11月13日，中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心與科睿唯安聯(lián)合向全球發(fā)布了《2020研究前沿》報告。

報告基于2014年-2019年的論文數(shù)據(jù)，遴選展示了在生態(tài)與環(huán)境科學(xué)，地球科學(xué)，化學(xué)與材料科學(xué)，物理學(xué)，天文學(xué)與天體物理學(xué)，信息科學(xué)等11個高度聚合的大學(xué)科領(lǐng)域中，較為活躍或發(fā)展迅速的110個熱點前沿和38個新興前沿，較為客觀地反映了相關(guān)學(xué)科的發(fā)展趨勢。

熱點前沿及重點熱點前沿解讀

1、地球科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿發(fā)展態(tài)勢

地球科學(xué)領(lǐng)域Top10熱點前沿中有7個屬于地質(zhì)學(xué)相關(guān)研究。其中，流體注入引發(fā)的地震活動研究連續(xù)3年入選《研究前沿》報告，利用好奇號開展蓋爾隕石坑的巖石礦物學(xué)研究連續(xù)4年入選，呈現(xiàn)出熱點問題研究的延續(xù)性。

研究方法方面，自2017年起，有越來越多的熱點前沿利用天基探測平臺和人工智能方法開展地質(zhì)學(xué)研究，反映出遙感和信息技術(shù)進(jìn)步對地球科學(xué)發(fā)展的巨大推動作用，2020年相關(guān)研究前沿包括：利用機(jī)器學(xué)習(xí)方法分析滑坡敏感性，哨兵和Landsat系列衛(wèi)星反射率數(shù)據(jù)產(chǎn)品性能分析，“土壤濕度主動-被動測量”和”土壤濕度和海洋鹽度”衛(wèi)星數(shù)據(jù)產(chǎn)品的比較驗證，基于衛(wèi)星數(shù)據(jù)分析日光誘導(dǎo)葉綠素?zé)晒馀c植被光合作用的關(guān)系。Top10 熱點前沿中還有2個海洋科學(xué)和1個氣候變化相關(guān)研究。

2、 重點熱點前沿——“天然氣水合物成藏特征和開采工藝研究”

天然氣水合物又稱“可燃冰”，是由天然氣與水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結(jié)晶物質(zhì)，主要分布于深海沉積物或陸域的永久凍土中。因其具有分布廣、儲量大、埋藏淺、能效高、污染低等優(yōu)點，是后石油時代的最佳替代能源之一。

天然水合物開采的基本原理是通過改變天然氣水合物的穩(wěn)定賦存條件，使氣體從固態(tài)水合物中分離出來，再通過收集游離氣體以實現(xiàn)連續(xù)開采。主要的方法包括降壓法、熱激發(fā)法、化學(xué)抑制劑法、CO2置換法和水力提升法等。但到目前為止，天然氣水合物的開采方法仍處于概念和實驗研究階段，沒有形成一套完整的開采理論，制約天然氣水合物安全高效開發(fā)的三大技術(shù)挑戰(zhàn)：“裝備安全、生產(chǎn)安全和環(huán)境安全”尚未實現(xiàn)根本性突破，距離商業(yè)應(yīng)用還有很長的路要走。

世界各國特別是能源短缺國家非常重視天然氣水合物的調(diào)查研究工作，尤以美國、印度、日本、韓國、德國、加拿大等國表現(xiàn)活躍，相繼將天然氣水合物列入國家重點發(fā)展戰(zhàn)略，制訂研發(fā)計劃，并成立專門研究機(jī)構(gòu)積極推進(jìn)天然氣水合物鉆探和試采。

本熱點前沿的定量統(tǒng)計結(jié)果印證了上述國家對天然氣水合物研究的重視：美國發(fā)表的核心論文數(shù)量最多，全部36篇核心論文中有一半來自美國。印度、日本和中國也表現(xiàn)亮眼。在產(chǎn)出機(jī)構(gòu)方面，美國機(jī)構(gòu)最多，占所有核心論文Top研究機(jī)構(gòu)數(shù)量的1/3，其中美國地質(zhì)調(diào)查局主導(dǎo)了13篇核心論文。日本緊隨其后，有3所機(jī)構(gòu)上榜。中國和印度各有2所機(jī)構(gòu)上榜。新加坡的5篇核心論文均來自新加坡國立大學(xué)，該校Praveen Linga教授團(tuán)隊產(chǎn)出了本熱點前沿被引頻次最高的前3篇核心論文，重點梳理了天然氣水合物在實驗室環(huán)境中的最新進(jìn)展和現(xiàn)場開采試驗情況，討論了各開發(fā)方法的局限性和大規(guī)模開采面臨的挑戰(zhàn)。

中國天然氣水合物研究啟動較晚，但進(jìn)展迅速，目前處于從水合物基礎(chǔ)研究向開采技術(shù)發(fā)展的階段。分析該前沿的施引論文可以看出，中國在該方向積極開展研究，施引論文多達(dá)468篇。在Top10施引論文機(jī)構(gòu)中，中國科學(xué)院、大連理工大學(xué)和中國石油大學(xué)包攬了前3名。在中國科學(xué)院的108篇施引論文中，中國科學(xué)院廣州能源研究所貢獻(xiàn)了82篇，表現(xiàn)突出。

3、重點熱點前沿——“哨兵和 Landsat系列衛(wèi)星反射率數(shù)據(jù)產(chǎn)品性能分析”

“哨兵”系列衛(wèi)星是歐洲“哥白尼”對地觀測計劃的衛(wèi)星任務(wù)類型之一，目前有7顆衛(wèi)星在軌運行，主要開展雷達(dá)和對地多光譜成像、海洋及大氣監(jiān)測。Landsat 系列衛(wèi)星是由美國國家航空航天局和美國地質(zhì)調(diào)查局共同管理的地球資源衛(wèi)星，目前已經(jīng)發(fā)射了8顆衛(wèi)星，有2顆仍在軌運行，主要任務(wù)是調(diào)查地下礦藏、海洋資源和地下水資源。這兩個系列衛(wèi)星的遙感數(shù)據(jù)均免費向公眾開放使用，極大地推動了技術(shù)和產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新，幫助行業(yè)發(fā)展，并產(chǎn)生了高額的經(jīng)濟(jì)價值。

本前沿的13篇核心論文主要分析了哨兵-2A、哨兵-2B、Landsat-7 和Landsat-8的變化檢測能力，對比了兩種系列衛(wèi)星的大氣和地表反射率數(shù)據(jù)產(chǎn)品性能。表16可以看出美國在該前沿領(lǐng)域占據(jù)絕對優(yōu)勢，貢獻(xiàn)了12篇論文，占所有核心論文的92.3%。其中，美國南達(dá)科塔州立大學(xué)和美國國家航空航天局各貢獻(xiàn)6篇。波士頓大學(xué)雖然只產(chǎn)出1篇核心論文“Continuous change detection and classification of land cover using all available Landsat data”，但被引頻次最高，達(dá)305次。該文利用519張Landsat圖像，開發(fā)出一種新型土地覆蓋連續(xù)變化檢測與分類算法，可以提供任意指定時間的土地覆蓋圖。

從施引論文角度來看，美國的施引論文最多，達(dá)366篇。中國的施引論文位列第2位。施引論文數(shù)量Top10機(jī)構(gòu)中，有6所美國機(jī)構(gòu)。中國科學(xué)院以104篇位居第1位，其中尤以中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所和中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所表現(xiàn)突出。

新興前沿及重點新興前沿解讀

1、新興前沿概述

地球科學(xué)領(lǐng)域有1項研究入選新興前沿，即“印度尼西亞火山噴發(fā)預(yù)測模型研究”。

2、重點新興前解讀——”印度尼西亞火山噴發(fā)預(yù)測模型研究”

火山噴發(fā)是人類面臨的一種重大自然災(zāi)害。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球有近20%的居民生活在火山災(zāi)害危險區(qū)和影響區(qū)范圍內(nèi)。在過去400年的時間里，火山噴發(fā)已經(jīng)奪去了大約27萬人的生命。印度尼西亞鄰接構(gòu)造活躍地區(qū)，地震和火山作用頻繁。自從公元1500年，印尼至少有95座火山爆發(fā)過，1815年Tambora火山的爆發(fā)造成了北半球的“無夏之年”，7.4萬年前Toba火山爆發(fā)是地球過去2百萬年內(nèi)最大的一次火山爆發(fā)。

火山噴發(fā)預(yù)測預(yù)警是減輕和防御火山災(zāi)害的基礎(chǔ)?；鹕奖O(jiān)測是通過監(jiān)視和檢測地下巖漿的動態(tài)變化，捕捉火山噴發(fā)前兆，為火山噴發(fā)預(yù)報與研究提供科學(xué)依據(jù)?；鹕絿姲l(fā)預(yù)測則是基于火山監(jiān)測獲取的地質(zhì)活動數(shù)據(jù)開發(fā)噴發(fā)預(yù)測模型，從而實現(xiàn)對火山噴發(fā)的提前預(yù)測。

2020年度地球科學(xué)領(lǐng)域新興前沿“印度尼西亞火山噴發(fā)預(yù)測模型研究”中的核心論文聚焦在對印度尼西亞錫納朋火山（Sinabung）、格魯特火山（Kelud）近期系列火山爆發(fā)的系統(tǒng)研究，從火山學(xué)、巖石學(xué)、地球化學(xué)、遙感、火山噴發(fā)預(yù)測模型研究以及社會對火山爆發(fā)的響應(yīng)等角度對兩處火山開展對比分析，對未來火山噴發(fā)和地質(zhì)演變研究具有重要價值。美國在該前沿占有絕對優(yōu)勢地位，印度尼西亞作為東道主，與美國合作密切。