南北极大气科学领域的前沿主题演化—— 基于Web of Science 核心合集文献数据

王姝婷 李娜 吴新年

(1 中国科学院西北生态环境资源研究院, 甘肃 兰州 730000;2 中国科学院大学经济与管理学院, 北京 100049)

0 引言

根据北极监测与评估计划(AMAP)发布的《北极气候变化2021 更新: 关键趋势和影响-决策者摘要》报告, 1971—2019 年的北极地区年平均表层气温增加了3.1 ℃, 其升幅比同期全球平均表层气温高3 倍, 北极地区将于本世纪内快速增暖[1]。而根据政府间气候变化专门委员会(IPCC)于2022年发布的《IPCC 第六次评估报告综合报告》, 极地地区正受到世界上最高幅度和速率的气候变化影响, 海冰加速流失、多年冻土加快融化与极端高温将对海洋、淡水及陆地的生态系统产生重大影响[2]。同时, 美国国家冰雪数据中心(NSIDC)观测到北极与南极海冰于2022 年2 月25 日分别达到本年度预估的最大范围与最小范围, 并分别创下自卫星观测以来北极海冰的第十低范围与南极海冰的最小面积纪录[3]。

有学者认为, 中国的北极科学研究历经气候变化、北极航道、北极治理过程, 中国已成为北极研究知识库的重要贡献者[4]。杜德斌等[5]论证全球气候变暖正导致冰冻圈的快速融化, 并由此引发对冰冻圈尤其是北极地区资源和航道控制权的争夺, 世界由此进入一个由气候变化驱动的地缘政治时代。与此同时, 南极事务的“垄断”格局已形成[6], 而气候变化严重威胁南极脆弱的生态环境, 对南极治理造成深刻影响[7-8]。DeConto 和Pollard 等[9]论证若温室气体的排放量有增无减,大气变暖将成为极地冰损失的主要驱动因素,而长期的海洋变暖将使其生态恢复延迟数千年。极地海冰融化与全球变暖互为因果, 冰冻圈的气候变化影响着国家主权、国际航道利用与资源管理[10], 一直是国际科学研究的重点。因此, 全球学者基于大气科学的学科视角研究两极气候变化既必要又紧迫, 无论对于学术研究还是气候安全需求, 都具有深刻的现实意义。

由于极地问题国际关注度的升温, 南北极气候研究逐渐成为大气科学领域的前沿热点, 使得其学术活动及相关成果倍增。面对骤增的文献量、庞杂的研究方向, 文献计量学能够通过可视化分析梳理学科主题演化与领域趋势发展、探索合作网络与被引情况, 不失为探究学科前沿与热点的高效方法。如Hou 等[11]通过文献计量的方法探究信息科学领域的知识结构、研究前沿及新兴课题的演化轨迹; Mao 等[12]通过影响因子、H 指数、共词分析等文献计量学方法, 总结 1998—2017年环境与生物质能利用方向的科学研究热点; Fu等[13]通过分析出版物数量、构建引文网络等文献计量方法, 系统梳理物联网文献的引用关系与领域知识的发展轨迹; Dias 等[14]通过关键词共现分析, 探究农业创新的最新技术; Ejsmont 等[15]通过构建引文网络与作者共现网络, 并通过关键词突现分析, 对工业4.0 与可持续性进行全面系统的文献梳理。

因此, 本文尝试通过文献计量学方法分析极地大气科学的研究文献, 探究其年际变化特征、关键词突现、共现及演化规律, 旨在从长时间序列的角度, 探究两极研究的主题演化规律, 梳理自2000 年以来在大气科学领域有关极地的研究进展,并通过对比各时间阶段的研究前沿, 为南北极基础研究以及地缘政治等提供参考与数据支持。

1 数据与方法

国内与国际数据均选择Web of Science(WOS)核心合集中的“Science Citation Index Expanded”“Social Sciences Citation Index”与“Arts &Humanities Citation Index”3 类引文索引数据库,并分别以南北极名称、主要的岛屿、海域、科考站作为主题关键词[16-18]。对北极选取其地理学定义, 北极地区是指北极圈(66°34′N)以北的广大区域, 北极地区包括极区北冰洋、边缘陆地海岸带及岛屿、北美大陆及欧亚大陆的北极苔原和最外侧的泰加林带[19]。对南极选取参照《南极条约》第六条规定, 即南极地区是指60°S 以南的南极大陆、附属岛屿、海域地区及所有冰架, 它是南大洋及其岛屿和南极大陆的总称[20]。北极方面, 中国科学家于1991 年起相继参与国际考察活动, 为中国开展北极地区科学研究积累经验。国家层面上, 中国于1999 年开展首次北极科学考察[21]; 南极方面, 中国南极考察委员会于1980 年起组织科学家考察国外南极科考站, 为中国独立建站提供经验。国家层面上, 中国于1984 年开展首次南极科学考察[22]。为对比国内外极地大气科学领域的研究前沿, 本文将北极与南极的文献检索时间分别定为1991—2022 年与1984—2022 年, 具体检索策略如图1 所示。

图1 检索策略Fig.1. Retrieval strategy

通过CiteSpace 软件构建不同类型的分析图谱, 其共引网络优于经典共引网络, 包括逐年概念标签的各种指标、主题标签跟踪集群的演变,以及概念术语的层次表示等, 能够促进各种研究领域的系统评价[23-25]。以WOS 核心合集的载文数据作为数据源, 首先基于关键词共现分析探究信息知识单元的相似性与测度, 并通过时间线视图揭示研究领域随时间发展的演化趋势; 然后基于关键词突现检测算法, 检测两极在大气科学学科的新兴领域与瞬态模式, 为探寻主题演化发展与前沿研究提供重要参考[26-27]。本研究识别前沿主题所采用的CiteSpace 突现性探测, 由陈超美教授基于Kleinberg[28]于2002 年提出的算法开发并应用。突现是指1 个变量的值在短时间内发生1 次或数次显著的变化。突现词根据词频大小可分为两类: 一类是尚未达到高频词阈值的焦点词;一类为低频新生词, 是尚未引起普遍关注的新兴研究热点词[29]。因此, 突现性探测是通过对比词频增长率, 挖掘低频却更具情报意义的突现词,从而发现学科内新的发展方向及热点转移的动态前沿研究方法[30]。

2 南北极研究的前沿演化

1991—2022 年北极大气科学领域的发文数量呈现出以下特点(图2)。国际方面, 1991—2007年为北极大气科学研究的缓慢发展阶段, 发文量没有明显的上升趋势。2007 年8 月2 日, 俄罗斯科考队在北极点的北冰洋底插上俄罗斯国旗以彰显俄罗斯在北极地区具有主权的行为引发国际社会关于北极主权的争议; 2008—2022 年为快速发展阶段。“插旗事件”后, 由俄罗斯、加拿大、挪威、丹麦和美国构成的“北极五国”于2008 年5月28 日签订《伊卢利萨特宣言》, 着重强调应对气候变化与保护北极生态的问题[31], 自此促进在北极大气科学方面的研究。

图2 1991—2022 年北极大气科学研究论文年际分布Fig.2. Interannual distribution of atmospheric scientific research papers in the Arctic from 1991 to 2022

国内方面, 1991—1999 年为北极大气科学研究的萌芽阶段。1991 年起, 我国陆续组织科学家参与国际北极科考活动, 并于1999 年利用“雪龙”号考察船实施中国首次北极科学考察[21]。当前统计的数据源中, 这段时期的论文数量只有10 篇, 但为后续的北极研究积累了经验。2000—2006 年为起步阶段。随着于2004 年建立北极黄河站, 2006 年底申请北极理事会观察员资格, 中国开始展开北极地区考察研究的战略规划。2007—2015 年为缓慢发展阶段。俄罗斯“插旗事件”进一步促使中国学者研究北极问题, 这段时期的发文量缓慢增长。2016—2022 年为快速发展阶段, 国内发文量快速上升, 最高点出现在2022 年(294 篇)。其原因一方面在于国内学者数量增加且北极研究体系日渐成熟, 另一方面在于学界认识到并明确指出“中国是北极的‘重要利益攸关方’”。国内文献占比情况反映中国对北极研究的重视程度与研究深度逐年递增, 我国北极大气科学的相关研究在国际上占据越来越重要的地位。

1984—2022 年南极大气科学领域的发文数量呈现出以下特点(图3)。国际方面, 1984—1997年为南极大气科学研究的缓慢发展阶段, 其发文数量于该时期呈曲折式增长; 1998—2022 年为快速发展阶段。鉴于《关于环境保护的南极条约议定书》于1998 年正式生效(1991 年签订), 国际社会愈发重视南极的环境保护研究, 自此研究机构与团队一直密切关注南极的气候变化并探究其保护手段, 发文数量也于1998 年出现爆发式增长。

图3 1984—2022 年南极大气科学研究论文年际分布Fig.3. Interannual distribution of atmospheric scientific research papers in the Antarctic from 1984 to 2022

国内方面, 1984—2003 年为南极大气科学研究的起步阶段。随着中国于1983 年成为《南极条约》的缔约国, 1984 年开展首次南极科学考察, 同时于1985 年成为南极条约协商国并建成长城站,中国在南极方面的研究已逐步开展。不过, 该段时期的发文量仅有21 篇, 相关研究还处于空白阶段。2004—2017 年为缓慢发展阶段, 2007—2008年国际极地年中国行动等项目实施推动了我国的南极研究, 年发文数量也呈缓慢增长。2018—2022 年为快速发展阶段, 这段时期的国内发文量呈高速增长, 并于 2022 年达到最高点(108篇)。国内文献占比情况曲折上升, 反映中国对南极大气科学研究的重视程度逐年递增, 但在国际上的重要程度仍待加深。

2.1 北极前沿主题演化

国际北极研究前沿具有阶段性特点, 根据其突现词表(表1)与文献年际分布(图2)可划分1991—2007年与2008—2022年为前沿演化的初期与中期阶段, 再通过国际北极前沿主题演化图(图4)得到以下不同时间区间的前沿焦点。

表1 国内外基于北极大气科学的突现词表Table 1. Emergence of keywords based on Arctic atmospheric science at home and abroad

续表

1. 初期前沿包括北极阴霾、污染、气溶胶、硝酸盐、硫酸盐、二氧化碳、北极苔原、格陵兰岛、极地涡旋、对流层、太阳辐射等。该时期的研究焦点包括: (1)北极大气气溶胶中硫酸盐、硝酸盐等的浓度及来源; (2)北极大气中温室气体的浓度。如Leck 和Persson[32]通过观测1991 年北极地区8—10 月的气溶胶浓度范围, 发现其浓度呈季节性变化。

2. 中期前沿包括大气化学、大气环流模型、平流层、北极涛动、厄尔尼诺南方涛动、环状模态、温度、气候异常现象、臭氧、模拟法、冰盖、北极云等。该时期的研究焦点包括: (1)北极极端异常现象; (2)北极云及其辐射的相互作用; (3)北极地区大气化学特征。如Neff 等[33]对比分析1889年与2012 年两次极端的格陵兰冰面消融事件,发现其与北美暖空气、北极涛动等因素强相关。

3. 国际北极大气科学领域至今仍在研究的气候模型、影响、大气环流分别于2014 年、2016 年与2018 年成为其研究前沿, 而北极海冰与“北极放大效应”同时于2015 年成为其研究前沿, 主要归因于以下3 个方面: (1)对东亚地区极寒事件的关注。如Kim 等[34]通过北极变暖与东亚叶面积异常的相关分析, 发现北极地区巴伦支海的异常变暖与东亚森林的寒冷损害及春季植被活动减少有关; 如Yu 等[35]发现中纬度地表温度的冷异常总与高纬度的暖异常同时发生, 这与低层赤道冷空气的等熵质量环流加强密切相关, 特别是与沿东亚和北美的冷空气路径相关。(2)气候变化与北极的影响机制研究。如England 等[36]使用耦合气候模型模拟海冰覆盖, 以预测未来北极海冰消融对全球气候的影响。(3)“北极放大效应”研究。如Schlichtholz[37]通过实证预测实验, 探究“北极放大效应”对近年北极海冰面积加速缩小的影响程度。

国内北极研究前沿具有阶段性特点, 根据其突现词表(表1)与文献年际分布(图2)可划分1991—1999年、2000—2006年、2007—2015年及2016—2022年分别为前沿演化的萌芽、初期、中期与后期阶段, 再通过国内北极前沿主题演化图(图4)得到以下不同时间区间的前沿焦点。

1. 萌芽阶段前沿为格陵兰岛。在本数据源中,这段时期的文献共有10 篇, 而与格陵兰岛相关的有5 篇。如Huang 等[38]将南海西南部的碳酸盐地层与格陵兰冰芯对比研究。

2. 初期前沿为温带环流、环状模态、东亚、冬季风。北极与东亚气候变化的遥相关关系是该阶段的研究热点。如Wu 和Wang[39]根据海冰浓度数据集研究冬季北极涛动与东亚冬季季风、西伯利亚高压、巴伦支海冬季海冰范围之间的联系。

3. 中期前沿包括夏季风、中国、气溶胶、黑碳、位势高度、气候变异等。该时期的研究焦点包括: (1)北极气候变化对中国的影响; (2)北极气候变化与极端异常现象的发生机制。如Jia 等[40]通过对北半球500 hPa 位势高度与热带太平洋海表温度进行奇异值分解分析, 得到与热带太平洋海表温度相关的大尺度大气模式。其中, “黑碳”是2011—2015 年的研究前沿, 这与2011 年北极理事会发布的短期气候强迫因素报告中, 增强对黑碳的理解并促进理事会在黑碳与甲烷方面开展更多工作密切相关[41]。

4. 后期前沿包括气候异常现象、北大西洋涛动、厄尔尼诺现象、亚洲冬季风、厄尔尼诺南方涛动等, 季风与北极涛动对北极气候的影响是该阶段的研究重点。如Wu 等[42]发现秋季海冰的减少有利于东亚冬季风的加强, 夏季北极偶极子风型能够调节冬季大气对海冰流失的响应等。

5. 国内北极大气科学领域, 至今仍在研究的海冰于2011 年成为其研究前沿, 机制与影响同时于2019 年成为其研究前沿, “北极放大效应”与海表温度同时于2020 年成为其研究前沿, 主要归纳为4 个方面: (1)选取气候变化的指标。以海平面气压差波动、气旋环流、近北极地区气候特征等作为气候变异的分析因素, 并将植被指数等陆地生态系统指标作为响应气候动态变化的敏感而有价值的指标[43]。(2)通过研究大气环流变化、大陆高压异常等与海冰消融的相关程度, 探究北极海冰不断流失的原因。如Tang 等[44]研究表明北半球高纬度的冬季大气环流、冬季极寒事件与北极海冰流失密切相关。(3)“北极放大效应”研究。He 等[45]建立模型发现“北极放大效应”主要受海冰密集程度的影响; Cai 等[46]研究发现北极海冰于夏季快速减少的主要驱动因素是全球变暖、北极涛动、北大西洋涛动、大西洋多年代际涛动及太平洋年代际涛动的遥相关模式, 其内部动态变化与热力学变暖导致“北极放大效应”的发生。(4)研究某种气候现象的发生机制。如 Huo 和Xiao[47]表明大气辐射通量可能是导致热带太平洋中部变暖的发生机制; 或描述某种气候变化的结果, 如影响机制、反馈机制等, 如Wu 等[48]发现太平洋地区显著变暖的原因之一是温度和太平洋热传输之间的循环场产生了正反馈机制。

2.2 南极前沿主题演化

国际南极研究前沿具有阶段性特点, 根据其突现词表(表2)与文献年际分布(图3)可划分1984—1997 年与1998—2022 年分别为前沿演化的初期与中期阶段, 再通过国际南极前沿主题演化图(图5)可得到不同时间区间的前沿焦点。

表2 国内外基于南极大气科学的突现词表Table 2. Emergence of keywords based on Antarctic atmospheric science at home and abroad

续表

图5 南极前沿主题演化图。a)国际; b)国内Fig.5. Antarctic frontier theme evolution map. a) international; b) domestic

1. 初期前沿包括大气化学、氯、硫酸盐、硝酸盐、二氧化碳、平流层、极地涡旋、臭氧层、南极冰等, 该时期的研究焦点包括: (1)南极地区大气气溶胶和大气化学特征; (2)南极地区平流层云及相关的臭氧损耗。如Portmann 等[49]通过卫星测量数据, 研究氯化物与火山爆发增加的硫酸盐气溶胶浓度对臭氧层损耗的影响。

2. 中期前沿包括再分析、对流层、温盐环流、碳循环、南半球环状模、厄尔尼诺南方涛动、冰盖(冰原)等, 该时期的研究聚焦于温室气体排放及全球气候变化对南极的影响。如Legrand 等[50]根据在南极康科迪亚站获得的多个气溶胶全年记录, 揭示海冰与公海排放会增加南极内陆大气的气溶胶负荷。

3. 国际南极大气科学领域至今仍在研究的气候模型、影响与表面质量平衡分别于2013 年、2015 年与2017 年成为其研究前沿, 而西南极洲、海平面上升同时于2014 年成为其研究前沿, 经向翻转环流、CMIP5 同时于2016 年成为其研究前沿, 研究方向主要归纳于5 个方面: (1)气候模型的应用。通过气候模型对基于过去数千年的记录定量重建气候变化序列, 模拟千年尺度的温度变化[51-52]; 或基于气候模型的模拟结果, 对比南北极对同一气候现象的响应, 探究其与某一气候变化间的因果关系[53-54]。(2)探究海洋环流与南极海表温度的关系。如经向翻转环流将低纬度的高温高盐水输送至高纬度地区, 直接影响高纬度地区的海表温度[55]。(3)探究南极海冰的变化趋势[56]。如Fraser 等[57]通过环南极固定冰分布的变异性,分析东南极洲与西南极洲在固定冰覆盖及形成模式上呈现的趋势。(4)探究南极冰盖的表面质量平衡(SMB)及南极对全球海平面上升的贡献。如Chemke 等[58]认为南极SMB 通过改变全球海平面高度而对全球气候产生影响, 并揭示平流层臭氧通过增强向大陆的经向平均流与涡流来增加南极SMB。(5)地球系统模型的应用。Zhao 等[59]通过CMIP6 模型与MODIS 卫星观测数据探究南大洋上空的云辐射效应和云物理特性。

国内南极研究前沿具有阶段性特点, 根据其突现词表(表2)与文献年际分布(图3)可划分1984—2003 年、2004—2017 年与2018—2022年分别为前沿演化的初期、中期与后期阶段。由国内南极前沿主题演化图(图5)与表2 发现初期并无前沿突现词, 因此得到中期与至今研究的前沿焦点。

1. 在数据源中, 初期仅有21 篇文献, 研究处于起步阶段, 没有明显的突现词。

2. 中期前沿包括厄尔尼诺南方涛动、北大西洋、厄尔尼诺现象等, 探究南极与厄尔尼诺事件之间相互关系的物理机制是该阶段的研究重点。如Ma 等[60]使用全耦合的气候模型研究厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)对南大洋理想化加淡水实验的响应。

3. 后期前沿包括环状模态、南极涛动、年际变化、海表温度等, 这也是该阶段的研究重点。如Zheng 等[61]通过海表温度的角度探究模拟南半球环状模的CMIP5 模型间差异的潜在因素。

4. 国内南极大气科学领域至今仍在研究的南大洋、气候变异分别于2009 年、2017 年成为其研究前沿, 而气候模型与南极温度同时于2019 年成为其研究前沿, 海冰、质量平衡同时于2020 年成为其研究前沿, 研究方向主要归纳于4 个方面:(1)分析南极气候模式。大气遥相关模式分析[62]与

海洋浮游植物的生长情况调研[63]是南极气候分析的主要方式之一, 也可通过气候模型对比末次冰盛期的气候特点, 调研百年/千年尺度的年代际变率以分析南极海洋的气候变化[64]。(2)调研气候变异对南极地区的影响[65]。如Wang 等[66]调研大气环流对推动南极半岛在夏季出现极端温度的作用,发现季节内振荡引起的平流项对其形成与发展的贡献最大。(3)气候模型的应用。如Zhang 等[67]通过极地天气预报模型, 研究自1979 年以来南极冰盖的近地表气温变化。(4)研究南极气温变化、推动南极地区的数值天气预报构建。如Tang 等[68]通过在CMIP6的模型中应用偏差校正方法, 对“南北极”构建极端温度指数的未来预测, 发现全球变暖导致地球“三极”的极端温度指数显著增长;Shen 等[69]调研2019 年南极平流层骤然升温的原因, 发现其与南极弱极涡密切相关。

2.3 高被引文献对比分析

综上所述, 国内外极地研究有很多相似之处,却也各有侧重。结合表1 与表2, 筛选并分析数据源中的国内外高被引文献, 通过阅读并综述两者在研究内容与研究方法上的相似处与差异性。

在研究内容上, 相似处体现在以下几方面:(1)极端气候及其影响机制研究。美国学者Natali等[70]研究发现北极在冬季的“放大效应”促进了土壤有机质的微生物分解和CO2释放; 中国学者Jin 等[71]研究多年冻土退化对高纬度和中低纬度植被的影响机制。(2)极地与全球海平面变化的关系研究。德国学者Horwath 等[72]通过评估全球海平面预算与全球海洋质量预算, 发现1993—2016年, 格陵兰冰盖的消融对全球海平面上升的贡献最大; 中国学者Chen 等[73]以全球为视角, 通过卫星观测数据探究北极变化与全球海平面上升的关系。(3)极地与中纬度地区天气模式的关系研究。美国学者Overland 等[74]基于案例分析与概率模型预测, 探究北极的持续变化与北半球中纬度地区极端天气事件的关系; 中国学者Luo 等[75]通过研究大气对北极海冰消融的响应, 发现北极海冰消融与中纬度欧亚极寒事件的发生频率成正相关。(4)极地海冰消融及其原因与影响研究。挪威学者Onarheim 等[76]根据海冰浓度的卫星观测,评估极地海冰流失的季节性与区域表现; 中国学者Gao 等[77]梳理卫星时代极地海冰减少的可能原因与显著影响。(5)极地碳排放监测与碳循环研究。瑞典学者Martens 等[78]发现“环北极沉积物碳数据库”对促进北极碳循环未来实证与建模研究的应用前景; 中国学者Zheng 等[79]通过南极冰芯记录数据探究千年尺度的南极CO2浓度变化机制。

差异性体现在: (1)区域研究的差异性。美国与加拿大等高纬度地区国家, 侧重于研究高纬度大气环流变化与极地的关系, 而中国侧重于研究极地与中国地区气候变化的遥相关关系。如美国学者Ding 等[80]通过多模型实验探究高纬度大气环流变化对夏季北极海冰的影响; 中国学者Wang 和Chen[81]研究发现北极秋季海冰范围与中国东部雾霾污染高度相关; 中国学者Guo 等[82]将中国黄土高原与南极洲的冰记录关联, 发现亚洲与南极气候间存在广泛的耦合关系。(2)极地气候因果关系研究的深度差异性。国外一些研究侧重于气候变化间的多种连锁机制, 深入挖掘极地气候变化的发生机制, 而国内研究多侧重于某些因素间的相关性或因果互推, 未能从大气动力机制等角度宏观地研究极地气候因果关系。如美国学者Overland 等[83]的研究指出北极的海冰消融会引发持续性的寒潮、北太平洋与北极的气候变化相互影响等连锁机制。

研究聚焦高被引文献, 基于文献计量法与统计学方法, 总结常用研究方法的相似处与差异。相似处体现在: (1)文献分析法。如英国学者Stroeve 和Notz[84]对不同季节的北极海冰状态进行综述研究; 中国学者Dong 等[85]对南极冰盖近地表风速的6 种全球再分析产品的稳健性进行综述研究。(2)统计学方法。如挪威学者Onarheim等[76]通过统计学方法分析北极海冰浓度的观测值; 中国学者Zheng 等[86]通过统计回归与相关系数, 探究南半球12 月至次年2 月环状模态与3—5月经向环流的跨季节相关性。(3)数值观测法。如英国学者Blackport 等[87]根据观测法与气候模型,推论北极海冰面积的减少与中纬度冬季极寒事件的因果关系; 中国学者Chen 等[73]基于卫星观测数据研究全球海平面变化。(4)气候模型的应用。如日本学者Mori 等[88]通过多模型集合, 探究北极海冰消融对欧亚降温的影响; 中国学者Wang等[89]通过大气气候模型与原位观测数据, 对南极冰盖表面质量平衡进行比较。

差异性体现在以下2 个方面: (1)气候模型的创新应用。国外一些学者通过创新模型或综合使用模型集合, 丰富极地研究的方法。如加拿大学者Kirchmeier-Young 等[90]使用包含2 个单一模型的多个模型集合, 探究北极海冰范围极端事件的归因, 得出个别极端事件不能归因于人类影响的新结论; 美国学者Garcia 等[91]根据全大气社区气候模型模拟的南半球温度较观测值低的问题, 提出修改模型中重力波参数化的创新方案。(2)关键指标的创新应用。国外一些研究通过创新气候指标或提出新的指标体系, 丰富研究方法。如美国的Francis 和Vavrus[92]提出新指标, 以证实北极快速变暖对上层气流的影响。

中国的极地研究起步晚, 对比国际研究仍存在理论与方法缺乏创新的问题。不过, 从发展方面,国内研究近几年正处于加速阶段, 如表1 中关于北极的“ENSO”并行与国际在2016—2019 年展开研究, “sea ice”由国内逐步发展并同国际研究同步至今。同时, 国内极端天气事件与极地相关性的深入分析, 也丰富了探究中国气候变化的新视角。

3 结论与展望

南北极相关研究主题在大气科学领域已逐步演变成为热点。目前关于北极的研究聚焦于: (1)“北极放大效应”与极地变暖、海冰消融的原因与影响探究; (2)气候模型的应用与创新, 如应用CMIP6 模型分析北极问题、预测海冰消融等; (3)北极异常变暖与东亚极寒事件的因果关系; (4)北极异常气候现象的发生机制, 或描述气候变化的影响机制、反馈机制等; (5)海冰、多年冻土、陆冰的变化及其对全球海平面的影响。而南极的研究目前聚焦于: (1)南极表面质量平衡的影响因素,及其对全球海平面上升的贡献; (2)南极海冰的变化趋势及影响因素; (3)南极大气环流与温盐环流的调研; (4)创新气候模型, 如运用CMIP6 模型分析南极问题; (5)数值天气预报构建。

尽管国内外明显重视对南北极的气候研究,但仍存在缺乏理论与方法创新、缺乏以宏观视角深入分析现象之间的因果关系等问题。基于此,以下几方面值得引起更多的关注和重视: (1)研究重点不仅在于解释气候现象的发生机制及其影响因素, 更在于深入探究气候现象之间的因果关系,从宏观视角挖掘改善异常气候现象的创新点; (2)气候模型应不断完备参数化方案, 并根据不同类型的气候问题进行模型创新; (3)研究方向不应局限于国际政策, 应丰富研究理论与视角, 敢于质疑现有结论; (4)深化中国的极地研究, 以便更多地参与极地的国际事务; (5)深入了解全球气候变化机制, 为应对气候变化并推动双碳战略实施提供科学依据与技术支持。研究基于南北极大气科学领域的文献年际分析与国内外政策, 对标突现词爆发时间, 探究不同时期的研究前沿及其演化趋势。此外, 本文的研究过程中存在以下几方面问题: (1)由于专业能力有限, 数据清洗过程中有部分词组未能合并; (2)因突现词与聚类有所筛选,而未能整体分析; (3)政策对标不够完善之处, 有待进一步研究。