【科技专论】比较视野下的大国科研和创新表现
比较视野下的大国科研和创新表现
贺飞 北京大学
【按】作者前面的博文《世界格局下的中国科研发展态势》（）中，介绍了中国科研发展发展的相关情况，从投入和产出规模中可以看出包括欧盟在内全球有6大巨头。今天我们来比较一下这6大巨头的科研和创新的表现。
1 前言
最近几十年，科研与创新在全球经济中有着举足轻重的的作用，科学与工程的投资效应以及KTI(知识和技术密集型产业)对各国经济的繁荣发展日益重要。科研与创新的全球化趋势日趋明显，从发展态势看还将会长期存在下去。全球经济下滑对发达国家（经济体）的科学与工程研究的影响更为严重，而发展中国家涉及科学与工程的经济活动持续逐渐增长，造成世界知识经济活动从发达国家移向发展中国家的发展态势。发展中国家的知识密集型服务业迅速增长，这其中亚洲的增长尤为显著，尤其是在中国。随着研究的全球化，欧洲、北美和亚洲预计将成为三个更加势均力敌的对手。表1比较了部分国家（经济体）的基本情况。
从科研论文及其引文、专利情况来看，中国在科研与创新方面取得了长足进步，同发达国家（集团）的差距逐渐缩小。研究发现，中国和其他发达国家在过去10年的科研总量均有大幅提升，但美国和欧盟等发达国家在全球的占比已开始下降，美国的科研全球影响力也开始呈现衰退迹象。本文相关数据大部分来自汤森路透旗下知识产权与科技事业部2014年3月发布的《G20科研与创新表现》研究报告，报告提供了G20集团每一成员国的科研论文引用与专利申请指标的详细介绍，并对其科研与创新发展的主要趋势加以详细评论。该报告数据源自汤森路透Web of Science、InCites和德温特世界专利索引等数据库。
国家 | 中国 | 欧盟 | 德国 | 英国 | 日本 | 美国 | 数据来源 |
人口（亿） | 13.538 (2012) | 5.079 （2012） | 0.804 （2012） | 0.632 （2011） | 1.267 （2012） | 3.167 （2013） | |
GDP(PPP)（billion$） | 12405 (2012） | 15821（2011） | 3197 （2012) | 2316 （2012） | 4779 （2013） | 15685 （2012） | IMF |
GERD（billion当前PPP） | 208.2（2011） | 320.5 (2011) | 93.1 (2011) | 39.6 (2011) | 146.5 (2011) | 415.2 (2011) | MSTI，OECD |
GERD/GDP（%） | 1.84 (2011) | 1.94 (2011) | 2.88 (2011) | 1.77 (2011) | 3.39 (2011) | 2.77 (2011) | MSTI，OECD |
BERD（企业）/GDP（%） | 1.36 (2011) | 1.02 (2010) | 1.84 (2010) | 0.79 (2011) | 2.59 (2011) | 1.66 (2011) | MSTI，OECD |
研究人员（FTE）（万） | 131.81 (2011) | 159.56 (2010) | 32.80 (2010) | 26.23 (2011) | 65.67 (2011) | 141.26 (2007) | MSTI，OECD |
每千人劳动力中研发人员 | 3.67 (2011) | 10.72 (2011) | 13.32 (2011) | 11.34 (2011) | 13.20 (2011) | N.A. | MSTI，OECD |
2003论文总数（占比） | 47937（5.6%） | 328,034（38.5%） | 70,912(8.3%) | 74,460（8.7%） | 77,161（9.1%） | 281,503 (33%) | TR |
2012年论文总数（占比） | 178716（14%） | 453,340 （35.5%） | 95,192(7.5%) | 99,237（7.8%） | 74,401（5.8%） | 354,269 (27.8%) | TR |
美国科研论文的总引文量在全球的份额从2003年的33%跌至2012年的27.8%，同期欧盟科研论文引文量的占比也下降了3%。 此外，美国创新活动占其专利申请的56%，相比2003年的63%有一定幅度的下降，而专利拥有量排名前10的美国公司有七家在亚洲设有总部。虽然美国和欧洲2003至2012年间的专利数量分别以2%和1.4%的年增长率稳步增加，但中国在同期以29%的增长速度令二者相形见绌。澳大利亚、法国和英国的科研影响力上升势头在发达国家中最强劲：澳大利亚、法国和英国等老牌科研强国，在2002-2011年间的高被引科研论文的占比得到了提升。按照同一衡量标准，美国是同期在科研领域中影响力下降的唯一主要发达国家。
中国同行评审的论文数量攀上新的高峰，2012年中国同行评审论文数量占全球份额的14%，相比2002年的5.6%和上世纪80年代初的不足0.5%有了巨大进步。物理和化学进步推动中国创新，中国科研产出井喷现象的主要原因是国家对自然科学特别是材料科学、化学和物理学的重视，加上工程、数学和地球科学， 2002-2011 年间中国在这些学科领域的全球高被引论文中的占比达到了最高水平。此外，中国的发明专利申请量也从 2003 年的 40,000 件增加到 2012 年的超过 400,000 件。45%的全球天然产品以及43% 的全球工程发明来自中国，但中国在数字计算机领域的发明仅占全球的 5.25%。
2 中国
中国近30年发生了巨大的变化。仅从最近10年来看，中国的论文产出总量从2003年的47937（5.6%）增长到2012年的178716（14%），而在1980年代初占比小于0.5%。目前论文总量在全球排名第二。
自1990年代以来，中国高校实施211工程和985工程，科学院实施知识创新工程，造成中国论文呈井喷式增长。中国的论文引用影响力虽呈平稳上升趋势，但长期低于世界平均水平。2012年中国的引用影响力低于世界平均水平11%，但从发展态势来看，未来几年这一指标将有望超过赶上或超过部分传统的科研领先国家。中国的高被引论文目前接近1%的期望值，其中材料科学、化学和物理等物质科学表现不俗。2002-2011年，以上这些领域加上工程、数学和地球科学等占了中国高被引论文的较大份额。与此同时，中国的生命科学虽然当前得到很多关注，但发展水平相对滞后。另外值得一提的是农业科学，尽管其相对产出较低，但中国农业科学最近5年的引用高于世界平均水平8%。
过去10年，中国国内的专利申请从2003年的少于40,000件增长到2012年超过400,000件，中国的专利也呈井喷式增长。从同期中国国内专利申请的占比从低于50% 增长到超过75%来看，中国专利的引人注目增长主要是由本国创新驱动。中国在全球前10大技术领域的占比，全球来自中国的发明在天然产品领域高达45%，工程仪器领域为43% 。但在数字计算机领域仅有5.25%来自中国。2012年，中国的创新活动相对集中在基础化学和农业技术，中国本土专利中的72%的化学类的多组分混合物(Derwent Class E37)，71%的化肥发明和66%的有机磷农业化学产品来自中国本土。
3 美国
美国不再像20世纪后半页那样是全球遥不可及的科研巨人，欧盟已成为其强劲对手，部分领域其部分成员国已超过美国。在1990年代后期，欧盟在产出和世界占比超过美国。中国的论文数量增长也十分迅速，虽然目前大约是美国的一半，预计将在下一个10年超过美国。
从论文总量来看，美国2003年为281,503 (33%)，2012年为354,269 (27.8%)。虽然美国的产出在上个10年增长了26%，但美国的全球占比2012年较2003年下降了5.2%。当然，从论文影响力来看，美国依旧十分强大，远远高于世界平均水平，在过去10年一般都要高出41%到45%。但其这一指标基本保持不变，而其他国家一般趋势是在上升。美国的高被引论文占其产出的百分比从1.9%下降到1.8%。
美国的科研布局严重偏向生物和生物医学领域。2008到2012年按OECD定义的学科领域来看，其最大占比是基础医学(35.3%), 临床医学(34.2%)和生物学(33.5%)。但是美国的最高相对引用影响是在物质科学领域。美国高被引论文在全球占比最大的是在天文和天体物理，在这一领域其研究占到将近8成，此外经济学也占支配地位。但在其前10位的其他8个领域中，7个为生物类而非物质科学。
美国的国内专利申请在过去10年稳步增长，从2003年的低于150,000件到2012年超过180,000件，年平均增长率为2%。相比之下，这一指标在欧盟、中国和日本分别为1.3%, 29.7% 和略低于3.3%。2012年，美国国内的申请占美国所有专利申请大约56%，较2003年的63%有所下降。外国发明者在美国寻求专利市场保护的增长速度要高于美国的。前10大在美国申请专利的公司仅3家公司来自美国，其他7家的总部均在亚洲(4家在日本，2家在中国，1家在韩国)。美国在全球10大技术领域占有相对份额,领先领域包括数字计算机领域(28.2%), 半导体材料(26.5%), 以及电话和数据传输(24.0%)。相比之下，美国的本土发明关注数据记录、集成电路和军用装备等领域。
4 欧盟
欧盟目前由28国组成，与一个国家比较胜之不武，但其GDP同美国相当。到2012年，欧盟（27国）共计发表453,340 （35.5%），论文总量虽然较2003年的328,034增长了38%，但其全球占比下降了3%（2003年为38.5%）。欧盟的引用从2003年高于世界平均水平的4%增长到2012年高于20%，远大于美国(同期从高于世界平均水平42%到45%)。欧盟的高被引论文从刚好低于期望水平1%到2012年的1.2%（美国大约为1.8%，但近10年几乎保持不变）。2008到2012年欧盟各学科的世界占比不像美国那样分散。欧盟的论文产出略倾斜到地球和相关环境科学、生物和生物医学、计算机和信息科学以及物理学和天文学；而化学、工程和技术以及农学略少。
欧盟5年期引用较高的学科是物理天文、农学两大领域，分别高于世界23%和21%。
2002到2011年，欧盟高引用论文比例较高的学科领域是天文和天体物理、植物和动物科学、物理、地球科学和临床医学。相比之下，美国的同一指标中仅天文和天体物理排名前5。值得一提的是，天文领域是一个国际合作程度很高的领域，因此并不奇怪。
欧盟专利申请从2003年的50,000件明显增长到2008年的60,000件，达到近年峰值，随后回落到2011年的大约56,000件，2012年大约为56,500。其中欧洲申请量从2003年的略少于一半减少到2012年的42%。尽管来自欧洲的申请在增长，但来自欧洲外部的申请增长速度更快。2012年申请专利的前10公司分别来自日本、美国、加拿大和韩国。而来自欧盟内的本地公司包括来自德国、法国、荷兰、英国、和瑞士。欧盟占比前10大技术领域集中在电话/数据传输(3.2%), 汽车电气(2.8%)和数字计算机(2.4%)。欧盟内部的创新则集中在汽车、航空和其他各种技术等领域。
5 德国
德国是欧洲的经济巨人，也是欧洲科学的中心，其研究表现同其邻居法国有的一比。过去10年德国的论文产出增长了34% (从2003年的70,912增长到2012年的95,192篇)，但其世界占比从8.3%下降到7.5%。但是其论文引用自2003年上升，从高于世界平均水平14%上升到到58%。德国的高被引论文全球占比在2002年到2011年间从1.2%增长到1.7%。在马普学会各研究所的引领下，过去10年德国作者在天文和天体物理的高被引论文占比超过三分之一。2008到2012年，根据OECD学科分类框架，物理和天文也是也是德国占全球最大比例的领域(10.8%)以及最高相对引用的领域(高于世界平均水平的54%)。在此5年间，德国在生物学的全球占比和引用也很强。指标显示，德国的物质科学和生命科学发展较其他国家尤其是中国要均衡很多。
德国的创新主要由国内创新驱动，在2003年到2012年间显示适度平稳增长。近10年间，来自德国的专利申请大约占85%。2012年，德国国内前10位的公司主要是汽车企业，除了唯一的美国GM公司外 (其自身也是一家同欧洲联系紧密的汽车企业)。德国占比前10大技术领域再次显示其世界闻名的汽车产业，2012年将近14%的全球创新在德国汽车的电气领域。
6 英国
英国论文产出从2003年到2012年增长了33%(74,460到99,237篇)，但在此期间其全球占比从8.7%下降到7.8%。英国表现突出的是生物学。2008到2012年占全球最大份额的学科是临床医学(8.7%)、地球和相关环境科学(也是8.7%)、生物学(8.3%)以及基础医学研究(8%)。这些领域也同时有高的引用，在此5年期间，其高于世界平均水平的范围从40%到54%。但引用最高的领域是物理和天文，要高于全球水平65%。
英国在此10年间高引用论文的产出尤为引人注目，表现不俗，从2002年的1.5%到2011年的2%（要知道其期望百分比是1%）。可以看出，英国在这一水平的表现已经超过美国（2011年为1.8%）。2002到2011年，英国高被引论文前10大领域中有7个与生物相关，但天文和天体物理排第1，为35.1%,；地球科学第2，为22.8% 以及社会科学排第10，为15.1%。
英国的创新逐渐下降，从专利申请看，从2003年的超过7,500 项发明下降到2011年的6,500项。2012年略有回升，达到刚好接近6,900件。主要申请来自英国国内。同德法相比，英国的国内发明更多，从2003年的60%增长到2012年的66%。英国前10大技术领域主要集中在汽车电子和电话/数据传输系统。英国的主要技术领域为用于游戏的聚合物申请，获得原油和天然气，石油输送以及车辆技术。这些反映在其前10大创新公司包括汽车和原油开采公司。
7 日本
过去10年来，日本论文的全球占比急剧下降。从2003年的77,161篇下降到2012年的74,401篇，全球占比从9.1%下降到5.8%。但相比之下，日本的论文引用在此期间增长，从低于世界平均水平的14%增长到高于世界平均水平6%。此外，日本的前1%高被引论文也在增长，从2002年的0.6%增长到2011年的0.9%，几乎达到其预期水平。在根据OECD定义的学科领域中，2008到2012年间日本占比较大的领域是物理学和天文(9.2%), 化学(7.9%), 基础医学(7.2%)和生物(6.8%)。物理和天文在日本的引用排第一，高于世界平均水平5% 。其他高于世界平均水平的领域为地球和相关环境科学，高于全球平均水平的2% 。日本的化学和生物低于全球平均水平，分别低2% 和4% 。日本的产出规模和其影响较其他国家更为一致。值得一提的是，日本的免疫学表现优异，2002到2011年间大阪大学的Shizuo Akira和其团队以及东京大学和京都大学、横滨的RIKEN过敏和免疫研究中心等产生了近50篇高被引论文。
日本专利请过去10年在数量上稳步下降，从2004年略高于340,000的峰值下降到2012年的245,000件。在此期间，日本本国申请的比例尽管下降，但2012年仍高达82%。日本仍占全球前10大技术领域的很大比例，其中超过20%在电子有机材料, 半导体材料以及汽车电子领域。日本的创新集中在电刻成像技术、磁成像技术及其他成像技术，以及印刷和ATM技术。日本专利前10公司全是在印刷和照相市场的日本公司。
参考文献：The Research & Innovation Performance of the G20. Thomson Reuters, March 2014.
（来源：科学网贺飞博客，http://blog.sciencenet.cn/home.php?mod=space&uid=1015，作者：贺飞）
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