改革开放以来，我国的科技事业蓬勃发展，科技实力持续增强。“六五”期间，我国SCI 论文数量仅排在世界第26 名。到“十五”期间我国SCI 论文排名已经提高到世界第7 名。“十一五”期间中国超过德国，成为世界第3 名。到“十二五”期间，中国又超过英国，成为世界第2名，排名仅次于美国。近年来，我国国际科技论文数量连续多年稳居世界第2 名，并获得了一系列举世瞩目的科研成果，成为具有重要影响力和竞争力的科技大国。
表1 世界主要国家SCI 论文数排名
在这一系列成绩的背后，如何客观地分析、判断我国当前科技发展的真实水平，直接关系到我们对未来发展的安排和部署。事实上，“卓越科学家在最前沿所进行的领先研究”更能体现一个国家的科技先进水平。1965 年文献计量学的鼻祖Derek J. de Solla Price将“卓越科学家在最前沿所进行的领先研究”定义为“研究前沿”。同时他用大量的引文分析数据描述“科学研究前沿”的文献计量学本征，即研究前沿是由一组高被引论文和引用这些论文的施引论文组成的。基于de Solla Price 对研究前沿的定义，ESI 数据库基于引文网络数据将一个抽象的定性概念转变为可以定量的数据。
基于ESI 数据库的研究前沿的数据，中国科学院与科睿唯安从2014 年开始发布《研究前沿》年度研究报告，研判科技研究前沿发展的战略方向，敏锐抓住科技创新的突破口和新的生长点。《研究前沿》年度研究报告为国内外了解世界科研状态和全球卓越科学家的最新科技趋势提供了一扇窗。
2018 年，中国科学院科技战略咨询研究院、中国科学院文献情报中心和科睿唯安共同发布了《2018 研究前沿》和《2018 研究前沿热度指数》两个报告，基于共被引聚类分析，遴选了100 个热点前沿和38 个新兴前沿，揭示了研究领域内最新发展的最受关注的研究焦点和重要研究成果。报告揭示出中国近年来在多个基础研究领域取得了突破，中国在引领的研究前沿数量上位居第2，在科技研究前沿领域也有一席之地，表现出了一定的竞争力。两个报告的发布对战略科学家和科技决策者了解国家科技发展脉络、制定科技战略规划提供了有力的事实支撑。
为了进一步了解中国与美国的差距，本书（《2018研究前沿及分析解读》，中科院科技战略咨询研究院等着。 北京：科学出版社， 2019.8）在《2018 研究前沿》和《2018 研究前沿热度指数》两个报告的基础上，分别从10 个领域138 个前沿展开中国和美国国家前沿热度指数及其分指标上的比较分析。分析主要从宏观到微观就特定领域层面到特定研究前沿层面进行，精确揭示研究活力来源，并依据两国在核心论文以及施引论文中贡献的署名通讯作者的论文数及排名判定国家在特定研究前沿的主导地位，以期从重要成果产出的层面对中美科研核心竞争力的识别和分析，解读中国与美国的差距和优势。
本文分享中美在各领域的科研实力整体比较分析情况，文中图表可点击看大图。
各指标数值及其排名
本书分别从10 个领域展开中国和美国在《2018 研究前沿》100 个热点前沿和38 个新兴前沿，以期掌握中国与美国之间的创新位势。
表2 10 个领域总体及各领域
中国和美国的9 项指标以及发展态势对比
在10 个领域综合层面，美国研究前沿热度指数等9 个指标均排名第一，中国则在9 个指标上都稳居第二。但是从数值上来看，中美研究前沿热度指数得分分别为118.38 分和227.39 分，中国约为美国的一半。中国和美国的国家贡献度得分分别为69.36 分和119.88 分，中国是美国的57.86%。中国和美国的国家影响度得分分别为49.02 分和107.51 分，中国是美国的45.60%。在指标A、B、C、D 方面，中国为美国的47.05%、73.70%、43.53% 和50.16%。在指标E 方面，中国是美国的55.53%，超过美国的一半。在指标F 方面，中国是美国的87.05%。从上述中美9 个指标的对比可以看出，除了施引论文的数量中国与美国的比值略高以外，其他核心论文数量和影响度，中国仅仅占美国的一半左右。因此从综合指标上可以看出中国与美国在研究前沿位势上仍存在较大差距。
从分领域来看，在化学与材料科学领域，中国除在指标C 排名第2 外，其余指标均排名第1；美国在指标C 排名第1，其余均排名第2。在化学与材料科学领域，中国的国家研究前沿热度指数和指标E 相当于美国的1.28 倍和1.13 倍；在数学、计算机科学与工程学领域，中国这两个指标更是达到美国的6.12 倍和14.78倍。由此可见，这两个领域是中国的优势领域。
在农业、植物学和动物学领域，生态学和环境科学领域，地球科学领域，中国分别有8 个、6 个、8 个指标排名第2，美国除在生态学和环境科学有3 个指标排名第2 外，其余指标均排名第1。其中，在农业、植物学和动物学领域，中国的研究前沿热度指数为美国的52.64%；在生态学和环境科学领域，中国的研究前沿热度指数为美国的84.01%；而在地球科学领域，中国的研究前沿热度指数则为美国的46.21%。由此可见，这三个领域中，中国在生态学和环境科学领域最强，地球科学领域和农业、植物学和动物学领域则仅仅占美国的一半左右。
在生物科学领域，美国的研究前沿热度指数排名第1，中国排名第4。中国的国家贡献度和国家影响度分别排名第2 和第5。中国在指标E 和指标F 均排名第2。中国在指标A、B、C 和D 上排名第2 ～ 5位。但从数值上来看，中国的研究前沿热度指数仅仅为美国的23.44%。中国指标E 也仅仅为美国的16.46%，中国与美国的差距仍然巨大。
在物理学领域，美国在9 个指标上均排名第1。中国的研究前沿热度指数排名第3，指标E 排名第2。其他7 个指标也均排名第2 ～ 5 位。但从数值来看，中国的研究前沿热度指数是美国的34.87%，指标E 是美国的31.45%，中国在重要成果的产出上仅仅相当于美国的1/3。
在临床医学领域，美国在9 个指标上均排名第1。中国的研究前沿热度指数排名第10。从数值上来看，中国的研究前沿热度指数仅仅为美国的13.47%，不到1/7。指标E 中国排名第4，数值相当于美国的13.03%。中国在其他7 个指标的排名上略有差别。指标B 中国排名第5，指标C 中国则仅仅排名第15，表明在该领域有较多的研究正在跟进。
在天文学与天体物理学领域和经济学、心理学及其他社会科学领域，美国在9 个指标上均排名第1。在天文学与天体物理学领域，中国研究前沿热度指数排名第19，指标E 排名第12；但份额上看，这两个指标中国也仅仅相当于美国的15.90% 和4.65%，特别是指标E，以中国为主导的重要成果产出，仅仅相当于美国的4.65%。在经济学、心理学及其他社会科学领域，中国的研究前沿热度指数和指标E 排名第4 和第3；从份额上看，这两个指标中国仅仅相当于美国的13.75% 和9.83%。
创新卓越地位
在10 个领域的138 个前沿中， 美国有118 个（85.51%） 创新卓越前沿、11 个创新前列前沿、7 个创新行列前沿、2 个创新追赶前沿。中国则有54 个（39.13%）创新卓越前沿、19 个创新前列前沿、24 个创新行列前沿、38 个创新追赶前沿，处于空白状态的有3 个。中国的创新卓越前沿还不到美国的一半，70.29%的前沿处于创新行列及以上（包括创新前列和创新卓越）。
表3 10 个领域总体及各领域
中国和美国的创新卓越前沿分析
就分领域来说，10 个领域中，中国在2 个领域处于创新卓越，5 个领域处于创新行列，3 个领域处于创新追赶。因此，总体来说，7 个领域处于创新行列及以上水平。离2020 年进入创新行列的目标已经非常接近。
其中，在化学与材料科学领域和数学、计算机科学与工程学领域，约90%的前沿已经进入创新卓越位势，这两个领域是中国的优势领域。
在农业、植物学和动物学，生态学和环境科学，地球科学，生物科学，物理学5 个领域，70% 以上的前沿进入创新行列及以上，那么可以说这5 个领域目前处于创新行列。一半以上的前沿进入创新前列（包括创新卓越）状态。其中，农业、植物学和动物学，生态学和环境科学，地球科学3 个领域接近一半（45.45%）的前沿进入创新卓越状态。
在经济学、心理学及其他社会科学，临床医学，天文学与天体物理学3 个领域，仅仅有个别前沿进入创新卓越状态，多数前沿尚未进入创新前列，仍处在创新行列或创新追赶状态，甚至个别前沿处于空白状态，处于创新追赶状态的前沿比例分别为36.36%、57.14% 和75.00%。相对来说，经济学、心理学及其他社会科学领域的表现优于其他两个领域，45.45% 的前沿进入创新行列。
通过以上研究前沿的中美比较定量数据分析表明，中国在若干研究上已经处于较高的创新位势，但与美国在前沿研究上仍有较大差距，在不同的领域发展不均衡。建议我国在落实全面加强基础研究政策过程中要分类施策，深入分析每个学科的整体短板和具体前沿短板。在学科上全面加强布局，对需要填补的空白，坚决填补，不留死角；对创新追赶类的学科和方向要查摆原因，找出弱点，强体强基，对标猛追；对于创新前列类的学科和方向，总结优势，持续支持，培育卓越；对于创新卓越类学科和方向，战略聚焦，营造生态，产出原创。