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我国基础科学研究论文数量翻番 中国“张衡一号”飞向太空“看”地震

    来源:zuigaofanli666.cn梧州日报
2019-12-18

  与2007年~2011年相比中国在2012年~2016年的SCI(科学引文索引)论文数量从62.2万篇增加至124.5万篇排在美国之后居世界第2位。日前记者从中科院文献情报中心获悉近5年中国科研发展迅猛国际公认的科研评价工具SCI引文数据库见证了中国科研规模的成倍增长。

  同期中国在基于SCI数据库设计的含金量更高的统计指标数据库——ESI(基础科学指标库)评价体系中前进更快:近5年入围ESI高被引论文的数量约为上个5年的2.5倍此外在最近一期ESI热点论文榜(2015年~2016年)中中国的占比为26.7%。

  教育部科技发展中心主任李志民是我国最早接触ESI的研究人员之一他向中国青年报·中青在线记者感慨道:“1996年我第一次看到ESI纸本报告时中国大陆只有3位科学家入围‘高被引作者’2006年也仅有7位而这个数字到2016年变成了170多位!”

  化学、工程、材料成中国科研布局重点

  ESI收录了22个主要学科的科研成果中科院文献情报中心首席计量科学家杨立英研究员的团队发现在过去5年中中国发表高被引论文最多的学科依次是化学、工程与材料。中国在这些领域的科研成果产出量分别都超过了美国。

  这些研究领域与改善普通人的生活息息相关。比如电话线网速只能达到512K/秒但现在光纤网速以TB计算这就是材料技术带来的变革。未来假如人类想用上高效又安全的抗癌药物至少有赖于科学家在化学领域有重大突破;假如想给电动汽车装上更可靠的电池就需要深耕化学与物理等学科。

  杨立英认为科技发展是分阶段的“我们需要先搞清楚自然界的基本物质规律再力求运用这些规律去改善人们的生活”。

  现阶段中国重点布局化学、工程与材料领域的基础研究可以说是在为下一步改善人们的生活打基础。同时她也建议学科布局提高学科结构的均衡程度这将促进学科之间的融会贯通与知识交流有利于解决复杂的科学问题。

  中国ESI重要成果产出效率略高于世界平均水平

  作为世界科技领域的后发国家中国基础研究已经取得了诸多令人振奋的成绩。杨立英说:“此时此刻中国科研界更需要冷静分析前进中的问题对科研的发展水平进行准确把握与明确定位。”

  学界认为ESI高被引论文、热点论文等重要成果占一国全部论文的份额可以大体揭示出该国重要成果产出的效率。

  2012年~2016年在中国科研领域产出的所有论文中入选ESI高被引论文库的成果占比为1.12%略高于世界平均水平1%。而中国入选2015年~2016年度的最新一期热点论文榜的数量占该年度我国产出论文总量的0.1%与世界均值齐平。

  杨立英认为尽管中国的高质量科技成果产出率仍与一些跑在科技前沿的发达国家存在差距但这个差距正因我国科研人员的奋起直追而缩小。

  为科技竞技场上的中国队加油

  “科技增长是一个很复杂的过程这需要来自社会各界的力量。”杨立英相信一串串令人骄傲的数据背后有许多人在付出努力。

  毋庸置疑科研单元在推进中国基础研究进步中发挥了重要作用。中国每年的论文总数中高校、科研机构与企业的贡献比例约为43:13:1其中有部分论文由不同的科研单元共同完成。因此高校是从事基础研究的最主要力量。

  “高校的科研成果突出是整个社会积累了30多年的结果。”李志民与〖中国高校科技〗杂志总编辑马海泉都提出了这个观点。

  从国家发展战略层面看马海泉认为改革开放让中国意识到对科技创新的渴求就此迎来了“科学的春天”。此后从1995年提出“科教兴国战略”到党的十八大报告强调指出“科技创新是提升社会生产力与综合国力的战略支撑必须摆在国家发展全局的核心位置”让创新融入中国的社会文化都是在为中国的科技发展铺路。

  从政策层面看李志民相信中国国力的增强是科技进步的有力支撑科技经费投入大幅度增长为科技发展带来利好。全国科技经费投入统计公报显示2007年至2015年的全国研究与试验发展经费投入大幅度增长从3710.2亿元上升至14169.9亿元。

  “国力增强了更多的人才选择回国发展同时实验室建设的条件也得到改善这也为科技进步带来了巨大的影响。” 李志民说。

  而从实际操作层面看各类科研单元都在寻求自我的科技创新之道。清华大学、浙江大学、中国科学院大学、北京大学、上海交通大学等高校都在ESI论文库中占有一席之地。

  此外根据2017年9月ESI官方网站的最新数据中国科学院大学的化学与材料学、清华大学的工程学与材料学以及上海交通大学与哈尔滨工业大学的工程学的研究成果还入围了ESI数据库中“排行前万分之一”的论文。

  事实上在高校以外还有一个不容忽视的机构——中国科学院。在过去5年中仅中科院一家发表的ESI高被引论文就占到中国高被引论文总数的22.9%。

  中国“张衡一号”飞向太空“看”地震——

  人类能否交出“地震预测”的答卷?

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  在21世纪的今天人类文明已经走过6000多年历史并迎来第六次科技革命假如要问还有哪些世界性难题久攻未破甚至仍在限制人类的想象力?地震预测肯定算一个。

  2月2日我国第一颗观测地震电磁信息的卫星“张衡一号”成功发射。公元132年张衡发明了人类历史上最早的地动仪开创世界地震勘测研究的先河。1800多年过去了如今以他的名字命名的卫星飞上了天研究的还是同样的问题:地震预测。

  这颗卫星仍然不能直接预测预报地震。用国防科工局系统工程司副司长赵坚的话说“‘张衡一号’主要是用于地震前兆信息研究为未来建立地震监测体系进行前期技术储备。”

  尽管如此在中国的地震预测研究之路上这颗卫星还是迈出了一大步——有望让我国第一次具备全疆域与全球三维地球物理场动态监测能力。换句话说中国境内6级以上、全球主要地区7级以上的地震电磁信息这颗卫星都有可能“看到”。

  人类究竟能否预测地震?

  仰望星空人类拿起“天文”的尺子来看待自我不免会产生敬畏之感同样地面对大地人类同样会感到“浩渺沧海之一粟”这不单是因为体积上的巨大差异更有来自这个庞然大物“发脾气”时的巨大威胁——大地一颤抖带来的就可能是生与死。

  以去年为例来自中国地震局的数据显示2017年我国发生5级以上地震19次其中大陆地区13次台湾地区6次最大地震为8月8日四川九寨沟7.0级地震。这些地震共造成大陆地区37人死亡1人失踪617人受伤直接经济损失145.58亿元。放眼全球2017年发生7级以上地震8次最大地震为9月8日墨西哥近海沿岸8.2级地震。

  相应地地震认知上的一个个空白加剧了这种威胁:大地究竟为何颤抖地震究竟能否预测以及该如何预报仍是全球科学家面临的巨大挑战。

  “张衡一号”卫星工程首席科学家兼副总师、中国地震局地壳应力研究所总工程师申旭辉说摆在科学家面前的地震预报难题有“三座大山”。首先是地震事例太少。他说中国平均每3年有两个7级地震全球每年则有18个——尽管谁也不愿看到地震发生但这无法避免仅从科研角度来说这样几次的数据连有效的统计分析都不够不足以帮助科学家形成完整的地震预测科学体系与方法体系。

  换言之地震监测的研究结果难以检验。申旭辉说强烈地震对于同一地区可能是几十年、几百年或者更长的时间才能遇到一次对于不同地区甚至不同时期的孕震过程机理差异很大所以“重复实践”进行检验的机会很难碰到。

  其次地震科学研究的方法与手段受到很多制约。申旭辉说地震发生在地下二三十公里处而当今世界上最深的钻孔只有12公里科学家们很难去地下“看”究竟发生了什么“既看不见也摸不着”。

  相应地现有的地震“观测”均是间接的人们只能依靠地面的观测资料对地球内部的状况进行反演与推测但申旭辉告诉记者地面的探测站点毕竟分散又很难把全球的地球物理场搞清楚。

  第三是理论的更新相对较慢。地震是地球上规模宏大的地下岩体破裂现象其孕育过程跨越了几年、几十年甚至更长的时间因而不但很难用经典物理学从本质上加以描述也难以在实验室或者野外进行模拟。

  申旭辉说地震研究的基本理论本身起源于早期的牛顿物理学而如今物理学发展很快基础理论学科相互交叉渗透地震研究迫切需要吸收其他相关学科的理论。

  其实地震究竟能不能预测科学界长期以来就有争论。

  20多年前这个问题还曾在我国掀起过一次大讨论。我国地球物理学家、中科院院士陈运泰当时的态度相对乐观——“地震不可预报这样的论断要慎言”在他看来自然科学问题必有解决的办法需要寻找探索新的思路。

  申旭辉认为如今“张衡一号”的发射就是一次新的探索与尝试。正如陈运泰院士所说“地震预测预报是世界性难题但并不是说在这个难题解决之前地震工作者就什么都不能做。”

   为何要上天“看”地震?

  在地球的周围有着一层薄薄的“壳”是一个“电子”与“离子”的世界当受到地壳运动、地面人类活动等的影响时其中的“电磁波”就会像水中的“涟漪”一样在等离子体环境里传播。

  申旭辉告诉记者过去几十年科学家发现他们所监测到的“空间电磁扰动”也就是“电磁波涟漪”与地震的发生具有明显的相关性:统计意义上地球上6级、7级以上地震在发生前即孕育过程中相应区域的“空间电磁扰动”都有可能发生异常。

  上世纪60年代苏联科学家分析一颗卫星电磁信号时发现卫星记录到地震低频电磁辐射前兆现象称之为“地震电离层效应”。我国在1976年唐山地震时也通过地面雷达系统发现了相应的电离层扰动现象。

  申旭辉说这给人类探索地震发生的机理带来了一丝“难得的光明”。

  “张衡一号”正是依据这一原理来运行的。申旭辉说地震简单来说就是“地壳运动”这种运动会切割磁力线也会造成磁力线的扭曲。另一方面地球岩石的摩擦破裂会产生电磁波这些电磁波往大气层传播将致使大气层的电磁信息发生变化。

  事实上国外利用卫星进行地震前“空间电磁异常”现象的研究已经有多年的历史。赵坚说此前俄罗斯、法国、美国、乌克兰等国家已经发射过同类卫星不过均已退役其中法国的DEMETER卫星连续在轨运行6年半取得了不小的成功。

  法国DEMETER卫星计划首席科学家米歇尔·帕罗特教授说基于这颗卫星的统计研究可以反映电离层扰动的常规形态并有助于科学家确定震前的电离层扰动特征。值得一提的是中法科学家也联合利用这颗卫星的数据发表了大量科研论文其中大部分是针对震前研究。

  而跳出地球来“看”地震还能突破许多地震研究的限制。比如填补地面观测台网在青藏高原与海域地区观测的不足。

  申旭辉说在地面上像青藏高原的极寒地区现有的地震台网并不能完全覆盖面积广阔的海洋也观测不到。相应地卫星上天之后就可以不受这些自然环境的约束对全疆域实时观测。

  一两颗卫星就能研究地震?

  按照赵坚的说法“张衡一号”真正投入运行后能够重点监测中国全境检验卫星电磁监测新技术设备的效能与空间适应性。

  具体来说“张衡一号”可以进行全球7级以上、我国6级以上地震电磁信息分析研究总体技术指标达到国际先进水平部分技术指标达到国际领先水平。

  不过申旭辉告诉记者对于地震研究而言指望一两颗卫星远远不够。这一点国外的“先驱者”已经给出了理由。

  米歇尔·帕罗特谈及法国的DEMETER卫星时说尽管这颗卫星运行了6年但作为一颗低轨卫星卫星经过未来震中上空1500公里范围内的时间每天只有3分钟所以科研人员不可能期望能观测到“持续的”电离层扰动。

  如此一来一些电离层扰动很可能“看”不到这就是单一卫星与地基观测对比中显示出来的主要缺陷。米歇尔·帕罗特说这也是中国的“张衡”卫星计划要设计多颗卫星的重要之处。

  赵坚说后续国防科工局将会同中国地震局进行电磁监测试验卫星即“张衡”系列卫星的在轨测试及相关应用提升民用卫星对地震监测与应急服务能力进一步提升天基信息防震减灾服务能力。

  他还透露“张衡一号”及其后续卫星计划已经纳入国家民用空间基础设施中长期发展规划目前“张衡二号”已经通过可研评估预计2020年发射。

  事实上能够真正对全球实施观测统计研究全球地震的前兆变化特征对地震研究者来说是件“极其兴奋”的事。申旭辉告诉记者也许在他有生之年也未必能见证“地震预测”真正实现的那一天但这并不意味着现在的努力就付诸东流。

  申旭辉说一代人有一代的使命如今有了卫星以及相应的星座计划可以积累更多有效的、原始的数据不断探索地震预测新方法——这是他这一代科学家要做的。(中国青年报·中青在线记者邱晨辉)

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