原载《科学学与科学技术管理》2004年第3期

  「内容提要」

  文章通过对过去20年世界各国科研投入和产出的数据进行分析,寻找出各国的研发人员、研发经费、科技论文和专利等数据变动的统计规律,并依此对2020年中国的科技地位进行预测和估计。预测结果反映出,2020年中国科技投入将居世界前列;科技产出数量有所增长,但与美国、日本和德国等科技强国相比,仍存在一定差距。

  一、引言

  党的十六大提出了全面建设小康社会的宏伟目标,要在优化结构和提高效益的基础上,国内生产总值到2020年力争比2000年翻两番。为确保实现这个目标,科技部提出在21世纪前50年科技发展实现三步走战略。其中第二步是:在2020年前后,跻身世界科技大国行列,形成强大自主创新能力,科技整体水平达到发达国家的平均水平。

  中国科学院院长路甬祥曾介绍过国外学者的一种看法,根据对科技投入、科技产出以及科技对社会的影响来计算,世界各国的科技实力大致分为以下5类:第1类为科技强国,目前只有美国够格,其一国研发经费就占世界研发经费总数的1/3强;第2类为科技大国,如日本、法国、德国、英国等,其中日、德分别是排在世界第2和第3位的科技大国;第3类为中等科技大国,如加拿大、意大利、俄罗斯、荷兰、澳大利亚、西班牙、瑞典、韩国、瑞士、芬兰、挪威、丹麦、比利时、奥地利等,俄罗斯已经由昔日的科技大国沦落为中等科技大国,并有向科技发展中国家继续下滑的趋势;第4类为"科技发展中国家",如印度、中国、巴西等国;第5类为"科技欠发达国家"(或者称"科技弱国"),以大部分非洲国家为代表。

  如果按照这个分类方法,我国现在仍处于"科技发展中国家"的地位。经过不到20年的发展,能否跻身科技大国的行列,仍是个有待考证的问题。据瑞士洛桑国际管理开发学院(IMD )发布的《国际竞争力报告》(简称《洛桑报告》),最近几年我国的国际科技竞争力是在逐年下降的,这种趋势也给我们实现科技发展三步走的战略带来了难度。

  我国的中长期科技规划正在进行中,这次中长期规划期正好与全面建设小康社会的历史阶段完全同步。根据国家的战略构想,到2020年,GDP 总值将达4万亿美元,经济总量上升到世界第3位。科技则是支持这个发展目标实现的重要支柱。只有认清我国科技实力在国际中所处的位置,才能恰当把握准这次中长期科技规划的目标和定位。对我国科技实力的透彻了解,对自身位置的清醒认识,是制定科学的方针政策的基础和主要依据。有了明确的总体目标,才能保证研究计划指向正确的发展方向,对其他可能的发展路径了然于胸,同时可以开发出一种监督机制以便对未来的趋势和机会进行早期预警。所以预测是非常重要的,并且越是对于前景不清楚的领域,越是需要预测来指路。

  到2020年,中国的科技实力到底会处在世界的什么位置呢?本文通过定量的数据分析,试图做一些预测和估计。

  我们认为,科技的发展是可以预测的。欧盟的第六个框架计划和欧盟发布的第三次科学与技术指标,对2010年欧盟整体的R&D/GDP 比例和研究人员总数做出了预测。

  发达国家在各自的科技规划中,也都对本国未来的科技发展地位做了估计或设定了目标。例如,韩国科技部在其《2025年构想》中提出,到2005年,韩国科技地位世界排名要达到第12位,超过其它所有亚洲国家;到2015年,韩国要成为亚太地区的主要研究中心;到2025年,韩国将在一些可与七大国水平相当的领域内,确保科技的竞争力。当然在社会范畴内,预测与实际结果完全吻合是不现实的,预测的作用也并不在于表明预测者有先见之明,而是用预测结果作为规划的指导和参照。

  本次数据分析、预测,我们重点选取了11个国家,其中包括:美国、日本、英国、法国、德国、西班牙、意大利、加拿大、韩国、印度以及中国,这里面美国、日本、英国、德国、法国、意大利、加拿大都是科技地位排名目前处于前10位的国家,韩国和西班牙是科技竞争力发展比较迅速的国家,印度也是目前想快速发展科技与经济的发展中大国。通过对这11个国家有关数据对比的预测,基本可以判断出我国2020年在世界上的科技地位。

  衡量科技实力,国际通行的做法是选择一系列具有代表性、可比性、可量化的指标,组成一个分层次的指标体系。例如著名的《洛桑报告》(即瑞士洛桑国际管理开发学院(IMD )发布的《国际竞争力报告》)和《论坛报告》(即《世界经济论坛》和美国哈佛大学国际发展中心合作完成的《全球竞争力报告》)都是选取一系列的指标来衡量各个国家的竞争力。2000年《洛桑报告》中的科学与技术要素共包括26个指标,其中11个为调查指标,15个为统计指标。科技投入与产出指标,是最能反映一个国家科技实力的指标。

  本次预测选择的科技投入指标包括国内R&D 经费、科技人力资源,产出指标包括S CI论文数和美国国家专利局的专利申请数。R&D 经费投入指标说明了国家对科技发展的重视程度,财力的投入是影响科技发展最重要的因素;科技人员的素质、结构及活动状况,对科学技术的进展至关重要;科技论文的数量可以从一个侧面反映出一个国家的科技实力和水平;专利数量可以更好地说明一个国家的创新能力。在各国科技统计要览中,如日本科学技术厅每两年一版的《科学与技术指标》,美国国家科学基金会两年一版的《Science and EngineeringIndicators》,都把这四个指标作为最重要的统计指标。日本学者Dr.Phil.Niwa Fujio曾提出,R&D 经费、科技人力资源、论文数量和专利数量在科技统计中都是绝对独立的指标,可以反映出一国的科技实力。

  二、数据来源与方法

  用于预测指标的数据来源如下:1.专利数据,11国在美国获得的专利数,美国国家专利局USPTO ;2.论文数据,ISI National Science Indicators 1998~2002;中国科技论文统计与分析年度研究报告1989~2002;3.各国GDP 总额,UN Statistical Yearbook 1983~1984,1992,1999,in current US$(market exchange rates );4.各国R&D 投入总额(按1996年价格和汇率计算),中国科技统计年鉴;5.西方七国R&D/GDP 比例,美国国家科学基金会;6.各国每百万人口中研发人员数(researchers ),UNESCO 1999年鉴;7.各国研发人员总数,美国《科学与工程指标1996》;中国科技统计年鉴2000;8.各国人口数,UN DemographicYearbook 1990,2000,其中德国人口数在1980~1990年期间指西德的人口数,1991~2000年为两德统一后总数。

  科技预测的主要方法包括定性预测、定量预测和综合性预测。

  本次预测探讨我国1981~2000年共计20年间科技投入与产出的关系,找出普遍的发展规律,并由此对中国在世界上的科技地位进行预测。所以本次预测主要采用定量分析的方法,并辅以定性的估计。本次预测终止的时间点为2020年,已有数据的终结点是2000~2003年,预测区间近20年,属于长期科技预测的范围。

  数据的采集点是每年的数据值,各指标按照时间先后顺序排列形成数值序列,具有时间序列预测的全部特征。并且本次预测另一个重要思路是从其他国家的科技发展路径中,找出科技发展过程中的拐点和基点,发现中国将要走的一些必经之路和中国可以避免的弯路。因此,我们主要使用的预测方法包括:直线拟合外推法、时间序列法、相关因素分析法和历史类比法。

  使用的软件工具主要包括Microsoft Excel ,Visual Fox-Pro,SPSS和Origin.

  三、计算过程

  (一)研发投入预测结果目前中国研发人员数量排在世界第2位,仅次于美国,略多于日本。2020年中国研发人员数将超过200万人,估计仍为世界第2位(注:美国只统计"科学家和工程师人数",不统计研发人员数,故无法预测美国研发人员数。但是由于前者的统计口径更严,即科学家和工程师人数比研发人员数少得多。以此估计,美国的研发人员数在2020年可能仍居世界首位)。研发经费投入将达到600亿美元以上,达到世界第4位。

  1.研发人员的预测

  ①线性外推法。将现有各国数据拟合直线外推至2020年,除中国和英国外,拟合度都较好。

  

  ②根据研发人员占总人口比例进行估计。由于中国预测结果的数据拟合度不太好,采用以下方法修正。

  1991~1999年中国年均研发人员占总人口的比例平均为0.12%,2020年中国人口总数预测值为接近16亿人。假定研发人员占总人口的比例不变,则到2020年中国研发人员数量为196万人,接近200万人。但是,随着中国经济实力的增强,社会对科技的需求更趋旺盛,则研发人员占总人口的比例肯定会大于0.12%.也就是说,200万肯定是个低估数。

  综合上面两种方法得到的结果,2020年中国研发人员数会超过200万人,保持世界第2位。

  2.研发经费的预测

  OECD最近根据购买力评价对各个国家和地区的研发投入进行估计,中国排在第3位。但我们认为,用购买力评价进行对比容易高估中国的实力,所以仍采用传统的币值数据进行预测。

  根据对中国1995~2001年GDP 与研发经费之间线性关系的分析,得出二者之间的相关系数为0.979.目前国内外有关研究对中国2020年GDP 的预测结果大都在3.5万~4万亿美元之间,采用此估计值,根据求出的线性关系,则2020年中国研发经费为640亿美元左右,占那时GDP 的1.8%.另外,通过对历年的GDP 数据进行线性回归,分别计算各国2020年GDP 的预测结果,再根据各国GDP 与其研发经费之间的线性关系计算各国在2020年的研发投入预测值。得到的结果显示,2020年中国的研发经费投入列于美国、日本和德国之后,排在第4位。美国以5000亿美元远远于领先世界各国,日本的研发投入也较多,超过2500亿美元。中国与德国的差距大约在200亿美元,排在中国之后的法国与中国的差距也大约在200亿美元左右。

  

  对照各国1980~1900年的GDP 与研发经费的历史数据,可以看出,美国GDP 达到4万亿美元后,R&D 占GDP 的比率都大于2.3%,日本GDP 达到4万亿美元后,相应比率都大于2.6%.再考虑到我国2020年时GDP 总值可能达到4万亿美元,实现小康社会的战略构想,那时研发经费占GDP 的百分比不应低于1.5%,因此可以放心地说,中国研发经费将达到600亿美元以上。

  (二)研发产出的预测

  主要方法:线性平滑法、历史对比法。

  主要结论:2020年SCI 收录科技论文总数约10万篇,约为世界第5位;USPTO 专利总数1500~2000件左右,约为世界第13~16位。

  1.SCI 收录论文数的预测

  ①时间序列法预测。根据1985~2002年各国SCI 论文数,采用时间序列法对2020年各国SCI 论文数进行预测。

  从表3列出的计算结果可以看到,2020年的前四位的国家排名次序与2002年相比没有变化,美国发表的论文仍远远领先于其他国家,接近36万篇。英国、日本和德国分列其后,它们的论文数预测值都超过了10万篇。中国论文产出数量将接近10万篇,接近德国的论文数量,列在第5位。中国的论文数排名与2002年相比,超越法国前进了一位。

  在中国之后,韩国、西班牙和意大利等国家的论文数排名有所上升。值得注意的是,这些国家都不是英语国家或者英文普及率高的国家;而加拿大和印度这样的英语国家或者英文普及率高的国家的论文数排名下降。可见,语言因素也许不再是论文发表的主要障碍。

  ②根据增长率分布预测。对各国SCI 论文每年增长率数值的分布进行统计。通过下图可以看出其分布曲线的规律,多数国家的年增长率落在4%~7%的范围内。我们掌握的所有数据中,约1/4落在此范围内。若采用此范围内中段的年均增长率数值5%~6%对中国的论文数进行预测,结论为:2020年中国SCI 论文数为98089~116337篇,与时间序列法预测结果大体吻合。

  
  

  图1各国SCI 论文数年增率分布

  2.对美国专利局USPTO 专利申请数的预测和估计

  根据各国历年在美国获得的专利数量,利用线性回归方法对2020的专利数量进行预测。预测结果显示,2020年中国的专利数量为934件,排在第19位。专利数量预测值最多的是美国、日本、德国和中国台湾,他们的专利数量预测值都超过了1万件。

  对各国在美国获得的专利累计数(从1988年开始累计)进行时间序列法预测,中国在2020年获得美国专利累计数排名为25名,与2001年排名相比没有变化。这是因为,中国在上世纪80年代末的专利数极少,只有50篇左右,影响到了累计数排名。90年代末以来,中国专利数增加较快,并呈现出持续快速增长的趋势。因此,尽管我们现在对我国专利预测值排名为19位,但到2020年时专利数的实际排位有可能比19位要提前,数量也可能会大大超过934件。

  

  图2中国历年被USTPO 批准的专利数量变化

  (三)根据GDP 与SCI 论文及专利的相关性修正预测结果

  根据对中国GDP 与SCI 论文数量和专利数量之间的线性关系分析,得出GDP 与SCI 论文数量的相关系数为0.977,与专利数量的相关系数为0.809.中国经济在持续快速增长,但是随着经济发展的成熟,其增长率将逐渐放缓,根据诸多国内外专家的预测,这里把中国GDP年均增长率设定为6%,由此估算出2020年的GDP.再根据线性关系,分别求出中国SCI 论文数和专利数,预测结果如下。

  

  根据对各国GDP 与专利批准数的分析,可以看出,在GDP 超过1万亿美元的国家中,专利批准数最低的意大利也已经达到1498项。而根据我国的战略构想,到2020年,GDP 总值将达到4万亿美元。所以到2020年中国在USPTO 的专利批准数最保守估计也能够达到1500~2000项的水平。将这一数字插入用线性回归方法预测的2020年各国专利数量排名榜中,则中国可以列到第13~16位。

  四、结论

  2020年中国R&D 投入总额超过600亿美元,居世界第4位;科研人员总数超过200万人,仍为世界第2位;SCI 收录科技论文总数约为10万篇,居世界第5位;USPTO 专利总数约为1500~2000件,居世界第13~16位。

  预测结果反映出,2020年中国科技投入将居世界前列,科技产出数量与目前相比有所增长,但与美国、日本和德国等科技强国相比还存在一定差距。

  「参考文献」

  1徐冠华。深入贯彻十六大精神,加速国家创新体系建设,为全面建设小康社会做出新贡献。全国科技工作会议文件,2003.1

  2国家统计局,科学技术部编。2002中国科技统计年鉴,中国统计出版社,2002。

  3Dr.Phil.Niwa Fujio,Toward Strategy Formation of Science and Technol ogy-Basedon National S&T Competitiveness Indicators