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2019年 第55卷 第5期 刊出日期：2019-09-20

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2019年第5期目次

2019, 55(5):  0. 

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北京大学道路地震学观测台阵设计及数据特点

温景充, 鲍铁钊, 冯永革, 宁杰远

2019, 55(5):  791-797.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.078

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2018年4—5月, 在河北省容城县进行前后两期道路地震学密集台阵观测。观测仪器包括200多个短周期地震仪和 22个甚宽频带地震仪。观测台阵跨越高铁、普通铁路、高速公路及普通道路。通过一致性检验和远震波形对短周期地震仪进行台站时钟校正, 获得近50万条高铁地震记录。这些地震记录可用于研究高铁或其他道路震源及波场特征, 进行浅层及深层地下结构4D成像, 为道路安全、地震预测、环境监测、资源和能源探测、地下空间开发利用以及智慧城市建设服务。

利用单检波器数据估计高铁列车运行速度

王晓凯, 王保利, 陈文超, 李嘉琪

2019, 55(5):  798-804.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.071

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在列车结构基本上固定的前提下, 仅利用高铁线路隔离区外单个检波器采集的地震数据来估计高铁的运行速度。通过给出列车经过铁路上一点时该点的受力函数振幅谱与列车运行速度的关系, 提出一种基于速度扫描的列车速度估计方法。首先根据列车结构参数及预设列车运行速度生成一系列受力函数振幅谱, 然后计算各种速度下的受力函数振幅谱与单个检波器所接收到信号振幅谱的互相关函数, 最终选取互相关函数值最大时对应的速度作为列车运行速度的估计值。合成数据及实测数据的结果均证明所提方法的合理性, 有望将此方法推广到其他道路交通中具有固定结构交通工具的速度估计中。

高铁地震信号时频特征对比分析

包乾宗, 许杰, 许明瑞

2019, 55(5):  805-812.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.076

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利用同步挤压小波变换方法, 对河北保定和广东深圳地区实测的高铁地震信号进行时频谱分析。结果表明, 高铁在经过高架桥时, 在其附近产生的地震信号中低频信息比通过隧道和接触地表运行产生的地震信号丰富。利用高铁地震信号的时频谱特性, 可以确定高铁运行速度的变化。

高铁地震波场特点的理论分析

温景充, 宁杰远, 张献兵

2019, 55(5):  813-822.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.074

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为了利用高铁震源反演浅层或深层地下结构, 将高铁铁路桥墩视为点源位置, 分别利用波阵面叠加、求解声波波场和半无限空间弹性波波场等方法, 对高铁激发的远场波场进行模拟。利用不同类型的震源时间函数与格林函数卷积计算得到的波场结果显示, 考虑高铁自重影响的桥墩静力响应的低频震源时间函数对应的波场与实际记录具有一定的相似性。

高铁波场等效震源时间函数反演方法研究

温景充, 宁杰远

2019, 55(5):  823-828.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.075

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基于桥墩均匀分布且高铁列车匀速行驶情况下, 每个桥墩源的震源时间函数仅存在时间延迟差异的假设, 分别通过构建均匀空间声波模型以及半无限空间弹性波模型, 计算格林函数, 给出反演所用的线性方程组。利用最小二乘法对高铁波场的等效震源时间函数进行反演, 测试在一定噪声水平下的反演效果, 探讨各种因素对反演结果的影响。

高架桥下方高铁地震信号频谱特征研究

蒋一然, 鲍铁钊, 宁杰远, 张献兵

2019, 55(5):  829-838.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.072

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使用北京大学架设的临时台阵中11个高铁高架桥下的短周期台站11天记录到的由951列高铁激发的共10461条地震记录, 利用K-Means聚类算法, 研究其频谱如何随列车的速度、模型、铁轨和路基变化而变化。近匀速运动的高铁所产生的高铁地震波的频谱主要由等间隔的峰组成, 其基频等于速度与车厢长度的比值。通过调整基频来降低列车速度的影响, 可使频谱模式更稳定, 便于比较。聚类结果表明, 高铁地震的频谱在相同车型、铁轨和路基条件下, 表现出稳定的模式; 这种稳定的频谱模式随车型、铁轨和路基条件的变化而显著变化。对这种稳定的频谱特征的监测, 可用于高速铁路的安全监控。

高架桥下方高铁地震波场的特征量提取

鲍铁钊, 宁杰远, 张献兵

2019, 55(5):  839-849.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.073

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通过互相关方法, 提取高铁列车经过前后沿着高铁桥梁传播的地震波信号。将不同车次的互相关函数叠加, 得到稳定的平均互相关函数, 可以作为高铁地震波场的特征量。该特征量有监测高铁桥梁结构变化的潜力。

高铁地震4D地频图及其可用性研究

蒋一然, 梁萱, 宁杰远, 鲍铁钊, 张献兵

2019, 55(5):  850-858.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.077

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基于北京大学在河北保定地区高铁线路附近布设的台阵数据, 在考虑车型变化的情况下, 采用基频对齐的方法, 将同一台站上相同类型列车激发的高铁地震信号三分量的频谱分别叠加起来, 可在更远的台站上获得更高信噪比的频谱。使用聚类算法, 得到不同车型对应的三分量频谱随台站位置的变化规律。基于高铁地震频谱特征及其变化规律, 提出4D 地频图的概念, 并讨论其监测高铁及周边介质的可用性。

基于步行时足底压力信息的前交叉韧带断裂辅助诊断方法

黄红拾, 王政飞, 许国雄, 李文新, 张思, 张东霞, 敖英芳

2019, 55(5):  859-864.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.039

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为了辨识动态足底压力信息与前交叉韧带断裂的关系, 将步行时的足底压力数据转换成图像, 采用深度学习中的卷积神经网络模型, 在给定足量输入图像与分类结果的情况下, 不断更新神经网络的参数, 建立图像与前交叉韧带断裂的关系。将足底压力测试系统(FootScan^®)采集的数据分为训练集和测试集两个部分。训练集用于调整模型的参数, 帮助模型更好地分析并找到足底压力信息与前交叉韧带断裂的关系; 测试集用于模拟诊断, 对比真实情况, 评估准确性, 并评估其作为临床辅助诊断方法的性能。结果表明, 提出的投票法模型的诊断正确率超过90%, 并且从得到足底压力数据到产生诊断结果, 总耗时仅3秒左右。由此得出, 所提出的基于步行时足底压力信息的深度学习模型, 可以在很短时间内辅助诊断前交叉韧带断裂, 为临床辅助诊断及康复提供参考。

基于核磁共振弛豫谱的变压器油老化检测研究

李晓南, 刘国强, 张来福, 王志鹏, 丁广鑫, 赵世龙, 夏慧

2019, 55(5):  865-870.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.068

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针对目前常规的变压器油绝缘热老化检测中过程繁杂等问题, 提出一种基于低场核磁共振弛豫时间谱的检测方法。根据油品中烃类化合物在高压放电环境中出现裂解、结构发生改变的原理, 设计变压器油热老化核磁共振横向弛豫谱检测系统。采用自旋回波序列采集油样时域信号回波峰值点, 描述弛豫时间谱反演算法。利用山西省电力公司长治变电站110 kV高压变压器提取的油样(挂网运行年限分别为1, 10和20年), 进行检测装置性能的验证及测试。结果表明, 在17.173 MHz条件下, 该检测方法可以在1分钟内完成一次油样的信号检测与弛豫谱反演, 3种油样的弛豫时间峰值分别为203.83, 145.82和141.95 ms。可以看出, 随着年限的增加, 弛豫时间呈下降的趋势, 表明高温能够导致油品中分子化学键断裂, 析出气体。

表面等离激元强弱耦合的频域和时域研究

宋瀚法, 胡小永

2019, 55(5):  871-877.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.026

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从频域和时域两个维度研究表面等离激元耦合系统在强耦合与弱耦合区域的特性, 在理论上研究给定参数的表面等离激元耦合系统的本征频率、损耗以及亮暗模式随耦合强度的演化。在频域上对门结构在强耦合区域的杂化模式特征、散射光谱特性、偶极子与四极子模式的劈裂情况进行数值计算; 在时域上, 由于激发出两个不同频率的杂化模式叠加形成拍频, 利用拍频信号周期可以精确地给出杂化模式的频率, 得到散射光谱对应的频率不是精确的模式频率的结论。通过扫描耦合距离观察模式演化, 找到奇异点所处区域, 通过系统的频域响应拟合, 确定奇异点的位置。在弱耦合区域, 时域计算给出亮暗模式分别按自身衰减速率衰减的预期结果。

大气扩散应急预报的风场不确定性影响研究

郑宇凡, 蔡旭晖, 康凌, 张宏升, 宋宇

2019, 55(5):  878-886.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.058

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使用WRF模式和CALMET模式, 获得一个40 km区域的细网格气象预报场, 同时利用加入地面观测资料的方法获得当地诊断风场。用随机粒子扩散模式模拟两种风场驱动下的扩散结果, 并比较和评估预报模拟的偏差或不确定性。对 4个季节的代表性月份(1, 4, 7和10月)的逐时排放情况以及4个排放高度的情景进行模拟分析。结果表明: 1) 预报模拟的烟云扩散形态(方向和宽度等)在当地大多数时段内(约占全年的80%)与诊断分析的实际扩散结果一致, 且季节变化不大, 其余时段为扩散形态有中度偏差和有明显差异的情况, 二者各占10%左右; 2) 地面轴线浓度的不确定性随下风距离及污染排放高度而变化, 20~100 m各高度的排放结果大致在2~4 km的下风距离出现最大偏差, 但100 m的高源排放在约2 km以内的范围也有很大的预报不确定性; 3) 两种情况造成当地扩散预报结果的明显偏差, 一是气象场预报的局地风场发生重要转变的时间不一致, 使预报风场与实际风场处于转变前后的不同步状态, 从而使污染扩散预报结果出现重大偏差, 二是WRF模式对地面风速的预报系统性地偏大(50%左右), 造成预报模拟浓度结果系统性地偏小。

气候变化情景下中国东部地区未来气候舒适度变化预测

金安琪, 张昂, 赵昕奕

2019, 55(5):  887-898.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.057

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选取中国东部691个数据记录较完整的站点, 统计各站点1971—2010年间每年每季的热日、冷日和舒适日天数, 利用温湿指数(THI), 评价中国东部季风区近40年的舒适度变化, 并结合未来情景下气象数据的比较和分析, 展望21世纪末中国东部地区的舒适度变化趋势。结果表明, 1971—2010年间, 中国东部季风区在一定程度上变暖, 东北和华南的气候敏感度高于其他地区, 沿海的气候敏感度高于内陆, 东北地区对气候变化的响应程度较高。

海口地区2018年2月持续低能见度过程的气象条件分析

艳艳, 缪育聪, 李建, 郭建平

2019, 55(5):  899-906.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.056

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利用海口地区的能见度资料、地表气象观测、探空数据和再分析资料, 对2018年2月发生在海口和琼州海峡地区的持续低能见度过程的气象学成因进行分析。结果表明, 海口地区冬季的低能见度事件通常出现在暖湿条件下; 能见度与相对湿度、温度和热力稳定度呈显著的负相关关系, 与风速和边界层高度呈显著的正相关关系。海口地区空气质量良好, 其能见度与PM_2.5浓度间无显著的相关性, 这一特点与我国其他污染较重的地区有所不同。在925 hPa 高度上, 当海口处于高压系统的南侧, 受到东北风控制时, 能见度状况较好; 当受东南风控制时, 来自海上的暖湿气流有利于低能见度事件的出现和维持。

基于岩石铸体切片与恒速压汞测试的储层孔隙分布表征及差异机制剖析——以鄂尔多斯盆地某区块延长组长2段为例

庞姗, 梅启亮, 张洪军, 汪贺, 孙彤, 关平, 师永民

2019, 55(5):  907-914.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.055

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以鄂尔多斯盆地某区块延长组长2段为研究对象, 联合场发射扫描电镜与图像处理技术, 开展铸体切片观察和处理以及恒速压汞测试, 并对其表征的孔隙分布特征进行统计及差异机制分析。对铸体切片进行阈值划分图像二值化处理后, 得到孔径分布具有连续性等优点。与恒速压汞得到的孔径分布进行比较, 发现二者在反映主体孔径时具有一致性。

湖南新宁崀山丹霞红层天然半导体矿物的矿物学特征研究

肖育雄, 黎晏彰, 丁竑瑞, 李艳, 鲁安怀

2019, 55(5):  915-924.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.065

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在野外勘察的基础上, 采用原位和分离处理两种样品制备方法, 利用偏光显微镜(POM)、环境扫描电子显微镜(ESEM)、X射线能谱(EDX)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、电子探针(EPMA)、微区X射线衍射(XRD)、显微拉曼光谱(μ-Raman)和X射线荧光(XRF)技术, 揭示湖南新宁崀山丹霞红层中金属矿物的矿物学特征。结果表明, 该丹霞红层砂岩中的主要金属矿物铁钛氧化物以天然半导体矿物赤铁矿和锐钛矿为主, 红层中Fe和Ti元素的平均含量分别是非红层的2.8倍和2.4倍; 绝大部分铁钛氧化物以胶结物的形式赋存在大颗粒矿物(如石英、长石和云母)之间, 推测为红层中含钛硅酸盐矿物(钛铁矿或黑云母)风化之后经过淋滤作用原位沉积的产物。由于赤铁矿与首次在红层中发现的锐钛矿均具有半导体性质, 研究结果可为丹霞红层在地球表面的光催化性质和环境效应研究以及认识和理解白垩纪大洋红层与陆相红层的相互关系提供基础资料。

基于人类活动氮输入探讨深圳市的城市生态风险(2000—2014年)

苏瑀, 张小飞, 谢苗苗, 王仰麟, 宋治清

2019, 55(5):  925-933.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.062

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基于氮元素对人类活动的指示性, 通过估算不同类型人类活动的氮输入量, 整合与构建氮输入量变化趋势下人类活动生态风险评估框架。选择典型快速城市化地区深圳市为研究区, 分析在城市社会经济发展趋于稳定时期, 深圳市工业生产、居民生活和农业生产三类主要人类活动对城市生态环境的影响强度及其变化, 结合土地利用数据, 识别深圳市人类活动生态风险相对高值的区域。结果表明, 2000—2014年间, 工业生产氮输入量及居民生活中交通运输的氮输入量逐渐上升, 居民生活氮输入量呈先升后降趋势, 其占深圳市总氮输入量比重大, 是深圳市主要的人类活动生态风险来源, 所以深圳市人类活动氮输入量呈现先升后降的变化趋势: 在空间分布上, 生态风险相对较高的区域分布在南山区、福田区及罗湖区。为了降低人类活动的影响, 建议目前应在产业升级与绿色出行方面上进行优化。

渗透铺装蒸发强度的动态变化规律及影响因素分析

张静怡, 秦华鹏, 翟艳云

2019, 55(5):  934-940.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.060

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设计并搭建一种典型透水混凝土铺装蒸发模拟实验平台, 在深圳市的气象条件下, 连续观测铺装含水量、蒸发量、吸湿量和表面温度等的变化过程, 分析透水混凝土铺装蒸发强度的动态变化规律及影响因素。结果表明, 在雨季, 降雨可显著地增加透水混凝土铺装的蒸发强度, 但影响的持续时间有限, 8小时内这种增强效应会逐渐减弱至较低水平; 随着昼夜及降雨条件的变化, 各影响因素在不同时期影响程度不同。昼间, 透水混凝土铺装的蒸发强度与太阳辐射及铺装含水量正相关, 且当前期有降雨时, 相关性会明显提高。夜间, 前期无降雨时蒸发强度接近零, 仅随风速变化有较小的波动; 当前期有降雨时, 气温越高, 风速越大, 铺装含水量及表面温度越高, 蒸发强度也越大, 大气相对湿度增加会导致铺装蒸发强度减小。在旱季, 透水混凝土铺装作为一种多孔介质, 其表面在适当天气条件下发生的吸湿现象将持续补充铺装含水量, 促进蒸发, 是影响蒸发强度的重要因素。

环境规制对中国水污染企业的影响—— 基于“两控区”政策的实证研究

田欣, 陈帅, 徐晋涛

2019, 55(5):  941-950.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.070

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利用1998—2006年中国规模以上工业企业数据和县级社会经济数据, 构造面板双重差分模型, 考察“两控区”环境规制政策对水污染企业的影响。研究发现, “两控区”政策对水污染企业产生显著的冲击, 使得水污染企业的产值增长率减少, 新建企业数量和企业存量的增长率也显著下降; “两控区”政策对水污染企业的冲击具有持续性; 相比而言, 经济发达地区的水污染企业受到的影响更大。进一步分析影响政策效果的初始因素, 发现政策开始前教育水平高、人口密度大、平均工资高以及二产占比大的地区, “两控区”政策效果更明显。基于上述结果, 认为“两控区”政策能抑制污染加剧, 其经济代价体现在增加水污染企业负担, 减缓水污染企业产值增长率。污染减少带来的社会福利增加以及企业产值增长速度减缓对社会福利的减少, 二者的相对大小需进一步评估。

中国生态系统服务功能价值空间差异变化分析

陈俊成, 李天宏

2019, 55(5):  951-960.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.063

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基于土地利用/覆盖数据, 应用谢高地提出的生态系统服务价值(ecosystem service value, ESV)评价体系, 对2000, 2010和2015年中国各省级行政区(不含港、澳、台地区)的生态系统服务功能价值进行评估, 并分析其空间差异的变化特征。结果表明, 全国ESV从2000年的159171亿元/年增长至2015年的161802亿元/年。我国ESV空间分布特征为东部高、西部低。人均ESV的空间差异程度比地均ESV大, 但自2000年至2015年均有所减小, 在总体差异中, 区域间差异一直占较大的贡献率。2000—2015年, ESV增加的省份主要在西部和北部, 而东部和南部地区ESV有减少的趋势。

多壁碳纳米管氧化改性及其对酚类吸附性能的研究

海浩, 王可, 马忆波, 张璟, 夏建新, 邢璇, 王婷

2019, 55(5):  961-967.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.061

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针对目前有机废水(尤其是酚类废水)污染严重的问题, 通过混酸氧化法对多壁碳纳米管(multi-walled carbon nanotubes, MWCNTs)进行氧化改性(MWCNT-O), 并研究其改性前后对苯酚、对甲苯酚、对甲氧基苯酚、对羟基苯甲醛和对硝基苯酚5种典型酚的吸附作用。结果表明: 298 K下, 与未改性的MWCNTs相比, MWCNTs-O对5种酚类物质的吸附量均有提升。5种酚类物质在MWCNTs-O表面的吸附量有差别, 顺序为对硝基苯酚>对甲氧基苯酚>对羟基苯甲醛>对甲苯酚>苯酚。吸附过程符合Langmuir吸附等温方程, 主要为单分子层化学吸附。对MWCNTs-O进行表面官能团测试、透射电镜分析和拉曼光谱分析, 发现氧化改性后材料表面的酸性含氧官能团增多, 缠绕度降低, 整体分散性增强, 石墨化程度有所提升。通过研究分子结构与吸附量之间的关系, 发现吸附量与酚类物质的电子能量(electronic energy, EE)有显著的相关性, MWCNTs-O表面垂直的π电子和酚类物质的π电子形成π-π共轭作用。因此, EE 可以作为酚类物质在MWCNTs-O表面平衡吸附量的预测性指标。

使用社交媒体能提升用户的社交自我效能感吗?

侯玉波, 葛枭语

2019, 55(5):  968-976.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.064

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通过对使用新浪微博的204名大学生的调查, 发现线上社会支持、社交媒体使用和社交自我效能感之间显著相关, 它们之间的关系因社会支持类型的不同而各有特点: 把社会支持看成一个整体时, 社交媒体上的社交互动在线上社会支持对社交自我效能的影响中起调节作用, 随着社交媒体的社交互动增多, 线上社会支持对社交自我效能感的正性影响越来越显著; 而从线上社会支持的归属感维度讲, 社交媒体上的社交互动在线上社会支持和社交自我效能感之间起完全中介作用, 归属感促使大学生更多地在社交媒体上进行社交互动, 由此提升其社交自我效能感。研究结果可为理解人们为什么喜欢使用社交媒体以及线上行为如何影响线下心理与行为提供启示。

回忆过去事件的认知评价对生命意义感的影响—— 情绪的中介作用

庞焯月, 庄淑婕, 王羽茜, 甘怡群

2019, 55(5):  977-986.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.069

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为研究回忆过去事件的认知评价、情绪与生命意义感的关系, 以171名在读大学生为对象, 采用高考这一共同发生的事件作为回忆内容, 控制情绪前测、生命意义感前测、性别和高考距今时间(年)的影响后, 探究积极情绪和消极情绪在积极认知评价影响生命意义感和消极认知评价影响生命意义感的中介效应。结果表明: 1) 积极情绪在积极认知评价影响生命意义感中有显著中介作用; 2) 积极情绪在消极认知评价影响生命意义感中有显著中介作用; 3) 消极情绪对生命意义感无显著影响。