当前，科技创新资源正迅速向少数核心城市及都市圈高度集聚，科研集群化已成为趋势。在这一背景下，两个核心问题至关重要：究竟是哪些城市真正掌握着科研话语权？它们在不同学科领域的竞争力是否均衡？
近日，Nature 旗下数据平台 Nature Index(自然指数)发布 2024 年全球科研城市排名，为这两个问题提供了参考。基于对全球 82 种顶级自然科学期刊上发表的论文追踪，Nature Index 系统梳理了全球科研城市在总体与五大学科（物理、化学、生物、地球与环境、健康科学）中的排名格局及其变动趋势。
总体趋势：中国城市科研产出持续增长
最新公布的数据显示，全球科研重心正在发生显著结构性变化：中国城市在排位中占据了更加核心的位置。在 2024 年的全球科研城市综合排名前十位中，中国城市占据六席，且包揽了冠亚军，而美国城市占据四席，且上榜城市的产出份额普遍出现下滑。
图 | 前十名的科研城市（来源：Nature Index）依据 Nature Index 的核心衡量指标“调整后份额”（Adjusted Share，以下简称 Share），北京再次位居全球榜首。数据显示，从 2023 年到 2024 年，北京的 Share 值增长了 9.14%。对于一个基数庞大的科研中心而言，保持近两位数的增长表明其科研产出仍在加速积累。
目前，北京在自然指数衡量的科研产出总值上，已经与其他城市拉开了明显的量级差距。紧随其后的是上海，其 Share 值在过去一年中大幅增长了 20%，使其稳居全球第二的位置。（注：“调整后份额”指排除了期刊数量年度变化影响后的科研贡献值，使得不同年份的数据可以公平比较。）
与中国城市相比，美国主要科研中心的数据表现则呈现出不同的趋势。尽管纽约都会区（New York metropolitan area）和波士顿都会区（Boston metropolitan area）依然凭借深厚的学术积淀位列全球第三和第四，但在调整后 Share 这一指标上，位居前十的所有美国城市均出现了不同程度的下滑。
这表明，在自然指数所统计的高水平期刊发表维度上，美国传统科研重镇的产出规模相对于快速增长的中国城市而言，份额正在被稀释。
在全球前十的其余席位中，中国城市展现了多点开花的局面。南京位列第五，广州排名第六，武汉排名第八，杭州排名第十。美国旧金山湾区位列第七，巴尔的摩-华盛顿都会区排名第九。至此，全球科研城市第一梯队的格局十分清晰：中国占据六席，美国占据四席。这一数据分布客观地反映了高质量基础研究产出在全球范围内的重新配置。
五大学科领域排名： 中美优势各异
进一步深入分析自然指数关注的四大核心学科领域——化学、物理科学、地球与环境科学、生命科学，以及单独列出的健康科学，可以发现不同学科的竞争格局存在显著差异。
图 | 化学领域排名前十名的科研城市（来源：Nature Index）首先是化学领域，这是中国城市表现最为突出的板块。2024 年的数据显示，全球化学科研产出前十名的城市全部来自中国。从排名第一的北京，到随后的上海、南京、广州、武汉、合肥、杭州、天津、西安和长春，中国城市在这一基础学科领域形成了集团优势。
相比之下，非中国城市中排名最高的是日本东京，位列第 12 位，而曾经的化学科研重镇纽约则从 2023 年的第 10 位滑落至 2024 年的第 14 位。在化学相关的基础研究领域，中国城市已经建立了较为完整的产出优势。
图 | 物理领域排名前十名的科研城市（来源：Nature Index）物理科学领域的排名情况与化学相似。虽然并未像化学那样包揽前十，但中国城市依然占据了前十名中的六个席位，数量与 2023 年持平。北京继续保持该领域的全球第一，韩国首尔作为排名最高的非中国城市位列第五，显示出东亚地区在物理科学研究上的活跃度。
图 | 地球与环境科学领域排名前十名的科研城市（来源：Nature Index）在地球与环境科学领域，北京的领先优势尤为明显。数据显示，北京在该领域的 Share 值超过了第二名南京的两倍。这一巨大的分值差距显示出北京作为国家科研中心在环境科学、地理学及相关交叉学科上的资源集聚效应。此外，上海和巴尔的摩-华盛顿都会区的排名均较上一年提升了一位，而武汉在该领域的排名则下降了两位。
图 | 生命科学领域排名前十名的科研城市（来源：Nature Index）相对而言，生命科学（Biological sciences）和健康科学（Health sciences）依然是西方城市的传统优势领域，但中国城市正在这些领域加速追赶。在生命科学领域，前十名主要由美国和欧洲城市占据。
纽约和波士顿凭借集聚的顶尖大学和生物技术研究机构，牢牢占据前两名。然而，值得注意的是，北京已经攀升至该领域的第三位，且数据显示，其与第二名波士顿的 Share 分值差距已经缩小到不足 30 点。
这意味着在生物科学这一核心前沿领域，中美顶尖科研城市之间的产出规模差距正在逐步缩小。此外，广州在生命科学领域的表现颇为亮眼，从 2023 年的第 13 位跃升至 2024 年的第 9 位，成功跻身全球前十。
图 | 健康科学领域排名前十名的科研城市（来源：Nature Index）健康科学领域则是美国城市的强项。波士顿、纽约、巴尔的摩-华盛顿都会区和旧金山湾区包揽了该领域的前四名，并占据了第八名的位置。英国伦敦也在此领域表现突出，位列前茅。
中国城市在健康科学领域的整体排名相对靠后，这与医学研究通常需要长期的临床积累和庞大的医疗体系支撑有关。不过，广州再次成为该领域的亮点，从 2023 年的第 12 位上升至第 10 位，显示出其在医学及健康科学研究方面的投入正在转化为具体的科研产出。
除了单年的排名数据，长期的时间序列更能反映科研实力的演变趋势。Nature Index 提供的“部分城市全球排名随时间变化”图表，记录了从 2015 年到 2024 年主要城市排名的变迁。
在该图表中，代表南京、广州、杭州等中国城市的曲线呈现出持续上升的趋势。这些城市在过去十年间，从全球排名的中游位置稳步攀升，最终进入全球前十。相比之下，代表纽约都会区的排名曲线呈现出缓慢下降的态势，而旧金山湾区的排名曲线则相对平缓，未见明显的上升势头。
图 |“部分城市全球排名随时间变化”图表（来源：Nature Index）科研产出不仅依赖于单个城市的实力，更取决于科研机构之间的合作网络。Nature Index 通过“双边合作分值”（Bilateral Collaboration Score, BCS）这一指标，量化了全球主要城市内部顶尖科研机构之间的合作紧密度。
数据显示，在全球前 20 大科研城市中，波士顿拥有最强的双边合作关系。哈佛大学与麻省理工学院（MIT）这两所位于波士顿都会区的顶尖学府，构成了全球最高产的科研合作伙伴，其双边合作分值高达 470.56。这种基于地理邻近性的高强度合作，是波士顿能够长期保持全球学术中心地位的重要支撑。
图 |“双边合作分值”排名图表（来源：Nature Index）与此同时，北京的科研合作网络也显示出极高的活跃度。清华大学与北京大学这对中国顶尖高校组合，以 378.49 的双边合作分值位列全球第二。这表明北京的顶尖学术机构之间存在着紧密的协同创新关系。
此外，中国科学院化学研究所与北京大学、中国科学院大学与北京大学的合作组合也位列前茅。这些数据清晰地展示了北京科研生态的特点：以北京大学、清华大学和中国科学院系统为核心节点，形成了高密度的同城科研协作网络。
在美国西海岸，加州大学伯克利分校与劳伦斯伯克利国家实验室的合作也进入了前五名，显示了高校与国家实验室之间协同创新的有效模式。
纵观 2024 年自然指数数据，全球科研竞争的态势已超越了单纯的规模较量，而是揭示了中美两国科研中心在不同学科底座上的非对称竞争格局。
中国城市在化学与物理科学领域的全面领先，反映出其在服务于工业基础的硬科技领域已形成系统性优势。这种由北京、上海及众多新一线城市构成的集群效应，为材料科学、能源与先进制造提供了坚实的源头支撑。而在生命科学与健康科学这一依赖长期临床积累与生态沉淀的领域，以波士顿和纽约为代表的美国城市依然保持着显著的存量优势。
因此，未来科研版图的演变将主要取决于两个维度：一是中国城市能否将其在基础学科的资源优势有效延伸至生命科学领域，实现学科结构的均衡化；二是美国传统科研中心在面临产出份额稀释的背景下，如何维持其在基础科学领域的投入强度，防止优势学科的单一化。
而从波士顿的哈佛-MIT 组合到北京的清华-北大-中科院网络，数据证明了科研高地的构建不仅依赖单点突破，更取决于区域内的协同密度。在学科交叉日益频繁的当下，如何利用物理化学的优势赋能生命医学，促进不同学科板块的融合创新，将是下一阶段全球顶尖科研城市竞争的关键变量。
参考链接：
https://www.nature.com/articles/d41586-025-03530-6
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