科学结构图谱2017：中国在热点前沿科学研究中快速崛起
中国新一代远洋综合科考船“科学号”搭载的“发现号”遥控无人潜水器在西太平洋下潜考察卡罗琳海山。新华社发
FAST发现脉冲星。新华社发
上海交大研制出超强纳米陶瓷铝合金。新华社发
【科学向未来】
习近平总书记在党的十九大报告中指出：要瞄准世界科技前沿，强化基础研究，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。那么，我国科学技术的发展如何？日前，中国科学院科技战略咨询研究院的学者们基于自己绘制的《科学结构图谱》构建了科学结构之中国图谱，揭示中国在国际科技界普遍关注的热点前沿领域中的活跃程度，对比分析了中国与美国、德国、英国、日本、法国等科技论文世界份额前六国在全球科学热点前沿中产出规模、学科布局、学术影响力、研究合作及优势领域等，分析中国的科研发展态势，找出与其他科技大国相比的优势和劣势，为我国科技战略规划和科技政策制定提供参考。
在世界热点前沿科学研究领域差距快速缩小
《科学结构图谱》通过高被引论文的同被引关系，揭示在科学研究实践中自然、客观、隐蔽和动态形成的，尤其是通过交叉融汇形成的世界普遍关注的热点研究前沿。通过分析中国在这些前沿中的核心论文份额及其变化，可展示中国在世界热点前沿科学研究中的地位和发展。研究发现，中国的份额迅速扩大，快速缩小与美国的差距，整体指标和部分专门指标已经超越英、德、日、法等传统科技强国。
在《科学结构图谱》揭示的所有热点前沿研究领域中，中国在这些领域中的高被引论文（称为核心论文）所占份额在2002年—2007年期间仅为第五名，到2006年—2011年期间即占据第二名，并从2006年—2011年期间的7.53%上升到2010年—2015年期间的14.2%，每一期均有30%以上的增幅，大幅度超越德、英、日、法的世界份额。同期传统科技强国的整体核心论文份额普遍呈下降趋势，美国份额从2002年—2007年期间的49.72%已经下降到2010年—2015年期间的36.97%。
在后续研究中引用上述核心论文的论文（称为施引论文）体现了在这些前沿领域的持续研究成果，其中施引论文本身被引用次数在SCI论文中被引用次数排序前10%（TOP10%）的论文为相对的高质量论文，反映了在这些前沿的研究力度和引领潜力。中国的TOP10%施引论文份额超过中国核心论文份额，在世界排名也是第二，表明中国的强劲后劲。
中国的核心论文在所有热点前沿领域的覆盖面及覆盖强度呈明显增长趋势，研究领域覆盖率连续五期保持世界排名第四，覆盖率显著上升，从69.4%上升到84.5%。中国核心论文份额较高（在该领域核心论文占比超过12%）的研究领域数量由5.8%上升至30.2%，远高于英国、德国。纳米科技、合成与应用化学始终是中国增长最快的领域。中国在数学、工程科学与计算机领域的研究快速增长，关于算法、图像处理、系统控制等方面高被引产出较多。在生物学与医学领域，中国也表现出了增长势头。但中国的研究水平仍不均衡，多数核心论文分布在纳米、化学、凝聚态物理、地球科学，而生物学、医学相对较少。
中国在研究领域中的国际合著覆盖面及覆盖强度呈现明显增长趋势，而且中国在国际合作中的引领度逐年增强，国际合著论文中中国通讯作者占比逐期提升，在2010年—2015年期间接近美国，达到49.9%。美国、德国、英国、日本、法国呈现下降趋势。中国完全依靠合作和完全没有合作的研究领域逐步减少，国际合著率区间分布与科技强国越来越接近。中国在各学科的国际合作不均衡，在纳米科技、合成与应用化学、工程科学、数学等优势领域的国际合著率较低；同时，相对于其他国家，这些领域的国际合著率增长也较为缓慢。这可能体现了中国在这些领域的自主优势，也可能反映出需要通过深化国际合作进一步激发这些领域重大创新的潜力。
在研究领域覆盖率上不断扩展，中国科研结构不断完善
中国核心论文在世界热点前沿研究领域的覆盖率从69.4%上升到84.5%，但仍与美国（100.0%）和英国（91.0%）有差距；中国核心论文份额较高的研究领域数量由5.8%上升至30.2%，远高于英国、德国，但与美国（87.5%）相比仍有很大差距，而且中国在三分之一的热点前沿研究领域里的核心论文份额不足1%。中国核心论文在新增研究领域的覆盖率也显著增加，从57.1%增到83.1%。
中国在各个学科的研究依然不均衡，相比之下科技发达国家在各个学科的研究比较均衡。不过，从2006年—2011年时期起中国在生物学、医学领域的核心论文数量增长，相应研究热点中核心论文占比也在增多。
物理学：中国物理学核心论文份额世界第三，但在粒子物理与宇宙学中的份额仍为六国最低。在具体热点前沿领域方面，中国在铁基超导体和铜氧化物超导体、复杂网络的动力学研究等领域表现较好，但在超快磁动力学研究领域无核心论文。美国除量子关联研究外，其他研究领域的核心论文份额全部是世界第一。德国在物理领域的研究比较均衡，英国在粒子物理与宇宙学的优势较明显。
纳米科技：中国纳米科技核心论文份额世界第二，并呈现持续增长趋势。中美在纳米科技的优势领域截然相反，排名中国前十的研究领域中，中国核心论文份额都在50%以上，却是美国较弱的研究领域。反之，排名中国后十的研究领域，美国的核心论文份额基本在40%以上。美国在纳米生物、纳米材料的物理性质、光电材料、信息应用和理论计算等方面研究较多；中国在能源存储、纳米材料的化学性质、纳米应用等方面研究较多。
化学：中国合成与应用化学的核心论文份额世界第一，在石墨相碳氮化合物及其复合物的制备、超分子聚合物、碱性燃料电池、金属催化的有机合成反应等领域核心论文份额最多。但中国合成与应用化学在生物、医学中的应用方面仍较弱。美国在生物质的催化转化、纸基微流体功能器件、纤维素纳米材料研究中相比中国有较大优势。
地球科学：中国地球科学的核心论文份额世界第二，仍持续增长。中国在前寒武纪时期华北地区克拉通化研究上有绝对优势，在环境科学的研究领域中核心论文份额较高，但在生态学中有三个前沿研究领域无核心论文。美国在地球科学领域具有很强优势，德国、英国比较均衡，覆盖全部研究领域。
生物学：中国生物学的核心论文份额世界第二，继续小幅增长。中国在蛋白质结构与功能预测、长链非编码RNA的鉴定与功能研究等核心论文份额较高，但在生物节律与疾病关系、器官芯片及组织工程研究上没有核心论文。美国在生物学各个热点前沿领域具有很强优势，德、英相对比较均衡。
医学：中国的医学核心论文份额相对较低，在六国中排位第五。中国在环境与疾病间的关系及代谢组学相关的促进人类健康的研究等热点领域的核心论文份额相对较高，在产前感染对子女大脑发育与行为的影响以及致精神分裂症、脑机接口及康复机器人研究与应用等26个研究领域没有核心论文。
工程、数学、计算机：中国在此领域的核心论文份额世界第一，核心论文份额较高的研究领域为人工神经网络理论及其应用、犹豫模糊集理论及其在决策中的应用、图像和三维模型检索等。不过，中国在纳米流体研究中无核心论文，而美国、法国已经有核心论文出现。
总的说来，中国在通讯作者核心论文量排名世界第一的研究领域有37个，这些研究领域主要分布在纳米科技、合成与应用化学、工程科学、计算机科学、数学领域，主要集中在电池、石墨烯、华北克拉通化、可控药物释放、系统控制、图像处理等方面。同时，中国在36个研究领域中尚没有发表核心论文，其中26个研究领域与医学相关，生物学有2个领域，生态学有3个领域，在纳米生物医药、计算化学、光学方面各有一个研究领域。中国与其他科技大国在科学研究核心论文的先导性上尚存在差距，这可能说明我国的创新引领能力需要进一步提高；同时，中国与其他科技大国在科学研究结构上的异同，可能隐含了科研布局、创新重点和创新能力上的差异。这些都将在《科学结构图谱》的后续研究中进一步分析。
（作者：中国科学院科技战略咨询研究院科学结构研究组）