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2022年 第58卷 第2期 刊出日期：2022-03-20

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2022年第2期目次

2022, 58(2):  0. 

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水稻整体原位杂交实验技术方法的改进

王东辉

2022, 58(2):  195-200.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.019

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以检测水稻SUPERWOMAN1 (SPW1)/OsMADS16基因的表达模式为例, 通过对杂交探针的制备、材料的固定及解离通透、显色等方面进行优化, 获得背景值低、特异性高的SPW1/OsMADS16基因特异性表达结果。建立一套针对水稻的整体原位杂交技术, 方法简单, 费用低廉, 可在离心管中多种材料同时进行。主要实验步骤包括探针制备、材料固定和解离、杂交反应、杂交后处理和检测显色等。提出的方法可为高通量检测水稻基因表达的时空模式及其功能分析提供技术条件。

面向纳米尺度金属互连线的蒙特卡洛模拟方法研究

胡远钊, 杜刚, 杨燚, 赵钰迪, 赵凯

2022, 58(2):  201-209.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.008

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考虑各种尺度下金属互连线中主要的电子散射机制, 提出一种可以准确地仿真金属互连线中电子输运特性的蒙特卡洛模拟方法。模拟结果表明, 等离子激元散射对体材料互连线的电阻率贡献最大, 其次是电子间散射; 晶粒间界散射则主导纳米尺度线宽的金属电阻率, 是导致“尺寸效应”的主要原因。通过与实验数据对比, 证明所提方法可以准确地模拟从体材料到纳米尺度的金属互连电阻率。

使用人工神经网络改进2022年北京冬奥会数值天气预报后处理过程的算法研究

屈永霖, 闻新宇, 张慕琪, 刘喆

2022, 58(2):  210-220.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.011

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提出一种基于先进机器学习算法的纯客观、实时天气预报后处理方法。该方法使用历史数值天气预报结果和实况观测值, 训练出一个人工神经网络模型, 再将该模型应用于每日实时发布的数值天气预报结果中, 得到台站级别的天气要素预报结果。于张家口市和北京市分别建立该模型, 并使用2005—2020年的观测数据和模式数据进行训练、验证和调优。结果表明, 该模型预报的5 个常规气象要素的预报误差普遍优于一元线性回归、多元线性回归以及数值天气预报模式的原始输出值, 尤其对3天以内的天气预报具有明显优势。基于该模型发展的全自动实时后处理系统已于2020年11月1日开始每日自动化地输出预报结果, 并服务于 2022 年北京冬奥会的气象保障工作。

基于人工神经网络开发中国地区统计降尺度气候预估数据

张慕琪, 闻新宇, 包赟, 屈永霖

2022, 58(2):  221-233.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.015

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针对中国地区的气候预估问题, 开发一套高时空分辨率(空间分辨率: 0.25°; 时间分辨率: 逐日)的统计降尺度气候变化数据集。降尺度气候预估结果表明: 1) 在传统降尺度方法的基础上引入人工神经网络算法, 开发高时空分辨率的降尺度气候数据, 技术上简便可行; 2) 将这种新方法应用到模式的历史模拟数据上, 温度和降水的气候态偏差显著减小, 其中部分地区的温度偏差可从 5°C减至1°C以下, 降水偏差可从5 mm减至0.5 mm以内; 3) 将这种新方法应用到模式的未来情景数据上, 既能保留气候模式原有的对长期趋势的估计, 又可进一步微调幅度和空间分布, 其中在RCP8.5情景中, 到本世纪末, 中国各地温度普遍升高3~4°C, 降水总量变化不大, 但有北方增多、南方减少的微弱趋势。所提出的基于人工神经网络的统计降尺度方法对温度变量具有一定的普适性, 所开发的高分辨率气候变化数据集可以在其他全球变化相关学科的研究中使用。

地幔柱的发生机制研究——以Ferrar为例

刘晓旭, 党卓, 张南

2022, 58(2):  234-240.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.018

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利用三维数值模拟方法, 根据地幔对流控制方程, 以180 Ma喷发的Ferrar大火成岩省(LIP)为例, 在模型中引入Pangea超大陆、大型横波低速带(LLSVPs)和Pangea超大陆边缘的俯冲带, 模拟地幔对流过程, 研究其对应地幔热柱从地球内部热边界层(例如核幔边界)的生成过程, 并讨论导致该地幔柱产生的相关因素。结果表明, LLSVPs的形状以及俯冲带与LLSVPs边缘的距离对地幔柱的发生位置影响巨大; 地幔柱多起源于LLSVPs边缘曲率较大的位置, 并随着俯冲带与LLSVPs边缘的距离增加逐渐向远离LLSVPs边缘的方向偏移; 俯冲带的黏度影响地幔柱发生的时间, 但不影响地幔柱的位置。

祁连山玉石沟橄榄岩中非生物成因甲烷‒石墨流体包裹体及其形成条件

林秋玫, 宋述光, 崔莹

2022, 58(2):  241-248.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.013

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研究北祁连造山带玉石沟橄榄岩中富甲烷流体包裹体。激光拉曼光谱原位分析结果显示, 这些流体包裹体主要由液态或气态 CH₄+C(石墨)组成, 次要成分为N₂, H₂O, C₂H₆和C₃H₈, 代表还原性的C-H流体形式。根据石墨的拉曼特征谱峰, 利用石墨化碳质拉曼光谱(RSCM)温度计计算石墨形成温度, 结果指示石墨在流体中沉淀的最低温度介于430~590°C之间, 表明CH₄+C是非生物成因的, 并形成于地幔环境。

鄂尔多斯盆地庆城地区长7段致密砂岩成岩演化与孔隙结构特征

王恩泽, 吴忠宝, 宋彦辰, 石开波, 刘航宇, 刘波

2022, 58(2):  249-260.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.012

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利用薄片观察、扫描电子显微镜(SEM)观察、X射线衍射(XRD)分析和高压压汞实验等手段, 系统地研究鄂尔多斯盆地庆城地区三叠系延长组七段(长7段)致密砂岩的岩性、物性、孔隙结构以及成岩作用特征, 揭示孔隙结构和成岩作用对储层物性的控制作用, 进而提出针对研究区长7段致密砂岩油储层的分级评价标准。长7段致密砂岩以长石岩屑砂岩为主, 平均孔隙度和渗透率分别为9.7%和0.06 mD, 整体上是一套致密砂岩储层。长7段成岩演化处于中成岩B阶段, 其物性主要受控于压实作用和溶蚀作用。较好的颗粒结构、较高的石英和长石含量提升了相对优质储层的抗压实能力, 石英和长石则为溶蚀作用提供物质基础, 是相对优质储层发育的重要控制因素。储层的物性取决于孔隙类型和孔隙结构, 原生孔具有较好的联通性, 次生孔有利于提高孔隙度, 但对渗透率影响较小。应用分形理论的定量计算结果表明, 孔隙网络的非均质性与储层物性负相关, 复杂的孔隙网络不利于优质储层的发育。根据孔隙表征和物性分析结果, 将长7段致密砂岩储层分为3类。I和II类储层岩石颗粒较大, 以原生粒间孔为主, 非均质性较小, 物性较好, 是有利的勘探目标层。III类储层岩石颗粒较小, 主要发育黏土矿物晶间孔, 非均质性强, 物性较差, 不是致密砂岩储层油气勘探目标层。

基于横波分裂方法的海南地幔柱研究

葛天雨, 陈永顺, 张晨

2022, 58(2):  261-270.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.014

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利用横波分裂方法, 对北京大学、南方科技大学及桂林理工大学在广东和广西布设的宽频带流动台阵以及国家地震台网在广东、广西和海南的固定台站记录的XKS震相进行计算, 得到海南及邻近地区的上地幔各向异性参数, 分裂延迟时间在0.35~1.90 s之间。综合研究区域内前人发表的和本文的横波分裂结果, 认为自新生代以来, 伴随东部太平洋板块俯冲带后撤, 华南地区西部软流圈物质向东流动进行补充, 导致广东及广西的中部和北部大部分地区上地幔橄榄石晶格大体上沿E-W方向定向排列。受控于海岸线处大陆岩石圈迅速减薄, 广东沿海地区横波分裂多数沿NE-SW方向, 与海岸线近似平行。特别是, 海南岛附近沿海地区分布若干显著不具有横波分裂的台站; 海南岛东北角的分裂方向很乱, 且横波分裂快慢波到时差(δt)很小。这些观测结果都支持海南地幔柱可能存在于雷州半岛的东南方向, 大致位于20.5°N, 111.5°E。

基于Landsat数据和农田概率时间序列子序列的退耕监测方法

吴伟伟, 李培军

2022, 58(2):  271-281.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.120

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提出一种利用Landsat数据和时间序列子序列的退耕监测方法。首先利用随机森林方法, 对每年的Landsat数据统计值进行分类, 得到每个像元属于农田的概率, 由每年的农田概率构成年际的农田概率时间序列; 然后, 对退耕(农田变为非农田)及相关地物类别的农田概率时间序列进行分析, 得到代表退耕的时间序列片段, 即特征子序列; 最后, 计算未知像元的农田概率时间序列与退耕的特征子序列之间的距离, 提取退耕区域和退耕时间。利用内蒙古自治区察右后旗土牧尔台镇地区的多年Landsat时间序列影像验证该方法的有效性, 结果表明, 与现有的方法相比, 该方法在退耕区域和退耕时间提取方面均获得更高的精度。

城市红树林湿地沉积物的矿物组成特征及影响因素

王茜, 沈小雪, 曹烨, 李瑞利

2022, 58(2):  282-290.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.119

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以深圳城市红树林湿地沉积物为研究对象, 分析其矿物组分和理化性质, 探究其矿物组成特征及影响因素。结果表明: 1) 深圳市红树林湿地表层沉积物的矿物组成以黏土矿物(16.5%~73.5%)和石英(22.0%~81.2%)为主, 随着深度增加, 不同样地的沉积物中钾长石、黄铁矿和石盐等矿物含量存在差异; 2) 表层沉积物中, 黏土矿物主要为伊蒙混层矿物(44%~76%)、高岭石(0%~40%)、绿泥石(0%~24%)和伊利石(2%~21%), 以伊蒙混层矿物为主; 3) 不同深度的沉积物中黏土矿物组成与表层沉积物基本上一致, 与沿海区域没有植被的珠江口和大亚湾等地的沉积物存在显著差异。相关性分析结果表明, 深圳市红树林湿地沉积物的矿物组成主要受盐度、总硫(TS)和总有机碳(TOC)影响, 其黏土矿物组成则主要受pH值、盐度、TOC和沉积物粒径影响。

游客呼吸与九寨沟钙华景观退化的相关性探究

邱国玉, 向皎, 鄢春华, 秦龙君, 毛鹏, 熊博文, 李瑞利, 唐亚, 杜杰, 乔雪, 沈小雪, 石聪, 蒋先逞豪, 陈挚, 石喆, 黄樱, 丁俊杰

2022, 58(2):  291-296.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.125

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在全球CO₂持续升高背景下, 游客的CO₂排放导致热门景点周围的大气CO₂升高速度远远大于全球平均CO₂升高速度。针对这一问题, 基于涡度相关系统, 对九寨沟树正寨犀牛湖区域进行长期CO₂浓度监测, 结合年均径流量和基于CO₂浓度得到的钙华(CaCO₃)损失速率, 估算九寨沟世界自然遗产地的钙华年损失量, 探究钙华退化的机理。结果表明, 游客呼吸可进一步升高CO₂, 升幅可达250~300 μL/L, 导致水体的CaCO₃损失率增加18%~21%。全球和局地CO₂升高的叠加效应是导致以钙华景观为主的九寨沟钙华消失和环境退化的关键要因, 游客的CO₂排放的确在毁坏九寨沟世界自然遗产景观。

长江源区重金属分布特征及生态风险评价

乔爽, 王婷, 张倩, 刘昕曜, 赵梦瑶

2022, 58(2):  297-307.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.007

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于2017年6月在长江源区12个采样点采集表层水样和沉积物样品, 测定重金属含量, 并结合地累积指数、水质指数和潜在风险指数等, 评价长江源重金属污染和生态风险。结果表明, 水体中Mn, Ni, Cu, Zn, Cd, Pb和Cr的浓度范围为ND~4.21, 0.609~3.71, 0.033~5.01, ND~34.86, ND~0.06, ND~0.55和0.235~2.66 μg/L, 沉积物中重金属含量为445.93~627.32, 10.11~17.85, 15.61~24.57, 45.40~125.20, 0.19~0.56, 14.85~235.21和27.94~46.18 mg/kg, 与其他流域相比处于较低水平。长江源沉积物重金属含量由环境背景值主导, 水化学因子对沉积物中重金属分布的影响较小; 在不同环境条件下, 溶解态金属浓度还受其他自然或人为因素影响, 如NH₄-N, NO₃-N, 悬浮物(SS)和水温等。水质和风险评价结果表明, 长江源区水质极好, 流域西部高海拔地区存在不同程度的沉积物Zn, Pb和Cd污染, 与该区域附近的铅锌矿床有关。Cd是构成长江源沉积物潜在生态风险的主要因素。研究结果能够弥补长江源实测数据缺乏的不足, 为长江源乃至整个长江流域的重金属污染防控提供理论依据。

基于碳排放与经济关联的完全碳排放强度重新测度

李堃, 姜明栋, 王奇

2022, 58(2):  308-316.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.009

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尽管已有研究在测度完全碳排放强度时已经考虑了省际间的碳排放关联, 但由于忽视经济关联, 可能导致测算结果出现偏差。基于该问题, 同时考虑区域间碳排放与经济的双重关联, 使用区域间投入产出模型, 重新测度2010和2015年中国省际完全碳排放强度, 并分析其时空演变特征。结果表明, 从时间变化看, “十二五”期间我国碳减排成效显著, 各地区完全碳排放强度平均降低 26.25%; 从空间分布看, 2010和2015年, 完全碳排放强度最高的地区分别为山西和内蒙古, 最低的地区均为北京; 但是, 从对外带动强度看, 内蒙古不仅低于北京, 也显著低于全国平均水平。与直接碳排放强度和按照传统方法测算的完全碳排放强度相比, 考虑碳排放与经济双重关联的完全碳排放强度测算和使用, 不但可以避免隐含碳问题对强度测度的干扰, 同时能够实现碳排放控制从属地范围向属地行为约束的转变, 有助于实现全国整体的碳排放控制目标。

房地产调控政策对商品住房价格影响研究—— 以全国29个大城市为例

贺一舟, 郭永沛, 郭翰, 冯长春

2022, 58(2):  317-325.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.123

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研究限购、限贷、限价和限售等4项房地产调控政策对我国29个大城市2016年2月—2018年5月商品住房价格的调控效果。采用政策打分法建立政策强度指标, 构建固定效应面板模型, 聚焦一线、二线两类不同规模的城市, 分析政策的调控效果, 通过传导机制分析政策的调控效应。研究结果表明, 限购政策与限贷政策对两类城市可起到较好的调控效果, 限价政策和限售政策对一线城市具有一定的调控效果, 对二线城市效果不明显。因此, 应坚持推行限购政策, 并“因城施策”, 准确地把握政策时效性规律。

基于16S rRNA基因扩增子测序技术研究云南野生小型哺乳动物肠道菌群多样性

苏佳, 何锴, 连春盎, 张雪, 余珂

2022, 58(2):  326-336.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.002

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以生活在同一生境, 但具有不同进化关系和不同食性的野生哺乳类动物(鼠科、猬科和鼩鼱科)为研究对象, 通过16S rRNA基因扩增子测序, 分析和比较其肠道菌群。共识别出5378个操作分类单位(OTUs), 主要隶属Firmicutes (40.55%), Proteobacteria (34.60%)和Bacteroidetes (13.67%)。Firmicutes和Bacteroidetes是鼠科的优势菌门, Proteobacteria是猬科和鼩鼱科的优势菌门。多样性分析表明, 鼠科、猬科与鼩鼱科的肠道微生物多样性及群落结构具有显著性差异; LEfSe分析表明, 鼠科中存在更多与复杂碳水化合物发酵相关的细菌, 猬科和鼩鼱科中含较多氨基酸发酵菌; 益生菌(如Lactobacillus和Lactococcus等)共存于这3类野生小型哺乳类动物中, 起调控宿主健康的作用。研究结果揭示, 宿主食性与进化关系影响着野生小型哺乳动物肠道菌群结构, 而肠道菌群可能在多种方面对宿主起益生作用。

基于空间相关性和神经网络模型的实时河流水质预测模型

张阳, 冼慧婷, 赵志杰

2022, 58(2):  337-344.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.126

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基于高频水质在线监测数据, 利用水质数据的空间相关性构建神经网络模型实现对河流水质的实时预测。应用此模型对广州市白坭河流域的水质参数溶解氧和氨氮进行预测和分析, 验证水质模型的效果。根据预测时间的不同, 搭建 6 种水质预测模型, 结果显示溶解氧提前6小时预测的模型具有更好的预测效果, 氨氮提前24小时内预测的水质模型效果较好。训练较好的模型对溶解氧和氨氮实时水质预测的平均绝对误差分别为0.43和0.29 mg/L, 均方根误差分别为0.71和0.36 mg/L。在95%置信度水平下, 预测区间覆盖率分别为96.6%和97%。该模型可以作为水质异常事件的预警, 同时可以借助模型对输入项的敏感性分析, 进行污染源解析, 帮助流域识别污染物主要来源。

洞庭湖表层水温变化特征及其对气候变化的响应

白倩倩, 梁恩航, 王婷, 王佳文

2022, 58(2):  345-353.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.004

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根据洞庭湖城陵矶站1991—2019年月平均水温和气温的同步资料, 基于线性趋势分析和小波分析方法, 系统地研究气温与水温的年内变化、年际变化趋势及周期性特征, 并探讨水温变化对气温、降水和风速变化的响应关系。结果表明, 多年平均水温与气温的年内变化规律相似, 1—8月为升温期, 9—12月为降温期; 近29年, 洞庭湖年平均水温和气温均呈现明显变暖的趋势, 分别以 0.35^oC/10a和0.19^oC/10a的倾向率上升。小波分析结果表明, 不同季节的平均水温和气温均存在14年时间尺度的主周期变化。整体而言, 气温与水温的相关性最强, 气候变化可能是水温变化的主要驱动因素之一。



基于实际大气颗粒物环境的口罩防护作用研究

姜玫婕, 张鹏, 宫继成

2022, 58(2):  354-360.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2021.117

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选取5种口罩对北京市不同污染程度的真实环境中4种大气颗粒物的防护作用进行分析, 研究颗粒物粒径、口罩种类、吸气流速和环境大气PM_2.5浓度对口罩防护作用的影响。结果表明, 4种因素均对口罩防护作用具有显著影响。口罩的颗粒物防护作用呈现随颗粒物粒径增加而升高的趋势。4种KN95或KN90口罩对实际大气颗粒物的防护作用可以达到80%, 一次性医用外科口罩的防护作用远低于以上4种。气体流速也显著地影响口罩的防护作用, 可能是由于在不同流速下滤料性能和泄漏率的差异。环境大气_PM2.5浓度对不同口罩防护作用的影响较为复杂, 未呈现简单的相关性。

基于光能利用率集成模型的GPP估算不确定性研究

彭思源, 付博, 赖雨亲, 李京怡, 李本纲

2022, 58(2):  361-371.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.003

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为探究全球及区域尺度总初级生产力(GPP)及其模型模拟的不确定性来源, 基于广泛使用的光能利用率模型的算法结构, 搭建多算法集成模型, 结合气象再分析数据和卫星遥感数据, 模拟全球及区域尺度总初级生产力, 并使用方差分析方法对模拟结果的不确定性来源进行量化研究。结果表明: 1) 集成模型与基于通量观测升尺度(FLUXCOM)的GPP之间具有较强的一致性, 皮尔逊相关系数达 0.97, 均方根误差为24.36 gC/(m²·月), 且集成模型的表现优于单一结构配置模型; 2) 光合有效辐射、水分相关数据及水分限制因子为不确定性的主要来源, 相对贡献分别为41.73%, 26.79%和23.82%; 3) 不确定性的构成具有明显的区域差异, 干旱区域水分限制因子的相对贡献超过80%, 低温区域温度限制因子的相对贡献超过40%。使用光能利用率模型估算GPP时, 控制光合有效辐射和水分相关数据的不确定性可以有效地提高模拟精度, 而在极端环境条件(干旱、低温)下, 优化环境条件限制因子至关重要。 

基于SD-CA模型的快速城市化地区土地利用空间格局变化预测

胡烨婷, 李天宏

2022, 58(2):  372-382.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.005

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利用未来用地模拟(FLUS)模型预测土地利用变化, 探讨深圳市在快速城市化进程中土地利用格局的时空演变特征。首先, 基于2004—2018年的历史数据, 用系统动力学(SD)模型预测未来用地需求。然后, 使用元胞自动机(CA)模型, 基于2014年土地利用图, 预测2025年的耕地、园地、林地、草地、城镇用地、交通用地、水域和其他用地等8个地类的空间分布, 并分析土地利用的动态变化。对不同时段多地类土地利用空间格局的模拟结果进行精度评价, 得到相对可靠的精度, 说明SD-CA耦合模型可用于模拟复杂地类剧烈变化地区的土地利用空间格局。预测结果表明, 与2014年相比, 2025年耕地、园地、林地、草地和水域面积减幅将分别达到 39.26%, 32.72%, 10.06%, 55.3%和16.93%, 建设用地(城镇用地和交通用地)面积占比将超过50%。自然地类分布将更加破碎和离散, 建设用地将通过侵占生态用地持续扩张和连通。研究结果可为深圳市土地规划和土地利用变化的生态环境效应评价提供基础资料。

中国人批判性思维结构的构建及量表编制

侯玉波, 李强强, 李昊

2022, 58(2):  383-390.  DOI: 10.13209/j.0479-8023.2022.001

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基于Byrnes关于批判性思维的定义和理论, 通过对近1000多名大学生和成人学生被试的研究, 确定中国人批判性思维的结构, 并编制相应的测量工具。首先, 通过对40名被试的访谈, 建立一个用于衡量批判性思维的题库。然后, 对284名大学生被试的数据进行探索性因素分析, 得到中国人批判性思维的3个维度: 批判性分析技能、对批判的开放性和运用批判性。接下来, 对168名被试的数据进行验证性因素分析, 证实三维模型的理论契合性。最后, 通过对586名被试的数据分析, 进一步验证所编制的中国人批判性思维量表的信度与效度。这一工具的确认表明, 中国人与西方人具有类似的批判性思维, 这一结论对未来相关领域的研究有重要的理论和实践意义。