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2020年 第56卷 第3期 刊出日期：2020-05-20

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2020年第3期目次

2020, 56(3):  0. 

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高速列车受电弓气动噪声特性分析

姚永芳, 孙振旭, 刘文, 杨国伟

2020, 56(3):  385-398.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.014

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以某高速列车受电弓为研究对象, 探讨其在350 km/h速度下的气动噪声特性。采用延迟脱体涡模拟(DDES)和声学有限元(FEM)相结合的方法, 分析带导流罩受电弓在升起和下降状态下, 近场和远场气动噪声空间分布规律和频谱特性, 研究流场计算时不同建模方式对诱发噪声幅值和指向性的影响以及壁板的反射和散射作用对噪声频谱特性的影响。结果表明: 1) 在本文选取的受电弓外形和开口方向下, 降弓和导流罩诱发噪声略大于升弓和导流罩诱发噪声; 2) 导流罩在低于300 Hz的低频区诱发噪声比例较大, 而受电弓在300 Hz后诱发噪声影响较大; 导流罩诱发噪声在升弓情形时所占比例相对较大; 3) 在指向性上, 导流罩诱发噪声在受电弓前部贡献较大, 受电弓诱发噪声在后部区域贡献较大; 在列车正上方区域, 弓体诱发噪声大于导流罩诱发噪声, 是主要的气动噪声源。

原位光反应法合成过氧桥连草酸铀酰配合物

魏文琦, 刘春立

2020, 56(3):  399-405.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.016

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在室温和实验室灯光照射条件下, 通过原位光化学反应, 分别以乙二胺和二亚乙基三胺为模板, 合成3种过氧桥连的草酸铀酰配合物[NH₃(CH₂)₂NH₃]₃[(UO₂)₂O₂(C₂O₄)₄]·4H₂O (1), [NH₃(CH₂)₂NH₂(CH₂)₂NH₃]₂[(UO₂)₂O₂(C₂O₄)₄]·2H₂O (2)和[NH₃(CH₂)₂NH₂(CH₂)₂NH₃]₂[(UO₂)₂O₂(C₂O₄)₄] (3)。借助单晶X射线衍射、拉曼光谱(Raman)、粉末X射线衍射(PXRD)和热重分析(TGA), 对配合物的结构及其性质进行表征和分析。1和2中U-O₂-U二面角为180°, 而通常过氧配合物的过氧二面角小于180°。2和3中过氧键的键长比正常的过氧键长短, 其中2更接近超氧键的键长, 但价态和拉曼图谱都表明其为过氧键。

基于波形聚类分析的微地震监测事件类型判别及应用

翟尚, 喻志超, 谭玉阳, 黄芳飞, 刘玲, 胡天跃, 何川

2020, 56(3):  406-416.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.018

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以不同类型微地震监测事件在波形相似性上的差异为基础, 结合发生位置、走时规律和偏振方向等方面的特征, 提出一种基于波形聚类分析的微地震监测事件类型判别方法。首先使用常规的微地震事件识别算法, 快速地得到待分类的疑似事件; 然后进行波形聚类分析, 结合事件的属性特征, 实现对不同类型微地震事件及噪声事件的分类和判别。分类结果可用于波形模板匹配, 识别同类的低信噪比微地震事件; 还可将所有同类事件作为一个整体, 采用全局优化手段提高初至拾取的精度。

时间精度与空间信息对神经网络模型预报PM_2.5浓度的影响

邹思琳, 任晓晨, 王成功, 韦骏

2020, 56(3):  417-426.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.012

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以北京市为例, 利用2015—2018年空气质量监测站台资料, 通过BP神经网络、LSTM网络及CNNLSTM混合模型等多种模型, 分析时间精度和空间信息对PM_2.5浓度预报的影响。结果表明, 神经网络模型的效果普遍比多元线性回归模型好; 增加输入数据的时间精度能显著地提高 PM_2.5浓度日均值预报的准确率; 当输入数据的时间精度从一天提高到6小时后, LSTM模型的平均绝对误差从27.39 μg/m³降至20.59 μg/m³, 这种效果的提升在显著变好和显著变差的天气情况下更明显; 华北地区PM_2.5浓度分布有明显的时空特征, 第一空间模态为同增同减, 第二空间模态为南北反向; 北京市PM_2.5浓度与内蒙古、河北及天津等地区前一天的PM_2.5相关。利用CNN-LSTM混合模型学习华北地区PM_2.5的时空信息, 能进一步提高北京市PM_2.5浓度的预报水平, 使得误差降低至17.36 μg/m³。

基于矢量波数变换法的主动源瑞雷波多模式提取方法在近地表地层结构探测中的应用研究

苏悦, 杨振涛, 杨博, 赵亮

2020, 56(3):  427-435.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.021

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基于瞬态多道面波分析法(MASW)的数据采集方式, 对矢量波数变换法(VWTM)、相移法和高分辨率拉东变换法3种瑞雷波频散成像方法进行对比分析。首先, 采用合成地震数据对比3种方法的成像效果, 发现VWTM在成像精度和成像质量方面都有很大的优势, 成像分辨率高, 与理论频散曲线拟合准确, 高阶模式成像效果突出, 且抗噪能力也优于另两种方法。然后, 采用实际多道瞬态面波数据进行对比分析, 发现与相移法和拉东变换法相比, VWTM在瑞雷波基阶模式成像精度和高阶模式成像质量方面仍具有优势。采用遗传算法对比基阶与高阶频散曲线反演结果, 发现含有高阶模式的多模式频散曲线联合反演的多解性明显降低, 反演结果精度更高, 也更稳定。在实际瞬态瑞雷波勘探实践中, VWTM能够高质量地提取多模式瑞雷波频散特征, 可为多模式面波频散联合反演提供可靠的基础数据。研究结果表明, 将VWTM法与有效的反演方法相结合, 可以极大地提高瑞雷波浅地层探测能力和探测精度。

西秦岭中生代花岗岩锆石U-Pb-Lu-Hf同位素特征及地质意义

刘巍, 郭丽爽, 廖延福, 赵永红, 刘玉琳, 肖彦君

2020, 56(3):  436-448.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.028

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对西秦岭地区中川岩体、柏家庄岩体和教场坝花岗岩体进行LA-ICP-MS锆石U-Pb同位素年代学分析, 获得其岩浆侵位年龄分别为220±1, 216±6和222±3 Ma, 表明3个岩体均形成于中?晚三叠世。样品的全岩地球化学分析结果表明, 3个岩体具有相似的稀土及微量元素特征, 均表现为显著亏损高场强元素Nb, Ti和P等, 具有明显的右倾式球粒陨石标准化稀土元素配分模式。锆石Lu-Hf同位素分析结果表明, 3个岩体锆石测年样品的ε_Hf(t)值介于?3.31~+1.68之间, 二阶段模式年龄介于1151~1456 Ma之间。岩石成因分析表明, 这些印支期花岗岩体的母岩浆主要来源于新元古代地壳物质的部分熔融。结合岩体形成时代、岩石成因和区域岩浆作用, 认为这些岩体形成于南秦岭与华南板块沿勉略缝合带相碰撞的造山动力学背景, 可能与华南板块的俯冲板片断离有关。

准噶尔盆地四棵树凹陷头屯河组孔‒缝双重介质致密砂岩储层特征分析

袁波, 董雪梅, 关旭同, 周天琪, 王心强, 魏凌云, 赵进雍, 冯庚, 吴朝东

2020, 56(3):  449-459.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.011

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综合利用岩芯、露头和测井资料, 恢复准噶尔盆地四棵树凹陷头屯河组的沉积环境, 对致密砂岩储层进行岩相学、储集空间种类和成岩作用分析, 并分析影响储层性能的主要因素。结果表明, 四棵树凹陷头屯河组孔?缝双重介质型致密砂岩储层具有“三低一弱”的特征: 低成分成熟度, 低泥质含量, 较低胶结物含量, 较弱的溶蚀作用。孔隙主要由残余粒间孔及少量粒内溶孔组成, 裂缝主要为层理缝和成岩缝。控制四棵树凹陷头屯河组致密砂岩储层物性的主要因素为沉积环境、埋藏过程、压实作用以及构造作用。发育于高泉背斜和西湖背斜中的辫状河三角洲前缘的致密砂岩储层具有良好的勘探前景, 具有少量塑性颗粒含量的中?粗砂岩物性较好。储层物性主要受压实作用控制, 溶蚀增孔和胶结减孔作用较弱, 裂缝发育层段储层的物性较好。

深圳河河口近10年典型污染物通量变化研究

喻一, 宋芳, 赵志杰, 秦华鹏, 段余杰, 姚丽娟, 王政君

2020, 56(3):  460-470.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.015

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根据2008—2017年连续水文观测数据和逐月水质监测数据, 采用LOADEST模型模拟估算主要污染物COD、氨氮、总氮和总磷的净通量, 得到深圳河河口近10年主要污染物通量的变化规律。结合降水和流域内污水处理厂运行情况, 分析影响污染物通量变化的自然因素和人为因素, 得到以下结论。1) 2008—2017年深圳河河口断面各污染物入湾净通量呈现明显的下降趋势, 总体水质情况有所好转, 但仍未达到《地表水环境质量标准》(GB3838—2002)中V类水目标要求。2) 2008—2017年各污染物净通量的季节性差异逐年变小。3) COD净通量与降雨量的相关性较强, 说明其污染来源多为非点源; 总氮、氨氮和总磷净通量与降水量的相关性相对较弱, 说明其污染来源多为点源。4) 污染物净通量与污水处理量明显负相关, 说明提高污水处理厂日处理能力和污水出水水质有助于河流水质的改善。

围封对蒙古荒漠草原和高山草原植物群落组成及稳定性的影响

廖晗茹, Indree Tuvshintogtokh, 郭通, 赵景学

2020, 56(3):  471-478.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.017

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基于蒙古国两种典型草地生态系统类型(荒漠草原和高山草原), 采取围封和放牧两种处理方式, 对2013—2018年这两种草地类型的群落盖度进行系统分析。按植物分类学法, 将群落内的所有物种划分为五大功能群——杂草类、蒿类、豆科、禾本科和莎草科, 采用Gordon稳定性方法评估围封对群落稳定性的影响。结果表明: 1) 围封显著增加荒漠草原杂草类植物覆盖度, 减少蒿类和禾本科植物覆盖度, 年际间无明显的变化规律, 而对于高山草原, 围封对不同功能群盖度无显著影响; 2) 围封增加荒漠草原的群落稳定性, 而对高山草原无明显影响; 3) 群落稳定性与优势种盖度占群落的比例呈显著的正相关关系, 荒漠草原的优势种占比高于高山草原, 导致荒漠草原的群落稳定性更好。根据上述结果, 建议在对草地进行围封管理前, 应充分考虑当地的环境条件及围封对植物群落及生态系统的潜在影响, 同时辅以休牧、轮牧或季节性放牧等措施, 才能真正提高草原生态系统服务的使用价值。

黄河下游宽河段沿岸地区土地利用景观格局特征

程舒鹏, 孙煜航, 姜晗琳, 赵志杰, 李振山, 薛安

2020, 56(3):  479-490.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.022

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以2015年11类15 m×15 m土地利用空间分布栅格数据为基础, 基于景观格局指数, 对比和分析黄河下游宽河段沿岸县域、滩区和滞洪区内土地利用景观格局特征以及宽河段滩区两侧18个2 km缓冲区内土地利用景观格局梯度特征。结果表明: 旱地是沿岸县域范围内的优势景观, 其次是农村居民地, 两者占沿岸县域总面积的80%以上, 水田与其他水域具有一定的规模, 而草地规模较小; 受人类活动、功能定位和自然条件等因素影响, 黄河下游宽河段沿岸县域、滩区和滞洪区内土地利用景观格局存在明显的空间差异; 县域滩外区域分布有斑块规模大且较密集的建设用地, 景观破碎度高, 斑块形状复杂, 东平湖滞洪区景观多样性高, 呈现以水域为主体的复合生态景观, 其余滞洪区林地和草地规模小, 斑块密度低, 景观异质性较低, 宽滩区内整体景观破碎程度低于滩外区域, 游荡段滩区景观多样性较高, 建设用地规模相对较大; 宽河段滩区两侧6 km范围内, 水田和其他水域规模大, 分布密集, 城镇用地规模较小, 整体景观多样性高且较破碎, 6~18 km是过渡区域, 距离20 km以上景观格局基本上趋于稳定。

田间管理措施及土壤侵蚀对农田温室气体通量的影响

陈劲丰, 岳遥

2020, 56(3):  491-499.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.023

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针不同田间管理措施及土壤侵蚀对农田温室气体通量的影响, 应用反硝化分解模型(DNDC 模型), 选取中国科学院禹城综合试验站作为研究区域, 结合该区域的气象、土壤和田间管理措施等数据, 模拟在不同施氮量、施肥深度以及土壤侵蚀条件下的CO₂和N₂O气体通量。结果表明: DNDC模型对农田CO₂和N₂O气体通量的模拟效果较好; 施氮量从实际施氮量的0.5 倍升高到1.5 倍的过程中, N₂O排放通量从1.06 mg/(m²·d)线性地增加至2.88 mg/(m²·d), C的净固定量亦从1.38 g/(m²·d)逐渐增加至2.07 g/(m²·d), 但增加趋势逐渐变缓; 在施肥深度从5 cm变化到20 cm的过程中, N₂O排放通量从2.88 mg/(m²·d)降低至0.68 mg/(m²·d); 当施肥深度从0.2 cm升高到20 cm时, C的净固定量从1.79 g/(m²·d)逐渐升高至2.32 g/(m²·d), 但增加趋势逐渐变缓; 在土壤侵蚀的影响下, C的净固定量和N₂O的排放量分别升高11%和4%。研究结果可为国家温室气体通量清单的编制及相关管理政策的制定提供参考依据。

南水北调中线工程水源区抗生素抗性基因多样性研究

潘瑞, 刘树枫, 王佳文, 倪晋仁

2020, 56(3):  500-508.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.024

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为了研究丹江口水库和汉江抗生素抗性基因(Antibiotic Resistance Genes, ARGs)的污染现状与分布规律, 采用高通量测序的方法, 于2014年春季和秋季分别对丹江口水库及汉江沿程的ARGs多样性进行检测。分别在春秋两季样本中检测出21和19类ARGs, 其中9类ARGs是水体ARGs的主要组成部分。杆菌肽类ARGs是水体中最主要的ARGs, 而β-内酰胺类ARGs在春季丹江口水库陶岔采样点中占比最高。秋季水体各采样点的ARGs组成结构差异比春季小, 通过NMDS和ANOSIM分析发现ARGs的组成存在显著的季节差异, 甲氧苄氨嘧啶类、多粘菌素类和多重耐药类ARGs是具有显著季节差异的ARGs种类。由相关性分析发现13类具有互相显著强相关关系的ARGs, 其中相关性最强的ARGs很可能共存于一种微生物中。此外, 四环素类和氨基糖苷类ARGs可能作为预测水源区中与其共存ARGs相对丰度的指示种类。研究结果可为饮用水源区的水质保护和ARGs 污染防治与管理提供科学依据。

丹江口水库上下游古菌优势菌群落结构特征分析

林亚萱, 党晨原, 钟思宁, 王佳文, 郑彤, 倪晋仁

2020, 56(3):  509-517.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.034

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采用16S rRNA Illumina Miseq高通量测序技术, 分析丹江口水库库区及汉江下游古菌物种组成, 并对大坝上、下游水体与沉积物中占优势的氨氧化古菌(Ammonia-oxidizing archaea, AOA)和产甲烷古菌(Methanogenic archaea)群落结构进行分析。结果表明, 优势种群落结构组成受到水体与沉积物样本差异的影响, 可由氨氧化古菌的好氧特性与产甲烷古菌的厌氧特性合理地解释。网络图分析表明, 丹江口水库上游氨氧化古菌与产甲烷古菌具有显著的相关关系。受丹江口水库运行的影响, 大坝下游水体及沉积物中氨氧化古菌丰度皆比大坝上游少, 而沉积物中产甲烷古菌丰度较高, 二者间相关性不明显。

基于手机信令数据的特大城市人口时空分布及其社会经济属性估测——以北京市为例

海晓东, 刘云舒, 赵鹏军, 张辉

2020, 56(3):  518-530.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.035

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提出应用手机信令数据, 基于空间模式单元(Spatial Pattern Unit)进行人口动态分布估测和人口属性识别的方法, 并以北京为例开展实例研究。以手机信令数据为主, 结合大样本问卷调查数据和腾讯热力图数据, 对人口布局进行分时段估测, 分析人口分布的时空间动态特征; 采用大样本问卷调查数据, 以人口社会经济属性和通勤出行特征等关键指标, 对调查的种子空间单元进行模式分类和识别, 运用机器学习的方法进行全域地域空间的人口属性估测识别, 最后对估测结果进行对比和验证。所提方法和研究结果可以为监测人口布局动态、针对人口属性布局商业服务和合理规划城市设施等提供决策支撑。

树木管胞大小对于西伯利亚南部林草交错带森林生长及环境适应性的指示意义

薛佳鑫, 刘鸿雁, 许重阳, Oleg A. Anenkhonov, Denis V. Sandanov, Andrey Yu. Korolyuk, 蒋子涵, 柳絮, Larisa D. Balsanova, Bulat B. Naidanov

2020, 56(3):  531-538.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.027

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为了研究木质部细胞、树木个体和森林群落3个尺度之间的关联, 在西伯利亚南部以西伯利亚落叶松(Larix sibirica)和欧洲赤松(Pinus sylvestris)为主的3个采样点37个样地, 测量725根树芯的树木年轮宽度, 采用系统随机的方法选择其中195个树芯进行管胞大小的测量和计算。结果表明, 尽管局地环境和树种组成有所不同, 但在树木个体和森林群落两个水平上, 管胞大小与树木径向生长的年际变化显著相关。较小的平均管胞尺寸指示更低的年际生长量和更高的年际生长波动。平均管胞大小对半干旱区针叶林生境湿度和森林生长适应性具有指示作用, 揭示树木通过调节管胞的大小在生长适应与生长安全性二者间的权衡机制。

北京市农业发展与资源环境的耦合过程与解耦分析

刘玉, 唐林楠, 潘瑜春

2020, 56(3):  539-545.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.013

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基于农业可持续发展视角, 系统探讨 2005 年以来北京市农业发展与资源环境的时空演化特征及其耦合、解耦过程, 得到如下结论。1) 2005—2017年, 北京市农业发展水平先增强后减弱。经济产出特征与农业发展特征相似; 农业社会发展水平指数先快速减小后缓慢提升, 但总体减弱; 产业现代化水平持续提升。2) 农业资源环境压力先增强后减弱。资源承载及消耗指数与压力指数的变化趋势相同, 且对农业资源环境压力指数的影响明显; 环境污染指数逐年下降。3) 全市资源环境压力与农业发展之间经历了“最不利状态→理想状态→相对乐观状态”的动态演变, 解耦和耦合状态并存, 并以解耦状态为主。在未来农业转型升级进程中, 仍需注重农业生态化发展及其多功能价值的挖掘, 促进农业发展与资源环境的有序平衡。

磁性g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料的制备及其光催化降解水中3种喹诺酮类抗生素的研究

陶虎春, 梁红飞, 张丽娟, 丁凌云, 张善发, 朱丽丽, 邓丽平

2020, 56(3):  546-552.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.026

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以三聚氰胺和铁盐为原料制备磁性g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料, 并探究不同反应条件对其光催化降解3 种喹诺酮类抗生素(洛美沙星LOM、氧氟沙星OLF和环丙沙星CIP)的影响。光催化反应的优化条件如下: 抗生素初始浓度为3.0 mg/L, g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料初始剂量为 0.60 g/L, 温度为25℃, pH=7。在优化条件下, 洛美沙星、氧氟沙星和环丙沙星光照100分钟的降解率分别为83.6%, 60.9%和99.0%。XRD 和UV-vis分析表明, 石墨相g-C₃N₄与 磁性Fe₃O₄之间存在强烈的相互作用, 导致生成更多光生电子–空穴对, 增强复合纳米材料的光催化活性。重复循环利用5次后, 磁性g-C₃N₄-Fe₃O₄复合纳米材料的回收率大于90%, 光催化降解效率保持在60%以上。

县域景观特征管理单元划分方法——以武胜县为例

王志芳, 周瑶瑾, 徐敏, 付宏鹏, 王思睿

2020, 56(3):  553-560.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2019.080

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为了解决目前国内景观特征研究多以大尺度为主且以自然条件为基础, 缺少实际管理意义的问题, 尝试从县域层面进行景观特征单元的划分, 并与现有行政管理单元相结合, 提出发展建议。依据武胜县30 m高程、坡度和土地利用数据, 将武胜县域划分为100 m×100 m的栅格网络, 利用 ArcGIS和SPSS进行二阶聚类分析。结果显示, 武胜县可以划分为7类景观特征管理单元, 单元内部自然地理特征相似, 组间差异显著。将武胜县按聚类结果划分为较单一镇域、较单一村域和较复杂村域 3 种不同的管理模式, 并分析较复杂村域的成因, 提出管理策略。最后, 从景观特征保护出发, 对武胜县 7 处建成区提出规划管理建议。

城市化水平与水资源利用效率的关系研究——以珠江三角洲城市群为例

曾惠, 鄢春华, 黄婉彬, 林倩云, 余雷雨, 邱国玉

2020, 56(3):  561-570.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.032

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以珠江三角洲城市群为研究对象, 基于该区域2005—2017年人口变化、经济优化、社会发展以及水资源利用等数据, 通过构建城市化综合评价体系, 对该区域城市综合发展水平进行评价。在此基础上, 利用改进的水足迹计算方法, 对水资源利用效率进行分析, 量化及验证城市化水平与水资源利用效率之间的关系。结果表明: 1) 从城市化发展水平来看, 可将珠三角城市群划分为4个等级, 其中广州市和深圳市处于高水平城市化等级; 2) 通过水足迹计算方法, 得出2016年珠江三角洲城市群水足迹总量为580.58 亿m³, 显著大于根据《2016年广东省水资源公报》中数据计算得到的结果(289.90 亿m³); 3) 在城市化发展的不同阶段, 水足迹总量变化趋势不同, 阶段性特征明显; 4) 随着城市化的不断发展, 水资源利用效率将会提高。

领悟社会支持对社交焦虑网络认知行为干预的效果

温旭, 赵晨颖, 岸本鹏子, 钱铭怡

2020, 56(3):  571-578.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2020.025

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通过两个研究考察领悟社会支持和客观社会支持与社交焦虑的关系, 并探索领悟社会支持对社交焦虑个体网络认知行为治疗(ICBT)干预的效果。研究1: 对122名大学生被试进行两个时间点的社会支持与社交焦虑的测量, 结果发现领悟社会支持与社交焦虑相互影响, 领悟社会支持在客观社会支持与社交焦虑之间起中介作用, 中介效应的95%置信区间为[–1.47, –0.09]。研究2: 对比64名不同领悟社会支持水平的被试接受社会支持网络认知行为治疗与自助网络认知行为治疗的疗效, 结果发现社会支持组和自助组的被试在接受干预后社交焦虑得分都有显著下降, 领悟社会支持得分都有显著提高(社会支持组的得分显著高于自助组)。被试的领悟社会支持得分与有无社会支持被试的 ICBT 干预效果存在交互作用, 有支持小组的ICBT对低领悟社会支持个体干预效果更好, 而无支持小组的ICBT对高领悟社会支持个体干预效果更好。研究结果进一步理解并澄清了社会支持在社交焦虑中的作用, 可为未来临床工作的实践与应用提供了依据和方向。