2019研究前沿.pdf

研究前沿2019中国科学院科技战略咨询研究院中国科学院文献情报中心科睿唯安Contents目录一、方法论和数据说明1. 背景介绍 .022. 方法论 .032.1 研究前沿的遴选 .032.2 研究前沿的分析及重点研究前沿的遴选和解读 .03二、农业、植物学和动物学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .061.1 农业、植物学和动物学领域 Top10 热点前沿发展态势 .061.2 重点热点前沿“调控植物生长和抗性的茉莉酸信号传导机制” .081.3 重点热点前沿“无人机系统在作物表型分析中的应用” .092. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .122.1 新兴前沿概述 .122.2 重点新兴前沿“水稻 OsAUX1 基因低磷条件下促进根毛伸长的机理研究” .12三、生态与环境科学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .141.1 生态与环境科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .141.2 重点热点前沿“内分泌干扰物的环境特征、人体暴露与健康风险” .161.3 重点热点前沿“磷排放及蓝藻水华的污染和健康风险” .182. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .212.1 新兴前沿概述 .212.2 重点新兴前沿“环境污染物对肠道微生物菌群的影响” .21四、地球科学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .221.1 地球科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .221.2 重点热点前沿“利用 CESM 模式和 RCP8.5 情景研究全球气候变化” .241.3 重点热点前沿“中国主要矿藏重金属地理累积情况与环境风险管控” .262. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .282.1 新兴前沿概述 .282.2 重点新兴前沿“热损伤对岩石力学特性的影响研究” .29五、临床医学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .301.1 临床医学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .301.2 重点热点前沿“英利昔单抗生物类似药有效性和安全性” .321.3 重点热点前沿“中枢神经系统周细胞功能障碍在阿尔茨海默病中的作用” .342. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .362.1 新兴前沿概述 .362.2 重点新兴前沿“稳定性冠脉病变行 PCI 的临床效益” .36六、生物科学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .381.1 生物科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .381.2 重点热点前沿“质粒介导的多粘菌素抗性基因” .401.3 重点热点前沿 “Cas13：一种靶向 RNA 的新型 CRISPR 系统” .412. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .432.1 新兴前沿概述 .432.2 重点新兴前沿“环状 RNA 作为癌症新的生物标志物” .44七、化学与材料科学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .461.1 化学与材料科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .461.2 重点热点前沿“界面光蒸汽转化” .481.3 重点热点前沿“分子机器” .492. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .512.1 新兴前沿概述 .512.2 重点新兴前沿“远端迁移策略实现非活化烯烃的双官能化” .52八、物理学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .541.1 物理学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .541.2 重点热点前沿“新型深紫外非线性光学晶体材料的合成和性质研究” .561.3 重点热点前沿 “凝聚态物理中的马约拉纳费米子研究” .582. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .592.1 新兴前沿概述 .592.2 重点新兴前沿“B 介子反常研究” .60九、天文学与天体物理学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .621.1 天文学与天体物理学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .621.2 重点热点前沿“对双中子星并合引力波事件 GW170817 的多信使观测” .641.3 重点热点前沿“对双黑洞并合引力波事件的观测和理论研究” .662. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .672.1 新兴前沿概述 .672.2 重点新兴前沿“基于 21 厘米超精细谱线观测研究早期宇宙中的暗物质” .68十、数学、计算机科学与工程学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .701.1 数学、计算机科学与工程学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .701.2 重点热点前沿“云计算环境中的数据安全研究” .721.3 重点热点前沿“电动汽车用锂离子电池的荷电状态估计” .742. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .752.1 新兴前沿概述 .752.2 重点新兴前沿“卷积神经网络在磁共振图像处理中的应用” .76十一、经济学、心理学及其他社会科学1. 热点前沿及重点热点前沿解读 .781.1 经济学、心理学及其他社会科学领域 Top 10 热点前沿发展态势 .781.2 重点热点前沿“能源消耗及碳排放的分解分析方法” .801.3 重点热点前沿“大脑功能结构及连接模式的 fMRI 研究方法” .812. 新兴前沿及重点新兴前沿解读 .832.1 新兴前沿概述 .832.2 重点新兴前沿“工业 4.0 及其影响” .84附录 研究前沿综述：寻找科学的结构 .86编纂委员会 .9602研究前沿方法论和数据说明2019一、方法论和数据说明1. 背景介绍科学研究的世界呈现出蔓延生长、不断演化的景象。科研管理者和政策制定者需要掌握科研的进展和动态，以有限的资源来支持和推进科学进步。对于他们而言，洞察科研动向、尤其是跟踪新兴专业领域对其工作具有重大的意义。为此，科睿唯安发布了“研究前沿”（Research Fronts）数据和报告。定义一个被称作研究前沿的专业领域的方法，源自于科学研究之间存在的某种特定的共性。这种共性可能来自于实验数据，也可能来自于研究方法，或者概念和假设，并反映在科学家在论文中引用其他科学家的工作这个学术行为之中。通过持续跟踪全球最重要的科研和学术论文，研究分析论文被引用的模式和聚类，特别是成簇的高被引论文频繁地共同被引用的情况，可以发现研究前沿。当一簇高被引论文共同被引用的情形达到一定的活跃度和连贯性时，就形成一个研究前沿，而这一簇高被引论文便是组成该研究前沿的“核心论文”。研究前沿的分析数据揭示了不同研究者在探究相关的科学问题时会产生一定的关联，尽管这些研究人员的背景不同或来自不同的学科领域。总之，研究前沿的分析提供了一个独特的视角来揭示科学研究的脉络。研究前沿的分析不依赖于对文献的人工标引和分类（因为这种方法可能会有标引分类人员判断的主观性），而是基于研究人员的相互引用而形成的知识之间和人之间的联络。这些研究前沿的数据连续记载了分散的研究领域的发生、汇聚、发展（或者是萎缩、消散），以及分化和自组织成更近的研究活动节点。在演进的过程中，每组核心论文的基本情况：如主要的论文、作者、研究机构等，都可以被查明和跟踪。通过对该研究前沿的施引论文的分析，可以发现该领域的最新进展和发展方向。2013 年科睿唯安发布了 2013 研究前沿自然科学和社会科学的前 100个探索领域的白皮书。2014 年和 2015 年科睿唯安与中国科学院文献情报中心成立的“新兴技术未来分析联合研究中心”推出了 2014 研究前沿和 2015 研究前沿分析报告。 2016 年、2017 年和 2018 年，中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心和科睿唯安联合发布了2016 研究前沿、2017研究前沿和 2018 研究前沿分析报告。这一系列报告引起了全球广泛的关注。今年，在以往系列研究前沿报告的基础上，推出了 2019 研究前沿分析报告。报告仍然以文献计量学中的共被引分析方法为基础，基于科睿唯安的 Essential Science Indicators (ESI) 数据库中的 10587 个研究前沿，遴选出了 2019 年自然科学和社会科学的 10大学科领域排名最前的 100 个热点前沿和 37 个新兴前沿。03研究前沿方法论和数据说明20192. 方法论整个分析工作分为两个部分：研究前沿的遴选、137 个研究前沿的核心论文及其施引论文的数据提供由科睿唯安完成；研究前沿的分析和重点研究前沿（包括重点热点前沿和重点新兴前沿）的遴选及解读由中国科学院科技战略咨询研究院科技战略情报研究所主持完成。此次分析基于2013 2018 年的论文数据，数据下载时间为 2019年 3 月。2.1 研究前沿的遴选2019 研究前沿分析报告反映了当前自然科学与社会科学的 10 大学科领域的 137 个研究前沿（包括 100 个热点前沿和 37 个新兴前沿）。我们以 ESI 数据库中的 10587 个研究前沿为起点，遴选目标是要找到那些较为活跃或发展迅速的研究前沿。报告中所列的 137 个研究前沿的具体筛选过程如下：2.1.1 热点前沿的遴选首先把 ESI 数据库的 21 个学科划分到 10 个高度聚合的大学科领域中，然后对每个 ESI 学科中的研究前沿的核心论文，按照总被引频次进行排序，提取排在每个 ESI 学科前 10% 的最具引文影响力的研究前沿 , 并将其整合到 10 大领域中， 以此数据为基础，再根据核心论文出版年的平均值重新排序，遴选出每个领域中那些“最年轻”的研究前沿。通过上述几个步骤在每个大学科领域分别选出 10 个热点前沿，共计 100 个热点前沿。因为每个领域具有不同的特点和引用行为，有些学科领域中的很多研究前沿在核心论文数和总被引频次上会相对较小，所以从 10 大学科领域中分别遴选出的排名前 10 的热点前沿，代表各大领域中最具影响力的研究前沿，但并不一定代表跨数据库（所有学科）中最大最热的研究前沿。2.1.2 新兴前沿的遴选一个有很多新近的核心论文的研究前沿，通常提示其是一个快速发展的专业研究方向。为了选取新兴的前沿，组成研究前沿的基础文献即核心论文的时效性是优先考虑的因素。这就是为什么我们称其为“新兴前沿”。为了识别新兴前沿，我们对研究前沿中的核心论文的出版年赋予了更多的权重或优先权，只有核心论文平均出版年在2017 年 6 月之后的研究前沿才被考虑，将每个ESI 学科的研究前沿按被引频次从高到低排序，选取被引频次排在前 10% 的研究前沿，然后各学科战略情报研究人员经过调研和评审，遴选出每个 ESI 学科中的新兴前沿，并将其整合到 10 大领域中，从而遴选出了 10 大领域的 37 个新兴前沿，这 37 个新兴前沿最早的平均出版年是 2017.6。遴选不限定学科，因此 37 个新兴前沿在 10 大学科领域中分布并不均匀，生态与环境科学，地球科学，农业、植物学和动物学领域分别只有一个新兴前沿，而化学与材料科学领域选出了 5 个新兴前沿。通过以上两种方法，这份报告突出显示了 10个高度聚合的大学科领域中的 100 个热点前沿和37 个新兴前沿。2.2 研究前沿的分析及重点研究前沿的遴选和解读本报告在科睿唯安遴选的 137 个研究前沿数据的基础上，由中国科学院科技战略咨询研究院的战略情报研究人员对 10 大学科领域的 100 个热点前沿的发展趋势进行了分析，并对 30 个重点研究前沿进行了详细的解读（见第二至十一章）。重点研究前沿包括重点热点前沿和重点新兴前沿两部分。04研究前沿方法论和数据说明2019研究前沿是由一组高被引的核心论文和一组共同引用核心论文的施引论文组成。核心论文来自于 ESI 数据库中的高被引论文，即在同学科同年度中根据被引频次排在前 1% 的论文。这些有影响力的核心论文的作者、机构、国家在该领域也做出了不可磨灭的贡献，本报告也对其进行了深入分析和解读。同时，引用这些核心论文的施引论文可以反映出核心论文所提出的技术、数据、理论在发表之后是如何被进一步发展的，即使这些引用核心论文的施引论文本身并不是高被引论文。2.2.1 重点研究前沿的遴选2014 年研究前沿设计了遴选重点研究前沿的指标 CPT，2015 年在 CPT 指标的基础上，又增加了规模指标，即核心论文数（P）。（1）核心论文数（P）ESI 数据库用共被引文献簇（核心论文）来表征研究前沿，并根据文献簇的元数据及其统计揭示研究前沿的发展态势，其中核心论文数（ P）总量标志着研究前沿的大小，文献簇的平均出版年和论文的时间分布标志着研究前沿的进展。核心论文数（ P）表达了研究前沿中知识基础的重要程度。在一定时间段内，一个前沿的核心论文数（P）越大，表明该前沿越活跃。（2）CPT 指标遴选重点研究前沿的指标（ CPT），是核心论文的总被引频次（ C）除以核心论文数（ P），再除以施引论文所发生的年数（ T）。“施引论文所发生的年数”指施引论文集合中最新发表的施引论文与最早发表的施引论文的发表时间的差值。如最新发表的施引论文的发表时间为 2017 年，最早发表的施引论文的发表时间为 2013 年，则该施引论文所发生的年数为 4。CPT 实际上是一个研究前沿的平均引文影响力和施引论文发生年数的比值，该指标越高代表该前沿越热或越具有影响力。它反映了某研究前沿的引文影响力的广泛性和及时性，可以用于探测研究前沿的突现、发展以及预测研究前沿下一个时期可能的发展。该指标既考虑了某研究前沿受到关注的程度，即核心论文的总被引频次，又反映了该研究前沿受关注的年代趋势，即施引论文所产生的年度。在研究前沿被持续引用的前提下，当两个研究前沿的 P 和 T 值分别相等时，则 C 值较大的研究前沿的 CPT 值也随之较大，指示该研究前沿引文影响力较大。当两个研究前沿的 C 和 P 值分别相等时，则T 值较小的研究前沿的 CPT 值相反会较大，指示该研究前沿在近期受关注度较高。当两个研究前沿的 C 和 T 值分别相等时， P值较小的研究前沿的 CPT 反而会较大，指示该研究前沿中核心论文的平均引文影响力较大。2019 研究前沿在遴选重点研究前沿过程中，对每个大学科领域的 10 个“热点前沿”用核心论文数（ P）和 CPT 指标结合战略情报研究人员的专业判断各遴选出一个“重点热点前沿”，专业判断主要考虑该前沿是否对解决重大问题有重要意义。一般首先选择核心论文数（ P）最高的两个前沿，比较两个前沿哪个是亟待解决的重大问题，例如“连续血糖监测与人工胰腺系统用于糖尿病管理”和“英利昔单抗生物类似药有效性和安全性”，很明显后者更有具迫切性，因此选择后者。然后，用 CPT 指标结合专业判断再各遴选出一个“重点热点前沿”。因此通过这两种方法05研究前沿方法论和数据说明2019共遴选出 20 个“重点热点前沿”。对于 37 个“新兴前沿”，利用 CPT 指标结合战略情报研究人员的判断遴选出 10 个“重点新兴前沿”。因此对于137 个研究前沿，共遴选出 30 个重点前沿进行深入解读。2.2.2 研究前沿的分析和解读（1）热点前沿分析及重点热点前沿的解读对于每个学科领域，第一张表展示各自的前10 个热点前沿的核心论文的数量、被引频次以及核心论文平均出版年，每个学科领域遴选出的重点热点前沿在表中用紫色底纹标出。然后，对每个学科领域遴选出的重点热点前沿进行深入分析和解读。因为分析数据基于 2013 2018 年的论文，核心论文平均出版年份会介于 2013 2018 年之间。每个领域的 10 个研究前沿中引用核心论文的论文（施引论文）的年度分布用气泡图的方式展示。基于核心论文（ P）遴选的重点热点前沿用蓝色气泡表示，基于 CPT 指标遴选的重点热点前沿用红色气泡表示。气泡大小表示每年施引论文的数量，对于那些施引论文量大，而施引论文所发生的年数少的前沿，也就是 CPT 值的前两种情况，可以从图中直观地看出哪些是重点热点前沿。但是对于核心论文（ P）较少的情况，则需要结合数据来看。大部分研究前沿的施引论文每年均有一定程度的增长，因此气泡图也有助于对研究前沿发展态势的理解。每个学科领域的第二张表对核心论文的国家、机构活跃状况进行了分析，揭示出哪些国家、机构在某重点热点前沿中有较大贡献。第三张表则对施引论文中的国家和机构进行了分析，探讨机构、国家在这些研究前沿的发展中的研究布局。（2）新兴前沿分析及重点新兴前沿的解读新兴前沿的体量（核心论文及其施引论文）较小，因此，统计数据的分析意义不大。通过战略情报研究人员对重点新兴前沿的核心论文及相关信息进行内容方面的解读，可以了解重点新兴前沿的发展脉络、研究力量布局，及发展前景。研究前沿农业、植物学和动物学201906二、农业、植物学和动物学1. 热点前沿及重点热点前沿解读1.1 农业、植物学和动物学领域Top10热点前沿发展态势农业、植物学和动物学领域居于前 10 的热点前沿主要分布在植物生理调控机制、作物性状改良、除草剂抗性、植物活性物质结构和功能、农田土壤污染修复、家畜胃肠道消化及农用无人机等研究方向上（表 1）。植物生理调控机制一直是该领域的前沿研究方向，每年均有热点前沿，今年该方向上有 4 个热点前沿进入前 10，分别是茉莉酸信号传导、自噬、细胞壁纤维素合成、光形态发生等调控机理研究，其中茉莉酸信号传导、自噬及细胞壁纤维素合成机理研究分别曾在 2013 年、2015 年和 2017是前 10 热点前沿。作物性状改良方向曾有两年进入前 10 热点前沿， 2013 年是通过转 Bt 基因提高抗虫性， 2018 年是利用 CRISPR 基因编辑技术改良作物性状，今年则是利用植物生物刺激剂促进蔬果作物生长和提高抗逆性。除草剂抗性研究方向曾在 2015 年有 1 个热点前沿“除草剂抗性及其遗传学原因”进入前 10，今年进入前 10 的热点前沿是草甘膦除草剂的抗性研究。植物活性物质结构和功能、农田土壤污染修复、家畜胃肠道消化及农用无人机是今年新出现的热点前沿研究方向，这 4 个方向上进入前 10 的热点前沿分别是“植物活性多糖的结构和功能研究”、“生物炭对农田土壤重金属镉污染的修复作用”、“牛瘤胃微生物组与肠道甲烷排放研究”和“无人机系统在作物表型分析中的应用”。