太阳辐射与气候变化研究：1991–2025年综合文献计量分析 (Solar Radiation and Climate Change Research: A Comprehensive Bibliometric Analysis (1991–2025))

《Atmosphere》：Solar Radiation and Climate Change Research: A Comprehensive Bibliometric Analysis (1991–2025)

　　

太阳辐射驱动地球气候系统中几乎所有过程——从大气环流与水循环到生态系统碳吸收及农业生产力。在人为气候强迫下此能量通量的变化及其后果已成为现代地球系统科学的核心议题。尽管大气物理、生态学、遥感及能源工程领域文献快速增长，尚无研究将"太阳辐射与气候变化"作为统一研究领域绘制全球科学产出图谱。研究人员通过自Web of Science核心合集(1991–2025)检索8473篇出版物开展大规模文献计量分析(bibliometric analysis)，使用Bibliometrix R包(v5.0.1)及VOSviewer(v1.6.20)考察发文增长、国家及机构生产力、期刊表现、合著结构、关键词网络、主题演化及新兴研究前沿。文献以年均14.87%速率增长，中美两国贡献近半数产出——但美国研究显示显著更高被引影响力。布拉德福定律(Bradford's Law)识别27种核心期刊，约占发文总量三分之一，《Journal of Geophysical Research–Atmospheres》居首。符合洛特卡定律(Lotka's Law)，78.9%作者仅出现一次，指向广泛但边缘参与的科研共同体。关键词共现图谱揭示五类主题簇：生态与生物圈影响；气候动力与变率；大气过程与数据驱动方法；太阳地球工程(solar geoengineering)；能源与可再生能源应用。2020年后最速上升主题为机器学习(machine learning)、CMIP6、太阳地球工程(solar geoengineering)及热浪(heatwave)——表明领域正向数据驱动方法及主动气候干预辩论偏移。上述发现结构化呈现领域现状及最紧迫知识缺口。

论文解读：《Solar Radiation and Climate Change Research: A Comprehensive Bibliometric Analysis (1991–2025)》发表于《Atmosphere》

研究背景与意义

太阳辐射是地球气候系统的首要驱动因子，调控能量平衡、大气环流、水循环及生态系统生产力。到达地表的太阳短波辐射（地表太阳总辐射，global horizontal irradiance, GHI）受气溶胶、云、水汽及温室气体调制，且已有证据表明人为气候变化正改变其分布、强度与变率，形成放大变暖的反馈机制。"全球变暗(global dimming)与变亮(global brightening)"现象、太阳地球工程（平流层气溶胶注入stratospheric aerosol injection, SAI；海洋云增白marine cloud brightening, MCB）的兴起，以及CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6）与机器学习在辐射—气候反馈量化中的应用，使该交叉领域迅速扩张。然而既往文献计量研究多关注广义气候变化、太阳能或可再生能源，未见以"太阳辐射—气候变化"为统一领域进行系统图谱绘制。为此，研究人员开展此项首次大规模文献计量分析，旨在揭示领域知识结构、核心贡献者及时间演化特征，为学界与资助机构提供结构化全景。

主要技术方法

研究人员以Web of Science（WoS）Core Collection为数据源，检索式为TS＝("solar radiation" OR "solar irradiance" OR "global radiation" OR "shortwave radiation" OR "photosynthetically active radiation") AND TS＝("climate change" OR "global warming" OR "climate variability" OR "greenhouse effect" OR "climate trend")，初检9716条，限定原始研究论文与综述、年限1991–2025、剔除撤稿后最终纳入8473篇文献（来自1515种来源）。分析采用Bibliometrix R包（v5.0.1）执行绩效分析、Bradford's Law与Lotka's Law检验、主题地图(thematic map)及趋势主题(trend topic)分析；采用VOSviewer（v1.6.20）构建关键词共现网络、国家合著网络、作者合著网络及时间叠加可视化；关键词经基础同义词标准化（保留geoengineering、climate engineering与solar radiation modification为独立节点），按最小出现频次筛选后聚类。

研究结果

3.1 数据集总体概况

最终数据集含8473篇出版物（7981篇研究论文、467篇综述），涉及28079位独特作者，篇均合作者5.65人，国际合著率35.87%，篇均被引40.16次，文献平均年龄8.08年，反映高度全球化合作与较新且活跃的领域特征。

3.2 年度发文趋势

年发文量从1991年9篇增至2025年1004篇（增长超111倍），年均增长率(annual growth rate, AGR)为14.87%。可分三阶段：1991–2006年为起步缓慢增长期（年发文<100）；2007–2019年为加速期（116–427篇），受IPCC评估报告发布、巴黎协定及遥感技术进步推动；2020–2025年为指数激增期（>500篇并达1004篇），与CMIP6输出发布、太阳地球工程关注度提升及后疫情研究恢复相关。

3.3 最高产与最高被引国家

中国发文2356篇（占28.00%）居首，美国1473篇（17.51%）次之；但美国总被引113039次、篇均被引76.74次居首，瑞士虽量少但篇均被引71.56次列第二，中国篇均被引27.07次偏低。德国国际合著比例（multiple-country publication, MCP比＝0.502）最高，显示深度融入全球网络。

3.4 最高产机构

前10高产机构中9所为中国机构，中科院地理科学与资源研究所（129篇）、北京师范大学（112篇）、中科院大气物理研究所（75篇）居前三；唯一非中国机构为加州大学圣迭戈分校（第10位，41篇）。

3.5 最高产作者

Zhang Y（176篇）、Wang Y（163篇）、Li Y（127篇）列前，因中文姓名缩写可能合并多位同名学者，分数化作者计数(fractionalized author count)下排序仍一致。

3.6 核心期刊与Bradford's Law

8473篇分布于1515种期刊，载文前三为Journal of Geophysical Research–Atmospheres（215篇）、Remote Sensing（194篇）、Agricultural and Forest Meteorology与Journal of Climate（各192篇）。Bradford's Law划定27种核心期刊（Zone 1）贡献约1/3发文（2801篇），Zone 2含144种、Zone 3含1344种，Bradford乘数≈5.3，符合对数线性模型。

3.7 作者生产力与Lotka's Law

78.9%作者仅发表1篇（高于经典Lotka's Law理论期望≈61%），仅11.6%发表2篇，证实跨学科广域但松散参与之共同体特征。

3.8 高被引文献与主题范畴

最高被引文献聚焦生物源挥发性有机物排放、人为硫酸盐气溶胶直接辐射强迫、黑碳气溶胶气候效应、陆地生态系统生产力和火山强迫与气候，体现大气辐射过程及与碳循环、古气候的交叉。

3.9 关键词共现网络与研究簇

排除核心检索词后获五簇：绿色—生态与生物圈影响（遥感、物候、干旱、总初级生产力GPP、NDVI、MODIS、水分利用效率WUE、CO₂）；红色—气候动力与变率（气候变率、太阳辐照度、反照率albedo、ENSO、气溶胶、北极、全新世Holocene、青藏高原）；蓝色—大气过程与气候监测（降水、气温、热应激heat stress、微气候、城市热岛UHI、气温、适应adaptation）；紫色—太阳地球工程（geoengineering、solar geoengineering、climate engineering、solar radiation modification, SRM）；黄色—能源与数据驱动应用（太阳能solar energy、可再生能源、深度学习deep learning、机器学习machine learning、CMIP6）。

3.10 国家合作网络

美居中枢纽连接多集群，中主导南—南合作区块（中、印、南非、沙特等），另有北欧、中东欧及澳洲簇；中国际合著比较低（MCP＝0.297）。

3.11 作者合著网络

识别出Kravitz Ben与Robock Alan等主导的太阳地球工程群；Wild Martin主导的全球变暗/变亮群；Wang Kaicun与Ciais Philippe主导的碳循环—植被群，显示子领域专业化社群。

3.12 主题地图分析

基础主题(Basic Themes)象限含climate change、solar radiation、temperature（领域知识骨干）；利基主题(Niche Themes)象限含geoengineering、SRM（内聚但边缘）；蒸散(evapotranspiration)—遥感—干旱近Motor Themes边界（日趋中心成熟）；太阳能—可再生能源处Emerging/Declining象限（对主流气候科学仍边缘）。

3.13 趋势主题分析

早现主题（2012年前）：模拟模型、太阳变率solar variability、GCM、区域气候变化等；中期（2012–2017）：全球变暗、蒸发皿蒸发量pan evaporation、CO₂、海洋酸化、辐射强迫radiative forcing、日照时数sunshine duration；最新崛起（2020后）：热浪heatwave、机器学习machine learning、SRM、深度学习deep learning、CMIP6、太阳地球工程solar geoengineering、总初级生产力GPP、随机森林random forest、参考蒸散reference evapotranspiration，标志数据驱动范式转变与气候干预议题升温。

讨论与结论总结

研究人员指出领域呈指数增长，三阶段受IPCC报告、CMIP6及太阳地球工程争议驱动。中美分占量与质优势但存引文影响力差距，美德英瑞在国际合作与高影响力方面表现突出。CAS机构群集中体现中国战略投入。Bradford核心区仅27刊印证多学科分散特征，Lotka偏离提示广域边缘贡献者模式。五主题簇反映生态—动力—大气—地球工程—AI融合多维视角。主题地图显示SRM为孤立利基前沿，能—气候反馈尚欠整合。趋势证实ML/DL—CMIP6—SRM—热浪为新前沿，倡导物理信息机器学习(physics-informed machine learning, PIML)及可解释AI(SHAP)应用，并填补发展中地区视角缺失。局限性含WoS单库、无引文耦合分析、作者消歧未做、近期文献引文滞后、宽泛检索引入边缘文献、未系统同义词标准化及未含光伏术语。

结论翻译：

本研究首次对1991–2025年WoS核心合集中8473篇太阳辐射与气候变化全球文献开展综合文献计量分析，采用绩效分析、Bradford's与Lotka's Law、关键词共现、国家及作者合作图谱、主题地图与趋势主题识别等多方法，系统呈现领域结构、核心贡献者及演进前沿。主要结论如下：文献期内指数增长（年增率14.87%，1991年9篇至2025年1004篇），2020–2025年激增受CMIP6、太阳地球工程辩论及后疫情研究恢复驱动；中国主导发文量（28.00%）而美国引领被引影响力（篇均76.74次），德最高国际合著比（MCP 0.502）；Bradford's Law识别27种核心期刊约占1/3发文，JGR–Atmospheres居首；78.9%作者只发1篇（超理论61%），表征跨学科广散共同体；关键词共现分五簇——生态与生物圈影响、气候动力与变率、大气过程与气候监测、太阳地球工程、能源与数据驱动应用；美为全球科合枢纽，Kravitz–Robock及Wild分别为太阳地球工程与全球变暗/变亮核心团队；主题地图将climate change–solar radiation–temperature划为基础主题，SRM属利基主题；趋势主题显示ML/DL、CMIP6、SRM及热浪为2020后最快增长方向。结果指明太阳能—气候反馈、SRM治理、复合极端事件（尤热浪）及ML应用等为未来优先知识缺口，高影响文献中发展中国家机构代表性不足呼吁针对性支持。本分析提供领域导航路线图及可复现方法论框架。