11大领域148个热点和新兴前沿发布！看看地学如何？

11月13日，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与科睿唯安联合向全球发布了《2020研究前沿》报告。

报告基于2014年-2019年的论文数据，遴选展示了在生态与环境科学，地球科学，化学与材料科学，物理学，天文学与天体物理学，信息科学等11个高度聚合的大学科领域中，较为活跃或发展迅速的110个热点前沿和38个新兴前沿，较为客观地反映了相关学科的发展趋势。

热点前沿及重点热点前沿解读

1、地球科学领域Top10热点前沿发展态势

地球科学领域Top10热点前沿中有7个属于地质学相关研究。其中，流体注入引发的地震活动研究连续3年入选《研究前沿》报告，利用好奇号开展盖尔陨石坑的岩石矿物学研究连续4年入选，呈现出热点问题研究的延续性。

研究方法方面，自2017年起，有越来越多的热点前沿利用天基探测平台和人工智能方法开展地质学研究，反映出遥感和信息技术进步对地球科学发展的巨大推动作用，2020年相关研究前沿包括：利用机器学习方法分析滑坡敏感性，哨兵和Landsat系列卫星反射率数据产品性能分析，“土壤湿度主动-被动测量”和”土壤湿度和海洋盐度”卫星数据产品的比较验证，基于卫星数据分析日光诱导叶绿素荧光与植被光合作用的关系。Top10 热点前沿中还有2个海洋科学和1个气候变化相关研究。

2、 重点热点前沿——“天然气水合物成藏特征和开采工艺研究”

天然气水合物又称“可燃冰”，是由天然气与水在高压低温条件下形成的类冰状的结晶物质，主要分布于深海沉积物或陆域的永久冻土中。因其具有分布广、储量大、埋藏浅、能效高、污染低等优点，是后石油时代的最佳替代能源之一。

天然水合物开采的基本原理是通过改变天然气水合物的稳定赋存条件，使气体从固态水合物中分离出来，再通过收集游离气体以实现连续开采。主要的方法包括降压法、热激发法、化学抑制剂法、CO2置换法和水力提升法等。但到目前为止，天然气水合物的开采方法仍处于概念和实验研究阶段，没有形成一套完整的开采理论，制约天然气水合物安全高效开发的三大技术挑战：“装备安全、生产安全和环境安全”尚未实现根本性突破，距离商业应用还有很长的路要走。

世界各国特别是能源短缺国家非常重视天然气水合物的调查研究工作，尤以美国、印度、日本、韩国、德国、加拿大等国表现活跃，相继将天然气水合物列入国家重点发展战略，制订研发计划，并成立专门研究机构积极推进天然气水合物钻探和试采。

本热点前沿的定量统计结果印证了上述国家对天然气水合物研究的重视：美国发表的核心论文数量最多，全部36篇核心论文中有一半来自美国。印度、日本和中国也表现亮眼。在产出机构方面，美国机构最多，占所有核心论文Top研究机构数量的1/3，其中美国地质调查局主导了13篇核心论文。日本紧随其后，有3所机构上榜。中国和印度各有2所机构上榜。新加坡的5篇核心论文均来自新加坡国立大学，该校Praveen Linga教授团队产出了本热点前沿被引频次最高的前3篇核心论文，重点梳理了天然气水合物在实验室环境中的最新进展和现场开采试验情况，讨论了各开发方法的局限性和大规模开采面临的挑战。

中国天然气水合物研究启动较晚，但进展迅速，目前处于从水合物基础研究向开采技术发展的阶段。分析该前沿的施引论文可以看出，中国在该方向积极开展研究，施引论文多达468篇。在Top10施引论文机构中，中国科学院、大连理工大学和中国石油大学包揽了前3名。在中国科学院的108篇施引论文中，中国科学院广州能源研究所贡献了82篇，表现突出。

3、重点热点前沿——“哨兵和 Landsat系列卫星反射率数据产品性能分析”

“哨兵”系列卫星是欧洲“哥白尼”对地观测计划的卫星任务类型之一，目前有7颗卫星在轨运行，主要开展雷达和对地多光谱成像、海洋及大气监测。Landsat 系列卫星是由美国国家航空航天局和美国地质调查局共同管理的地球资源卫星，目前已经发射了8颗卫星，有2颗仍在轨运行，主要任务是调查地下矿藏、海洋资源和地下水资源。这两个系列卫星的遥感数据均免费向公众开放使用，极大地推动了技术和产业创新，帮助行业发展，并产生了高额的经济价值。

本前沿的13篇核心论文主要分析了哨兵-2A、哨兵-2B、Landsat-7 和Landsat-8的变化检测能力，对比了两种系列卫星的大气和地表反射率数据产品性能。表16可以看出美国在该前沿领域占据绝对优势，贡献了12篇论文，占所有核心论文的92.3%。其中，美国南达科塔州立大学和美国国家航空航天局各贡献6篇。波士顿大学虽然只产出1篇核心论文“Continuous change detection and classification of land cover using all available Landsat data”，但被引频次最高，达305次。该文利用519张Landsat图像，开发出一种新型土地覆盖连续变化检测与分类算法，可以提供任意指定时间的土地覆盖图。

从施引论文角度来看，美国的施引论文最多，达366篇。中国的施引论文位列第2位。施引论文数量Top10机构中，有6所美国机构。中国科学院以104篇位居第1位，其中尤以中国科学院遥感与数字地球研究所和中国科学院地理科学与资源研究所表现突出。

新兴前沿及重点新兴前沿解读

1、新兴前沿概述

地球科学领域有1项研究入选新兴前沿，即“印度尼西亚火山喷发预测模型研究”。

2、重点新兴前解读——”印度尼西亚火山喷发预测模型研究”

火山喷发是人类面临的一种重大自然灾害。据不完全统计，全球有近20%的居民生活在火山灾害危险区和影响区范围内。在过去400年的时间里，火山喷发已经夺去了大约27万人的生命。印度尼西亚邻接构造活跃地区，地震和火山作用频繁。自从公元1500年，印尼至少有95座火山爆发过，1815年Tambora火山的爆发造成了北半球的“无夏之年”，7.4万年前Toba火山爆发是地球过去2百万年内最大的一次火山爆发。

火山喷发预测预警是减轻和防御火山灾害的基础。火山监测是通过监视和检测地下岩浆的动态变化，捕捉火山喷发前兆，为火山喷发预报与研究提供科学依据。火山喷发预测则是基于火山监测获取的地质活动数据开发喷发预测模型，从而实现对火山喷发的提前预测。

2020年度地球科学领域新兴前沿“印度尼西亚火山喷发预测模型研究”中的核心论文聚焦在对印度尼西亚锡纳朋火山（Sinabung）、格鲁特火山（Kelud）近期系列火山爆发的系统研究，从火山学、岩石学、地球化学、遥感、火山喷发预测模型研究以及社会对火山爆发的响应等角度对两处火山开展对比分析，对未来火山喷发和地质演变研究具有重要价值。美国在该前沿占有绝对优势地位，印度尼西亚作为东道主，与美国合作密切。