知识图谱视角下近十年气候变化经济影响研究进展和前沿

宋玉 潘志华 龙步菊 伦飞 黄娜 王琦 杨英达 葛禹铭 葛伊娟

（1 中国农业大学资源与环境学院，北京 100193；2 中国农业大学土地科学与技术学院，北京 100193）

0 引言

气候变暖带来的全球挑战不断加剧，在减排前景复杂的国际环境下，评估气候变化造成的经济影响，采取适合区域发展的适应措施以应对未来气候挑战，一直以来是气候变化科学研究的热点[1-3]。其中，对气候变化影响的社会经济成本和气候变化适应路径成效（Climate Change Costs and Adaptation Pathways）的经济分析，是气候变化研究的核心内容之一。

近10年来，国内外对气候变化经济影响的内涵、过程、评估对象、体系、应对策略与实践等方面进行了广泛的研究和探讨。以货币内涵角度划分的气候变化经济影响可以分为两个基本类别：直接经济损失和间接经济损失[4-5]。直接经济损失一般指升温、气候事件带来的直接货币损失，包括市场损失如经济增长能力、资产、建筑物、货物和服务损失，以及非市场损失如健康受损、生命损失等[6-7]。间接经济损失指受到直接经济损失影响，其他产业部门和经济整体由于货物、服务和业务中断等造成的经济损失[8]。其中直接经济损失通过损失边际成本和损失函数等形式计算[9]，间接经济损失则往往通过气候变化评估模型（IAMs）进行估算[10]。以气候变化影响过程划分包括升温情景的经济预测[11]和不同极端天气气候事件的经济影响评估，其中极端天气气候事件包括极端降水、高温热浪和复合极端事件等[12-13]。另外以评估对象进行划分，气候变化经济影响研究则广泛涵盖了对农、林，以及不同工业、服务业，劳动力分布等的经济影响[14-16]。除此之外，根据研究体系和对应措施，气候变化经济影响研究涵盖了社会经济系统应对气候变化能力的一系列研究，主要包括风险管理、脆弱性、适应性、可持续发展等方面的研究[17-18]。由此可见，气候变化经济影响研究领域涵盖的研究范围广泛，且与多学科存在交叉。

由于气候变化经济影响研究范围广泛，几十年来该领域积累了大量研究基础，因此使用文献计量方法梳理该领域发展脉络，分析研究热点，对我国寻求研究突破以加强气候变化领域的国际话语权尤为重要。刘丽等[19]基于1995—2014年间该领域发表的10781篇文献对领域整体发展和各国发展概况进行了总体分析。由于该领域发表的文献量大，使用计量方法揭示领域发展规律存在一定挑战，在分析时需要通过选择合理的研究周期对文献的数量进行控制。近年来气候变化经济影响领域发文量的持续迅速增长，同时2015年气候变化大会《巴黎协定》对全球绿色、低碳、可持续发展的积极倡导，这使得近年来气候变化经济影响研究对象和潜在热点都可能产生了一定变化。因此，为避免与前人研究重复，同时把握近年来的研究趋势发展和热点演化，我们选取自2010年起气候变化经济影响领域发表于WOS的15981篇文献进行分析。在此背景下，为了更加全面地了解和把握国内外气候变化经济影响的研究现状和热点，本文运用知识图谱方法，对该领域的相关文献进行以定量分析为主、定性分析为辅的可视化文献计量研究。通过分析该领域文献的年代分布和主题分类，解析研究热点的动态演进和发展趋势。本研究为把握气候变化经济研究热点和脉络，明确发展趋势，促进我国气候变化经济影响评估体系的建立及探索新的研究方向提供了支持。

1 研究方法

1.1 数据来源

选取Web of Science（WOS）作为文献检索平台，在高级检索中选择Web of Science核心合集，专业检索式为：TS=(("climate change" OR "global warming") AND (impact OR damage OR loss OR influence) AND (economic))，检索时段设置为2010年1月1日—2021年5月29日，在剔除标题明显无关的文献后，得到15981篇与主题相关的文献作为研究样本，将所有文献导出为纯文本txt格式，以备后续分析。

1.2 数据处理

1.2.1 软件

目前用于知识图谱研究的软件较多，需根据研究目的选择合适的分析工具。本文结合多种文献计量软件，基于共词分析（Co-word analysis），以关键词共现为基础对气候变化经济影响领域2010年以来发表于WOS核心合集的文献进行梳理，使用软件包括Co-Occurrence（简称COOC），VOSviewer以及CiteSpace。其中COOC为学术点滴团队开发的文献计量综合分析软件，综合了数据清洗，共现矩阵分析、样本聚类和多种矩阵处理方法，具有功能多样、操作简便等一系列优点，在文献计量研究领域具有很高的应用前景[20]。VOSviewer由荷兰莱顿大学发布[21]，在共现聚类和图谱展示上具有一定优势，是文献计量可视化图谱的重要绘制工具之一，常与其他软件搭配使用[22]。CiteSpace为美国德雷克塞大学陈超美博士开发的开放式可视化软件[23]，在文献计量和知识图谱绘制研究中应用广泛，常用于识别和显示研究热点的演进和发展趋势，在研究时序演进可视化处理方面具有广泛的应用[24-25]，与前面的两种软件形成了良好的互补。根据不同的数据处理需要，我们组合使用以上3种软件，共同完成本文的数据处理与可视化分析。

1.2.2 数据预处理

在对文献分析前，需要对文本进行预处理，完成文本的清洗和去重等工作。首先对文本进行数据清洗，如Climate Change在关键词的表述中包括Global Warming；Climate-Change；Climatic Change；Climate Changes；Global Climate Change等不同表述方式，导致存在诸如同义词、连字符连接或者单复数等同义但不同形式的词组单元。同义词会影响Climate Change这个共同语义的统计频次。因此需要对同义词进行筛选和合并。之后筛除无清晰语义指向词语，如Climate、Impacts等，完成文本的清洗。文本清洗后对文本进行文献去重处理。文本清洗和去重使用COOC6.725完成。

1.2.3 数据分析

本文所使用的文献计量方法主要基于共词分析。词的共现（Co-occurrence）指在文档中同时出现的两个或多个词。共现反映了词之间的相似程度或固定搭配[25]。基于假设论文的关键词经过作者精心挑选，论文关键词能够揭示文献的研究内容，反映文献的研究主题[26]。以此为基础，关键词的共现关系可以揭示研究领域内的关键研究主题和特征。因此，后续数据分析主要针对论文的关键词。

主题聚类分析：基于关键词的共现关系，可通过聚类分析把关联密切的关键词聚集在一起形成不同的类别，以此分析某一领域下的主题分类[27]。本文使用COOC选取高频关键词，选择样本内频次大于50的关键词（共102个），计算高频关键词间共现关系，并绘制词云图。之后使用VOSviewer1.6.16对高频关键词的共现矩阵进行VOS聚类分析[28]，选取直线/模块化（LinLog/modularity）标准布局[21]，采用网络连接图展示聚类结果，对气候变化经济影响领域的重要研究主题进行分析。

热点演进分析：时序图（Timeline Plot）以共现分析为基础，通过研究热点间的联系及其时空分布，展示热点的演进趋势[25]。本文使用CiteSpace5.7.R2分析关键词，在CiteSpace操作界面中，时间设置为2010—2021年，时区间隔为1。节点类型选择关键词，TopN保持默认值50。由于样本内文献数量多，为了使可视化结果更加直观，结构更清晰合理，选取pathfinder和sliced network进行修剪。同时每种类别下设置展示的关键词数量为1。通过关键词的时序图演进对领域内主题发展趋势展开分析。

前沿热点分析：突显（Burstness）指一定时段内引用或关键词使用频次出现大幅变化的情况，通过突显分析（Burst Detection）可观察共引或关键词的衰落或兴起，探测领域内的新兴热点或者分析领域内较为分散出现的跃迁[29]。CiteSpace基于Kleinberg 突变检测法，提供了系统的突显分析工具，可用于检索研究前沿的热点词汇[30]。因此我们使用CiteSpace对气候变化经济影响研究中出现的突显词进行探测，并选取突显强度最高的20个关键词对前沿热点进行分析。

2 结果

2.1 发文量时间分布

某一研究领域的发文数量与时间分布，反映了该领域的研究进程和现状，揭示了其研究发展的总体趋势[31]。图1中统计了气候变化经济影响领域2010年以来的论文发表情况，其中由于2021年只统计到当年的5月发文量，因此未在图中显示。从图1中可以看出，气候变化经济影响领域的发文量呈现比较稳定的逐年递增的趋势，表明气候变化经济影响研究处于良性发展中，持续吸引越来越多的研究关注。

图1 气候变化经济影响领域2010—2020年度文章出版量、出版累积量与年份分布 Fig. 1 The annual publication output, accumulated output and year distribution in the field of the economic impact of climate change during 2010－2020

2.2 研究主题聚类

关键词共现反映了关键词之间的相似程度或是固定搭配[25]，可揭示研究领域的重要主题和研究特征。图2分别展示了高频关键词的分布图（图2a）及基于关键词共现关系的主题聚类（图2b）。图2a中不同字体大小代表该关键词的频次。

图2b根据关键词的共现关系，将除Climate Change外的101个高频关键词按VOS聚类为6个不同主题。图 2b中不同颜色代表了聚类的类别，相同颜色表示同一主题，节点的大小代表关键词的频次高低，节点之间的连线粗细程度代表了关键词之间联系的强弱。表1中列出了各聚类主题下频率最高的8个关键词。根据各类别中关键词的语义联系，结合文献内容，气候变化经济影响中根据高频关键词共现聚类的6个重要研究主题归纳总结如下。

表1 气候变化经济影响领域聚类主题前8高频关键词 Table 1 The top 8 high-frequency keywords for main topic clustering in the field of the economic impact of climate change

图2 气候变化经济影响领域高频关键词分布及其VOS聚类 （a）词云分布图（b）聚类网络图 Fig. 2 Distribution of high-frequency keywords and VOS clustering in the field of the economic impact of climate change (a) the work-cloud visualization, (b) the co-occurrence network visualization

主题1，气候变化下减排和可持续发展（Emissions and Sustainable Development）。该类别包含的研究内容比较宽泛，主要包括空气污染、节能减排、循环经济、能源利用、环境评价，以及城市化的经济影响，还包括了减排和可持续发展的一些常用研究方法，如一般均衡模型、综合评估模型、生命周期评估等。此外关键词“中国”为此类别中出现频率前4的关键词，表示我国关于气候变化经济影响的许多研究集中在减排和可持续发展这一类别中。

主题2，气候变化下适应与风险管理（Adaptation and Risk Management）。主要包括气候变化下极端天气和灾害相关的经济影响研究，灾害类型主要包括洪水、干旱和其他自然灾害，以及海平面上升等。此外该主题下还包括了系统的脆弱性、适应能力以及不确定性的评估等。研究方法主要有危险评估、遥感和GIS、成本收益分析等。

主题3，气候变化下气候公平与发展（Climate Equity and Development）。主要包括发展中国家气候公平、贫困、健康与地区经济发展之间的关系，以及这些地区可持续发展目标的实现等研究。典型研究地区如印度、巴基斯坦。

主题4，气候变化下资源管理——土地利用、能源作物、林业与生态系统（Resources-Land Use, Forestry, Ecosystem and Global Change）。主要包括气候变化下土地利用、能源作物、林业、生物量、碳固存、生物多样性和物种分布等生态资源相关的经济影响和管理研究。典型的研究区域如欧洲。

主题5，气候变化下资源管理——渔业及生计（Resources-Fishery and Livelihoods）。主要包括气候变化对水产养殖业、渔业等自然资源的经济影响研究，以及对旅游业、生活模式和政府管理的影响研究等。

主题6，气候变化下资源管理——农业和水安全（Resources-Agriculture and Water）。主要包括气候变化对农业、食品加工业，以及灌溉、地下水等用水资源的经济影响研究。

将2010年以来WOS核心合集中包含高频关键词的气候变化经济影响文献按以上6个研究主题进行划分时，主题1～主题6分别包含文献3229篇，2813篇，859篇、1600篇、846篇和921篇。不包含高频关键词的文献未统计在此列表中。

2.3 热点演进趋势分析

时序图主要展示了节点（关键词）间的联系及其随时间的变化，显示了论文关键词间的相互影响和更新，展示了知识域随时间的演化过程[32]。使用CiteSpace中的时序图揭示2010年以来WOS核心合集气候变化经济影响研究中共现关键词随时间的变化，以了解研究热点随时间的演进发展，结果见图3。图3中节点大小代表关键词出现的频次，连线表示关键词之间的联系。由于图中出现的热点关键词较多，结合2.2节中的主题聚类，根据关键词的主题和联系进行了分类和梳理。

图3 气候变化经济影响领域基于关键词共现的研究热点时序演进 Fig. 3 A timeline visualization of the keywords co-occurrence network for hot spot migration in the field of the economic impact of climate change

CiteSpace以Q值（Modularity）和S值（Silhouette）作为评价网络结构和聚类效果的绘图标准。其中Q>0.3表示社区结构显著，S>0.5表示聚类效果合理。本文中Q=0.4237，S=0.7154，时序网络符合结构标准。

从图3中可以看出，2010年的重要关键词在后续年份的研究中都有良好发展，主题的延续性高，关键词间的交叉性和联系多。具体来看，自2010年起的本研究区间初始期，气候变化经济影响研究包括了高频次关键词生命周期评估（Life Cycle Assessment）、生态系统服务（Ecosystem Service）、新能源（Renewable Energy）、二氧化碳排放（Carbon Emission）、 可持续发展（Sustainable Development）、减排（Mitigation）、中国（China）和模型（Modeling）。在2.2节中主要属于主题1气候变化下减排和可持续发展中。2010年以后这些初始高频关键词的关联内容得到了迅速发展，在后续研究中与这些关键词相关的主题有很好的延续。对2011年后关键词的类型分析显示，2011年后的研究热点演替主要呈现两条发展路径：研究对象的不断扩展以及研究方法或解决方案的不断探索，两者呈一定程度上的交叉交替发展趋势。根据两个方向占各年热点中的比重，可以2016年为分界，将该领域研究区分为2011—2016年对象扩展期，2017—2021年方法方案探索期两个研究阶段。其中2011—2016年研究对象扩展期主要针对不同对象的气候变化经济影响及其需求与消费情况展开研究；而2017—2021年方法方案探索期在研究热点上倾向跨学科多目标研究方法和评估方法的引入，以及气候变化经济影响缓解技术和解决方案的研究。下面结合热点关键词演进对两个阶段进行具体分析。

2011—2016年对象扩展期。根据研究对象变化，其可分为两个阶段，2015年以前，气候变化经济影响研究重点关注碳排放（Carbon footprint 2011Carbon leakage 2012）、能源（Energy consumption 2011Energy policy 2011 Energy use 2012Hydropower 2014Energy demand 2015Boigas 2015）和水资源（Groundwater 2011Water quality 2012Water security 2013）等资源需求与消费的情况。但随着2015年污染（Pollution 2015）和冰川（Glacier 2015）进入研究热点，此后气候变化经济影响研究中经济和环境可持续发展的相关热点不断增加。如生态环境（Environmental sustainability 2011Biodiversity 2012Mangrove 2012Biological invasion 2016Ecology 2016Environmental kuznets cruve 2016Habitat 2016）、循环经济（Recycling 2014）和可持续发展（Social-ecological system 2012Sustainable development goal 2016）等在热点关键词中的比重不断增加。此阶段也包括研究对象向其他社会经济方面的扩展，如城市（City 2013）、健康（Health 2012）、交通（Transportation 2015Electric vehicle 2016）、农业畜牧业（Dairy farming 2014）等。还包括一些社会经济系统评价方法（Economic valuation 2013Economic analysis 2013CGE 2014 Damage function 2015）和其他评估对象或方法的研究（Exposure 2013Sensitivity 2013 Indicator 2013Innovation 2014Trend 2014Narrative 2014Discourse 2015）。

随着热点在研究对象上从碳排放等向经济环境可持续发展的转化，自2017年起，研究热点进一步转移到方法和方案上。2017—2021年进入研究方法和解决方案的迅速扩展期，具体包括针对不同研究对象的气候变化经济影响缓解或适应方案，以及通过交叉学科引入气候变化经济影响的新评估方法或研究方法的探究。

首先在传统研究对象上，碳排放（E n e r g y transition 2017Hydrogen 2021）、水资源（Rainwater harvesting 2017Water use efficiency 2018Desalination 2020）等从之前对资源的需求消费转向对相关解决方案的关注。农业（Climate smart agriculture 2021Pig 2021）、城市（Green infrastructure 2017Urban planning 2018）、健康（Mental health 2020Covid-19_2020Lockdown 2021）、循环经济（Circular economy 2017）、环境和经济可持续发展（Transformation 2018Naturebased solution 2019Sustainable 2020Trade openness 2020Financial development 2020Ecological footprint 2020Nature resource 2020Mountain 2021）在研究对象和解决方案上均得到进一步发展。

其次，在社会经济评估和研究方法上，原有经济评估进一步发展（Economic value 2019Economic cost 2019）。同时跨学科的环境经济可持续评估（Environmental accounting 2019Input-output model 2019Contingent valuation 2019Vulnerability index 2020）和多学科复合经济分析和技术方法得到极大发展（Maxent 2017LMDI 2017Principal component analysis 2017Agent-based model 2018Muti-criteria decision analysis 2018Techno-economic analysis 2018）。此外，与新兴学科的交叉技术融合也得到重视（Bibliometric analysis 2019Machine learning 2019Random forest 2020Artificial intelligence 2020）。

除按照研究对象和方法方案划分外，还有部分热点关键词由于在时间上发展连贯，不能按照以上原则进行划分。这些关键词主要包括在2.2中主题2气候变化下适应与风险管理和主题3气候变化下气候公平与发展中。相关研究热点分别为：灾害和极端天气（Extreme event 2011Heat stress 2013Heat wave 2015Flood risk management 2015Risk perception 2016Disaster risk reduction 2016Flood damage 2018SPEI 2021），以及气候公平（Poverty 2011Perception 2012Gender 2014Inequality 2015Stakeholder 2016Small island 2017Ethics 2017Wellbeing 2018）。

2.4 前沿热点分析

前沿热点研究中常用的研究方法为突显分析（Burst Detection）。突显分析主要根据一定时段内某一关键词频次的较大变幅来反映研究中衍生的新兴热点或者研究中较为分散的内容跃迁[28]。本文采用突显分析对2010年以来WOS核心合集气候变化经济影响领域相关文献的关键词衰落或兴起进行分析，以分析气候变化经济影响中的前沿变化。

从图4可以看到，突显强度最高的前20个关键词中，12个关键词出现在2017年以前，8个关键词出现在2017年以后，即2017年以后出现的前沿热点在较短时间内就呈现高强度的研究趋势。由此可以看出，气候变化经济影响研究领域目前发展迅速，研究活跃度高。

图4 气候变化经济影响领域前20个突显词前沿热点 Fig. 4 Top 20 keywords with the strongest citation bursts for frontiers in the field of the economic impact of climate change

近年来的新兴热点主要有技术经济分析（Techno-Economic Analysis，2016—2021），巴黎协定（Paris Agreement，2018—2021），城市规划（Urban Planing，2018—2021），伊朗（Iran，2018—2019），循环经济（Circular Economy，2019—2021），基于自然的解决方案（Nature-Based Solution，2019—2021），机器学习（Machine Learning，2019—2021），不平等（Inequality，2019—2021）。除Iran外，其他关键词在2021年均保持突显，是近年来的重要研究热点。从关键词的类型可以看出，目前新兴热点主要集中在气候变化经济影响的分析方法及解决方案上，这和2.3节中观察到的近年研究演进趋势相一致。

3 结论

气候变化经济影响研究的热点和趋势分析对促进我国气候变化经济影响评估具有重要的意义。本文采用文献计量方法，通过对2010年以来发表于WOS核心合集的15981篇文献进行分析，对气候变化经济影响领域的研究热点进行聚类，并对热点演进和该领域内近年来的新兴热点进行了分析，结果以知识图谱形式展示。

基于高频关键词共现的VOS聚类显示，2010年以来气候变化经济影响研究领域可分为6个重要研究主题：减排和可持续发展、适应与风险管理、气候公平与发展、资源管理——土地生态等、资源管理——渔业及生计等、资源管理——农业和水安全。各主题分别包括文献3229篇，2813篇，859篇，1600篇，846篇和921篇。

基于共词的时序图反映出该领域的研究发展主要包括两条演进路径，分别为对气候变化经济影响研究对象的扩展，以及对气候变化经济影响的研究方法和对策方案的探索，两者存在一定程度上的交替交叉。但自2017年起，该领域内的热点较明显向方法方案演进路径迁移。另外关键词的突显分析显示，2017年以来前沿热点主要集中于方法方案上。近年前沿热点具体包括技术经济分析（Techno-Economic Analysis），巴黎协定（Paris Agreement），城市规划（Urban Planing），循环经济（Circular Economy），基于自然的解决方案（Nature-Based Solution），机器学习（Machine Learning）和不平等（Inequality）。

通过分析气候变化经济影响领域自2010年以来的研究现状和前沿热点，本研究为把握气候变化经济研究的热点和脉络，明确发展趋势和研究热点，促进我国气候变化经济影响研究提供了思路。