中美基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的特征事實、地區(qū)差異及動態(tài)演進

原文發(fā)表于《科技導報》2025年第 8 期 《中美基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的特征事實、地區(qū)差異及動態(tài)演進 》

中國和美國競爭從貿(mào)易戰(zhàn)轉(zhuǎn)向科技戰(zhàn)，基礎(chǔ)研究作為科技創(chuàng)新源頭，成為雙方博弈關(guān)鍵，對兩國發(fā)展意義重大。《科技導報》邀請首都師范大學資源環(huán)境與旅游學院馬銘晨、呂拉昌，基于2002—2022年Web of Science論文數(shù)據(jù)，界定基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性概念，運用核心變量法測度中國和美國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性，并借助Dagum基尼系數(shù)和核密度分析探討其特征、地區(qū)差異及動態(tài)演變。

基礎(chǔ)研究在中美兩國的國家發(fā)展、科技進步、產(chǎn)業(yè)革新和安全保障等關(guān)鍵領(lǐng)域均發(fā)揮基礎(chǔ)性和引領(lǐng)性作用，是爭奪世界科技制高點的核心動力。在百年未有之大變局下，中國和美國均面臨復雜多變的國際環(huán)境，不確定性和不可預(yù)測性顯著增加，給基礎(chǔ)研究穩(wěn)定性帶來嚴峻挑戰(zhàn)。新形勢下，國家發(fā)展對源頭創(chuàng)新提出更高要求，全面加強基礎(chǔ)研究、提升原始創(chuàng)新能力，是應(yīng)對風險、構(gòu)建長期發(fā)展優(yōu)勢的關(guān)鍵。因此，如何應(yīng)對外部沖擊，穩(wěn)定基礎(chǔ)研究創(chuàng)新生態(tài)系統(tǒng)，保持可持續(xù)發(fā)展，成為中國亟待解決的現(xiàn)實問題。

韌性研究為解決這一問題提供了新的視角。一方面，學者對基礎(chǔ)研究、基礎(chǔ)研究生態(tài)系統(tǒng)和韌性的內(nèi)涵進行了深入探討。基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性是動態(tài)屬性，受沖擊時或沖擊后才顯現(xiàn)。外部沖擊對創(chuàng)新系統(tǒng)影響有3種情況（圖1）。另一方面，已有研究通過多種方法分析了中國和美國基礎(chǔ)研究的差異，揭示了兩國在經(jīng)費部門配置、高水平人才、基礎(chǔ)研究研發(fā)經(jīng)費方面的差距。

圖1 基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性增長路徑

然而，現(xiàn)有研究仍存在一些不足。我們將厘清基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的內(nèi)涵，提出科學的測算方法，并以全球金融危機和新冠肺炎疫情為切入點，延長研究時間跨度至20年，全面分析中美基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的抵抗力和恢復力，同時綜合運用Dagum基尼系數(shù)、核密度分析等方法，對比分析中美基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的時空差異和動態(tài)演進規(guī)律，為理解中美基礎(chǔ)研究差距提供新的視角。

01

研究設(shè)計

1.1/基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的測度

基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的測量可借鑒經(jīng)濟韌性和創(chuàng)新韌性的方法。將中國和美國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性歸納為抵抗力和恢復力。抵抗力指基礎(chǔ)研究在面對內(nèi)外部挑戰(zhàn)時維持創(chuàng)新進程的能力，恢復力指基礎(chǔ)研究在遭受重大挫折后迅速恢復，甚至超越原有水平的能力。本研究參考柳卸林的研究，選擇論文數(shù)量作為衡量指標，因其在評估基礎(chǔ)研究創(chuàng)新能力方面重要且數(shù)據(jù)可得性高。在計量方法上，借鑒Martin等的思路構(gòu)建反事實函數(shù)。

區(qū)域預(yù)期創(chuàng)新增量計算公式如下

抵抗力指數(shù)計算公式如下

抵抗力指數(shù)大于0，表明區(qū)域在應(yīng)對外部沖擊時的抵抗能力高于國家整體水平；抵抗力指數(shù)小于0，表明區(qū)域在應(yīng)對外部沖擊時的抵抗能力低于國家整體水平。

恢復力指數(shù)計算公式如下

恢復力指數(shù)大于0，表明沖擊之后區(qū)域創(chuàng)新恢復能力高于國家整體水平；恢復力指數(shù)小于0，表明沖擊之后區(qū)域創(chuàng)新恢復能力低于國家整體水平。

1.2/基礎(chǔ)研究創(chuàng)新波動周期的劃分

現(xiàn)有研究在抵抗期和恢復期的劃分上缺乏統(tǒng)一標準，多依據(jù)核心變量變化特征直接劃分，主觀性較強。為避免因特定沖擊導致區(qū)域韌性缺乏可比性，以2002—2022年為研究區(qū)間，基于中國和美國兩國論文數(shù)及其相對變化率的年度數(shù)據(jù)，采用峰值法劃分20年間的創(chuàng)新周期性波動，從而更準確地反映創(chuàng)新發(fā)展的長期擾動和韌性。

從圖2可以看出，近20年來，中國和美國論文發(fā)表量均呈遞增趨勢，但中國增速更快。

圖2 2002—2022年中國和美國論文數(shù)及相對變化率

基于上述分析，劃定2002—2018年和2018—2022年為2個創(chuàng)新周期。其中，2002—2007年為金融危機沖擊的抵抗期，2007—2018年為恢復期；2018—2020年為新冠肺炎疫情沖擊的抵抗期，2020—2021年為恢復期，該劃分方法與魏峰等的研究一致。

1.3/Dagum基尼系數(shù)及其分解方法

Dagum基尼系數(shù)在研究社會經(jīng)濟領(lǐng)域的不平等和不平衡方面具有明顯的優(yōu)勢。Dagum基尼系數(shù)定義如下

Dagum基尼系數(shù)可以分解為3部分，分別是區(qū)域內(nèi)貢獻差別(Gw)、區(qū)域間貢獻差別(Gnb)，以及超變密度貢獻(Gt)，即G=Gw+Gnb+Gt。

國家j內(nèi)部的基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性差距(Gjj)、區(qū)域內(nèi)貢獻差別(Gw)為

國家j和h之間的基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性差距(Gjh)、區(qū)域間凈差距的貢獻(Gnb)的公式為

超變密度的貢獻(Gt)為

1.4/Kernel密度估計方法

Kernel估計（Kernel density estimation）作為一種非參數(shù)估計方法，能夠?qū)颖緮?shù)據(jù)進行擬合，用連續(xù)密度曲線描述研究對象屬性值的分布位置、形態(tài)、延展性以及極化趨勢，在應(yīng)用過程中具有穩(wěn)健性強和模型依賴性弱等優(yōu)點，現(xiàn)已成為研究各地區(qū)發(fā)展非均衡分布問題的常規(guī)方法。假設(shè)隨機變量X的密度函數(shù)為f(x)，在點x的密度函數(shù)由式（10）進行估計。選擇高斯核函數(shù)估計中美基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的空間分布及動態(tài)演進，如式（11）所示

1.5/樣本與數(shù)據(jù)說明

Web of Science（WoS）收錄了全球超過13000種高影響力的學術(shù)期刊，涵蓋SCIE（科學引文索引）、SSCI（社會科學引文索引）和A&HCI（藝術(shù)與人文科學引文索引）3大引文數(shù)據(jù)庫，是覆蓋學科最多的綜合性學術(shù)信息資源。選擇WoS核心收錄數(shù)據(jù)庫，檢索2002年初至2022年底中國和美國的論文數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)收集截至2023年6月1日。在計算Dagum基尼系數(shù)時，采取加正數(shù)并取對數(shù)的方式進行預(yù)處理，以確保數(shù)據(jù)的合理性和分析的準確性。

02

實證分析

我們的實證分析聚焦于以下幾方面：一是基于創(chuàng)新周期劃分，從國家尺度測算并比較中美基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的均值、時間演變特征及其抵抗力與恢復力的相關(guān)性；二是從區(qū)域尺度對比中美主要區(qū)域的論文發(fā)表數(shù)量與基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性；三是運用Dagum基尼系數(shù)及其分解方法，細化分析國家間、國家內(nèi)及超變密度的差異來源，提升測量的準確性和科學性；四是借助Kernel密度估計法定量測度中美基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的絕對差異及動態(tài)演變，為相關(guān)研究提供經(jīng)驗證據(jù)。

2.1/基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的特征事實

基于抵抗期與恢復期劃分，運用式（2）和式（3）計算了2002年1月至2022年12月中美基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性。表明中國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性整體發(fā)展平穩(wěn)，穩(wěn)定性較高，且平均水平高于美國。繪制兩國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性在2個周期內(nèi)散點圖，分析其時間演變特征。圖3中，水平和垂直的實線分別代表抵抗力和恢復力平均水平，將圖劃分為4個區(qū)域。

圖3 2002—2022年2個周期的中國和美國創(chuàng)新抵抗力和恢復力

剖析兩國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性中抵抗力與恢復力的相關(guān)性（表1），結(jié)果顯示：在2個周期內(nèi)，美國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性中抵抗力與恢復力的相關(guān)性不顯著（表2），表明其基礎(chǔ)研究創(chuàng)新體系內(nèi)在連貫性與協(xié)同性不足。相比之下，中國基礎(chǔ)研究抵抗力與恢復力呈顯著正相關(guān)。抵抗力強的區(qū)域在恢復期發(fā)展更佳，而抵抗力弱的區(qū)域恢復力也較弱。這一結(jié)果彰顯了中國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新體系的內(nèi)在活力與適應(yīng)性。

表1 中國和美國抵抗力與恢復力的相關(guān)性

由表2可知兩國主要區(qū)域論文數(shù)與基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性對比情況。美國主要區(qū)域在2個周期內(nèi)均表現(xiàn)為強抵抗力、弱恢復力，且第2周期創(chuàng)新韌性優(yōu)于第1周期。中國主要區(qū)域在第1周期抵抗力與恢復力俱佳，但在第2周期顯著下滑。從論文發(fā)表均衡性看，美國相對均衡，而中國呈極化趨勢。

表2 中國和美國主要區(qū)域基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性比較

2.2/基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的地區(qū)差異

對兩國各區(qū)域的抵抗力指數(shù)與恢復力指數(shù)進行歸一化處理，并計算Dagum指數(shù)（表3）。基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性差距可分解為國家內(nèi)部、國家間韌性差距及貢獻度3個方面。從時間趨勢看，兩國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性綜合差距持續(xù)增大。

表3 中國和美國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性基尼系數(shù)

2.3/基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的動態(tài)演進

采用高斯核密度函數(shù)的非參數(shù)核密度法，選取2個周期的數(shù)據(jù)作為觀測值，可估計兩國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的動態(tài)演進軌跡、分布特征及地區(qū)絕對差異，其Kernel密度如圖4所示。

圖4 中國和美國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性核密度圖

圖4（b）展示了美國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的核密度。在抵抗期呈現(xiàn)“多峰”分布，側(cè)峰峰值較低；恢復期則為“單峰”分布，說明美國各州基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性在抵抗期兩極分化，恢復期趨于一致且集中在低值附近。

根據(jù)圖4（a），在樣本期內(nèi)，中國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性均值較高，波峰效率值均大于0。從垂直方向看，峰值呈“下降—上升”趨勢，波峰高度增加、寬度減少，意味著各省份基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性水平差異減小。中國核密度曲線多數(shù)年份呈右拖尾特征，表明低水平韌性地區(qū)占比下降，整體韌性提升。

綜合圖4（a）和（b）可見，美國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性均值較低且呈下降趨勢，而中國均值較高且韌性較強，中美基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性差異在擴大，與前述結(jié)論一致。

03

研究結(jié)論

以中國和美國為研究對象，基于2002—2022年Web of Science數(shù)據(jù)庫的論文發(fā)表數(shù)，將研究期劃分為金融危機抵抗期、金融危機恢復期、新冠肺炎疫情抵抗期和新冠肺炎疫情恢復期，利用反事實函數(shù)測度兩國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性，并采用Dagum基尼系數(shù)和核密度分析對其現(xiàn)實特征、地區(qū)差異和動態(tài)演變進行比較分析，主要結(jié)論如下。

1）基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性概念界定。基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性是指在一定時空范圍內(nèi)，基礎(chǔ)研究在面臨外部各種不確定性、干擾、挑戰(zhàn)和挫折時，其創(chuàng)新主體（研究人員、研究機構(gòu)等）能夠借助創(chuàng)新環(huán)境（政策、資金、設(shè)施、學術(shù)氛圍等要素）所提供的條件，以適應(yīng)性、靈活性和創(chuàng)造性的方式應(yīng)對，保持穩(wěn)定運行，并持續(xù)推進知識探索和科學原理發(fā)現(xiàn)的能力。我們采用基于創(chuàng)新周期的核心變量法，考察兩國基礎(chǔ)研究的增長路徑及韌性表現(xiàn)，使基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性測度成為可能。

2）國家尺度分析，兩國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性整體差異顯著。美國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性均值較低，多數(shù)年份呈負數(shù)且有較大幅度下滑；中國則均值大于0且發(fā)展相對平穩(wěn)。

3）主要區(qū)域分析。美國主要區(qū)域論文發(fā)表相對均衡，而中國主要區(qū)域論文發(fā)表呈現(xiàn)極化趨勢，前5個省份貢獻全國論文總數(shù)的1/2。

4）Dagum基尼系數(shù)分析。兩國國家間基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性綜合差距逐漸擴大。抵抗期差距主要源自國家內(nèi)部韌性差異，恢復期則主要由國家間韌性差異導致。

5）Kernel密度估計。美國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性降低，各州絕對差異擴大，抵抗期呈現(xiàn)兩極分化，恢復期趨于一致且集中在低值附近。中國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性總體均值高于美國，各省份韌性水平差異減小，抵抗期與恢復期低水平地區(qū)比例減少。

04

政策建議

針對中國基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性“恢復力較強但區(qū)域差異顯著”的特征，結(jié)合研究結(jié)論與創(chuàng)新生態(tài)規(guī)律，從區(qū)域協(xié)同、應(yīng)急響應(yīng)、資源配置和生態(tài)構(gòu)建4個維度提出以下政策建議。

1）區(qū)域協(xié)同創(chuàng)新與均衡發(fā)展。制定差異化區(qū)域創(chuàng)新規(guī)劃，明確東部為“創(chuàng)新極核”，中部為“創(chuàng)新樞紐”，西部為“特色增長極”，立足資源與地域特色開展創(chuàng)新活動。

2）應(yīng)急與長期韌性支撐體系構(gòu)建。設(shè)立專門的應(yīng)急預(yù)研專項，匯聚各領(lǐng)域核心科學家團隊，聚焦自然災(zāi)害、公共衛(wèi)生危機等可能沖擊基礎(chǔ)研究的關(guān)鍵領(lǐng)域，提前開展風險預(yù)判與前瞻性研究，形成常態(tài)化的風險預(yù)警能力。

3）資源配置效率優(yōu)化。整合政府財政資金、社會資本、企業(yè)投入等多元資源，設(shè)立專項資金，重點扶持具有特色與發(fā)展?jié)摿Φ膶W科建設(shè)。

4）適應(yīng)性創(chuàng)新生態(tài)營造與全球協(xié)作網(wǎng)絡(luò)搭建。科學布局“學科交叉韌性研究中心”，以應(yīng)對氣候變化、公共衛(wèi)生安全等復雜挑戰(zhàn)，鼓勵多學科的深度融合。

本文作者：馬銘晨、呂拉昌

作者簡介：馬銘晨，首都師范大學資源環(huán)境與旅游學院，博士研究生，研究方向為創(chuàng)新地理和區(qū)域發(fā)展；呂拉昌（通信作者），首都師范大學資源環(huán)境與旅游學院，首都師范大學北京城市創(chuàng)新與發(fā)展研究中心，教授，研究方向為創(chuàng)新地理、城市地理與區(qū)域發(fā)展。

文章來 源 ：馬銘晨, 呂拉昌. 中美基礎(chǔ)研究創(chuàng)新韌性的特征事實、地區(qū)差異及動態(tài)演進[J]. 科技導報, 2025, 43(8): 88-99 .

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