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大氣科學領域人工智能研究日益受關注
預報模式和氣候研究成熱點
來源:中國氣象報 日期:2019年08月28日10:37

  編者按:

  第四次工業革命正在來臨,而人工智能已經從科幻逐步走進現實。自1956年人工智能這個概念被首次提出以來,隨著核心算法的突破、計算能力的迅速提升,以及海量互聯網數據的支撐,人工智能終于在2010年后迎來了質的飛躍,成為舉世矚目的科技焦點。特別是2016年“阿爾法狗”以4:1的成績戰勝圍棋世界冠軍李世石后,越來越多的科研人員開始關注人工智能的發展和應用。這樣快速崛起的新技術為解決很多難題提供了一種全新的思路,很多行業將迎來明媚的春天。可以預見的是,人工智能將成為很多行業和領域的關鍵賽場,競爭將異常激烈甚至慘烈,一不留神就可能被這列高速前行的“列車”拋下。

  無論如何,人工智能的快速發展已是大勢所趨,誰也無法阻擋。今年發布的《中國新一代人工智能發展報告2019》顯示,2018年以來,人工智能推動科技、產業發展和社會變革的巨大潛力得到全球更加廣泛的認同,各國人工智能戰略布局進一步升級,人工智能正在從少數大國關注走向全球布局的新格局。

  據統計,2013-2018年,全球人工智能領域的論文文獻產出共30.5萬篇,其中,中國發表7.4萬篇,美國發表5.2萬篇。中美兩國之間人工智能科研論文合作規模最大,是全球人工智能合作網絡的中心,中美兩國合作深刻影響全球人工智能發展。

  此外,美國人工智能論文引文影響力(FWCI)、PCT專利數量、企業數量和融資規模等指標都居全球第一,整體實力領跑全球。中國人工智能論文發表量居全球首位,企業數量、融資規模居全球第二,但引文影響力指標相對落后。

  近20年人工智能論文發表量增長迅速

  中美占據半壁江山

  那么在大氣科學領域,人工智能的發展和應用情況如何?利用文獻計量法或許可以一探究竟。文獻計量法是用數據和統計學的方法,定量分析一切知識載體的方法。具體而言,就是使用一些人工智能核心關鍵詞(比如人工智能、機器學習、深度學習、神經網絡、支持向量機等),在科睿唯安公司的Web of Science全球權威數據庫中進行檢索(本文檢索文獻類別限定為研究論文(article)、會議論文(proceeding paper)和文獻綜述(review)),最后對檢索結果從不同角度進行統計分析。

  檢索結果顯示,2000年至今,科學引文索引(SCIE)數據庫共收錄人工智能主題文獻393929篇,將學科類別限定為“氣象和大氣科學”后可以得到人工智能在大氣科學領域中的研究文章為5475篇,占總數的1.39%。人工智能在大氣科學領域發表的研究論文數量一直保持著較強勁的上升趨勢。截至目前,SCIE數據庫中收錄的2019年前8個月的論文量已達到2018年全年論文量的近70%,預計年底將超過2018年。

  此外,越來越多的國家和地區開始參與到大氣科學領域人工智能的基礎性研究中來。美國在論文產出量及影響力上均獨占鰲頭,論文量占總量的37%以上,是第二位中國的兩倍多。中國雖然在論文量這一指標上位居第二,但論文影響力還有待提升。中美兩國發表的論文總量占全球論文產出總量的51.9%。德國、法國、英格蘭組成第三梯隊,雖然發表的論文數量不多,但其論文影響力均位居世界前列。

  值得注意的是,近20年來,中國在大氣科學領域人工智能研究的論文產出增長很快,從2000年的3篇增長至2018年的134篇,在該領域論文的全球占比也從2000年的2.6%增長至2018年的24.9%。

  國際合作形成研究合力

  預報模式和氣候學研究成熱點

  人工智能領域的基礎研究離不開全球科研人員的通力合作,一般而言,國際合作論文能夠帶來較高的影響力。數據分析顯示,中國的國際合作論文達501篇,占其論文總數的近62%,合作的國家和地區共計50個。在合作網絡中,2000年至今,在該領域與中國合作發表論文超過20篇的國家包括美國、加拿大、澳大利亞、德國、日本和法國等。

  從機構層面看,國外發表論文量排名前十的機構中有9家來自美國,1家來自法國。盡管法國整體產出量位列第四,但法國國家科學研究中心在論文影響力方面有很好的表現,排名靠前。在國內該領域論文發表機構中,中國科學院、中國科學院大學、北京師范大學、南京信息工程大學和中科院大氣物理研究所名列前茅,中國氣象局排在第6位。綜合國內和國外主要發文機構兩個榜單可以看出,中國科學院憑借268篇的論文產出量進入全球論文產出最多的十強機構,論文產出量超過250篇的還有美國國家航空航天局(NASA)、美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)、法國國家科學研究中心。在全球十強機構中,3家為高校,2家為科研院所,5家為政府機構。

  參與發表高水平論文的作者、機構、國家在人工智能領域作出了重要貢獻。同時,引用這些高水平論文的文獻可以反映出高水平論文所提供的技術、理論在發表之后是如何進一步發展的,即使引用這些高水平論文的文獻本身并非高水平論文。通過分析國際上被引頻次較高的SCI論文可以看出,全球在大氣科學領域人工智能的高被引論文研究熱點主要集中在預報模式研發和氣候學研究等領域。被引頻次最高的前十名中沒有中國學者的論文上榜,可見在該領域,中國學者的論文影響力與國際先進水平尚有一定差距。

  中國占據人工智能發展較高起點

  基礎、創新研究任重道遠

  從宏觀角度看,大氣科學領域人工智能研究發展迅速,并且保持著良好的發展態勢,說明越來越多的科研人員開始關注人工智能在大氣科學領域的應用,與之相關的研究成果也越來越多地開始公開發表。

  從科研論文產出數量可以看出,中國在大氣科學領域人工智能的研究已經進入國際前沿水平的國家群體,并呈現出快速增長趨勢。在人工智能這個風口上,中國已經占據了較高起點,而且發展勢頭沒有減弱的跡象。此外,中國的一些科研機構(比如中科院)和大學已經成為推動人工智能技術發展的中堅力量,在全球范圍內也占據重要地位。因此,加強與這些機構之間的合作勢在必行。但從論文質量上來看,中國的人工智能發展還遠未達到十分樂觀的地步。在一些核心技術領域(比如算法),中國的力量依然十分薄弱,基礎還不夠牢固。麥肯錫發布的報告《人工智能的未來之路》指出,中國的核心算法領域遠遠落后于英美同行的一個主要原因是缺乏頂尖的人才。

  此外,雖然近年來在這個領域中國發表的論文數量大幅增長,但高影響力論文缺乏,說明真正帶有原創性、突破性的研究成果很少。令人欣慰的是,在大氣科學人工智能領域,中國正不斷加強與其他國家之間的合作,取長補短,借助各自的優勢不斷發展。然而,要想成為真正的人工智能強國,中國還任重道遠,需要加強基礎研究,培養和吸引頂尖人才,尤其是同時精通大氣科學和人工智能的人才,在人工智能的核心基礎領域實現突破,保證人工智能發展根基穩固。

(來源:《中國氣象報》2019年8月26日三版  責任編輯:蘇杰西)



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