究領域主要分布在“先進工程材料和技術”“AI 醫療”“廢水處理”等研究領域群中。這些領域在近年來受到了廣泛的關注和研究，顯示出了其在科學研究中的重要性和發展潛力?？偟膩碚f，新興熱點研究領域的分布情況在一定程度上反映了當前科學研究的熱點和趨勢，同時也呈現出了科學研究資源集中和關注度的變化。表 3-3兩期科學結構圖譜新興熱點研究領域學科分布科學結構圖譜2014 2019學科名稱農業科學生物科學化學計算機科學經濟與商業工程學地球科學與環境數量/個416921179學科名稱材料科學數學醫學交叉學科物理學社會科學空間科學數量/個252857

150、0140科學結構圖譜2016 2021學科名稱農業科學生物科學化學計算機科學經濟與商業工程學地球科學與環境數量/個27422135學科名稱材料科學數學醫學交叉學科物理學社會科學空間科學數量/個265579180科學結構圖譜 202365表 3-4核心論文量排名前 20 的新興熱點研究領域研究領域 ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點核心論文數/篇總被引次數/次84COVID-19 機制與治療COVID-19 感染的病理生理機制、藥物治療及風險因素研究16914648687COVID-19 與心理健康COVID-19 封鎖期間的生活方式變化與心理健康影響研究1678858426COVID-19

151、 與心理健康COVID-19 對心理健康的影響及心理適應策略研究15522200953COVID-19機制與治療COVID-19 藥物治療效果與安全性綜合研究11529545238疫苗（COVID-19為主）COVID-19 疫苗的開發和安全96192401291COVID-19 影響人體系統COVID-19 中的血栓形成和凝血功能障礙901886590疫苗（COVID-19為主）針對 SARS-CoV-2 的中和抗體和 T 細胞反應的發展和療效8919393290呼吸道病毒的空中傳播 886969593COVID-19 影響人體系統COVID-19 感染的臨床特征、影響因素與并發癥研究835

152、3511新興熱點研究領域包含的核心論文數普遍較少，2014 2019 科學結構圖譜中核心論文超過 20 篇的新興熱點研究領域只有 18個。2016 2021 科學結構圖譜中核心論文超過 20 篇的新興熱點研究領域有 74 個，顯著增長。核心論文量排名前 20 的新興熱點研究領域主要集中在 COVID-19 相關的研究領域群中（表 3-4）。COVID-19 機制與治療、COVID-19 與 心 理 健 康、COVID-19 影 響 人體系統等領域的研究較多，突出了對疫情的認知、治療和應對策略的重要性。除了COVID-19 相關的研究領域，還有兩個屬于“先進工程材料和技術”的新興研究領域群。其中

153、一個研究領域是“高效能材料與先進制造技術在環境能源與生物醫學領域的應用研究”，另一個研究領域是“結構系統分析與設計的先進計算與實驗技術”。第三章 研究領域的學科交叉性、新穎性以及對技術創新的影響66研究領域 ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點核心論文數/篇總被引次數/次834COVID-19 對社會的影響研究COVID-19 對可持續能源、廢物管理和建筑設計的影響753270125COVID-19 機制與治療SARS-CoV-2 的藥物開發和設計：以主要蛋白酶和其他病毒蛋白為目標 729883938COVID-19 診斷SARS-CoV-2 的診斷方法689022590COVID-19 對

154、健康影響COVID-19 的神經系統表現6581521404先進工程材料和技術高效能材料與先進制造技術在環境能源與生物醫學領域的應用研究654172732COVID-19 機制與治療COVID-19 的營養與免疫635416955分數微積分分形與分數微積分的理論及其在科學與工程中的應用研究633169911COVID-19 影響人體系統COVID-19 大流行期間的外科實踐626862822COVID-19 機制與治療天然化合物作為抗 SARS-CoV-2 的潛在治療方法623523774先進工程材料和技術結構系統分析與設計的先進計算與實驗技術623287658COVID-19 研究COVID

155、-19 在孕期和圍產期的結果616925續表科學結構圖譜 202367表 3-5被專利引用核心論文的研究領域學科分布科學結構圖譜2014 2019學科名稱農業科學生物科學化學計算機科學經濟與商業工程學地球科學與環境數量/個136294092學科名稱材料科學數學醫學交叉學科物理學社會科學空間科學數量/個10090741300科學結構圖譜2016 2021學科名稱農業科學生物科學化學計算機科學經濟與商業工程學地球科學與環境數量/個339246073學科名稱材料科學數學醫學交叉學科物理學社會科學空間科學數量/個50102901500三、對技術創新有影響的研究領域科技論文被專利引用說明該論文所代表的科

156、學研究成果對技術創新有一定的影響和貢獻。本節通過分析研究領域中被專利引用的核心論文情況，分析各研究領域對技術創新的影響，并在科學結構圖譜中形象地展示出這些研究領域的分布與被專利引用的份額?？茖W結構圖譜 2016 2021 中，共有933 個研究領域的核心論文被專利引用，約占總研究領域數的 67.2%，但多數研究領域中被專利引用的核心論文數量很少，本報告選取了至少含有 10 篇被專利引用核心論文的研究領域，共 294 個，進行統計分析，這一數量略高于科學結構圖譜 2014 2019 中相應的數量?？茖W結構圖譜 2016 2021 中，含被專利引用核心論文的研究領域所屬學科最多的為醫學和交叉學科，

157、分別有 102 個和 90個。生物科學、化學和物理學各有 39 個、24 個和 15 個（表 3-5）。與科學結構圖譜2014 2019 相比，生物科學、化學和物理學的學科中被專利引用的研究領域數量均有所減少，而學科交叉研究領域的相應數量從74 個上升到 90 個，這一變化反映了交叉學科研究在推動技術發展方面發揮了更加明顯的作用。第三章 研究領域的學科交叉性、新穎性以及對技術創新的影響68圖 3-3 展示了 294 個至少有 10 篇核心論文被專利引用的研究領域在科學結構圖譜中的分布情況。從圖中可以看出，被專利引用較多的研究領域主要集中在與工業結合緊密或者關系到人類健康的研究方向。圖 3-3對

158、技術創新有影響的研究領域在科學結構圖譜 2016 2021 中的分布科學結構圖譜 202369在圖的右上側可以看到一些與材料科學、能源等相關的研究領域群中分布了大量的對技術創新有影響的研究領域，如“量子物理”“先進光學和光子學”“二維材料”“鋰電池”“水系電池”“太陽能和光電材料”、“光催化”“智能可穿戴醫療設備和技術”“增材制造工藝與優化”等。這些研究領域與工業技術密切相關，因此被專利引用的核心論文較多。另外，圖的左側展示了一些與計算機科學與工程學相關的研究領域群組，如“無線通信”“機器學習”“AI 醫療”等研究領域群中有大量被專利引用的研究領域。隨著信息技術、人工智能技術的快速發展，這些研

159、究領域也受到了廣泛的關注和應用，因此被專利引用的核心論文也較多。此外，在圖的中部和下部，與人類疾病與健康相關的研究領域群是被專利引用最多的區域，包括“腫瘤免疫”“COVID-19 疫苗”“COVID-19 機制與治療”“腸道微生物與健康”“蛋白質結構”“基因編輯與治療”等。這些研究方向的成果已經形成了一定規模，并向技術轉換方向發展。表 3-6 展示了被專利引用核心論文數排名前 20 的研究領域。在對技術創新有影響的研究領域中，被專利引用核心論文數最多的研究領域是“腫瘤免疫治療”中“腫瘤免疫療法：靶向治療、新抗原識別和免疫調節方面的進展”，有 145 篇核心論文被專利引用，涉及 1149 個施引

160、專利家族。其次是“無線通信”中的“5G 與 6G 網絡關鍵技術”和“太陽能和光電材料”中“鈣鈦礦太陽能電池：材料、結構和性能”，分別有 130 篇和 113篇核心論文被專利引用。篇均被專利引用量最高的研究領域是“腫瘤免疫治療”中“癌癥治療中的免疫療法”的研究與“基因編輯與治療”中“CRISPR-Cas9基因組編輯和人類細胞中的定向基因調控”。在“癌癥治療中的免疫療法”研究領域中，每篇核心論文平均被專利引用數量為 78.35篇，這是所有研究領域中最高的。該研究領域涉及了 91 篇核心論文，被 7130 個專利家族引用。在“CRISPR-Cas9 基因組編輯和人類細胞中的定向基因調控”研究領域中，

161、每篇核心論文平均被專利引用數量為28.28篇，被 1895 個專利家族引用。其他排名靠前的研究領域還分布在“再生醫學與基因調控”、“基因編輯與治療”、“腸道微生物與健康”等研究領域群中。這些研究方向在技術轉換方面取得了顯著成果，被專利引用的核心論文數量也較高。第三章 研究領域的學科交叉性、新穎性以及對技術創新的影響70表 3-6被專利引用核心論文數排名前 20 的研究領域研究領域 ID研究領域群研究領域名稱被專利引用核心論文數/篇施引專利家族數/個核心論文數/篇7腫瘤免疫治療腫瘤免疫療法：靶向治療、新抗原識別和免疫調節方面的進展1451149208264無線通信5G 與 6G 網絡關鍵技術13

162、0357313113太陽能和光電材料鈣鈦礦太陽能電池：材料、結構和性能113263308728太陽能和光電材料高效穩定鈣鈦礦光電材料及其量子點納米技術的研究與應用1012711751158再生醫學與基因調控單細胞轉錄組及表觀遺傳學分析技術與應用研究96818136175腫瘤免疫治療免疫檢查點抑制劑在晚期癌癥治療中的療效、安全性及生物標志物相關性研究917130190109基因編輯與治療遺傳性疾病的基因治療：輸送策略、CRISPR-Cas9 基因編輯和臨床試驗80869123262腸道微生物與健康腸道微生物干預與宿主免疫調控：糞便移植與噬菌體治療研究792431443基因編輯與治療CRISPR-

163、Cas9 基因組編輯和人類細胞中的定向基因調控671895711383傳染病研究寨卡病毒：發病機制、先天性畸形和疫苗開發6362779298先進光學和光子學智能納米光子學與逆向設計612621641197腸道微生物與健康微生物-腸-腦軸互作及其在神經系統疾病中的作用60175141365量子物理量子計算和模擬602301401076再生醫學與基因調控細胞和類器官模型在疾病建模和藥物篩選中的應用59198101214細胞老化和代謝調節細胞衰老和線粒體健康在衰老和年齡相關疾病中的作用5944289160水系電池先進的水系電池及電極材料591401561023植物基因調控植物的基因組編輯：技術、應用

164、和監管5624793851電催化電催化還原二氧化碳：催化劑和機制56112106148智能可穿戴醫療設備和技術智能材料驅動的軟體機器人與生物醫學微納米機器人技術55156104650血液腫瘤嵌合抗原受體 T 細胞（CAR T 細胞）治療淋巴瘤與白血病的療效、安全性及生物標志物研究5586763科學結構圖譜 202371中國及科技發達國家科學研究活躍度第四章04第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度72本章選取中國及 5 個科技發達國家（包括美國、英國、德國、日本、法國）作為主要研究對象，采用核心論文和施引論文份額指標分析這些國家的整體科研活躍度，以及觀察中國：中國的核心論文份額穩居世界第二位

165、，與排名第一的美國僅相差 1.6 個百分點，且依舊保持強勁的增長勢頭，2016 2021 年比 2010 2015 年增長 12.7 個百分點，增幅超過 110%?？萍及l達國家整體核心論文份額呈下降趨勢。本期科學結構圖譜中，自2020 年開始，中國年度核心論文份額開始大幅超過美國近 10 個百分點，達到 30.2%；值得注意的是，2021 年，中國年度核心論文份額為 29.7%，略低于 2020 年份額；同時，中國年度核心論文份額在2016年約為英國的2倍、德國的3倍，2018年約為英國的3倍、德國的 5 倍，2020 年約為英國的 5 倍、德國的 8 倍。中國在科研的優勢研究領域逐步穩固，與

166、美國形成了明顯的互補關系。中國在以下研究領域群組中展現出較為明顯的優勢：“系統與控制”“人工智能”“能源與可持續工程”“光學、量子和凝聚態物理”“催化”“電池和儲能材料”“先進材料”“納米生命科學”“食品科學與健康”等。其次，在“偏微分方程和微積分”“地球科學”“環境污染與防治”“有機合成方法學”“基因工程與分子調控”“COVID-19 研究”“植物學”“生物質轉化與傳感技術”“可持續經濟與社會研究”等研究領域群組，中國也表在學科交叉研究領域、新興熱點研究領域及對技術創新有影響的研究領域中的科研活躍度。本報告選取分數計數法作為國家論文份額計算的方法。中國及科技發達國家科學研究活躍度科學結構圖譜

167、 202373現出較強的實力。在“宇宙研究與粒子物理”“生態學”“太陽能和光電材料”“腸道微生物與健康”等研究領域群組中，中國也有一定的份額。相比之下，在醫學、生物學、社會科學、經濟與商業學科中，中國所占的份額相對較少。中國的研究領域覆蓋率從世界排名第五位上升到第二位，且覆蓋率呈現顯著上升趨勢，覆蓋率從 2010 2015 年的 66.7%上升到 2016 2021 年的 82.6%。核心論文份額高于 12%的覆蓋率，同樣呈現增長態勢，從 23.3%增長到 44.8%，增幅明顯高于研究領域覆蓋率的上升幅度。新興研究領域的覆蓋率也有明顯增長，從 48.3%增長到72.7%。但本期科學結構圖譜中，

168、中國還有 17.4%的研究領域沒有發文，核心論文份額在 7%12%、1%3%和 0%1%三個區間占比均低于 10%，分別為 9.7%、9.4%和 7.5%；核心論文份額在 3%7%區間占比略高于 10%，占比為 11.2%。中國在新興熱點研究領域的增長勢頭顯著，覆蓋的新興熱點研究領域數量達到 135個，占比超過 40%的研究領域數量增長達到 42 個，均超過美國。在新興熱點研究領域的覆蓋范圍上，美國、中國和英國有明顯的差異。美國核心論文份額占主導地位的新興熱點研究領域依舊主要集中在生命科學等領域，且優勢較為明顯。而中國核心論文份額占主導地位的新興熱點研究領域主要分布在“先進工程材料和技術”“鈉

169、離子電池”“廢水處理”等研究領域群，在“人工智能”“COVID-19 研究”相關研究中也有較好的表現。中國在對技術創新有影響的研究領域數量和份額基本保持穩定，對技術創新影響較大的研究領域群包括“機器學習”“物聯網和區塊鏈”“無線通信”“光催化”“納米藥物輸送”“太陽能和光電材料”等，在“智能可穿戴醫療設備和技術”“植物基因調控”等研究領域群中，中國被專利引用核心論文數表現也較為出色。美國在對技術創新有影響的研究領域的優勢正在被中國縮小，研究領域內的平均份額明顯下降，而美國仍然在生命科學領域占絕對主導地位。值得注意的是，在中國表現活躍的研究領域群中，美國被專利引用核心論文份額依舊占據很大比例，例

170、如在在“機器學習”“無線通信”“納米藥物輸送”等研究領域群；但在美國優勢的生命科學領域中，中國的論文被專利引用的情況相對較少。中國和美國是學科交叉研究領域表現最為出色的兩個國家。特別是中國的增長勢頭尤為顯著。在學科交叉研究領域中，中國論文占比超過 40%的領域從 2014 2019 年的第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度7444 個增加到了 2016 2021 年的 68 個，數量已經大幅超越美國。中國在學科交叉研究領域的覆蓋數量幾乎與美國持平，占主導的學科交叉研究領域群主要包括：“光催化”“電解水”“廢水處理”“先進工程材料和技術”“系統與控制”“智能決策與應用”等；在“鋰電池”“納米

171、藥物輸送”“太陽能和光電材料”“生物質轉化”等研究領域群上也占了很高的比例。美國占絕對主導的學科交叉研究領域主要包含“海洋生態”“生態系統保護”“腸道微生物與健康”“COVID-19 疫苗”“COVID-19 診斷”“免疫與代謝調節”“宇宙研究”等研究領域群。一、中國及科技發達國家整體科研活躍度時序發展（一）核心論文份額分析圖 4-1 顯示了近四期科學結構圖譜在全部研究領域中核心論文份額排名世界前 30 位的國家或地區變化情況。結合中國及科技發達國家（指中國及 5 個科技發達國家，共六個國家。以下同）在近四期核心論文份額及排名變化分析（表 4-1），美國的核心論文份額依舊居世界第一位，但是呈現

172、明顯的下降趨勢，與 2010 2015 年相比，2016 2021年在世界的核心論文份額下降了 11.2 個百分點，降幅超過 30%。中國的核心論文份額穩居世界第二位，在與排名第一的美國的差距加速減小的同時，依舊保持強勁的增長勢頭，2016 2021 年比 2010 2015 年增長 12.7個百分點，增幅超過 110%。英國、德國、法國、日本的核心論文份額均有所下降，下降范圍在 0.7 2.0 個百分點。其中英國、德國分列世界第三、第四位，四期排名沒有變化，但德國的降幅為 31.1%，遠高于英國 15.6%的降幅。法國、日本四期的排名均有所下降，其中法國世界排名連續下降 3 位，從 2010

173、 2015 年的第 5 位下降到 2014 2019 年第 8 位，2016 2021 年依舊維持在第 8 位，但與第一期相比，核心論文份額降幅為 26.3%；日本世界排名從 2010 2015 年的第 9 位下降到 2012 2017 年的第 10 位，2016 2021年依舊維持在第 10 位，但與第一期相比，核心論文份額降幅高達 27.7%?？茖W結構圖譜 202375圖 4-1全部研究領域中核心論文份額排名世界前 30 位的國家或地區變化情況37.00204060美國中國英國德國法國加拿大澳大利亞意大利日本荷蘭西班牙瑞士韓國新加坡瑞典比利時丹麥印度伊朗中國臺灣奧地利以色列芬蘭土耳其巴西挪

174、威愛爾蘭希臘葡萄牙沙特阿拉伯11.57.46.33.43.42.92.72.62.42.21.91.51.11.01.01.01.00.90.60.60.50.50.50.40.40.40.40.40.320102015 年核心論文份額%34.50204060美國中國英國德國加拿大澳大利亞法國意大利荷蘭日本西班牙瑞士韓國伊朗印度新加坡瑞典比利時丹麥沙特阿拉伯巴西中國臺灣以色列奧地利挪威芬蘭土耳其愛爾蘭葡萄牙馬來西亞14.17.25.53.23.23.12.72.32.32.11.71.41.31.11.11.11.00.90.70.60.60.50.50.50.50.40.40.40.4201

175、22017 年核心論文份額%0204060美國中國英國德國澳大利亞意大利加拿大法國西班牙日本印度荷蘭伊朗韓國瑞士新加坡沙特阿拉伯瑞典比利時巴西土耳其丹麥巴基斯坦埃及中國臺灣奧地利挪威以色列馬來西亞波蘭25.824.26.34.32.93.22.62.51.91.91.91.81.61.51.51.01.00.90.80.80.70.70.60.60.60.50.50.50.50.420162021 年核心論文份額%0204060美國中國英國德國澳大利亞加拿大意大利法國荷蘭日本西班牙瑞士韓國伊朗印度瑞典新加坡比利時沙特阿拉伯丹麥巴西奧地利土耳其中國臺灣挪威以色列芬蘭馬來西亞葡萄牙波蘭29.721

176、.06.84.92.93.32.62.62.22.01.81.71.41.41.31.11.00.90.80.80.60.50.50.50.50.50.40.40.40.420142019 年核心論文份額%第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度76表4-1中國及科技發達國家核心論文份額及排名變化時期數量份額美國中國德國英國日本法國2010 2015 年論文數量/篇（共 44 495 篇）16 483.3 5 107.2 2 793.1 3 304.1 1 157.8 1 521.4 份額/%37.0 11.5 6.3 7.4 2.6 3.4 排名1243952012 2017 年論文數量/篇

177、（共 46 405 篇）16 029.4 6 550.2 2 574.0 3 341.1 1 076.5 1 457.9 份額/%34.5 14.1 5.5 7.2 2.3 3.1 排名12431072014 2019 年論文數量/篇（共 50 767 篇）15 067.6 10 678.7 2 464.0 3 475.1 1 036.6 1 340.3 份額/%29.7 21.0 4.9 6.8 2.0 2.6 排名12431082016 2021 年論文數量/篇（共 54 447 篇）14066.613159.02359.33411.71022.71371.5份額/%25.824.24.3

178、6.31.92.5排名1243108分析比較增長率/%（同上一期比較）-12.914.9-10.7-8.5-7.8-4.5增長率/%（同第一期比較）-30.3110.5-31.1-15.6-27.7-26.3排名變化（同第一期比較）0000 1 3圖 4-2 顯示了近四期科學結構圖譜內中國及科技發達國家核心論文份額的年度變化情況。在每個時期內，美國的核心論文份額均呈現下降趨勢，從 2010 年的 40.9%下降到2021年的18.4%，但總量仍穩居世界首位。中國科研發展迅猛，在四期中年均份額分別為 11.5%、14.4%、20.7%、23.7%，核心論文份額穩居世界第二，與美國的差距逐步減??；

179、同時，從總量來看，中國與除美國外的其他國家優勢也在逐步拉大。本期科學結構圖譜中，自 2020 年開始，中國年度核心論文份額開始大幅超過美國近 10 個百分點，達到 30.2%；值得注意的是，2021 年，中國年度核心論文份額為 29.7%，略低于 2020 年份額；同時，中國年度核心論文份額在 2016年約為英國的 2 倍、德國的 3 倍，2018 年約為英國的 3 倍、德國的 5 倍，2020 年約為英國的 5 倍、德國的 8 倍。英國核心論文份額略有下降，但總體發展水平穩定，每個時期內的總趨勢基本一致，科學結構圖譜 202377每個年度的核心論文份額基本保持在 6%7%左右，2020 年和

180、 2021 年份額相對偏低，分別為 5.4%和 5.2%。德國核心論文份額降幅高于英國，四期年均份額分別為6.3%、5.5%、4.9%、4.4%。日本、法國核心論文份額也有所下降。圖 4-2中國及科技發達國家核心論文份額的年度變化情況 第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度78表4-2中國及科技發達國家施引論文份額對比時期份額/排名美國中國德國英國日本法國2010 2015 年份額/%27.1 14.8 5.8 5.6 4.0 3.6 排名1234562012 2017 年份額/%24.9 18.1 5.3 5.4 3.6 3.3 排名1243572014 2019 年份額/%22.7 22

181、.2 4.9 5.1 3.3 2.9 排名1243582016 2021 年份額/%19.8 25.5 4.4 4.6 3.0 2.5 排名2143710分析比較增長率/%（同上一期比較）-12.714.6-10.0-10.2-8.6-12.5增長率/%（同第一期比較）-26.972.5-24.7-19.1-25.8-30.4（二）施引論文份額分析在本報告中，核心論文是研究領域中的高被引論文，引用這些核心論文的施引論文是這個研究領域的跟進研究或前沿研究。這兩種論文份額從各自的角度反映國家在某個研究領域專業化水平的程度。表 4-2 顯示了近四期科學結構圖譜中國及科技發達國家施引論文份額對比，圖

182、4-3顯示了近四期科學結構圖譜中國及科技發達國家施引論文份額的年度變化情況。對比圖4-2 和圖 4-3，各個國家施引論文份額的變化趨勢與核心論文份額的變化趨勢基本一致。在每個時期，中國的施引論文份額始終處于快速增長狀態，但總增長率較核心論文略低。本期科學結構圖譜中，中國施引論文份額 25.5%，躍居世界排名第 1 位；且自 2018年開始，中國年度施引論文份額持續超過美國；同時，自 2020 年以來，中國施引論文份額增速有所放緩。本期，美國施引論文份額19.8%，世界排名第 2 位，與 20102015 年相比，降幅超過 25%。與 20102015 年相比，本期德國、英國、日本、法國等發達國

183、家整體表現為下降趨勢。其中，法國降幅最大，降幅超過 30%；日本、德國次之，降幅超過或接近 25%；英國降幅接近 20%?？茖W結構圖譜 202379圖 4-3中國及科技發達國家施引論文份額的年度變化情況二、基于科學結構圖譜觀察中國及科技發達國家科研活躍度時序發展（一）中國及科技發達國家科研覆蓋及份額分布圖 4-4 和圖 4-5 顯示了中國及科技發達國家科研覆蓋的研究領域統計情況。圖 4-6顯示了中國及科技發達國家核心論文份額的整體分布情況。通過對比可以看出，各國新興研究領域中發文占比普遍低于在全部領域中的占比。其中，美國基本覆蓋科學結構全部的研究領域，占比維持在 95%左右，但覆蓋率略有下降，

184、從 20102015 年的 97.0%降到本期的 94.4%。核心論文份額 12%以上的研究領域占比極高，但同樣呈下降趨勢，第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度80從 85.7%降到 67.4%，累計下降 18.3 個百分點，降幅較大。新興研究領域（與前一期研究領域沒有重疊論文）覆蓋率基本穩定，占比均高于 80%。中國的研究領域覆蓋率世界排名從第 5位上升到第 2 位，覆蓋率從 66.7%上升到82.6%。核心論文份額高于 12%的覆蓋率同樣呈現增長態勢，從 23.2%增長到 44.8%，增幅明顯高于研究領域覆蓋率的上升幅度。新增研究領域的覆蓋率也有明顯增長，從48.3%增長到 72.7%

185、。本期中，中國還有17.4%的研究領域沒有發文；核心論文份額在 7%12%、1%3%和 0%1%三個區間占比均低于 10%，分別為 9.7%、9.4%和 7.5%；核心論文份額在 3%7%區間占比略高于 10%，占比為 11.2%。英國、德國的研究領域覆蓋率均在 70%以上，但總體呈現下降趨勢。其中，本期英國研究領域覆蓋率略低于中國，世界排名降至第三位，且總體覆蓋率小幅震蕩下行，從第一期的 83.1%下降到本期的 81.0%，且本期中，核心論文份額在 12%、7%12%、3%7%和 1%3%四個區間占比均超過 15%，分 別 為 20.7%、16.1%、21.5%與15.1%，占比最小的區間是

186、 0%1%，占比為 7.5%。本期德國研究領域覆蓋率世界排名與 20162019 年一致，維持在第 4 位，且覆蓋率降幅明顯，從第一期的 79.1%下降到本期的 70.8%，且本期中，核心論文份額在0%與 3%7%兩個區間的論文占比均超過20%，其中核心論文份額 0%（即無發文）占比為 29.2%，3%7%占比為 23.1%，占比最小的區間是 12%，占比為 8.6%。法國的研究領域覆蓋率在 60%以上。其中，法國的覆蓋率震蕩下行，從第一期的68.8%下降到本期的 63.4%。覆蓋的研究領域，大部分核心論文份額集中在 1%3%與 3%7%。核心論文份額最大的區間為1%3%區間占比為 19.7%

187、；核心論文份額最小的區間占比為 4.5%。日本的研究領域覆蓋率維持在 50%左右，但總體呈現下降趨勢，從第一期的51.9%下降到 20142019 年的 47.9%，本期微升至 49.3%；本期中，除去無發文的研究領域占比 50.7%之外，日本核心論文份額在 3%7%、1%3%與 0%1%的占比均在 10%以上，分別為 11.2%、14.8%與17.1%；而核心論文份額在12%與7%12%兩個區間占比均低于 5%，分別為 2.4%和3.7%?？茖W結構圖譜 202381圖 4-4四個時期中國及科技發達國家科研覆蓋的研究領域統計圖 4-5四個時期中國及科技發達國家的新增研究領域覆蓋率參與研究領域數

188、研究領域世界份額16001400120010008006004002000100.090.080.070.060.050.040.030.020.010.00.0法國日本英國德國中國美國世界2021201556268574688111259019848571147723131110511389133311691084202120152015201520152015201581.080.383.383.179.182.694.494.896.397.078.672.066.774.371.670.863.462.066.768.851.951.047.9 49.32021202120212021

189、2021參與研究領域數/個研究領域世界份額/%四個時期六國的新增研究領域覆蓋率65.8%54.0%48.1%46.0%72.7%48.3%81.8%美國中國德國英國日本法國81.6%44.9%31.0%28.9%20.7%90%80%70%60%50%40%30%20%10%0%20102015年20122017 年2014 2019年2016 2021年第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度82100%80%60%40%20%0%100%80%60%40%20%0%100%80%60%40%20%0%100%80%60%40%20%0%100%80%60%40%20%0%圖 4-6中國及科

190、技發達國家核心論文份額的整體分布情況美國核心論文份額分布情況100%90%80%70%60%50%2010 20152012 20172014 20192016 202112%1%3%7%12%0%1%3%7%0德國核心論文份額分布情況2010 201512%1%3%7%12%0%1%3%7%02012 20172014 20192016 2021日本核心論文份額分布情況2010 201512%1%3%7%12%0%1%3%7%02012 20172014 20192016 2021中國核心論文份額分布情況12%1%3%7%12%0%1%3%7%02010 20152012 20172014

191、20192016 2021英國核心論文份額分布情況12%1%3%7%12%0%1%3%7%02010 20152012 20172014 20192016 2021法國核心論文份額分布情況12%1%3%7%12%0%1%3%7%02010 20152012 20172014 20192016 2021科學結構圖譜 202383（二）中國及科技發達國家在各研究領域的科研活躍度基于四期科學結構圖譜，疊加主要國家在不同研究領域中核心論文份額，觀察這些國家在不同研究領域的分布變化，顏色越暖的區域份額越高，如圖 4-7 圖 4-10 所示。由于各國核心論文密度范圍差距較大，美國核心論文份額遠高于其他國家

192、，為有效對比分析，圖例中，中國、美國的核心論文密度一致，取 2012 2017 年中國的密度范圍，密度間隔使用自然間斷點分級法 Jenks，其他國家的核心密度范圍一致。中國科研優勢研究領域逐步穩固，與美國形成了明顯的互補關系。從本期疊加圖中可見，中國優勢研究領域主要集中于圖譜的上半部分，在“系統與控制”“人工智能”“能源與可持續工程”“光學、量子和凝聚態物理”“催化”“電池和儲能材料”“先進材料”“納米生命科學”“食品科學與健康”等研究領域群組中優勢較為明顯，其次是“偏微分方程和微積分”“地球科學”“環境污染與防治”“有機合成方法學”“基因工程與分子調控”“COVID-19研究”“植物學”“生

193、物質轉化與傳感技術”“可持續經濟與社會研究”等研究領域群組。在“宇宙研究與粒子物理”“生態學”“太陽能和光電材料”“腸道微生物與健康”等研究領域群組也有一定的份額。相比較而言，中國在位于圖下部的醫學、生物學、社會科學、經濟與商業學科中所占份額相對較少。第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度84（c）德國（a）美國（e）日本（d）英國（b）中國（f）法國圖 4-72010 2015 年中國及科技發達國家核心論文份額分布圖注：中國、美國核心論文密度范圍相同，其他國家相同，圖 4-8、9、10 同科學結構圖譜 202385（c）德國（a）美國（e）日本（d）英國（b）中國（f）法國圖 4-8201

194、2 2017 年中國及科技發達國家核心論文份額分布圖第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度86（c）德國（a）美國（e）日本（d）英國（b）中國（f）法國圖 4-92014 2019 年中國及科技發達國家核心論文份額分布圖科學結構圖譜 202387（c）德國（a）美國（e）日本（d）英國（b）中國（f）法國圖 4-102016 2021 年中國及科技發達國家核心論文份額分布圖第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度88從中國核心論文份額本國排名靠前的研究領域分析中國具體的優勢研究領域，在規模較大的研究領域（至少包含10個研究前沿，表 4-3-a）中，中國份額較高的研究領域大部分集中在和“能源

195、與可持續工程”“先進材料”“有機合成方法學”“光催化”和“系統與控制”等相關的研究。其中，中國核心論文份額超過 90%的研究領域有 4 個，分別為：與環境污染與防治研究相關的“可見光驅動的光催化材料在環境污染處理與能源轉換中的應用研究”（ID350），論文份額最高，達到 95.4%；與納米復合材料應用研究相關的“電磁波吸收材料的結構設計與性能優化研究”（ID603），論文份額 94.3%；與巖土工程研究相關的“煤層氣高效開采與瓦斯災害防控的多物理場耦合研究”（ID371），論文份額 94.2%；與光催化研究相關的“二維光催化材料的設計、性能優化及在 CO2 還原和制氫中的應用研究”（ID24）

196、，論文份額90.9%。在規模較小的研究領域（少于 10 個研究前沿，表 4-3-b），中國科研活躍度排名前 10 的研究領域中，有 2 個研究領域中國份額占比 100%，分別為與納米流體與熱能工程研究相關的“數據驅動的油田開采與坡面穩定性監測”（ID842）；與電池與儲能材料研究相關的“用于鈉離子和二氧化碳儲存的先進材料”（ID1071）。美國幾乎在所有研究領域群組中都有很高的占比，圖譜下半部分研究領域優勢更加突出，與中國優勢研究領域形成互補。從本期疊加圖中可看出，美國在醫學、生物學、社會科學、經濟與商業學科的優勢更為突出，但在“系統與控制”“偏微分方程和微積分”“能源與可持續工程”“催化”“

197、電池與儲能材料”“太陽能與光電材料”“有機合成方法學”“食品科學與健康”“生物質轉化與傳感技術”“環境污染與防治”等研究領域群組中沒有形成明顯優勢。6 個國家中，英國優勢研究領域與美國優勢研究領域具有相似性，德國和法國優勢研究領域分布相對均衡，日本產出份額相對最少?？茖W結構圖譜 202389表 4-3-b中國科研活躍度排名前 10 的研究領域（少于 10 個研究前沿）研究領域 ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點論文份額/%總論文數/篇842納米流體與熱能工程數據驅動的油田開采與坡面穩定性監測10041071鈉離子電池用于鈉離子和二氧化碳儲存的先進材料1008987自然啟發優化算法及應用智能

198、優化算法及其在高復雜性系統分析與故障診斷中的應用研究98.0241019量子物理量子通信安全與量子信息處理97.112880系統與控制自適應與非線性控制策略在多自由度起重及磁懸浮列車系統中的研究與應用96.391315巖土工程煤炭開采中的粉塵控制和管理96.031673用于水處理和能源生產的可持續廢物管理技術95.818684先進復合材料與納米結構在鋰離子電池及電化學儲能領域的應用研究95.812811可持續經濟與社會研究氣候變化對中國農業和水資源的影響95.84855先進工程材料和技術智能集裝箱物流的優化和決策95.84表 4-3-a中國科研活躍度排名前 10 的研究領域（至少包含 10 個

199、研究前沿）研究領域 ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點論文份額/%總論文數/篇350可見光驅動的光催化材料在環境污染處理與能源轉換中的應用研究95.473603納米復合材料應用電磁波吸收材料的結構設計與性能優化研究94.3158371巖土工程煤層氣高效開采與瓦斯災害防控的多物理場耦合研究94.22924光催化二維光催化材料的設計、性能優化及在 CO2還原和制氫中的應用研究90.987791先進工程材料和技術智能控制與優化在結構、環境與系統工程中的應用研究89.4123152巖土工程巖體應力響應與環境效應的地下工程穩定性研究88.9110770有機合成方法學利用二氧化硫替代物和可持續催化技術

200、進行有機合成88.545423納米復合材料應用基于 MXene 及其他納米材料的多功能電磁干擾屏蔽復合材料研究86.8381404先進工程材料和技術高效能材料與先進制造技術在環境能源與生物醫學領域的應用研究85.565110系統與控制延遲脈沖效應的復雜網絡的穩定性與同步方法84.9120第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度90表 4-3-d美國科研活躍度排名前 10 的研究領域（少于 10 個研究前沿）研究領域 ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點論文份額/%總論文數/篇734公共衛生與健康美國城鄉健康差異與趨勢分析1008947公共衛生與健康美國的 HPV 疫苗接種和覆蓋率100101

201、042衛生保健服務醫療保險中的減少醫院再入院計劃和捆綁支付模式100131215非比例危害下的事件終點時間分析10041324教育心理學學校財務改革和教育不平等1004873教育教育中的公平與包容97.212455心理健康美國與槍支有關的傷害和親密伴侶殺人案96.716768COVID-19 研究COVID-19 對療養院的影響94.7191089美國 21 世紀死亡率與社會經濟因素關聯性研究94.610418因果推理和異質性治療效果估計94.321表 4-3-c美國科研活躍度排名前 10 的研究領域（至少包含 10 個研究前沿）研究領域 ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點論文份額/%總論

202、文數/篇392社會問題研究美國政治情感極化及其社會心理影響研究86.832278疼痛管理和藥物濫用阿片類藥物使用及其對健康、醫療和社會政策的影響研究85.695468基于數據驅動和機器學習的流體動力學建模與分析研究84.535224社會認知與公平研究美國的種族主義、歧視和健康不平等現象84.082650癌癥嵌合抗原受體 T 細胞（CAR T 細胞）治療淋巴瘤與白血病的療效、安全性及生物標志物研究81.263407戒煙電子煙與吸煙行為78.799511教育心理學通過社會與情感學習和成長心態干預提高學術成就77.046193癌癥小分子藥物在靶向及降解腫瘤相關蛋白中的設計、作用機制與臨床應用研究75

203、.967813蛋白質相分離在基因轉錄調控和細胞功能中的作用70.75949腦結構與功能神經活動與行為控制：分子標記、成像技術與回路功能解析69.282科學結構圖譜 202391三、中國及科技發達國家在學科交叉研究領域的活躍度本節分析中國及科技發達國家在學科交叉研究領域中的科研活躍度。在科學結構圖譜中疊加各國的核心論文數，每個學科交叉研究領域的國家份額用餅圖展示。因限于尺寸無法在餅圖中顯示全部國家份額，因此只選擇中國、美國、英國、德國和日本加以分析，后兩節相同。表 4-4 統計了五國覆蓋的學科交叉研究領域數量。由于學科交叉研究領域數量較多，共有 428 個，部分學科交叉研究領域中包含論文較少，因

204、此表中只統計了 205 個核心論文數據量至少 30 篇的研究領域。美國、中國無疑是在學科交叉研究領域中表現最好的兩個國家，不僅覆蓋的學科交叉研究領域廣，而且在參與的學科交叉研究領域中論文所占份額也高。美國共參與了200 個，中國共參與了 196 個；美國與中國核心論文份額超過 40%的學科交叉研究領域分別有 38 個和 68 個。對比科學結構圖譜2014 2019，中國在學科交叉研究領域有了明顯的提高，占比超過 40%的交叉領域從44 個大幅增長到 68 個，從統計數據來看中國參與的學科交叉研究領域已經超過美國。英國、德國雖然在參與的學科交叉研究領域數量上與美國、中國接近，但在學科交叉研究領域

205、中的份額偏低，英國、德國兩國核心論文份額最高的學科交叉研究領域僅約為 39%和 29%，遠遠低于美國和中國，高于15%的學科交叉研究領域有 10 個和 6 個。日本核心論文份額超過 15%的交叉領域只有1 個，份額最高的約為 35%。表 4-4中國及科技發達國家覆蓋的學科交叉研究領域數量統計（單位：個）時期分類美國中國英國德國日本2014 2019 年本國論文覆蓋學科交叉研究領域數量（共163 個）15915513613865占比超過閾值的學科交叉研究領域數量（中、美閾值為 40%，英、德、日為 15%）384413422016 2021 年本國論文覆蓋學科交叉研究領域數量（共205 個）20

206、0196179164126占比超過閾值的學科交叉研究領域數量（中、美閾值為 40%，英、德、日為 15%）38681061第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度92圖 4-11 為 2016 2021 年美國、中國、英國、德國和日本五國在學科交叉研究領域的科研表現。圖中可明顯發現美國、中國核心論文在學科交叉研究領域覆蓋范圍存在明顯的差異。餅圖中紅色部分為中國份額，中國占主導的學科交叉研究領域，主要集中在圖譜的上方，包括：“光催化”“電解水”“廢水處理”“先進工程材料和技術”“系統與控制”“智能決策與應用”等研究領域群；在“鋰電池”“納米藥物輸送”“太陽能和光電材料”“生物質轉化”等研究領域群

207、上也占了很高的比例。餅圖中藍色部分為美國份額，美國占絕對主導的學科交叉研究領域主要分布在圖譜的中部和下方，包含“海洋生態”“生態系統保護”“腸道微生物與健康”“COVID-19疫苗”“COVID-19診斷”“免疫與代謝調節”“宇宙研究”等研究領域群。圖 4-112016 2021 年學科交叉研究領域中五國的科研表現美國中國德國英國日本科學結構圖譜 202393表 4-5-b美國論文份額排名前 10 學科交叉研究領域（至少包含 30 篇核心論文）研究領域 ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點論文份額/%總論文數/篇278疼痛管理和藥物濫用阿片類藥物使用及其對健康、醫療和社會政策的影響研究85.

208、695468基于數據驅動和機器學習的流體動力學建模與分析研究84.5351305疫苗（COVID-19 為主）HIV-1 疫苗和抗體82.735297社會認知與公平研究了解和解決社會中的偏見和成見問題82.641193癌癥小分子藥物在靶向及降解腫瘤相關蛋白中的設計、作用機制與臨床應用研究75.967470在公共管理研究中利用眾包和在線小組數據69.53018免疫與代謝調節癌癥代謝及免疫調控研究66.3102465人工智能和機器學習中的倫理學和偏見65.5311383傳染病研究寨卡病毒：發病機制、先天性畸形和疫苗開發65.379335智能可穿戴醫療設備和技術先進可穿戴生物傳感器技術與仿膚電子設備

209、62.479表 4-5-a中國論文份額排名前 10 學科交叉研究領域（至少包含 30 篇核心論文）研究領域 ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點論文份額/%總論文數/篇1315巖土工程煤炭開采中的粉塵控制和管理96.031350可見光驅動的光催化材料在環境污染處理與能源轉換中的應用研究95.473603納米復合材料應用電磁波吸收材料的結構設計與性能優化研究94.31581104先進光學和光子學用于光學吸收和傳感的超材料90.857112可持續建材水泥基材料在可持續建筑中的利用和改進90.243791先進工程材料和技術智能控制與優化在結構、環境與系統工程中的應用研究89.41231404先進工

210、程材料和技術高效能材料與先進制造技術在環境能源與生物醫學領域的應用研究85.565955分數微積分分形與分數微積分的理論及其在科學與工程中的應用研究85.363110系統與控制延遲脈沖效應的復雜網絡的穩定性與同步方法84.91201388界面化學高效油水分離技術84.736第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度94從中、美兩國核心論文份額排名前 10 的學科交叉研究領域（表 4-5）來看，美國份額高的學科交叉研究領域主要集中在生命科學相關研究領域，中國份額高的學科交叉研究領域分布廣泛，包括先進材料與技術、能源環境、光學光子學等方面,涉及材料科學、化學、工程學、數學、物理學等多個學科。四、中國

211、及科技發達國家在新興熱點研究領域的活躍度本節分析中國及科技發達國家在新興熱點研究領域中的科研表現。表 4-6 為兩個時期中國及科技發達國家覆蓋新興熱點研究領域統計表。美國、中國無疑是在新興熱點研究領域中表現最好的兩個國家。2016 2021年，表中只統計了包含 7 篇以上核心論文的新前沿共 145 個，美國參與了 129 個，中國參與了 135 個。美國與中國核心論文占比超過 40%的新興熱點研究領域分別有30 個 和 42 個。相 比 2014 2019 年，在2016 2021 年中國參與的新興熱點研究領域數量變多了，且高占比的研究領域從 35 個增長到 42 個，超過了美國。英國和德國參

212、與的新興熱點研究領域數量比中國、美國略低，英國參與的新興熱點研究領域有 122 個，德國 88 個。英國和德國占比高于 15%的新興熱點研究領域分別有29 個和 10 個。之所以英國、德國參與的所以新興熱點研究領域數量相比 2016 2021年有大幅提高主要是因為 2016 2021 年新興熱點研究領域有大量新冠相關的研究，這些研究中英國、德國的參與度較高。日本參與的新興熱點研究領域數量也有大幅提高，共 50 個，但占比超過 15%的新興領域只有1 個。表 4-6中國及科技發達國家覆蓋新興熱點研究領域統計時期分類美國中國英國德國日本2014 2019 年本國論文覆蓋新興熱點研究領域數量7664

213、513314份額超過閾值的新興研究領域數量（中、美閾值為 40%，英、德、日為 15%）133511212016 2021 年本國論文覆蓋新興熱點研究領域數量1291351228850份額超過閾值的新興研究領域數量（中、美閾值為 40%，英、德、日為 15%）304229102（單位：個）科學結構圖譜 202395圖 4-12 為 2016 2021 年美國、中國、英國、德國和日本 5 個國家在新興熱點研究領域中的科研活躍度。從圖中可以看出，美國、中國和英國在新興熱點研究領域中的核心論文份額較多，遠超德國和日本。美國和中國覆蓋研究領域范圍有明顯的差異。美國核心論文份額占主導的新興熱點研究領域依

214、舊主要集中在生命科學等方面，尤其是新冠相關病理藥理以及心理學研究優勢較為明顯，在“海洋生態”“AI 醫療”“機器學習”等研究領域群中也有較好的表現。中國核心論文份額占主導的新興熱點研究領域同樣形成明顯的聚集規模，主要分布在“先進工程材料和技術”“鈉離子電池”“廢水處理”等研究領域群，在“人工智能”“COVID-19 研究”相關研究中也有較好的表現。英國核心論文份額較多的新興熱點研究領域主要分布在“COVID-19 研究”“生態學”等研究領域群組。德國、日本主導的新興熱點研究領域較少，且在大部分新興熱點研究領域中占比不高。圖 4-122016 2021 年新興熱點研究領域中五國的科研活躍度美國中

215、國德國英國日本第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度96表 4-7-a中國論文份額排名前 10 新興熱點研究領域（至少包含 7 篇核心論文）研究領域 ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點論文份額/%總論文數/篇1071鈉離子電池用于鈉離子和二氧化碳儲存的先進材料1008673用于水處理和能源生產的可持續廢物管理技術95.8181246食品營養與健康食品科學與技術94.711835可燃混合物的爆炸極限和爆炸危險88.2121404先進工程材料和技術高效能材料與先進制造技術在環境能源與生物醫學領域的應用研究85.565955分數微積分分形與分數微積分的理論及其在科學與工程中的應用研究85.36

216、3933故障檢測與診斷精密研磨和加工83.011572先進工程材料和技術研究含有不同表面活性劑的植物油基納米流體在鋼鐵銑削和車削上的摩擦學性能82.460681智能可穿戴醫療設備和技術用于可穿戴應變傳感器的先進水凝膠82.217680電催化用于電解水的電催化劑：金屬有機框架和納米材料79.419表 4-7-b美國論文份額排名前 10 新興熱點研究領域（至少包含 7 篇核心論文）研究領域 ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點論文份額/%總論文數/篇768COVID-19 研究COVID-19 對療養院的影響94.7191089美國 21 世紀死亡率與社會經濟因素關聯性研究94.6101348老

217、年健康外科病人的虛弱評估92.771355COVID-19 研究殘疾人在 COVID-19 期間獲得的醫療服務和結果77.88460再生醫學與基因調控疾病位點的基因表達去卷積和調控電路分析71.58996大湖區魚類種群的管理和保護67.9271339COVID-19 對社會的影響研究人類流動對 COVID-19 傳播的影響67.5221124AI 醫療計算病理學和基于深度學習的組織病理學評估64.98974機器人運動和操縱的深度學習60.48科學結構圖譜 202397五、中國及科技發達國家在對技術創新有影響的研究領域的表現本節分析中國及科技發達國家在對技術創新有影響的研究領域中的科研表現。在科

218、學結構圖譜 2016 2021 中，被專利引用核心論文分布在 932 個研究領域中。因部分研究領域中被專利引用核心論文占比很低，本文選擇了至少 10 篇被專利引用核心論文的研究領域進行統計，共有 294 個。從國家分布（表 4-8）來看，2016 2021 年，各國在對技術創新有影響的研究領域的覆蓋率差別不明顯，美國覆蓋的研究領域略高，共有 293 個被專利引用，中國有 279 個，英國有 271 個，德國有 262 個，日本有 214 個。與 2016 2021 年被專利引用核心論文數世界份額統計有很大不同，美國的平均研究領域份額從 59%下降到 32%，英國、德國都有大幅下降，中國略有下降

219、，從 25%下降到22%。表4-8五國被專利引用核心論文的研究領域統計（含至少 10 篇核心論文）時期分類美國中國英國德國日本2014 2019 年本國論文覆蓋被專利引用研究領域數量/個264214215216200平均研究領域份額/%592516164各國被專利引用 Top30 研究領域份額/%621814 1142016 2021 年本國論文覆蓋被專利引用研究領域數量/個293279271262214平均研究領域份額/%3222653各國被專利引用 Top30 研究領域份額/%43185 42通過對比中美兩國論文份額排名前 10 新興熱點研究領域（表 4-7），可以看出兩國在研究領域的側重

220、點存在明顯差異。中國的新興熱點研究領域主要集中在材料科學和環境技術領域，如鈉離子電池材料、水處理和能源生產的可持續廢物管理技術等；而美國的新興熱點研究領域則更多地與醫學和生物學相關，如 COVID-19 對社會的影響、老年健康、再生醫學與基因調控等，同時也涉及人工智能在醫療和機器人領域的應用。這反映了中美兩國在科技發展和社會需求方面的不同側重點。第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度98圖 4-13 展示了 2016 2021 年美國、中國、英國、德國和日本 5 個國家被專利引用核心論文的研究領域科研活躍度。從圖中可以看出，美國和中國被專利引用核心論文的研究領域數量遠超英國、德國和日本，且覆

221、蓋范圍的差異更加明顯。美國占主導的研究領域主要集中在生命科學領域，少部分在“量子物理”“先進光學和光子學”研究領域群，且優勢較明顯。英國、德國在生命科學領域占有一定的份額，中國在大多數生命科學領域中鮮有被專利引用核心論文，在“COVID-19疫苗”“基因編輯治療”等幾個較少的研究領域群內占有一定份額。圖 4-132016 2021 年被專利引用核心論文的研究領域中五國的科研活躍度美國中國德國英國日本科學結構圖譜 202399中國被專利引用核心論文較多的研究領域主要在圖譜的上半部分，表現最好的研究領域群為“機器學習”“物聯網和區塊鏈”“無線通信”“光催化”“納米藥物輸送”“太陽能和光電材料”。在

222、其他如”智能可穿戴醫療設備和技術”“植物基因調控”研究領域群中，中國被專利引用核心論文數表現也較為出色，與美國被專利引用核心論文數不相上下。值得注意的是，在中國表現活躍的研究領域群中，美國被專利引用核心論文份額依舊能占很大的比例，在很多研究領域甚至超過中國。比如，在“機器學習”“無線通信”“納米藥物輸送”等研究領域群，美國和中國被專利引用核心論文數基本相同，但在美國優勢的生命科學領域中，中國的論文被專利引用的情況相對較少。表 4-9-a 中國被專利引用核心論文份額排名前10研究領域（至少包含10篇被專利引用的核心論文）研究領域ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點論文份額/%總被專利引用論文數

223、/篇149人工智能遙感圖像融合與增強的深度學習方法95.00201327催化基于石墨相氮化碳異質結的高效光催化產氫和環境修復93.7532171納米生命科學基于碳量子點的多色發光及其在生物成像、傳感和光電器件中的應用92.31261025太陽能和光電材料非富勒烯有機太陽能電池的效率與穩定性研究90.00501111太陽能和光電材料新型稀土發光材料的設計與應用:用于白光 LED 和其他多功能領域88.2417892光學、量子和凝聚態物理新型二維材料在超快光電器件中的應用83.3312240先進材料可穿戴電子和能源采集的納米發電機與自供電系統81.2516337先進材料用于人體活動監測和保健的可穿

224、戴和柔性傳感器81.2516524系統與控制機械故障智能診斷和預測81.2516568人工智能成像和傳感應用的神經網絡80.9521第四章 中國及科技發達國家科學研究活躍度100表4-9-b美國被專利引用核心論文份額排名前 10 研究領域（至少包含 10 篇被專利引用的核心論文）研究領域ID研究領域群研究領域名稱/關鍵研究點論文份額/%總被專利引用論文數/篇1305COVID-19 研究HIV-1 疫苗和抗體10031307囊性纖維化診斷和治療10014840光子神經形態計算與相變存儲器100138針對自身免疫性疾病的靶向治療新策略10013950鐵死亡的發生機制與治療94.7419881公共

225、衛生與健康偏頭痛的新興治療方法和臨床管理方法94.1217328癌癥黑色素瘤的診斷、治療和管理策略93.75161288心臟淀粉樣變的診斷和治療93.3315775多發性骨髓瘤的診斷和治療93.0243813蛋白質相分離在基因轉錄調控和細胞功能中的作用92.8628通過對比中美兩國被專利引用核心論文份額排名前 10 的研究領域（表 4-9）,可以看出兩國在科研領域的側重點存在明顯差異。中國排名前列的研究領域主要集中在“太陽能和光電材料”“先進材料”“人工智能”“催化”等研究領域群,這些研究大多與新興技術和產業相關。而美國排名靠前的領域則主要與生物醫學相關，體現了美國在生命科學和醫學領域的深厚積

226、累和領先優勢?？茖W結構圖譜 2023101中國及科技發達國家的國際科研合作第五章05第五章 中國及科技發達國家的國際科研合作102國際合著（co-authorship）指標是衡量跨國知識流的指標之一，從一個側面反映了國與國之間的科研合作研究情況。本章在計算國家的核心論文和合著論文數量時，采用了整體計數法。一般而言，分數計數法常用于國家論文量的統計，整體計數法更多地應觀察中國：在中國及 5 個科技發達國家中，中國全研究領域國際合著率（均值）最低。2016 2021 年，中、美兩國的全研究領域國際合著率（均值）明顯低于其他國家，中國為52.6%，美國為63.8%。美國上升趨勢明顯，增幅21.9%，

227、中國增幅相對較低，為4.9%。四期中，與中國合著核心論文數量最多的國家始終是美國，且合著論文數量也有了成倍的增長，從 2052 篇到 4500 篇，但中國與美國的合著論文份額呈逐期下降趨勢；英國第二；澳大利亞超過德國，成為中國的第三大合著國；中國和澳大利亞是科技發達國家排名前十的合著國中，排名上升最快的國家；相較于其他五個國家，中國的合著比例相對不均衡，尤其是與美國的合著比例以絕對優勢位居首位。中國在國際科研合作中的依賴性逐步降低，引領度逐年增強。中國在完全依賴國際科研合作（國際合著率等于 100%）的研究領域比例出現下降，從 39.4%下降到30.6%。在 2016 2021 年，中國合著論

228、文數（整數計數）顯著增長（世界排名第二位）。中國國際合著論文中通訊作者的比例大幅提升，從 2012 2017 年開始超過美國，躍居6 個國家首位，2016 2021 年中國合著論文通訊作者比例持續增加，達到 67.2%。用于國際合著指標的統計。本章從兩個側面分析國際合著情況：一是世界各國在全部研究領域中的國際合著率，反映各國在世界上的整體合作情況；二是中國及科技發達國家在科學結構圖譜中各個研究領域的國際合著率。中國及科技發達國家的國際科研合作科學結構圖譜 2023103一、基于科學結構圖譜觀察世界國際合作態勢圖 5-1 基于科學結構圖譜，在各研究領域上疊加國際合著率，顯示了全世界所有國家在科學

229、結構圖譜中國際合著率的分布情況。從四期圖譜的演變來看，世界范圍內的國際合作整體呈上升趨勢，合作力度越來越強。四期合著率分別為：2010 2015年，43.7%；2012 2017 年，47.1%；2014 2019 年，49.6%；2016 2021 年，合著率為 50.5%。在科學結構圖譜 2016 2021 中，國際合著率最高的區域集中在“生態學”“植物學”“地球科學”“偏微分方程和微積分”“宇宙研究和粒子物理”等研究領域群組。國際合著率較低的區域集中在“有機合成方法學”“太陽能和光電材料”“電池與儲能材料”“系統與控制”“可持續與經濟社會”等研究領域群組。四期中國際合著率明顯增長的有“偏

230、微分方程和微積分”“能源與可持續工程”“先進材料”等研究領域群組。從學科角度看，本期國際合著率的分布與上一期基本一致?！翱臻g科學”國際合著率最高，超過 80%，上一期為 84.6%；本期國際合著率最低的學科是“化學”，為37.7%，上一期為 34.5%。除“空間科學”外，“地球科學與環境”（58.0%）、“物理學”（57.7%）的國際合著率超過 55%。除“化學”外，國際合著率低于 40%的學科還有“材料科學”（39.8%）。第五章 中國及科技發達國家的國際科研合作104（c）2014 2019 年（d）2016 2021 年（a）2010 2015 年（b）2012 2017 年圖 5-1四

231、個時期基于科學結構圖譜的國際合著率分布科學結構圖譜 2023105圖 5-2四個時期六國國際合著論文量及合著率美國英國法國中國德國日本82.266.8232015243963346457765048771150.1583352.352.663.8142311600014000120001000080006000400020000100908070605040302010088.786.785.2國際合著率/%國際合著論文量（篇）20102015 年20102015 年20122017 年20122017 年20142019 年20142019 年20162021 年20162021 年 六國國

232、際合著論文量及合著率1187979.785.178.896033572二、中國及科技發達國家的主要國際合著國時序分析中國及科技發達國家的國際合著論文數量和國際合著率如圖 5-2 所示。六國在四個時期內的國際合著論文數量均呈現增長態勢，唯有美國在第四期略有下降。其中，中國的國際合著論文數量增長速度居首，從 2010 2015 年 的 3572 篇 增 長 到2016 2021 年的 9603 篇。從國際合著率來看，中、美兩國的國際合著率明顯低于其他國家，中國 52.6%，美國 63.8%。同時，六國的國際合著率亦持續上升，中國的增長率最微弱，甚至在后兩期比第二期還有微弱下降，但始終略高于 50%

233、。日本在國際合著率的增長上領先，同比增長率達到 23.0%；其次是美國，增長率為 21.9%。第五章 中國及科技發達國家的國際科研合作106圖 5-3 顯示了四個時期中國與科技發達國家的前 10 位國際合著國份額排名，其中的論文份額是每個國家與合著國論文占本國總國際合著論文的比例。通過四期對比分析，雖然中國在國際合著核心論文數量上顯著增加，國際合著率也略有上升，但在六國中，只有中國的合著核心論文前十國家的論文份額呈現逐期減少的趨勢。這表明中國與科技發達國家的合著論文在中國總合著論文中的占比有所下滑。在四個時期內，美國始終是中國合著核心論文數量最多的國家，且合著論文數量大幅增長，從 2052 篇

234、增至 4500 篇。然而，中國與美國的合著論文份額也呈逐期下降趨勢。英國則位列中國合著論文份額的第二位；在后兩期中，澳大利亞超過德國，成為中國的第三大合著國；而在第四期，中國與日本的合著論文份額也上升了一位，由第七位提升至第六位。相較于其他五個國家，中國的合著比例顯得相對不均衡，尤其是與美國的合著比例以絕對優勢位居首位。在美國的合著論文前十名國家中，中國的排名持續上升，最新一期已經榮登榜首；其次是澳大利亞，其排名也有顯著提升，從第 8 位上升至第 6 位。其他國家的排名變化相對較小，英國從第 1 位微降至第 2 位，而德國、加拿大和法國分別位于第 3 到第 5 位；日本并未進入美國合著前十的行

235、列。在英國的合著論文前十名國家中，中國和澳大利亞同樣表現突出，中國的排名從最初的十名之外飆升至第四期的第六位，澳大利亞則從第 7 位升至第 5 位。此外，意大利也有所進步，從第 5 位上升至第 4 位。德國和法國的合著論文前十名國家在四個時期內相對穩定。中國在德國合著論文前十名國家的排名上，從最初的缺席，經過中間兩期的第 10 位，最終上升至第 9 位；然而，中國并未能進入法國合著論文的前十名國家之列。日本的合著論文前十名國家情況與英國頗為相似，依然是中國和澳大利亞的排名快速上升，中國從第一期的第 5 位提高至第四期的第三位，澳大利亞則從第9位升至第6位。同時，意大利的排名也超過了法國，從第

236、5位上升至第 4 位?？茖W結構圖譜 2023107圖 5-3四個時期六國國際合著論文中前 10 位合著國的份額排名（c）英國英國德國法國荷蘭瑞士瑞典加拿大西班牙意大利英國德國法國瑞士 中國荷蘭意大利加拿大西班牙英國德國法國意大利英國德國法國中國荷蘭 加拿大 西班牙 瑞士瑞士中國西班牙加拿大荷蘭意大利58%33%26%21%16%12%19%18%18%21%59%34%27%17%16%22%22%21%19%20%58%34%26%24%23%57%34%26%23%22%22%21%17%18%19%20%22%22%24%23%300%250%200%150%100%50%0%20102

237、015年20122017年20142019年20162021年澳大利亞澳大利亞澳大利亞澳大利亞（b）美國英國英國德國中國加拿大法國瑞士瑞士荷蘭法國加拿大德國中國英國中國英國德國法國意大利荷蘭西班牙瑞士加拿大意大利西班牙意大利荷蘭西班牙德國加拿大法國中國意大利西班牙荷蘭瑞士29%30%25%22%20%18%12%12%14%17%20%25%28%30%32%31%25%18%16%14%13%12%16%20%15%16%13%14%14%12%14%25%20%18%17%14%11%13%11%13%0%20%40%60%80%100%140%160%180%200%120%201020

238、15年20122017年20142019年20162021年澳大利亞澳大利亞澳大利亞澳大利亞（a）中國美國英國法國日本加拿大意大利西班牙 新加坡德國英國德國加拿大美國美國英國德國法國日本韓國韓國法國日本加拿大德國新加坡意大利加拿大意大利西班牙美國57%19%11%10%11%9%9%8%16%15%20%16%11%11%8%9%8%12%15%56%52%18%14%10%9%8%7%8%9%10%13%18%18%7%8%11%9%8%18%47%0%20%40%60%80%100%120%140%160%180%20102015年20122017年20142019年20162021年澳大

239、利亞澳大利亞澳大利亞澳大利亞法國日本荷蘭意大利西班牙英國（a）中國第五章 中國及科技發達國家的國際科研合作108圖 5-3四個時期六國國際合著論文中前 10 位合著國的份額排名（續）美國美國美國美國英國法國意大利荷蘭西班牙加拿大瑞士中國法國荷蘭意大利西班牙瑞士中國加拿大英國法國意大利荷蘭西班牙瑞士加拿大中國英國法國意大利荷蘭瑞士瑞典59%61%62%43%32%25%29%25%24%19%22%41%31%26%25%22%22%21%15%38%30%25%23%21%20%19%14%13%350%300%250%200%150%100%50%0%20102015年20122017年20

240、142019年20162021年加拿大西班牙澳大利亞17%20%澳大利亞澳大利亞澳大利亞61%45%32%27%29%25%23%21%23%22%英國（d）德國美國美國美國美國68%69%69%67%34%38%38%39%39%38%32%40%39%33%25%24%19%23%28%28%21%19%23%26%25%18%17%22%28%29%16%20%24%25%21%350%300%250%200%150%100%50%0%19%20102015年20122017年20142019年20162021年英國德國英國中國法國中國法國英國中國英國法國德國德國德國法國中國意大利意大利

241、意大利意大利荷蘭加拿大加拿大加拿大加拿大荷蘭西班牙西班牙西班牙西班牙 瑞士瑞士澳大利亞澳大利亞澳大利亞澳大利亞31%29%35%31%（e）日本（f）法國美國美國美國美國英國德國意大利西班牙荷蘭 加拿大瑞士英國德國意大利西班牙荷蘭瑞士加拿大英國德國意大利 西班牙 荷蘭瑞士 加拿大英國德國意大利 西班牙 荷蘭 瑞士 加拿大60%62%65%65%50%47%37%32%29%27%25%24%20%50%48%37%32%27%26%26%23%20%47%44%35%30%26%24%24%19%18%44%44%32%26%24%23%22%17%16%350%400%300%250%200

242、%150%100%50%0%20102015年20122017年20142019年20162021年澳大利亞澳大利亞澳大利亞澳大利亞比利時比利時比利時比利時科學結構圖譜 2023109圖 5-4中國及科技發達國家合著論文中通訊作者的比例變化70605040302010美國中國英國四期通訊作者占比變化占比/%德國日本法國22.723.932.835.553.067.220102015年/%20122017年/%20142019 年/%20162021 年/%合著作者在國際合作中有不同的角色，僅僅依賴國際合著率的高低并不能觀察到一個國家在合作中的地位。通常，論文的通訊作者是一項科研工作的主要負責人

243、，因此通訊作者論文可以在一定程度上反映出科研的主導性。我們考察了合著論文中通訊作者所在國，以輔助分析在國際合作中起主導作用的國家。中國的國際合著論文通訊作者的比例大 幅 提 升，從 2012 2017 年 開 始 超 過美國，躍居 6 個國家的首位（圖 5-4）。2016 2021 年中國合著論文通訊作者比例持續增加，達到 67.2%。盡管中國的國際合著率總體較低，但中國在高水平研究中的骨干作用在逐年增強。除法國外，中國及科技發達國家合著論文通訊作者比例普遍呈現上升趨勢。其中，中國增幅達 39.1%。；美國增幅最小，僅為 4.9%；德國、英國和日本的增幅均超過10%，增幅分別為 12.3%、1

244、1.4%、12.5%和13.9%。法國是唯一出現下降的國家，降幅為 12.2%，從 2010 2015 年的 25.8%下降到 2016 2021 年的 22.7%。第五章 中國及科技發達國家的國際科研合作110三、基于科學結構圖譜觀察中國及科技發達國家國際合作的變化本節在科學結構圖譜中展示各個國家在各研究領域中的國際合著率，以反映中國及科技發達國家在各個研究領域的合作研究情況（圖 5-6 圖 5-9）?；谒钠诳茖W結構圖譜，疊加 6 個國家在不同研究領域中合著論文份額，觀察這些國家在不同研究領域的分布變化，顏色越暖的區域份額越高。對 比 四 期 可 以 看 出，6 個 國 家 在2016 2

245、021 年的合作研究活動增長迅速，均出現大量深紅色、紅色區域。其中，美國國際合著率相對較高的研究領域集中在“能源與可持續工程”“宇宙研究與粒子物理”“光學、量子和凝聚態物理”“先進材料”“生態學”“食品科學與健康”等。中國在“偏微分方程和微積分”“宇宙研究與粒子物理”“地球科學”“生態學”“植物學”“神經科學”“免疫、代謝和細胞調控”“心腦血管疾病”等領域有相對較高的國際合著率。德國、英國和法國在全領域中，均表現出較強的合著態勢，僅在“系統與控制”“催化”“電池與儲能材料”“太陽能和光電材料”和“有機合成方法學”等少數領域國際合著率相對較低。而日本國際合著率相對較高的研究領域集中在“宇宙研究與

246、粒子物理”“光學、量子和凝聚態物理”“地球科學”“生態學”“心腦血管疾病”等?？茖W結構圖譜 2023111（c）德國（a）美國（e）日本（d）英國（b）中國（f）法國圖 5-62010 2015 年中國及科技發達國家核心論文國際合著率分布圖第五章 中國及科技發達國家的國際科研合作112（c）德國（a）美國（e）日本（d）英國（b）中國（f）法國圖 5-72012 2017 年中國及科技發達國家核心論文國際合著率分布圖科學結構圖譜 2023113（c）德國（a）美國（e）日本（d）英國（b）中國（f）法國圖 5-82014 2019 年中國及科技發達國家核心論文國際合著率分布圖第五章 中國及科技

247、發達國家的國際科研合作114（c）德國（a）美國（e）日本（d）英國（b）中國（f）法國圖 5-92016 2021 年中國及科技發達國家核心論文國際合著率分布圖科學結構圖譜 2023115觀察中國及科技發達國家四個時期有發文的研究領域的國際合著率分布情況（圖5-10）。圖中統計了國際合著率等于 100%、無合著（國際合著率等于 0）和合著率介于二者之間的三類研究領域占本國有發文研究領域的比例。2016 2021 年，中國國際合著率三段分布逐步與美國的分布趨同，六個國家形成了三組相似的國際合著率分布模式：中國和美國、英國和德國、日本和法國，每個組合內的國家合作率在各個區間的比例均比較接近。四期

248、中，英國和德國、日本和法國的分布變化不大。中國和美國的分布變化較大。中國國際合著率等于 100%的研究領域比例下降，從 2010 2015 年的 39.4%下降 到 2016 2021 年 的 30.6%，降 幅 超 過20%；同時，無國際合作的研究領域比例也從10.4%下降到5.8%，降幅超過40%。同時，美國國際合著率等于 100%的研究領域比例增長顯著，從 7.0%提升到 22.5%，但仍遠低于其他 5 國；無國際合作的研究領域比例從4.2%下降到 3.6%，也處于 6 國中的低位。中國在國際合著率等于 100%和無國際合作這兩個區間的研究領域比例均高于美國。值得注意的是，四期比較，6

249、個國家中僅中國這兩個區間總體呈現下降趨勢，說明中國參與國際合作研究活動的范圍已經加強，對國際合著的依賴性逐步降低，科研實力也越來越強。六國中，除中國外國際合著率等于100%的研究領域比例呈現增長趨勢，增長率最高的是美國，增幅超過兩倍，為219.6%；其他增幅超過 30%的國家為德國（33.5%）、英國（32.3%）和日本（30.4%）。德國和英國、日本和法國國際合著率等于100%的研究領域占比均相對較大，均在60%以上，其中，英國較低，占比 50.7%，其次是德國，占比 60.0%。第五章 中國及科技發達國家的國際科研合作116圖 5-10四期中國及科技發達國家的國際合著率分布情況對比（c）2

250、0142019 年美國中國英國德國日本法國46.65.248.1比例/%100.080.060.040.020.00.065.326.88.064.930.04.238.157.779.43.617.07.736.056.389.078.885.883.752.162.05.1（b）20122017 年美國中國英國德國日本法國55.65.638.7比例/%100.080.060.040.020.00.058.431.510.162.15.332.76.245.148.785.03.311.76.939.253.987.773.882.581.253.956.4（a）20102015 年美國中國

251、英國德國日本法國88.84.255.76.06.748.444.938.37.051.156.332.016.96.637.1比例/%100.080.060.040.020.00.010.439.450.285.166.879.778.850.152.3（d）20162021 年美國中國英國德國日本法國45.63.750.7比例/%100.080.060.040.020.00.066.625.77.766.527.23.536.660.073.93.622.55.830.663.66.288.782.286.785.252.663.8國際合著率等于 100的研究領域比例/%無國際合著的研究領域

252、比例/%國際合著率介于 0 與 100間的研究領域比例/%全研究領域國際合著率均值/%國際合著率等于 100的研究領域比例/%無國際合著的研究領域比例/%國際合著率介于 0 與 100間的研究領域比例/%全研究領域國際合著率均值/%國際合著率等于 100的研究領域比例/%無國際合著的研究領域比例/%國際合著率介于 0 與 100間的研究領域比例/%全研究領域國際合著率均值/%國際合著率等于 100的研究領域比例/%無國際合著的研究領域比例/%國際合著率介于 0 與 100間的研究領域比例/%全研究領域國際合著率均值/%科學結構圖譜 2023117中國及科技發達國家的科學資助情況分析第六章06第

253、六章 中國及科技發達國家的科學資助情況分析118本章將科學資助和科學產出進行關聯分析。通過研究科學基金對 SCI 論文的資助情況，可視化地展現中國及科技發達國家科學資助的論文產出在科學結構圖譜上的分布，對比分析不同國家科學資助或同一國家不同資助機構在科學結構圖譜上的資助布局及資助力度，以期從一個側面了解各國政府資助機構的分工特點、科技實力和關注的未來科學發展的方向。本報告關注政府競爭性資助項目，即經費來自政府的基金類計劃、國家重大研發計劃及部委級別競爭性科技計劃資助的項目，不包括政府給予大學和科研機構的運行經費和政府投入非營利機構的少量經費的項目。因此，沒有統計以大學名義資助的論文和以社團形式

254、資助的論文。對于中國的統計，主要包括國家自然科學基金委員會（NSFC）、科技部牽頭的國家重點研發計劃，以及一些部委層面計劃資助的項目；美國的統計主要包括國家科學基金會（NSF）、國立衛生研究院（NIH）及部委的計劃。其他國家政府競爭性資助論文的統計都采取了上述原則。本章采用整體計數法計算國家的核心論文和資助論文數量。中國及科技發達國家的科學資助情況分析觀察中國：2016 2021 年，中國政府資助發表的核心論文覆蓋的研究領域占本國有核心論文的研究領域的比例排名升至世界首位，占比從 2010 2015 年的 75.9%上升到 85.9%。美國占比持續下降，從 2010 2015 年的 90.6%

255、下降到 2016 2021 年的 81.5%，排名第二。2016 2021 年，中國政府資助發表的核心論文數世界排名同樣升至首位，為14667 篇。排名第二的美國為 12180 篇。中國政府資助的核心論文數遠高于其他 4 個國科學結構圖譜 2023119家，是德國的 6 倍、英國的 3.9 倍、日本的 11 倍、法國的 13.1 倍，這與中國科研的進步、政府科研經費高投入有密不可分的關系。2016 2021 年，中國在新增研究領域中的資助覆蓋率排名第一，達到 85.3%。其他 5 個國家中，美國覆蓋率僅次于中國，為 72.5%；之后是英國占比 65.9%；其他國家占比區間為 20%60%。20

256、16 2021 年，中國政府資助機構資助覆蓋的研究領域數占本國發文研究領域比例排名第一，且四期占比持續升高，分別為 75.9%、80.3%、83.8%和 85.9%；美國四期占比持續減少，分別為 90.6%、88.9%、85.5%和 81.5%。一、政府資助的核心論文在科學結構圖譜上的分布從政府資助的核心論文覆蓋的研究領域占本國有核心論文的研究領域的比例上來看（表 6-1），四個時期，中國及科技發達國家的政府資助的研究領域數占本國有核心論文的研究領域的比例幾乎都接近或超過60%。2016 2021 年，中國政府資助的核心論文覆蓋的研究領域占本國有核心論文的研究領域的比例占比從 2010 201

257、5 年的75.9%上升到 85.9%，世界排名升至首位。美國占比持續下降，從 2010 2015 年的90.6%下降到 2016 2021 年的 81.5%，排名第二。2016 2021 年，除英國在 72%左右震蕩外，其余科技發達國家均出現不同程度的下降，其中法國占比已跌破 50%，僅剩49.8%。2016 2021 年，中國政府資助的核心論文數世界排名同樣升至首位，為 14667篇。排名第二的美國為 12180 篇。中國政府資助的核心論文數遠高于其他國家，是德國的 6 倍、英國的 3.9 倍、日本的 11 倍、法國的 13.1 倍，這與中國科研的進步、政府科研經費高投入有密不可分的關系。中

258、國政府資助的核心論文占發表核心論文的比例最高，達到 80.3%；其次是美國，為 54.6%；日本和英國占比也超過 40.0%，分別為 47.3%和41.6%。2016 2021 年，從新增研究領域（與前一期研究領域沒有重疊論文）的覆蓋率來第六章 中國及科技發達國家的科學資助情況分析120看，中國在新增研究領域中的資助覆蓋率排名第一，達到85.3%。美國覆蓋率僅次于中國，為 72.5%；之后是英國占比 65.9%；其他國家占比區間為 20%60%。表 6-1中國及科技發達國家政府資助的核心論文和覆蓋的研究領域統計情況2010 2015 年范圍（數量）統計類型美國中國德國英國日本法國全研究領域（1

259、084 個）發表論文研究領域（A）/個1 051723857901562746政府資助研究領域（B）/個952549564655373419（B/A）/%90.675.965.872.766.456.2發文總數/篇22 6967 1246 3337 4012 2814 071政府資助的核心論文總數/篇13 2745 3892 5182 7591 2241 144新增研究領域(87 個)發表論文研究領域（C）/個714240471827資助研究領域（D）/個5135181998（D/C）/%71.883.345.040.450.029.62012 2017 年范圍（數量）統計類型美國中國德國英國

260、日本法國全研究領域（1169 個）發表論文研究領域（A）/個1 126842869974596780政府資助研究領域（B）/個1 001676647724414454（B/A）/%88.980.374.574.369.558.2發文總數/篇23 1139 5046 4388 0662 4004 260政府資助的核心論文總數/篇13 1787 7332 8003 2311 3151 298新增研究領域(103 個)發表論文研究領域（C）/個875144601934資助研究領域（D）/個594020311413（D/C）/%67.878.445.551.773.738.2科學結構圖譜 202312

261、12014 2019 年范圍（數量）統計類型美國中國德國英國日本法國全研究領域（1333 個）發表論文研究領域（A）/個1 2631 0489551 070639826政府資助研究領域（B）/個1 080878623756423448（B/A）/%85.583.865.270.766.254.2發文總數/篇23 12914 8746 7488 8292 6144 327政府資助的核心論文總數/篇12 71112 3522 4713 4131 3371 126新增研究領域(150 個)發表論文研究領域（C）/個14712065973451資助研究領域（D）/個9310218371718（D/C）

262、/%63.385.027.738.150.035.32016 2021 年范圍（數量）統計類型美國中國德國英國日本法國全研究領域（1389 個）發表論文研究領域（A）/個1 3111 1479841 125685881政府資助研究領域（B）/個1 069985635837452439（B/A）/%81.585.964.574.466.049.8發文總數/篇22 31018 2556 6599 0522 8234 468政府資助的核心論文總數/篇12 18014 6672 4313 7681 3341 120新增研究領域(187 個)發表論文研究領域（C）/個153136901235484資助研

263、究領域（D）/個11111640812530（D/C）/%72.585.344.465.946.335.7注：發表論文研究領域，是指本國有核心論文的研究領域數量。政府資助研究領域，是指政府資助的核心論文覆蓋的研究領域。續表第六章 中國及科技發達國家的科學資助情況分析122圖 6-1 圖 6-4 顯示了中國及科技發達國家政府資助的核心論文在四期科學結構圖譜上的分布情況。各個國家政府資助產出的優勢領域在這四期總體上基本一致，研究領域的覆蓋率及數量略有增加。2016 2021 年，中國政府資助發文有顯著增加，仍主要集中在圖譜的上半部，其他資助方向發文量相對較少，尤其是“醫學”和“社會科學”方面較弱。

264、美國整體資助主要集中在圖譜的中下部，但在“可持續經濟與社會研究”“系統與控制”“能源與可持續工程”“催化”“電池和儲能材料”“太陽能和光電材料”“有機合成方法學”等研究領域群組資助發文量較少。英國相比德國政府資助覆蓋的學科范圍更廣，其沒有覆蓋的領域與美國基本一致。日本、法國政府資助的論文產出盡管數量與英、德相差較大，但覆蓋的學科范圍也比較全面?？茖W結構圖譜 2023123（e）日本（f）法國（c）德國（a）美國（d）英國（b）中國圖 6-1政府資助的核心論文在科學結構圖譜 2010 2015 上的分布注：中國、美國核心論文密度范圍相同，其他國家相同，圖 6-2 和圖 6-4 同此第六章 中國及

265、科技發達國家的科學資助情況分析124（a）美國（d）英國（b）中國（e）日本（c）德國（f）法國（d）英國圖 6-2政府資助的核心論文在科學結構圖譜 2012 2017 上的分布科學結構圖譜 2023125（c）德國（a）美國（e）日本（d）英國（b）中國（f）法國圖 6-3政府資助的核心論文在科學結構圖譜 2014 2019 上的分布第六章 中國及科技發達國家的科學資助情況分析126（c）德國（a）美國（e）日本（d）英國（b）中國（f）法國圖 6-4政府資助的核心論文在科學結構圖譜 2016 2021 上的分布科學結構圖譜 2023127二、政府資助機構資助核心論文分析中國國家自然科學基金

266、委員會(NSFC)與科技部牽頭的國家重點研發計劃、美國國家科學基金會(NSF)與美國國立衛生研究院（NIH）、德國科學基金會（DFG）、英國研究理事會（RCUK）、日本學術振興會（JSPS）與日本科學技術振興機構（JST）是這些重要國家的主要資助機構。表 6-2 顯示了四個時期這些重要國家中主要政府資助機構設立的科研項目資助發表核心論文情況。五國主要資助機構資助有發文的研究領域數占該國發文研究領域比例相對較高，均超過60%，其中，中國四期占比持續升高，分別為 75.9%、80.3%、83.8%和 85.9%；美國四期占比持續減少，分別為 90.6%、88.9%、85.5%和 81.5%；英 國

267、 為 72.7%、74.3%、70.7%和 74.4%；德國相對較少，占比為65.5%、74.5%、65.2%和 64.5%；日本與德國基本一致，占比為 66.4%、69.5%、66.2%和 66.0%。表 6-2四個時期中國及科技發達國家政府資助項目的核心論文產出統計20102015 年20122017 年20142019 年20162021 年中國研究領域數論文數中國研究領域數論文數中國研究領域數論文數中國研究領域數論文數發表論文7237124發表論文8429504發表論文104814874發表論文114718255資助5495389資助6767733資助87812352資助9851466

268、7NSFC4864635NSFC6026586NSFC80010907NSFC91812792973 計劃3251641973 計劃3641819國家重點研發計劃5282760國家重點研發計劃6333307NSFC 與973 同時資助2911442NSFC 與973 同時資助3331626NSFC 與國家重點研發計劃同時資助3581156NSFC 與國家重點研發計劃同時資助527223820102015 年20122017 年20142019 年20162021 年美國研究領域數論文數美國研究領域數論文數美國研究領域數論文數美國研究領域數論文數發表論文105122696 發表論文1126231

269、13發表論文126323129發表論文131122310資助95213274資助100113178資助108012711資助106912180第六章 中國及科技發達國家的科學資助情況分析12820102015 年20122017 年20142019 年20162021 年美國研究領域數論文數美國研究領域數論文數美國研究領域數論文數美國研究領域數論文數NSF6024817NSF6514733NSF6734493NSF6364125NIH6346715NIH6436520NIH6646716NIH6826834NSF 與NIH 同時資助262765NSF 與NIH 同時資助265743NSF 與

270、NIH同時資助248744NSF 與 NIH同時資助25274420102015 年20122017 年20142019 年20162021 年德國研究領域數論文數德國研究領域數論文數德國研究領域數論文數德國研究領域數論文數發表論文8576333發表論文8696438發表論文9556748發表論文9846659資助5642518資助6472800資助6232471資助6352431DFG4401647DFG4561640DFG4771711DFG477169120102015 年20122017 年20142019 年20162021 年英國研究領域數論文數英國研究領域數論文數英國研究領域數論

271、文數英國研究領域數論文數發表論文9017401發表論文9748066發表論文10708829發表論文11259052資助6552759資助7243231資助7563413資助8373768RUCK6212346RUCK6432504RUCK6822722RUCK775326320102015 年20122017 年20142019 年20162021 年日本研究領域數論文數日本研究領域數論文數日本研究領域數論文數日本研究領域數論文數發表論文5622281發表論文5962400發表論文6392614發表論文6852823資助3731224資助4141315資助4231337資助4521334JS

272、PS234577JSPS254654JSPS269778JSPS340929JST108198JST111205JST116238JST109232JSPS 與JST 同時資助4559JSPS 與JST 同時資助6080JSPS 與 JST同時資助70134JSPS 與 JST同時資助78152續表注：國家重點研發計劃，是由原國家重點基礎研究發展計劃(973 計劃)國家高技術研究發展計劃(863 計劃)國家科技支撐計劃等整合形成的。研究方法與數據第七章07第七章 研究方法與數據130研究方法與數據 科學結構圖譜的主體分析單元是熱點研究領域，它通過對高被引論文的同被引關系聚類產生。本期科學結構圖

273、譜的構建原理與往期一樣，首先對高被引論文的同被引關系進行聚類分析，產生若干“研究領域”；其次根據各個研究領域間的關聯關系降維計算其相對位置并可視化布局。從科學結構圖譜2021開始對聚類和可視化方法進行了改進。人工智能與深度學習的快速發展，為自然語言處理、網絡分析等提供了新的方法與思路。本期報告使用深度學習算法改進原有科學結構方法中的網絡聚類及可視化算法，使聚類結果更加均勻、準確，揭示更細致的科學結構；改進算法支持更大量的數據可視化，在可視化細節揭示效果上也有較大提升。在聚類和可視化構建了研究領域的布局后，通過文本分析對研究領域中論文的題目和摘要抽取特征詞以標識各個研究領域的內容，由科技情報研究

274、人員或專業領域人員審核研究領域命名；結合研究領域布局熱力圖，由科技情報研究人員審核以確定研究領域群的名稱并在圖中標識。一、利用深度學習模型基于同被引關系確定研究領域同被引指一組論文共同被其他論文引用，當該組論文同時被引用的次數逐漸增加時，它們之間的內在關聯就不斷加強。同被引關系可以反映在學科分類、發表期刊、作者機構、研究項目等方面看似毫無關聯的該組論文可能存在著某種關系。同被引現象是作者自發的引用行為，反映了科學研究內容和科學研究活動的聚合關系，可以超越傳統的學科分類限制，反映了科學研究內容的自組織與科學結構。本報告沿用二層同被引聚類法，在研究領域的聚類中使用深度學習模型改進了網絡結構特征抽取

275、，并選擇了更符合本報告數據特征的聚類算法。第一層的聚類結果研究前沿，取自 ESI 于 2022 年 3 月發布的研究前沿，共 12 610 個，其中包含 56 278 篇科學結構圖譜 2023131高被引論文。施引論文集選自 SCI 和社會科學引文索引（SSCI），論文發表時間范圍為2016 2021 年。通過二次同被引聚類，形成 1389 個研究領域，其中包含 12 140 個研究前沿，54 447 篇高被引論文（核心論文）。改進聚類方法后，盡量不篩除研究前沿中的論文?？茖W論文間的引用反映了科學研究的動態交互。同被引是指一組論文同時被其他論文引用，如圖 7-1 所示，論文 A、B、C 同時被

276、論文 1、2、3 引用。如果論文 A、B、C頻繁同被引，可以推測它們擁有相同或相近的研究主題。使用同被引的方法，計算高被引論文兩兩之間的同被引關系，并根據同被引關系對高被引論文進行聚類形成若干論文簇，稱為“研究前沿”；在此基礎上利用同被引關系對上述研究前沿再次聚類，得到的若干論文簇，稱為“研究領域”。高被引論文、研究前沿及研究領域之間的關系如圖 7-2 所示。圖 7-1通過同被引分析確定研究領域圖 7-2高被引論文、研究前沿、研究領域的關系A、B、C 為核心論文有相同或相近研究主題的文章第七章 研究方法與數據132圖 7-3使用改進單鏈接聚類算法的科學結構圖譜 2010 2015 研究領域分布

277、原 科 學 結 構 算 法（科 學 結 構 圖 譜2017及以前）采用改進的單鏈接聚類算法對 ESI 研究前沿的同被引關系網絡進行聚類形成若干個研究領域，屬于基于網絡社團劃分的聚類法。ESI 研究前沿的同被引網絡包含了上萬節點與上百萬的關聯關系，具有十分復雜的隱性高維關系，在進行社團劃分聚類與可視化時都有較高的技術難度和較大的運算代價，因此處理的數據量有一定限制；并且聚類形成的研究領域內包含的論文數量分布很不均衡，即有的研究領域包含大量的論文，但有的研究領域包含的論文卻非常少?？茖W結構圖譜 2010 2015 使用單鏈接聚類會形成 1368 個聚類（研究領域），對每個聚類中的論文量進行統計，分

278、布情況見圖7-3：50 篇及以上論文的研究領域有 136 個，占全部研究領域的8.6%，包含17 211篇論文，論文占比（研究領域包含的論文與研究前沿包含的全部總論文之比，以下同）47%，接近一半；其他 85%以上的研究領域，論文量小于 35 篇，只包含了 40%左右的論文。從分布可以明顯看出聚類形成的研究領域內包含論文量很不均勻，少數研究領域包含的論文量非常大，最多的一個研究領域有 685 篇論文。而多數研究領域被切分的比較細碎。過去因為可視化工具和計算能力的限制，科學結構圖譜 2010 2015 中的研究領域只保留了 202 個類內包含 6 個研究前沿以上的聚類，有超過 40%的高被引論文

279、未被研究領域納入，從而可能造成前沿研究成果在分析中缺失，這也是本課題組不斷嘗試新的網絡聚類算法的初衷。個個個科學結構圖譜 2023133研究組嘗試用科學計量界社團劃分聚類的最新研究成果 Leiden 算法對 2010 2015年研究前沿進行聚類，產生的研究領域中的論文量分布如圖 7-4 所示。研究領域包含的論文量差異更加明顯，最大的一個類中包含1248 篇論文。50 篇及以上論文的研究領域為了改善上文提到的聚類問題，進一步提高研究領域聚類的準確性，本報告不使用有 201 個，論文占比 70.2%，16.7%的研究領域包含了 70.2%的論文。小于 35 篇論文的研究領域占全部研究領域的 77.

280、1%，卻僅僅包含了 23.1%的論文。由此可見，無論是改進單鏈接聚類還是 Leiden 算法都存在聚類簇包含樣本數量分布不均勻的問題。針對網絡結構的聚類方法，而采用基于深度學習的網絡嵌入模型結合機器學習聚類算圖 7-4使用 Leiden 算法聚類的科學結構圖譜 2010 2015 研究領域分布 GroverA,LeskovecJ.Node2vec:scalablefeaturelearningfornetworks/Proceedingsofthe22ndACMSIGKDDInternationalConferenceonKnowledgeDiscoveryandDataMining.SanF

281、rancisco,2016:855-864.第七章 研究方法與數據134圖 7-6 為使用新方法重新聚類的科學結構圖譜 2010 2015 的研究領域中的論文量的分布。50 篇及以上論文的研究領域有326 個，占全部研究領域的 30%，論文占比61.2%，最大的研究領域只包含 264 篇論文；少于 35 篇論文的研究領域占全部研究領域的55.4%，論文占比只有 24.3%左右。對比直接使用社團劃分聚類，新方法的聚類分布更加均勻、準確，可揭示更為細致的科學結構。通過人工判讀發現，兩種網絡聚類方法中較多規模大的研究領域明顯包含多個不同的研究內容，應該被拆分成幾個不同的聚類簇，而某些小類也應該進行合

282、并。新方法聚類的準確有了明顯的提高，規模大的研究領域中研究內容更聚焦，也明顯減少了細碎重復的小型研究領域。圖 7-5利用深度學習模型劃分熱點研究領域流程法（圖 7-5）。首先通過網絡嵌入模型發現ESI 研究前沿的同被引網絡中的節點與鏈接之間的復雜關系，學習每個研究前沿隱含的高維特征，將網絡中節點轉換成空間特征向量的形式。通過降維分析轉換的研究前沿空間特征向量，發現研究前沿在空間中分布很不均勻，存在明顯的離群點。鑒于多數聚類算法為硬聚類，離群點會干擾聚類算法的準確性，因此在聚類前，先利用離群點探測模型去掉了 294 個在空間中明顯離群的研究前沿，使聚類之間的輪廓更為清晰。最后再通過經典機器學習凝

283、聚層次聚類（agglomerative hierarchical clustering）算法劃分研究領域，凝聚層次聚類能更好地適應不同密度與尺度分布下的聚類，一定程度上避免了“硬切分類”的現象，從而達到比往期更好的聚類效果?？茖W結構圖譜 2023135圖 7-6基于深度學習劃分研究領域的分布圖二、科學結構圖譜可視化本報告采用熱力圖來展現科學結構中研究領域的布局，熱力圖使用核密度函數表示每個研究領域在二維空間上的密度分布。該圖如同一幅群島圖，藍色的海洋表示沒有論文分布；島嶼上山峰越高顏色越暖，山峰的高度與論文的相對數量和關聯度相關，關聯度與科學家對論文的同被引強度成正比。山峰密度越高，說明越多的

284、科學家共同關注該科學問題，即是一個研究熱點。前幾期的科學結構圖譜采用重力模型算法通過研究領域之間的相互關系確定各個研究領域在二維空間中的布局位置。原有模型在處理大量數據時布局穩定較差、局部細節揭示能力較弱。本期采用了高維數據可視化算法中最常用、效果較穩定的流形學習降維算法t 分布隨機鄰域嵌入（t-distributed stochastic neighbor embedding，t-SNE）。首先，將研究前沿的同被引關系網絡轉換成第七章 研究方法與數據136三、科學結構演變軌跡研究領域的演變可以歸納為新增、消失、分化、融合、延續五種模式，但是在知識的演變過程中，分化和融合具有相互轉化、相互滲透

285、的辯證統一關系，融合往往意味著另一種形式的分化，再精細的分化也總是伴隨著不同學科知識的交叉和融合，由此形成了一種演變模式綜合交錯的演變路徑。本報告采用圖 7-7 所示的演變軌跡流圖展現研究領域的演變路徑。圖中圓圈代表研究領域，為了顯示清晰，圖中展示了三期科學結構圖譜的研究領域演變軌跡，從左到右分別表示“科學結構圖譜 2010 2015”“科學結構圖譜 2012 2017”“科學結構圖譜2014 2019”。圓圈的面積與所代表研究領域核心論文數成正比。圓圈右方對該研究領域進行了標識和描述：括號內數字代表研究領域中的核心論文數，括號后面的數字代表研究領域的 ID，冒號后面跟著的是研究領域所屬的研究

286、領域群；破折號后面是研究領域的特征詞。圓圈之間的連線表示研究領域之間有論文重疊，紅色連線代表重疊度在 0.2及以上，灰色連線代表重疊度在 0.2 以下，線條粗細和重疊度大小成正比。圓圈的顏色根據中國在各個研究領域的份額確定，藍色：0%；綠色：(0%,1%)；黃色：1%,3%)；橙色：3%,7%)；紫色：7%,12%)；紅色：12%,100%。高維特征向量，然后利用 t-SNE 算法映射到二維空間中，獲得各個研究前沿的位置布局（坐標）。其次，在獲得位置布局后，采用核密度表示研究前沿在二維空間上的密度分布。相比以前的科學結構圖譜，本期可視化方法在保證大樣本整體布局穩定的情況下，揭示了更多的局部特征

287、，不僅不同學科研究領域在圖譜中有各自清晰的區域，而且在學科領域內部子領域也出現了聚集效果，子領域之間呈現出明顯的輪廓。ChenT,LiGP,DengQP,WangXM.Usingnetworkembeddingtoobtainaricherandmorestablenetworklayoutforalargescalebibliometricnetwork.JournalofDataandInformationScience,2021,6(1):154-177.科學結構圖譜 2023137圖 7-7研究領域演變軌跡流圖 7-8研究領域的重疊研究領域的演變關系基于兩個時期科學結構共同時間窗內（4

288、 年）的重疊度（重疊論文），重疊論文越多，表明研究領域之間的繼承關系越強。如圖 7-8 所示，在公共時間窗口，前一期科學結構圖譜中的研究領域P 有核心論文 NP，后一期科學結構圖譜中的研究領域 Q 有核心論文 NQ，兩個研究領域有共同的核心論文 NPQ，定義兩個研究領域的重疊度為然后根據不同時期研究領域的重疊度對研究領域進行聚類，聚在一起的研究領域形成若干個演變軌跡流前一期科學結構圖譜研究領域P后一期科學結構圖譜研究領域Q第七章 研究方法與數據138四、研究領域學科交叉性度量學科間的相互交叉和滲透是當今大科學時代的一大特征。嚴格來說，每個研究領域很難完全屬于單一學科，普遍具有學科多樣性。出于延

289、續性和簡單實用性的考慮，本報告保留了科學結構地圖 2009中對研究領域所屬學科的判定規則，即只要有一個學科的核心論文比例大于 60%，那么該研究領域就屬于該學科，否則，屬于交叉學科。在此基礎上，受生態學中第三代測度生物多樣化的倫斯特和科博爾德（Leinster-Cobbold）指標的啟發，本報告引入了第三代學科多樣性2DS指標，測度每個研究領域的學科交叉程度。Leinster-Cobbold 指標公式如下：本報告參考2DS指標，選擇q=2，計算每個研究領域的學科交叉性：首先，計算每篇論文的學科交叉性。其中，pi是學科類別 i 的占比，通過論文的參考文獻計算，i 為參考文獻中第 i 個學科，n

290、為參考文獻中總的學科數。s=(sij)是所有學科領域（基于 ESI 22 個學科）間的同被引關系相似性矩陣。其次，平均研究領域中所有論文的學科交叉性，即為研究領域的學科交叉性。學科領域相似度矩陣由于利用全庫數據，變化不大，采用上一期科學結構圖譜的計算結果。LeinsterT,CobboldCA.Measuringdiversity:theimportanceofspeciessimilarity.Ecology,2012，93(3)：477-489.ZhangL,RousseauR,GlnzelW.Diversityofreferencesasanindicatoroftheinterdisc

291、iplinarityofjournals:takingsimilaritybetweensubjectfieldsintoaccount.JournaloftheAssociationforInformationScienceandTechnology,2016，67(5):1257-1265.科學結構圖譜 2023139五、數據說明科學結構指研究領域的構成及研究領域間的關系，反映了科學研究的整體結構?？茖W結構圖譜是一系列描述科學結構的可視化圖，直觀地反映了世界科學研究領域的關聯關系以及演化進程?？茖W結構圖譜使用的高被引論文和研究前沿取自科睿唯安公司的ESI數據庫，其時間跨度是 6 年。引用核

292、心高被引論文的施引論文集合選自 SCI 和 SSCI。本期研究前沿選取 2022 年 3 月公布的 2016 年1 月至 2021 年 12 月的數據。本 報 告 按 照 新 方 法 重 新 制 作 了2008 2013 年、2010 2015 年兩期的科學結構圖譜，表 7-1 顯示了五期科學結構圖譜中ESI研究前沿、高被引論文的數量及選取、覆蓋時間。連續兩期科學結構圖譜的核心論文時間間隔為2年，重疊4年。需要說明的是，雖然兩個時期科學結構圖譜的時間窗有重疊部分，但由于 ESI 數據庫中不同時期高被引論文遴選閾值不同，兩個時期科學結構圖譜在重疊窗口內的高被引論文不完全相同。表 7-1五期科學結

293、構圖譜使用數據說明時期2008 2013年2010 2015年2012 2017年2014 2019年2016 2021年研究前沿層選取時間2014 年 7 月2016 年 3 月2018 年 3 月2020 年 3 月2022 年 3 月研究前沿數/個9 1509 54610 22311 62612 610高被引論文數/篇43 35445 65747 88952 58954 447表 7-2 顯示了五期科學結構圖譜中研究前沿在 ESI 的 22 個學科中的分布情況。與2014 2019 年相比，2016 2021 年除分子生物學與遺傳學下降 2.6%、跨學科科學數量沒有變化外，其余學科研究前

294、沿數量均出現不同程度的增長。其中，計算機科學、工程學的研究前沿增長量達到 30%以上；微生物學、環境/生態學的研究前沿增長量在20%以上；精神病學/心理學、植物學與動物學、社會科學相關的研究前沿數量變化不大。2016 2021 年與生命科學相關的包括生物與生物化學、臨床醫學、免疫學、微生物學、分子生物學與遺傳學、神經科學與行為科學、精神病學/心理學、藥理學與毒理學、植物學與動物學在內的 9 個學科共有 5823 個研究前沿，占 46.2%。這反映了 SCI 數據庫的學科結構不夠均衡，來源期刊中生物醫學類占較大比例。以上 SCI 和 ESI 所收錄的期刊和學科范圍會影響科學結構圖譜所反映的世界科

295、學研究的布局。第七章 研究方法與數據140表 7-2ESI 的 22 個學科的研究前沿數ESI 的 22 個學科 2008 2013 年 2010 2015 年 2012 2017 年 2014 2019 年 2016 2021 年農業科學372389367472547生物與生物化學86389197410241081化學13701497156617701876臨床醫學21512202242626972930計算機科學385374430550724經濟與商業211226263320371工程學10191090128017432289環境/生態學523518585784965地球科學393428450575663免疫學262266313312337材料科學77990897311851343數學376387391449530微生物學225260252262331分子生物學與遺傳學557594656723704跨學科科學6337505555神經科學與行為科學528529548583626藥理學與毒理學372435445516572物理學10671038103210461136植物學與動物學694683728746776精神病學/心理學401410430508522社會科學83688793710921145空間科學135134138129141