基于文献计量的PM2.5研究热点及趋势分析

李 颖, 巩世钰

(辽宁师范大学 地理科学学院，辽宁 大连 116029)

PM2.5是环境空气中空气动力学中当量直径≤2.5 μm 的颗粒物，是监测环境空气污染程度的重要指标之一[1].近年来，传统能源结构引发的大气污染问题日益突出，高浓度的PM2.5是造成我国雾霾天气的主要因素之一[2-3]；同时PM2.5对人体健康的危害更是引起社会广泛关注[4].为改善空气质量，增强人民的蓝天幸福感，我国先后出台了一系列重大决策部署：国务院颁布《大气十条》[5]将治理大气污染作为生态文明建设与治理环境问题的关键；《打赢蓝天保卫战三年行动计划》[6]强调突出精准施策，加强重点地区及污染源治理，促进多污染源协同控制.加强对PM2.5污染问题研究有利于引导发展绿色可持续发展经济，加快推进生态文明建设.

目前，国内外许多研究学者对PM2.5进行了广泛的研究，如基本污染特征[7-9]、形成机制[10-11]、来源解析[12-14]、对人体的健康影响[15-16]和对气候的影响[17-18]等方面.但目前鲜有对监测方法改进、源解析模型开发、多污染源协同控制等问题的研究.

文献计量法是以科技文献的外部特征为研究对象，采用数理统计方法描述、评价和预测科学技术现状与发展趋势的定量分析方法[19].李兆林[20]虽利用文献计量法对PM2.5进行分析，但大多以Web of Science为数据源，对于系统把握国内外研究现状及热点尚显不足[21-23].因此从发文量及高频词可视化分析等方面剖析国内外研究热点及趋势，以期了解研究领域前沿动态，为进一步研究提供借鉴与参考.

1 数据来源与研究方法

国外文献以Web of Science为数据源，检索文献中含有“PM2.5”并精炼文献类型为ARTICLE，搜索年份范围为1990—2018年，最后得出16 304篇有效文献.国内文献采用CNKI中主题为“PM2.5”的文献为数据源，搜索年份范围为1990—2018年，最后得出6 309篇有效文献.将有效文献导入Bibexcel中，导出文献年度发文量及高频关键词，并合并关键词中的近义词与同义词.本文筛选出国外文献词频大于70的关键词共52个，国内文献筛选出词频大于30的关键词共47个.利用Bibexcel构建共词矩阵并导入Ucinet中，再用Netdraw构建高频关键词共现网络可视图进行共词分析，最后利用Ochiia系数法对共词矩阵进行包容化处理，具体计算公式为

(1)

最后导入SPSS中进行聚类分析，分析得出系统聚类分析谱系图及群集.

2 结果分析

2.1 研究现状

国外研究整体呈上升趋势(图1)：第一阶段(1992—1997年)萌芽发展阶段，此阶段发文量为33篇，处于起步阶段.第二阶段(1998—2009年)稳定增长阶段，发文量为3 632篇，推测是由于1997年美国将PM2.5纳入空气质量检测指标之一[24]；第三阶段(2010—2018年)快速增长阶段，发文量为12 639篇，推测原因是自2010年起，美国及欧盟为了使PM2.5达到国家标准，根据经济技术的发展与时俱进地采取更为严格的措施[25].

国内研究呈快速增长趋势(图2)：第一阶段(1999—2003年)初步发展阶段，此阶段发文量为38篇，推测原因是2000年《中华人民共和国大气污染防治法》的颁布促使国内相关研究开始起步.第二阶段(2004—2010年)波动发展阶段，发文量为377篇，特别是在2009年发文量达到了峰值，推测原因是2008年我国举办夏季奥运会，加大了对北京和协办城市的空气污染科研及整治力度[26]，由于项目结题需要一定的时间，故在2009年出现了发文峰值.第三阶段(2011—2016年)快速发展阶段，发文量为3 896篇，推测原因是2012年我国生态环境部新颁发了《环境空气质量标准》(GB 3095—2012)[27].2017—2018年发文量下降的原因推测是国家政策的转变导致研究方向发生改变，但未来总体发文量呈上升趋势.

图1 国外有关PM2.5研究文献发文量Fig.1 The number of PM2.5 literatures in foreign

图2 国内有关PM2.5研究文献发文量Fig.2 The number of PM2.5 literatures in domestic

2.2 研究热点

2.2.1 高频关键词

关键词是文献研究方向的核心体现，通过对关键词分析可以明确该领域的研究热点及趋势[28].分别得到国外与国内高频关键词(表1、表2).

表1 国外高频关键词及其出现频次

表2 国内高频关键词及其出现频次

国外研究中频次最高的为PM2.5，PM，Air Pollution，均超过2 000，占被统计关键词的43.3%，说明重视基本污染特征研究.关键词中Source Apportionment，Aerosol，Positive Matrix Factorization(PMF)，Black Carbon，Organic Carbon，Elemental Carbon占被统计关键词的12.6%，说明来源解析及形成机制为研究热点.由于PM2.5粒径微小，携带的金属及有机化合物进入呼吸道后会对机体产生不利影响，因此有关Exposure，Epidemiology，Health Effects等与人体健康的研究日益增多.

国内研究高频关键词为PM2.5，频次超过5 000，占被统计高频关键词的48.9%.次高频关键词为大气污染、PM10、PM、雾霾、气象条件等，占比为20.7%，说明较为重视环境空气污染问题.北京、京津冀作为高频关键词反映出北京及周围地区为重点研究区.综合分析国内外高频关键词，共同研究热点为基本污染特征及环境空气污染，但国外更侧重研究来源解析、形成机制和对人体健康的影响.

2.2.2 高频关键词共词分析

高频关键词分析虽然在一定程度上能反映研究现状，但未能反映出内在关系，因此引入共词分析法[29]解决这一问题.

国外关键词共现网络可视图(图3)中52个关键词之间联系紧密，各节点间连线纵横交错，其中,PM2.5，PM10，Air Pollution，Air Quality，Aerosol，Source Apportionment等节点较大且与其他关键词共现次数多，一定程度上为研究热点.另外，Aerosol，Black Carbon，Ozone，Exposure等关键词间连线较粗，关系较为紧密.

国内关键词共现网络可视图(图4)中，PM2.5这一关键词所代表的节点最大，且与周围各节点的连线较粗，可判断这一关键词为研究热点.另外，PM10、PM、相关性、雾霾、气象条件、北京等关键词间的关系较为紧密.

图3 国外PM2.5高频关键词共现网络可视图Fig.3 The foreign PM2.5 key words co-occurrence netview graph

图4 国内PM2.5高频关键词共现网络可视图Fig.4 The domestic PM2.5 key words co-occurrence netview graph

2.2.3 高频关键词聚类分析

采用聚类分析得出系统聚类谱系图(图5、图6)，以及关键词聚类四个群集划分(表3、表4).群集1包含大多研究热点，如：Aerosol，Air Pollution，Biomass Burning，Principal Component Analysis(PCA)，Source Apportionment等，随着监测手段的增多，来源分析方法呈现日益多样化的趋势.群集2中包含China，说明较为重视中国地区的研究；另外此群集中也包含PM2.5对人体健康影响的研究，如Cardiovascular Disease，Epidemiology，Asthma，Lung Function等，其大致可分为两类：一是PM2.5的流行病学研究；二是PM2.5引发的疾病研究.群集3中包含PM2.5与其他污染源的关系，如Carbon Monoxide，Heavy Metals，NO2，Ozone.群集4为MODIS数据反演气溶胶光学厚度及气溶胶分类,同时对气溶胶进行分类，如Elemental Carbon，Organ Carbon等，根据不同种类的气溶胶辐射强迫大小模拟对气候的影响.

图5 国外关键词系统聚类分析谱系图Fig.5 Pedigree chart of hierarchical cluster analysis of key words in foreign

图6 国内关键词系统聚类分析谱系图Fig.6 Pedigree chart of hierarchical cluster analysis of key words in domestic

表3 国外PM2.5高频关键词聚类群集划分

群集1中包含了污染源的研究，如O3，PM，PM10，TSP，气溶胶等，近年来在京津冀等污染严重地区开展了PM2.5基本污染特征以及来源的相应工作[30-32]；群集中也包含了我国区域性PM2.5污染研究，如：京津冀，采暖期，燃煤电厂.群集2主要包含基本污染特征.群集3主要包含来源及化学成分问题，如：来源，多环芳烃，影响因素，有机碳，元素碳.群集4包含 PM2.5对人体健康的影响研究，如：呼吸系统疾病，健康风险评价，危害，氧化应激等.

表4 国内PM2.5高频关键词聚类群集划分

3 结论与讨论

3.1 结论

(1)国内外发文量增长趋势具有阶段性，国外分为萌芽发展、稳定增长和快速增长三个阶段；国内分为初步发展、波动发展和快速发展阶段.

(2)国外高频关键词为PM2.5，PM10，Air Pollution，PM，Source Apportionment，Aerosol，Exposure等，一定程度为国外研究热点.国内高频关键词为PM2.5、大气污染、PM10、PM、雾霾、气象条件等，其中,PM2.5代表的节点最大成为国内研究热点.国内外共同研究热点为基本污染特征及环境空气污染，但国外更侧重来源解析、形成机制及对人体健康影响等研究.

(3)国内外涉及基本污染特征、来源解析、污染源以及对人体健康影响的研究，但国外对来源解析、人体健康、污染源等有深入研究；而国内侧重基本污染特征及区域性研究，其他研究热点虽有涉及但不甚透彻，因此国内亟待加强相关热点的研究.

3.2 讨论

综上所述，PM2.5是国内外环境科学等多学科研究热点之一，根据统计结果及相关文献对未来的PM2.5研究进行总结：

(1)建立多污染源与多污染物的监控，优化监测指标.不仅要加强SO2，NOx等污染源治理，同时也要继续加强二次颗粒物前体物的合理控制，以促进多污染源的协同控制，逐步完善颗粒物排放清单，加强挥发性有机物研究，为各行各业制定排放标准提供借鉴参考.

(2)完善PM2.5监测方法.继续巩固并重视对重点地区PM2.5监测网络的建设，在β射线法[33]、振荡天平法[34]等方法的基础上进行改进，并继续开发新的监测方法；同时结合区域污染特征，综合运用多种监测方法，逐步完善PM2.5预警机制.

(3)开发新的源解析模型并加强二次源解析研究.当前源解析的主流方法有源清单法[35]、源模型法[36]和受体模型法[37].在此基础上开发源解析新模型，继续加强二次源解析研究，以便更加了解各污染源对PM2.5的贡献率；同时完善突发性污染事件的源解析工作，增强应急机制.