張 祚, 王文澤, 魏 芹, 李銘祿

(1. 華中師范大學(xué) 公共管理學(xué)院，湖北 武漢 430079；2.國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì) 人事局，北京 100085；3.國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì) 科研誠(chéng)信建設(shè)辦公室，北京 100085;4.國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì) 政策局，北京 100085)

一、引言

不同于應(yīng)用研究與試驗(yàn)發(fā)展，基礎(chǔ)研究主要是為了獲得關(guān)于現(xiàn)象和可觀察事實(shí)的潛在基礎(chǔ)性新知識(shí)[1]，不但具有“好奇心驅(qū)動(dòng)”的特征[2]，還具有明顯的公共物品屬性與知識(shí)溢出效應(yīng)[3]。然而，由于研發(fā)活動(dòng)的高風(fēng)險(xiǎn)和企業(yè)的逐利本性，基礎(chǔ)研究很難從企業(yè)(或市場(chǎng))獲得充分的研發(fā)投入[4]，這也決定了通過(guò)政府手段調(diào)配資源或提供科學(xué)基金資金來(lái)支持基礎(chǔ)研究、推動(dòng)科技創(chuàng)新的必然性[5]。在世界范圍內(nèi)，美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)(NSFNational Science Foundation,NSF)、日本學(xué)術(shù)振興會(huì)(Japan Society for the Promotion of Science, JSPS)、德國(guó)德意志研究聯(lián)合會(huì)(German Research Foundation, DFG)、中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)(National Natural Science Foundation of China, NSFC)等都是典型的科學(xué)基金資助管理機(jī)構(gòu)。在對(duì)基礎(chǔ)研究的資助過(guò)程中，不同區(qū)域基礎(chǔ)研究能力的差異對(duì)獲資助結(jié)果產(chǎn)生了重要影響[6]。而面對(duì)這種區(qū)域差異，如何制定科學(xué)的區(qū)域戰(zhàn)略，在保障資助績(jī)效的前提下，保持區(qū)域間的相對(duì)均衡？是各國(guó)科學(xué)基金管理普遍需要面對(duì)的問(wèn)題。例如美國(guó)NSF強(qiáng)調(diào)資助“一流研究”的同時(shí)，也注重資助的包容性和平衡性[7]，包括科技資源在各州之間的區(qū)域平衡[3]，以及邊遠(yuǎn)區(qū)域科研人員的參與性等[8]。

21世紀(jì)后，在全球科學(xué)研究與教育空間格局的巨變中，中國(guó)各方面的增長(zhǎng)表現(xiàn)最為突出，雖然基礎(chǔ)研究經(jīng)費(fèi)投入在R&D中占比相對(duì)美國(guó)仍有差距[注]據(jù)《Science & Engineering Indicators 2018》統(tǒng)計(jì)，中國(guó)基礎(chǔ)研究投入占R&D比例為5%，美國(guó)為17%。，但2015年投入總量已超過(guò)法國(guó)[2]。作為中國(guó)國(guó)家創(chuàng)新體系的重要組成部分之一，中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金是支持國(guó)家基礎(chǔ)研究的主渠道之一[9]，不但在學(xué)科分布上涉及到基礎(chǔ)研究的各學(xué)科領(lǐng)域，在資助區(qū)域上也分布廣泛[10]。國(guó)家自然科學(xué)基金除了重視資助的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性與前沿性，也重視區(qū)域資助戰(zhàn)略，如：在其“十一五”發(fā)展規(guī)劃中，即明確提出：“配合國(guó)家統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展”、“提高地區(qū)科學(xué)基金的資助強(qiáng)度與規(guī)模，促進(jìn)區(qū)域創(chuàng)新體系建設(shè)與科技協(xié)調(diào)發(fā)展”。在此后的科學(xué)基金“十二五”、“十三五”發(fā)展規(guī)劃中，也進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)：“貫徹國(guó)家區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略”、“加強(qiáng)在學(xué)科領(lǐng)域、區(qū)域、性別等方面的均衡部署”、“推進(jìn)少數(shù)民族地區(qū)和西部地區(qū)人才的穩(wěn)定與培養(yǎng)”等區(qū)域資助戰(zhàn)略。在具體實(shí)踐中，具有代表性的地區(qū)科學(xué)基金[注]地區(qū)科學(xué)基金資助地區(qū)最初包括內(nèi)蒙古、廣西、海南、西藏、青海、寧夏、新疆7省(區(qū))，1990年擴(kuò)大到貴州、江西兩省，1991年增加了云南省，1993年增加了吉林省延邊朝鮮族自治州，2008年增加了甘肅省，2012年將湘西土家族苗族自治州(湘西)、恩施土家族苗族自治州(恩施)、阿壩藏族羌族自治州(阿壩)、甘孜藏族自治州(甘孜)、涼山彝族自治州(涼山)5個(gè)少數(shù)民族自治州。等項(xiàng)目類型的設(shè)立與發(fā)展，以及科學(xué)基金其他對(duì)基礎(chǔ)研究薄弱區(qū)域的傾斜支持政策對(duì)于推動(dòng)區(qū)域資助均衡性，穩(wěn)定和支持邊遠(yuǎn)相關(guān)地區(qū)基礎(chǔ)研究和創(chuàng)新基礎(chǔ)研究人才隊(duì)伍起到了重要作用[11-12]。

目前，對(duì)于科技創(chuàng)新區(qū)域分布格局的研究主要還是以R&D[13-14]、專利或論文[15-18]等傳統(tǒng)指標(biāo)作為研究對(duì)象。中國(guó)國(guó)家自然科學(xué)基金超過(guò)30年的發(fā)展過(guò)程中，中央財(cái)政投入增長(zhǎng)了300多倍。分析國(guó)家自然科學(xué)基金獲資助水平的區(qū)域差異有助于理解中國(guó)基礎(chǔ)研究水平和人才培養(yǎng)的空間格局與異質(zhì)性，并為進(jìn)一步推動(dòng)基礎(chǔ)研究的區(qū)域均衡協(xié)與調(diào)發(fā)展，為穩(wěn)定區(qū)域基礎(chǔ)研究人才隊(duì)伍提供支撐。而現(xiàn)有對(duì)于國(guó)家自然科學(xué)基金區(qū)域分布特征的分析主要局限于某一項(xiàng)目類型[19-20]，或者某一時(shí)點(diǎn)[6]，缺乏在全局視角下從較長(zhǎng)的時(shí)間范圍分析區(qū)域資助格局及其變化特征。本研究從近三個(gè)“五年計(jì)劃”的時(shí)間跨度(2001-2015年)對(duì)國(guó)家自然科學(xué)基金區(qū)域和省域資助格局及主要學(xué)科分布變化特征，并利用包括區(qū)域基尼系數(shù)在內(nèi)的多個(gè)指標(biāo)對(duì)比分析區(qū)域均衡性。此外，通過(guò)整理國(guó)家自然科學(xué)基金在城市間尺度上的分布數(shù)據(jù)，嘗試通過(guò)地貌圖的方式反映科學(xué)基金資助的“熱力分布”、“起伏變化”以及“隆起”區(qū)域，并進(jìn)一步探索多維視角下的3D模型可視化表達(dá)和基于3D打印技術(shù)的模型實(shí)物化。

二、數(shù)據(jù)與研究方法

(一)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

(1)研究分別從不同空間尺度對(duì)國(guó)家自然科學(xué)基金(以下簡(jiǎn)稱科學(xué)基金)資助項(xiàng)目空間分布情況進(jìn)行分析。以2001-2015年(涵蓋“十五”、“十一五”、“十二五”)的31個(gè)省級(jí)行政區(qū)(不包括港、澳、臺(tái)地區(qū))獲科學(xué)基金資助項(xiàng)目金額與項(xiàng)目類型作為研究對(duì)象，按照東、中、西部的區(qū)域劃分(見(jiàn)圖1)，基于GIS工具構(gòu)建地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。圖1顯示了31個(gè)省(市、區(qū))各2001-2015年歷年獲資助金額散點(diǎn)分布，并以箱線圖形式顯示了最大值、最小值、均值、分位數(shù)等基本統(tǒng)計(jì)指標(biāo)特征。

圖1 31個(gè)省(市、區(qū))獲資助金額散點(diǎn)分布與箱線圖(2001-2015年)

(2)分別按國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目來(lái)源的8個(gè)不同科學(xué)部，即數(shù)理科學(xué)學(xué)部、化學(xué)科學(xué)學(xué)部、生命科學(xué)學(xué)部、地球科學(xué)學(xué)部、工程材料科學(xué)學(xué)部、信息科學(xué)學(xué)部、管理科學(xué)學(xué)部、醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)部[注]除了1986年2月國(guó)家自然科學(xué)基金委員為成立時(shí)設(shè)立的6個(gè)科學(xué)部，1996年7月成立了管理科學(xué)部，2009年9月成立了醫(yī)學(xué)科學(xué)部。對(duì)歷年各區(qū)域獲資助數(shù)據(jù)進(jìn)一步劃分。

(3)“科學(xué)基金地貌圖”的建模過(guò)程中，通過(guò)國(guó)家自然科學(xué)基金信息中心選取了研究時(shí)間段中的完整1年期所有依托單位獲資助數(shù)據(jù)，按照各獲資助依托單位所在地對(duì)應(yīng)的城市分解、整理，構(gòu)建以城市為粒度的GIS數(shù)據(jù)庫(kù)。

(4)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)基于根據(jù)科學(xué)基金網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)，其他相關(guān)的科技發(fā)展和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)自公開(kāi)發(fā)行的《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)科技統(tǒng)計(jì)年鑒》等資料。

(二)主要方法

1.不均衡性分析主要指標(biāo)

(1)首位度。城市首位度(urban primacy ratio)一般用一個(gè)地區(qū)最大城市與第二大城市經(jīng)濟(jì)規(guī)模之比來(lái)表示這個(gè)最大城市的首位度，主要用來(lái)測(cè)量城市在區(qū)域中主導(dǎo)性的指標(biāo)[21]。研究借用城市首位度的概念分別計(jì)算東、中、西部地區(qū)獲科學(xué)基金資助的省際首位度，用來(lái)反映東、中、西部區(qū)內(nèi)省際規(guī)模序列中的獲得科學(xué)基金資助的頂頭優(yōu)勢(shì)性，同時(shí)也表明區(qū)域中基礎(chǔ)研究總體水平和各種科研資源的集中程度。

(2)集中度。將“十五”(2001-2005年)期間、“十一五”(2005-2010年)和“十二五”(2011-2015年)期間全國(guó)31個(gè)省(市、區(qū))每5年獲得科學(xué)基金資助額按由大到小排序，并分別計(jì)算不同時(shí)期累計(jì)百分比。通過(guò)多期獲資助累積百分比的省際對(duì)比分析來(lái)考察獲得科學(xué)基金資助總體水平在全國(guó)的省際集中程度的變化趨勢(shì)。

(3)區(qū)域均衡程度。借助Krugman(1991)的方法計(jì)算省(市、區(qū))2001-2015年15年間獲科學(xué)基金資助總項(xiàng)目數(shù)區(qū)位基尼系數(shù)[22]。具體計(jì)算方法如下：

(1)

(4)核密度估計(jì)。核密度估計(jì)(Kernel density estimation，簡(jiǎn)稱KDE)作為一種常見(jiàn)的非參數(shù)估計(jì)[24]，除了能通過(guò)連續(xù)的密度曲線刻畫(huà)隨機(jī)變量的分布形態(tài)，也是空間中熱點(diǎn)和冷區(qū)識(shí)別的有效探索工具。其基本原理基于隨機(jī)變量X1,…,Xn、同分布的假設(shè)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)分布函數(shù)得到Kernel密度函數(shù)估計(jì)[25]。密度函數(shù)f(x)基本表達(dá)如下：

(2)

式(2)中K()為Kernel函數(shù)，h為帶寬。帶寬選擇Kernel密度估計(jì)結(jié)果有較為敏感的影響；帶寬越大，函數(shù)曲線越平滑，而帶寬越小，估計(jì)精度相對(duì)更高[26]。核函數(shù)具體計(jì)算形式較多，如：高斯函數(shù)核函數(shù)，Epanechnikov核函數(shù)，三角核函數(shù)，四次核函數(shù)等。本文采用了應(yīng)用較為普遍的高斯核函數(shù)：

(3)

2.“科學(xué)基金地貌圖”模型與實(shí)物化

地貌圖是反映自然資源、自然條件以及生態(tài)和地理環(huán)境的重要基礎(chǔ)圖件之一[27]?？茖W(xué)基金“十三五”規(guī)劃思路中也有“在全球?qū)W科地貌圖上形成若干‘隆起’區(qū)域”的表述[注]見(jiàn)：《國(guó)家自然科學(xué)基金“十三五”發(fā)展規(guī)劃》(www.nsfc.gov.cn/nsfc/cen/bzgh_135/04.html)。。借鑒人文社會(huì)科學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用地貌圖分析和可視化的相關(guān)案例[28-30]，本研究嘗試提出“科學(xué)基金地貌圖”，并對(duì)其模型特征、三維可視化與實(shí)物化進(jìn)行探索。

科學(xué)基金地貌圖模型與實(shí)物化的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，主要依據(jù)：“構(gòu)建GIS庫(kù)—基金熱點(diǎn)識(shí)別—熱力圖的三維模型構(gòu)建—基于3D打印的模型實(shí)物化”的技術(shù)流程，并涉及“ArcGIS—ArcScene—Magics”的平臺(tái)轉(zhuǎn)換，以及“OBJ—STL”模型格式的轉(zhuǎn)換。具體而言，基于城市粒度的科學(xué)基金獲資助地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，利用KDE方法構(gòu)建全國(guó)獲科學(xué)基金資助水平區(qū)域分布熱力圖，進(jìn)一步在ArcScene環(huán)境中實(shí)現(xiàn)3D模型的構(gòu)建和渲染。最終，在Magics環(huán)境中，利用3D打印設(shè)備實(shí)現(xiàn)模型實(shí)物化。

三、近十五年獲資助區(qū)域分布變化

(一)區(qū)域總體變化

(1)獲資助水平總體變化。從2001-2015年歷年科學(xué)基金資助總金額的變化可見(jiàn)，在15年的時(shí)間跨度內(nèi)，科學(xué)基金資助總金額總體呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)，特別是“十一五”后期資助總金額快速上升(見(jiàn)圖2)。而“十二五”期間，科學(xué)基金資助金額總體水平大幅高于“十一五”，但是呈現(xiàn)出“倒U型”的變化特征。從“十五”、“十一五”和“十二五”各期匯總情況對(duì)比來(lái)看：“十一五”期間科學(xué)基金資助項(xiàng)目數(shù)和金額數(shù)分別是92201項(xiàng)和322.14億元，分別是“十五”期間1.89倍和2.67倍；而“十二五”期間科學(xué)基金資助項(xiàng)目數(shù)和金額數(shù)分別是190290項(xiàng)和1104.19億元，分別是“十一五”期間的2.06和3.42倍。由此可見(jiàn)，無(wú)論是資助項(xiàng)目還是金額數(shù)，總體上都是逐期大幅增加。此外，從東、中、西部地區(qū)獲資助金額歷年所占的比重變化來(lái)看，東部地區(qū)所占比例有下降趨勢(shì)?！笆濉逼陂g東部地區(qū)平均占比70.13%，“十一五”期間為68.11%，而“十二五”期間為64.91%；中、西地區(qū)占比例有所上升?！笆濉逼陂g中、西地區(qū)平均占比分別為16.18%和13.69%，“十一五”期間分別為17.61%和14.28%，而“十二五”期間分別為18.86%和16.23%。

圖2 2001-2015年?yáng)|、中、西部地區(qū)歷年獲科學(xué)基金資助額變化

(2) 各省(市、區(qū)) 獲資助水平變化。通過(guò)取高斯核函數(shù)作出31個(gè)省(市、區(qū)) 歷年獲得科學(xué)基金資助金額Kernel 密度估計(jì)的分布圖(見(jiàn)圖3)，進(jìn)一步刻畫(huà)科學(xué)基金獲資助水平分布的整體形態(tài)，及其不同時(shí)期的動(dòng)態(tài)變化特征。Kernel 密度估計(jì)的分布圖呈現(xiàn)出如下特征：①2001-2005年期間，31個(gè)省(市、區(qū))獲得科學(xué)基金資助金額地區(qū)差距隨逐年整體向右移動(dòng)，且曲線頂部不斷下降，反映科學(xué)基金獲資助水平不斷上升(見(jiàn)圖3a)。②2001-2005期間，科學(xué)基金資助金額密度中心逐年右偏，且變化區(qū)間增大，反映各省(市、區(qū))獲資助金額差距較大(見(jiàn)圖3a)。③2006-2010期間科學(xué)基金資助金額密度變化(見(jiàn)圖3b)與2001-2005期間的變化特征相似，但是2011-2015年的變化特征與前兩者有明顯差異；后者雖然曲線頂部繼續(xù)下降，但密度中心右偏和變化區(qū)間增大的趨勢(shì)并不明顯(見(jiàn)圖3c)，反映科學(xué)基金獲資助水平上升速度以及省(市、區(qū))間差異逐漸下降。

為了進(jìn)一步分析各省(市、區(qū))2001-2015年期間，歷年獲得科學(xué)基金資助額的變化特征，分別將各省(市、區(qū))歷年獲得資助金額取自然對(duì)數(shù)進(jìn)行對(duì)比(見(jiàn)圖4)。東部地區(qū)各省(市、區(qū))獲資助金額呈現(xiàn)連續(xù)上升的趨勢(shì)；海南、山東、遼寧等地在“十一五”到“十二五”過(guò)渡期間的快速上升趨勢(shì)明顯，而福建、河北在“十二五”后期出現(xiàn)較明顯的下降趨勢(shì)。中、西部地區(qū)各省(市、區(qū))獲資助金額也呈現(xiàn)總體上升趨勢(shì)，但是江西、河南、山西、西藏、青海等地有一定的“波動(dòng)性”，吉林在“十二五”后期出現(xiàn)較明顯的下降趨勢(shì)，而貴州、寧夏在“十二五”仍表現(xiàn)出持續(xù)上升勢(shì)頭。

圖3 2001-2015年31個(gè)省(市、區(qū))歷年獲科學(xué)基金資助Kernel密度估計(jì)變化

圖4 2001-2015年不同地區(qū)31個(gè)省(市、區(qū))歷年獲科學(xué)基金資助額變化

(3)獲資助排名變化。2001-2015年，中國(guó)31個(gè)省(市、區(qū))獲科學(xué)基金資助也不同程度有所增長(zhǎng)，通過(guò)對(duì)各省(市、區(qū))不同時(shí)期獲資助排名的對(duì)比分析，可以在一定程度上看出獲資助空間格局的變化情況。按31個(gè)省(市、區(qū))分別在“十五”期初(2001年)、期末(2005年)，“十一五”期初(2006年)、期末(2010年)，“十二五”期初(2011年)、期末(2015年)以及三個(gè)周期內(nèi)獲科學(xué)基金資助金額分別進(jìn)行排序，并分別計(jì)算三個(gè)周期內(nèi)省(市、區(qū))的排序結(jié)果的變化(見(jiàn)圖5)。整個(gè)“十五”、“十一五”和“十二五”期間，31個(gè)省(市、區(qū))獲得科學(xué)基金資助金額排名沒(méi)有變化的有6個(gè)省中：北京、上海和江蘇始一直保持排在前3位，說(shuō)明這3個(gè)省(區(qū))的優(yōu)勢(shì)相對(duì)顯著和穩(wěn)定；廣東逐漸擠進(jìn)前5并逐漸穩(wěn)定在第4位；湖北穩(wěn)定在第5；河南和內(nèi)蒙古分別是上升和下降幅度最大的地區(qū)。此外，從“十五”、“十一五”和“十二五”31個(gè)省(市、區(qū))獲科學(xué)基金資助金額排名變化的曲線對(duì)比來(lái)看(見(jiàn)圖5)，“十一五”相對(duì)“十五”曲線的震蕩頻率和幅度有所減小，而“十二五”相對(duì)“十一五”曲線的震蕩頻率和幅度進(jìn)一步收斂(見(jiàn)圖5)。這說(shuō)明基金資助地區(qū)排名的區(qū)域格局變化有相對(duì)減小的趨勢(shì)。

圖5 不同時(shí)期31個(gè)省(市、區(qū))獲得資助金額在全國(guó)排名變化

(二)學(xué)科分布變化

通過(guò)對(duì)數(shù)理科學(xué)部、化學(xué)科學(xué)部、生命科學(xué)部、地球科學(xué)部、工程與材料科學(xué)部、信息科學(xué)部、管理科學(xué)部、醫(yī)學(xué)科學(xué)部“十五”、“十一五”和“十二五”三期資助金額累計(jì)和分析，發(fā)現(xiàn)：①各個(gè)學(xué)部資助金額都呈現(xiàn)逐期增長(zhǎng)的趨勢(shì)，特別是“十二五”增幅顯著。②醫(yī)學(xué)部資助金額增長(zhǎng)幅度最大。醫(yī)學(xué)科學(xué)部2009年正式成立，“十一五”期間資助金額累計(jì)占比為16.36%，比“十五”增長(zhǎng)了2.8%；而“十二五”期間資助金額累計(jì)占比為20.12%，比“十一五”增長(zhǎng)了3.7%。③資助金額占比上升的還包括：信息科學(xué)學(xué)部、工程材料科學(xué)學(xué)部和管理科學(xué)學(xué)部；占比下降的包括數(shù)理科學(xué)學(xué)部、化學(xué)科學(xué)學(xué)部、生命科學(xué)學(xué)部、地球科學(xué)學(xué)部。

圖6 “十五”、“十一五”和“十二五”不同學(xué)科科學(xué)基金資助金額對(duì)比

此外，基于“十五”、“十一五”和“十二五”8個(gè)不同科學(xué)部的科學(xué)基金資助金額統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的整理和匯總。借助GIS工具分別對(duì)不同時(shí)期的三維時(shí)空分布對(duì)比(見(jiàn)圖7、圖8)，可以看出不同學(xué)科部的資助總體水平有結(jié)構(gòu)性差異，整體水平呈現(xiàn)快速上升趨勢(shì)，但醫(yī)學(xué)部的增長(zhǎng)速度更為明顯。此外，不同科學(xué)部獲資助空間格局存在一定差異性；其中值得注意的是：①北京一直保持了各學(xué)科部的在全國(guó)范圍內(nèi)的優(yōu)勢(shì)，但“十二五”期間醫(yī)學(xué)科學(xué)部獲資助最多的是上海；②除北京外，上海和江蘇在數(shù)理、化學(xué)、生命、工程材料、信息和管理科學(xué)部都優(yōu)勢(shì)明顯；③但在地球?qū)W科學(xué)部，除北京和江蘇，湖北較上海更為突出。

(三)區(qū)域均衡性變化

1.不同時(shí)期省際首位度變化

從“十五”、“十一五”和“十二五”不同區(qū)域獲科學(xué)基金資助水平的省際首位度對(duì)比來(lái)看，東部地區(qū)省際首位度有較明顯的逐漸下降趨勢(shì)；而中部地區(qū)省際首位度略有下降；西部地區(qū)在“十一五”期間省際首位度略有下降，但“十二五”期間又反彈上升(見(jiàn)表1)。這說(shuō)明，雖然東部地區(qū)的省際首位度有過(guò)度集中的趨勢(shì)，但“十一五”、“十二五”期間逐漸下降。另一方面，“十二五”期間中部地區(qū)省際首位度已經(jīng)降到2之內(nèi)，逐漸趨于合理水平；而東部地區(qū)仍大于2，保持較強(qiáng)聚集性。

圖7 “十五”、“十一五”和“十二五”不同學(xué)科科學(xué)基金資助金額地區(qū)分布(數(shù)理科學(xué)學(xué)部、化學(xué)科學(xué)學(xué)部、生命科學(xué)學(xué)部、地球科學(xué)學(xué)部)

圖8 “十五”、“十一五”和“十二五”不同學(xué)科科學(xué)基金資助金額地區(qū)分布(工程材料科學(xué)學(xué)部、信息科學(xué)學(xué)部、管理科學(xué)學(xué)部、醫(yī)學(xué)科學(xué)學(xué)部)

表1 “十五”、“十一五”、“十二五” 東部、中部、西部地區(qū)省際首位度

注：此處首位度指地區(qū)內(nèi)獲得基金資助最多的省(市、區(qū))和第二多的省(市、區(qū))獲資助金額大小的比值。

2.不同時(shí)期累計(jì)獲資助百分比變化

通過(guò)對(duì)“十五”、“十一五”和“十二五”三期各省(市、區(qū))獲科學(xué)基金資助金額累計(jì)百分比對(duì)比(見(jiàn)圖9)，發(fā)現(xiàn)：①總體上“十五”、“十一五”和“十二五”累積百分比曲線有逐漸下降的趨勢(shì)。②“十五”期間，排名前5的地區(qū)所獲科學(xué)基金資助額之和就占到了“十五”期間全部資助額的60%；而“十一五”和“十二五”期間，累積百分比達(dá)到60%，分別是排名前6的地區(qū)和排名前7的地區(qū)。③“十五”期間，排名前11的地區(qū)所獲科學(xué)基金資助額之和就占到了“十五”期間全部資助額的80%；而“十一五”和“十二五”期間，累積百分比達(dá)到80%，分別是排名前12的地區(qū)和排名前13的地區(qū)。由此可見(jiàn)，排名靠前的地區(qū)所獲科學(xué)基金資助額所占的比例在逐時(shí)期減少，區(qū)域獲資助集中的趨勢(shì)有所下降。

3.區(qū)位基尼系數(shù)變化

基于各個(gè)指標(biāo)對(duì)應(yīng)基尼系數(shù)的計(jì)算結(jié)果(見(jiàn)表2)，以及G1與G2的洛倫茨曲線分布(見(jiàn)圖10)可知：

(1)“十五”期間科學(xué)基金資助項(xiàng)目的區(qū)位基尼系數(shù)都在0.6以上，說(shuō)明均衡程度差距懸殊。但是，隨著年份的變化，科學(xué)基金資助項(xiàng)目的區(qū)位基尼系數(shù)有比較明顯下降趨勢(shì)；而“十一五”、 “十二五”時(shí)間，各省(市、區(qū))獲科學(xué)基金資助項(xiàng)目數(shù)在空間分布上繼續(xù)呈現(xiàn)出逐步均衡的趨勢(shì)。從洛倫茨曲線對(duì)比來(lái)看，獲科學(xué)基金資助值曲線離絕對(duì)均勻線逐年靠近，圍合的面積逐漸變小(見(jiàn)圖10a)。

圖9 不同時(shí)期31個(gè)省(市、區(qū))獲科學(xué)基金資助金額累計(jì)百分比

年份國(guó)家自然科學(xué)基金G1所有地區(qū)G2所有地區(qū)G3東部G4中部G5西部G6GDPG7R&D20010.630.650.570.440.530.420.5720020.630.660.560.420.540.420.5720030.610.640.550.40.530.430.5720040.620.640.550.380.540.430.5720050.610.640.550.370.540.430.5720060.590.630.530.360.510.430.5720070.580.630.520.350.490.430.5720080.570.610.50.350.520.420.5620090.550.60.490.320.490.420.5420100.520.580.480.290.480.410.5520110.520.580.480.290.480.40.5520120.510.570.470.280.470.40.5520130.510.570.470.280.470.390.5620140.50.560.460.270.460.390.5520150.50.560.460.270.460.40.55

注：表中G1是31個(gè)省(市、區(qū))所有項(xiàng)目類型地區(qū)基尼系數(shù)；G2是31個(gè)省(市、區(qū))表示不包括地區(qū)科學(xué)基金資助項(xiàng)目地區(qū)基尼系數(shù)。

(2)科學(xué)基金資助項(xiàng)目數(shù)區(qū)位基尼系數(shù)(G1)在2006年后和R&D的區(qū)位基尼系數(shù)(G7)接近，2010年以后逐漸低于R&D的區(qū)位基尼系數(shù)(G7)。這說(shuō)明相比科技資源綜合投入水平，科學(xué)基金近年資助區(qū)域分布相對(duì)更加均衡(見(jiàn)圖11a)。

(3)從東、中、西部地區(qū)分別獲科學(xué)基金資助項(xiàng)目的區(qū)位基尼系數(shù)的結(jié)果來(lái)看，東部地區(qū)均衡程度差距最懸殊，但有逐年減小的趨勢(shì)；中部地區(qū)均衡程度差距最小，并且逐年減小至相對(duì)穩(wěn)定的水平；西部地區(qū)均衡程度差距較大，并且歷年之間變化不穩(wěn)定(見(jiàn)圖11b)。

(4)由于在科學(xué)基金各類型項(xiàng)目中，地區(qū)科學(xué)基金定位于支持科研相對(duì)薄弱地區(qū)的科學(xué)研究、扶持地區(qū)人才的專項(xiàng)基金，并限定了申請(qǐng)單位所在區(qū)域[11]。為了進(jìn)一步分析地區(qū)科學(xué)基金對(duì)于科學(xué)基金資助項(xiàng)目的區(qū)位基尼系數(shù)的影響，將歷年科學(xué)基金資助項(xiàng)目數(shù)減去相應(yīng)地區(qū)科學(xué)基金資助項(xiàng)目數(shù)，重新計(jì)算區(qū)位基尼系數(shù)(G2)，G2計(jì)算結(jié)果顯示了如果沒(méi)有地區(qū)科學(xué)基金，全國(guó)科學(xué)基金資助區(qū)域均衡程度。經(jīng)過(guò)對(duì)歷年G1和G2計(jì)算結(jié)果的對(duì)比發(fā)現(xiàn)：不包括地區(qū)科學(xué)基金的情況下，歷年科學(xué)基金資助項(xiàng)目的區(qū)位基尼系數(shù)(G2)明顯更高(見(jiàn)圖11c)，G1和G2間差距逐年上升(見(jiàn)圖10b)，從2001年0.02到2015年0.06。這說(shuō)明地區(qū)科學(xué)基金對(duì)于縮小所有科學(xué)基金資項(xiàng)目的區(qū)位均衡程度的差異起到了較為顯著的作用，而且其作用逐年增強(qiáng)。

圖10 指標(biāo)G1與G2的洛倫茲曲線對(duì)比

四、科學(xué)基金地貌圖及其特征

(一)“地貌”模型及其特征

基于2009年12月至2010年3月期間所評(píng)審的1846個(gè)依托單位中1166個(gè)獲科學(xué)基金資助的依托單位名稱查詢所在城市，并根據(jù)申報(bào)科學(xué)基金的項(xiàng)目數(shù)和獲資助項(xiàng)目數(shù)、金額數(shù)進(jìn)行整理、匯總。結(jié)果顯示：獲資助的1166個(gè)依托單位分布在全國(guó)31個(gè)省(市、區(qū))的190個(gè)城市中。其中：東部地區(qū)71個(gè)城市(664家依托單位)、中部地區(qū)67個(gè)城市(231家依托單位)、西部地區(qū)52個(gè)城市(271家依托單位)。

利用GIS工具，KDE方法構(gòu)建了全國(guó)獲科學(xué)基金資助水平區(qū)域分布熱力圖(見(jiàn)圖12)，進(jìn)一步在三維建模環(huán)境中完成“科學(xué)基金地貌圖”的3D模型，并進(jìn)一步調(diào)整、渲染，得到立體感更強(qiáng)的模型效果(見(jiàn)圖13)。三維場(chǎng)景中的“科學(xué)基金地貌圖”為不同視角下觀察科學(xué)基金“地貌特征”提供了多視角可視化的平臺(tái)。值得注意的是：①在“科學(xué)基金地貌圖”中最高的“巨峰”是北京，但北京與其周圍津、冀地區(qū)的局域空間關(guān)系來(lái)看，相對(duì)“孤立”；②東部沿海地區(qū)“上海”與相鄰的“南京”和“杭州”形成連續(xù)“隆起”的“峰群”；③中部、南部和西部區(qū)域最高的峰頂分別在武漢、廣州和西安；④從東—西向側(cè)視圖來(lái)看，形成“東高西低”的科學(xué)基金地貌特征；⑤從南—北向側(cè)視圖來(lái)看，形成從北京，由北到南每隔約1000km逐漸降低科學(xué)基金地貌特征。

圖11 各類科學(xué)基金區(qū)域基尼系數(shù)歷年變化對(duì)比(2001-2015年)

圖12 全國(guó)獲科學(xué)基金資助水平區(qū)域分布熱力圖

(二) 基于3D打印的“地貌”實(shí)物化

借助3D打印的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)于實(shí)體模型(長(zhǎng)400mm×寬325mm×高120mm)的構(gòu)建與生產(chǎn)(見(jiàn)圖14)。值得一提的技術(shù)要點(diǎn)，包括：①在實(shí)現(xiàn)科學(xué)基金地貌圖模型實(shí)物化的過(guò)程中，通過(guò)3D 計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中最為普遍的幾何體交換文件格式OBJ實(shí)現(xiàn)GIS建模與3D工業(yè)打印平臺(tái)所支持的STL文件格式的對(duì)接。②在材質(zhì)和工藝方面，分別利用樹(shù)脂材料加噴漆工藝打印灰階地圖底座、利用全彩砂巖打印彩色“山體”，再進(jìn)行組裝的方法，兼顧了3D打印彩色渲染效果與成本控制。③在打印設(shè)備方面，3D Systems Projet 660打印機(jī)作為專業(yè)的高分辨率全彩3D打印設(shè)備，較好完成了打印任務(wù)。

圖13 不同視角下的“國(guó)家自然科學(xué)基金地貌圖”模型圖

圖14 “國(guó)家自然科學(xué)基金地貌圖”3D打印實(shí)體效果

五、結(jié)論與建議

(一)結(jié)論

(1)從“十五”到“十二五”，科學(xué)基金全國(guó)總體資助水平呈明顯上升趨勢(shì)，且總體區(qū)域特征保持了“東—中—西，三級(jí)階梯”特征；但從區(qū)域獲資助密度分布變化看，“十二五”獲資助金額區(qū)域差異逐漸下降；從排名變化來(lái)看，從“十五”到“十二五”排名變化的省(市、區(qū))數(shù)量減少，且變化幅度逐漸縮小，說(shuō)明區(qū)域排名有整體上逐漸穩(wěn)定的趨勢(shì)。此外，從“十五”到“十二五”，各個(gè)學(xué)部資助金額都呈現(xiàn)逐期增長(zhǎng)的趨勢(shì)，特別是“十二五”增幅顯著，其中醫(yī)學(xué)部資助金額增長(zhǎng)幅度最大。

(2)從“十五”到“十二五”，獲科學(xué)基金資助的區(qū)域均衡變化來(lái)看，從“十五”到“十二五”，東、中、西部地區(qū)省際首位度都呈現(xiàn)下降趨勢(shì)；獲資助累積百分比曲線也呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，且排名靠前的地區(qū)獲資助所占比例逐期減少，全局集中度逐漸下降；此外，科學(xué)基金資助項(xiàng)目數(shù)區(qū)位基尼系數(shù)也逐漸下降，在2010年后更是逐漸低于R&D的區(qū)位基尼系數(shù)，說(shuō)明區(qū)域不均衡程度逐漸降低。

(3)通過(guò)對(duì)包括全部項(xiàng)目類型的區(qū)位基尼系數(shù)與不包括地區(qū)科學(xué)基金后的區(qū)位基尼系數(shù)計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，地區(qū)科學(xué)基金有效拉低了當(dāng)年的整體區(qū)位基尼系數(shù)，而且拉低比例逐年上升。這說(shuō)明地區(qū)科學(xué)基金對(duì)于縮小科學(xué)基金資項(xiàng)目的區(qū)位均衡程度的差異起到了較為顯著的作用，且該作用逐年增強(qiáng)。

(4)在三維場(chǎng)景中經(jīng)過(guò)渲染后的“科學(xué)基金地貌圖”為不同視角下觀察、分析科學(xué)基金“地貌特征”提供了多視角可視化平臺(tái)。利用該平臺(tái)可以更清晰地看到北京形成的“巨峰”、以及東部沿海地區(qū)形成連續(xù)“隆起”的“峰群”等地貌特征。此外，借助3D打印的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了“科學(xué)基金地貌圖”實(shí)體模型構(gòu)建與生產(chǎn)，相比渲染后的3D電子模型具有更好的視覺(jué)感官效果和展示適應(yīng)性。

值得討論的是：①進(jìn)一步挖掘基礎(chǔ)研究投資規(guī)模及其區(qū)域差異的根本影響因素，優(yōu)化參照標(biāo)準(zhǔn)，更多地基于人均指標(biāo)深化均衡性分析是未來(lái)值得進(jìn)一步深入研究的方向。②由于省域空間尺度的局限性，在城市層面或者更精細(xì)的空間尺度的開(kāi)展分析空間分析也值得持續(xù)深入關(guān)注。③在進(jìn)一步完善本研究提出“科學(xué)基金地貌圖”模型構(gòu)建與實(shí)物化方法的基礎(chǔ)上，如何利用空間精度更高的科學(xué)基金統(tǒng)計(jì)大數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)多時(shí)段、多學(xué)科、精細(xì)化，且具有互動(dòng)性的“科學(xué)基金地貌圖”模型構(gòu)建與實(shí)物化也值得未來(lái)進(jìn)一步探索。

(二)建議

(1)科學(xué)基金區(qū)域資助戰(zhàn)略應(yīng)聚焦國(guó)家重點(diǎn)區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略。國(guó)家自然科學(xué)基金委員會(huì)在制定區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略和資助政策的過(guò)程中，應(yīng)密切關(guān)注“一帶一路”(“絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”和“21世紀(jì)海上絲綢之路”)、京津冀協(xié)同發(fā)展、長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶、粵港澳大灣區(qū)等國(guó)家區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略，為創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展在國(guó)家重點(diǎn)區(qū)域發(fā)展戰(zhàn)略落實(shí)過(guò)程中夯實(shí)基礎(chǔ)研究提供支撐作用。

(2)打造科學(xué)基金地貌圖中具有不同學(xué)科優(yōu)勢(shì)的“山脈”，優(yōu)化區(qū)域發(fā)展梯次布局。首先，在區(qū)域戰(zhàn)略上將科學(xué)基金熱點(diǎn)城市群打造成為對(duì)外部空間具有帶動(dòng)性的增長(zhǎng)節(jié)點(diǎn)，突出培育和支撐世界主要科學(xué)中心和創(chuàng)新高地，促進(jìn)科學(xué)基金地貌格局中的優(yōu)勢(shì)學(xué)科空間聚集效應(yīng)的形成。其次，兼顧區(qū)際、省際資助上的均衡性，特別是對(duì)于基礎(chǔ)研究薄弱地區(qū)，注重穩(wěn)定培育人才團(tuán)隊(duì)，結(jié)合當(dāng)?shù)靥厣珕?wèn)題，開(kāi)展面向需求的基礎(chǔ)研究。三是，充分與地方需求相結(jié)合，吸引地方加大力度投入基礎(chǔ)研究，做好聯(lián)合基金的布局，提高總體區(qū)域創(chuàng)新能力。

(3)進(jìn)一步完善科學(xué)基金資助項(xiàng)目序列中以地區(qū)科學(xué)基金為代表，具有區(qū)域性特征的資助項(xiàng)目譜系。同時(shí)，按照不同項(xiàng)目側(cè)重區(qū)域性發(fā)展目標(biāo)，參考科學(xué)基金時(shí)空分布的現(xiàn)狀和趨勢(shì)，嘗試構(gòu)建科學(xué)考核體系與動(dòng)態(tài)調(diào)整機(jī)制。