海岸线空间分形性质探讨——为江苏省为例

根据发形理论，借助于GIS技术的支持，以江苏省海岸线为例，对以往研究少有涉及的海岸线空间分形性质进行了初步探讨，包括不同比例尺下海岸线长度的分形一，不同潮滩分界线是否有分形性质等，在江苏省海岸线长度的分形标定中取得了实际应用，由此获得了对海岸线分形性质及其分维意义的一些深入认识。     

基于分形的中国大陆海岸线尺度效应研究

以DEM为基础,并参照卫星影像,提取了不同比例尺下中国大陆海岸线,从海岸地质构造特征和海岸类型角度出发,对我国大陆海岸线整体、沉降隆起岸段和不同类型海岸尺度效应进行分析,并探讨了引起尺度效应差异的地理环境因素。研究表明：(1) 中国大陆海岸线整体分形维数为1.195,岸线长度受测量尺度影响显著,定量刻画海岸线长度不可忽略相应测量尺度;(2)岸线分形受地质构造特征和水动力因素控制明显,隆起段和沉降段海岸线分形维数有着显著差异：辽东半岛隆起段分形维数为1.153,辽河-华北平原沉降段分形维数为1.116,山东半岛隆起段分形维数为1.148,苏北-杭州湾沉降段分形维数为1.177,浙东-桂南隆起段分形维数则达1.239;(3) 海岸线尺度效应同时随海岸类型不同有着显著差异,位于冀北平原和滦河三角洲平原岸段的砂质岸线分形维数为1.109;位于苏北平原的淤泥质岸线分维数为1.056,位于闽东南山地丘陵的基岩海岸线分形维数达1.293。海岸线是陆、海和气界面的交汇线,其分形性质的定量刻画,可为多尺度研究海气、陆气和海陆相互作用提供科学基础。     

2000-2012年中国北方海岸线时空变化分析

利用遥感和GIS 技术获取了中国北方“三省一市”2000 年、2005 年、2008 年、2010年、2011 年与2012 年共6 期大陆海岸线的时空分布情况;采用网格法计算了各个时期海岸线的分形维数;分析了海岸线时空变化特征、海岸线长度变化与分形维数变化之间的关系,以及海岸线动态变化的原因。2000-2012 年,研究区海岸线长度持续增加,总共增加了637.95km,年均增加53.16 km。从区域上看,以天津市与河北省所在的渤海湾区域海岸线变化最强烈;从时间过程上看,2008 年后海岸线长度进入快速增长时期,其中2010-2011 年是海岸线长度变化最剧烈的时期,变化强度为2.49%。2000-2012 年研究区海岸线的分形维数不断增大,其中渤海湾区域海岸线分形维数变化最剧烈;历史海岸线的长度与分形维数之间存在较好的线性关系,相关系数为0.9962;通过对大量海岸线动态引起的整体海岸线长度变化与分形维数变化的统计分析研究表明,在大多数情况下,局部海岸线长度增大(或缩减) 会导致整体海岸线分形维数增大(或减小),并且呈正比例变化。从2000-2012 年各时段海岸线动态对应的各类沿海工程的面积汇总情况来看,港口建设、渔业设施建设以及盐场建设分别占前三位,人类工程建设是中国北方海岸线变化最主要原因;与人类活动影响相比,自然变化如河口淤积与侵蚀对海岸线影响比较小。     

全球多尺度海岸线数据在珠江口岸线的精度评价及适用性分析

以珠江口为研究区,对全球自洽分层高分辨率地理数据库（GSHHG）中的全分辨率、高分辨率、中分辨率、低分辨率和粗分辨率等5种海岸线数据开展评价与适用性分析,评估5个尺度海岸线数据的长度及其分形维数差异,并选择珠江口两岸部分区域为例,以不同时期陆地资源卫星Landsat影像为基础,对比不同尺度GSHHG海岸线数据与实际数据之间的差异。结果表明：1）5个尺度海岸线数据的长度及分形维数具有显著差异,分辨率越高,岸线长度越长,其分形维数也越大;2）通过与1978和2018年2个时期基于Landsat影像提取的岸线数据对比表明：GSHHG海岸线数据与实际数据在岸线长度及形态特征上总体一致,但GSHHG海岸线的形态特征与1978年海岸线更接近,反映的是较为早期的海岸线特征。最后建议在进行海岸线变迁与现状调查时,需要根据海岸线长度、岸线形态复杂程度等谨慎选择海岸线数据。     

中国国土面积究竟有多大?——标度对称与中国陆地面积的分形分析

海岸线的长度依赖于测量尺度,因此没有确定的测量结果:尺度越小,测量的长度值越大。国境线的测量也具有类似的尺度依赖性。这种性质与分形性质有关。分形的本质是标度对称性,而对称性意味着某种不可观测量。由于标度对称性的存在,一些地理现象的基本测度(如长度、面积)无法准确计算。中国、美国等国家的国土面积大小都没有确切的数据:在版图没有任何变动的情况下,不同时期、不同机构的测量结果不一致,有时甚至大相径庭。本文借助分形模型和标度对称思想探讨这一问题。假定一个国家包括漫长的海岸线,则其国土可以分解两部分:主体部分可以用Koch岛模型刻画,岛屿部分则可以用Pareto分布描述。这两部分叠加的结果是,国土总面积随着测量尺度的减少而逐步增加。因此,中国政府可以正式公布国土面积的最新测量数据,而不必继续担心由此引发的国际政治争端。     

GIS支持的中美澳海岸线分维及其比较研究

利用GIS对中国、美国、澳大利亚海岸线进行了研究。主要内容包括：第一,同方法与同比例尺图源情况下各自海岸线分维的计算与比较;第二,中美澳海岸线分维随纬向的可能变化特征探讨;第三,海岸线分维在海岸线整体与部分之间的可能变化关系。所得结论在一定程度上丰富与加深了对海岸线分形性质的认识。     

中国大陆海岸线随机前分形分维及其长度不确定性探讨

一个国家或地区海岸线长度的确定,应首先计算其标度区和分维,然后选用标度区下限附近的量测尺度进行量算。以1∶50万电子地图为基础,在Arc GIS技术支持下选用33种尺度研究中国大陆海岸线的标度区及其盒计维,用手工作业法量测海岸线的量规维,并对中国现行大陆海岸线长度的可靠性进行讨论。结果表明:中国大陆海岸线的标度区在400~0.1 km之间。海岸线量规维和盒计维分别是1.2004和1.0929,量规维比盒计维更能精确表征海岸线不规则程度。杭州湾以南和以北海岸线的量规维分别是1.2565和1.1204。当量测尺度为0.1 km时,中国大陆海岸线的长度约21900 km;当尺度为0.25 km时,长度为18214 km,接近现行海岸线长度。     

1980～2017年环渤海海岸线和围填海时空演变及其影响机制

运用3S技术,采用水体指数法（MNDWI）、分形维数法、土地利用转移矩阵和回归分析等方法,以环渤海海岸带1980、1985、1990、1995、2000、2005、2010、2015和2017年9个时期TM遥感影像为主数据源,研究近40 a围填海活动影响下的环渤海海岸线动态演变特征。结果表明：1980~2017年环渤海海岸线增加了1 159.9 km,分形维数持续增加,岸线呈曲折化。其中,人工岸线增长了1 977.9 km,自然岸线减少了80%。重点变化区域包括黄河三角洲及莱州湾、渤海湾、辽东湾顶部、普兰店湾等地区。1980~2017年环渤海围填海的面积增加了1 988.5 km ²。主要类型由养殖池、盐田及农用地向养殖池、盐田、建筑用地转化。围填海活动与岸线长度、属性变化呈显著线性关系。综上,水产养殖、围海晒盐、农田开垦、工业化和城镇化建设等围填海活动影响了岸线长度及属性等特征的变化。     

2000—2020年江苏省如东海岸线与滩涂围垦时空演变及影响机制

利用8景遥感影像及土地利用数据,基于DSAS数字岸线分析法、改进的水体指数法（MNDWI）等,分析了江苏省如东县2000—2020年海岸线及滩涂围垦时空动态特征,结合围垦地区土地利用方式变化提取了海岸线与围垦变化的相关性,并阐述了其变迁原因与影响机制。结果表明：在自然与人为因素共同作用下,2000—2020年如东县海岸线整体呈现增长趋势,21年来海岸线延长了18.79 km,同时以63.84 m/a（EPR）和74.47 m/a（LRR）的速度向海扩张。至2020年为止如东县共围垦滩涂及海域46359.53 hm²,陆地面积增加9089.25 hm²,2010—2015年陆地面积扩张速度最快。围垦面积与海岸线长度呈显著正相关关系,港口建设是影响海岸线变化最显著的土地利用方式,其次为未利用地、盐场和养殖用地。     

土地利用类型分布的分形结构及其应用--以江苏省扬中县丰裕镇为例

以江苏省扬中县丰裕镇为例,运用分形理论对土地利用类型的分布是否具有分形结构进行了统计分形分析,不仅揭示了土地类型分布的分形结构特征,探讨了各土地利用类型分维的意义,而且还进一步探讨了其在土地利用总体规划之中的可能应用。     

基于遥感的江苏省大陆岸线岸滩时空演变

基于江苏省1984-2016年61景多源遥感影像数据和部分实测潮位、坡度数据,利用遥感技术结合改进的水边线方法提取了多时相的海岸线和平均大潮低潮线,研究了江苏省绣针河口至连兴河口大陆岸线岸滩的时空演变特征。结果表明：1984-2016年,由于海岸带开发,江苏省的海岸线整体以向海推进为主,自然岸线由458.24 km逐渐减少至166.74 km,人工岸线由163.66 km快速增加至598.74 km,大陆岸线长度由621.90 km增加至765.48 km。发生位置和长度变化的岸段中,淤长岸段长127.62 km,年均向海推进83.03 m;围垦岸段长401.21 km,年均向海推进87.63 m;冲刷岸段长71.17 km,年均离海后退10.81 m;围垦被侵蚀岸段长25.95 km,年均离海后退8.64 m。海岸线的空间变化导致江苏省沿海陆地面积净增加104332 hm²,其中由于围垦增加的陆地面积98520 hm²,围垦是陆地面积增加的主要原因。海岸线的离海后退主要发生在废黄河三角洲岸段,但是到2008-2016年,岸线的侵蚀范围已向南扩大至新洋河口至斗龙港岸段。受围垦活动及岸线侵蚀影响,江苏省潮间带坡度不断变陡,统计断面的平均坡度由1.4‰增加至1.9‰,其中废黄河三角洲岸段的中山河口至扁担河口岸段坡度最陡,基本在3~14‰之间;辐射沙洲陆岸岸段坡度最为平缓,但坡度也在逐渐陡化,由0.9‰增加至1.5‰。潮间带面积由271747 hm²减少至168645 hm²,减幅38%;潮间带平均宽度由5064 m减少至3096 m,减幅39%。     

基于分形理论的江苏省城市规模分布与异速生长特征

以江苏省1996～2008年城市非农业人口和建成区土地面积为主要数据,借助分形地理学中的城市位序一规模分布法则和异速生长定律及其广义分形性质,对全省城市规模分布演化规律、结构容量和城市人口-面积异速生长标度指数、退化关系进行探讨。结果表明：全省城市体系发育较为健全,规模序列结构正处于集中向分散过渡的时期,大中城市成为城...     

杉木-观光木混交林不同经营模式土壤团粒结构的分形特征

利用分形理论、弹性分析及边际分析方法对四种不同经营模式的杉木人工林进行了研究。探讨了四种杉木人工林的土壤团粒结构分形维数对林地土壤性质变化影响的效应。结果表明:土壤>0 25nm的团聚体及水稳性团聚含量越大,团粒结构的分形维数越小,土壤肥力越高,在四种经营模式中以杉木同观光木行间混交的土壤壮况最好;土壤团粒结构的分形维数与土壤团聚体、水稳性团聚体之间存在显著回归关系。分形理论为林地土壤科学管理提供了理论依据。     

西北地区泥石流沟形态因素的非线性分析——以兰州市为例

以兰州市区96条主要的泥石流沟为例,利用分形理论的统计自相似性对泥石流沟数的累计分布随沟谷形态要素沟道比降、汇水面积和沟道长度的变化进行了分析;并与不同流域形态要素的分维进行了比较,探讨了分维不同的原因。兰州市区泥石流沟三个形态要素均具有统计意义上的自相似性,其中以汇水面积显示出分维最小(0.46),沟道长度次之(0.71),沟道比降最大(1.09)。分维的大小描述了作为系统的沟谷及其泥石流的形成的空间结构,即分形结构,同时也反映了不同形态要素对系统所起作用的差异,分维越小,所起作用越显著。其结果对西北干旱半干旱地区石流灾害的进一步研究与防治提供了新的思路。     

快速城市化地区海岸线分维动态演变研究——以深圳市为例

以快速城市化地区深圳市为研究区域,以1978、1986、1995和2005年4期Landsat MSS/TM影像为数据源,利用阈值结合NDVI指数法提取海岸线,计算海岸线分维数,系统分析了深圳市多期海岸线分维变化特征,并初步揭示快速城市化地区海岸线分维变化机制,为进～步掌握快速城市化地区人类活动对海岸带变化影响进行了探索与总结.研究结果表明:(1)不同类型海岸的海岸线分维不同,由基岩海岸、人工海岸到淤泥质海岸递减:(2)研究时段内,深圳市东海岸海岸线分维总体降低,西海岸总体上升:(3)人类活动对海岸线分维变化影响显著.人类活动强度与海岸线分维变化程度呈正相关,人类活动方式包括滩涂围垦和填海造地对海岸线的分维变化幅度影响不同,其中滩涂围垦使海岸线分维变化幅度较小,填海造地使海岸线分维变化幅度显著.     

基于分形维数测算的西安古城道路网研究

基于人类尺度营建的古城道路网经过历史演化具有分形结构.在汽车成为道路设计导向的背景下,立足于分形连接的古城道路网应回归人性化出行的视角,应用Hausdorff维数简化分析法,长度--半径维数分析法及分枝数目--半径维数分析法,对1735年,1893年,1949年及2014年四个时期西安古城道路网进行了分形维数的测算,揭示了道路网分形演化趋势和不同时期的分形特征,探讨了演化原因并确定了分形演化过程中的三个阶段(不断向更高层次演化阶段;演化到较高等级,但外部因素对道路网产生逆向扰动;处于较高层级,但交通方式变革使基于人类尺度的道路网在结构和功能上发生局部蜕变),指出目前西安古城道路网在结构和功能上的局部蜕化趋势不容忽视,并针对问题提出应推崇适宜步行和自行车出行的模式典范,对古城道路网保护乃至整个古城的可持续发展具有重要意义.     

山系的分维及山系与断层系关系──以中国为例

以中国山系为例运用分形理论对山系分布是否具有分形性质进行了统计分形分析,并探讨了山系分维的地学意义.在此基础上,根据分维的相关性,进行了山系、断层系关系的研究,从一个新的角度进行了断层系形成机制的探讨.     

闽南山地不同密度桉树人工林土壤肥力的分形研究

以分形理论对闽南山地造林密度分别为1 125、1 225、1 325、1 625和2 225株/hm2的桉树人工林土壤结构和理化性质进行研究,建立桉树人工林土壤水稳性团聚体含量与其分形维数相关关系式,以及土壤水稳性团聚体的分形维数和对应的土壤理化性质指标的回归模型.研究结果表明,桉树林土壤水稳性团聚体的分形维数与土壤水稳性团聚体含量及理化性质呈显著回归关系,土壤水稳性团聚体含量与分形维数呈负相关.造林密度为1 325株/hm2的桉树林土壤水稳性团聚体的分形维数最小,林地水稳性团聚体含量最高,土壤结构和稳性性最好.分形理论在林地土壤肥力研究上的应用为林地评价提供了新方法.     

塔克拉玛干沙漠腹地几种植物根系分形特征

在塔克拉玛干沙漠腹地采用全根挖掘法挖掘河西菊(Hexinia polydichowma(Ostenf.)H.L.Yang)、沙拐枣(Calligonuin roborovskii A.Los.)、罗布麻(Apocynum venetum L.)、阿克苏牛皮消(Cynanchum amplexicaule Hemsl)根系.运用分形理论对其分形特征进行研究,分析根系分支状况以及根系分形特征与拓扑特征之间的关系.研究发现:(1)在塔克拉玛干沙漠腹地,四种植物根系具有很好的分形特征,分形维数大小与拓扑参数连接总数、外部连接数之间具有较好的相关关系.(2)根丰度是描述根系在土层中扩展能力的有效指标,与根系长度、平均连接长度之间具有很好的指数关系分别可以用以下方程表示:y1=2.7 694e1.5496x,y2=0.0369e2.0 267x(其中y1、y2分别为总根长、平均连接长度,R2分别为:0.9 353、0.9 832),根丰度直接反映了根系空间占有能力与营养物质的吸收效率.通过对塔克拉玛干沙漠腹地四种植物根系分支状况与分形特征的研究表明.分形理论可以很好的反映根系空间占有能力与资源吸收效率,所以说分形理论是对根系几何、功能特征进行定量化研究的有效方法.     

辽宁省海岸线时空变化及驱动因素分析

借助遥感与GIS技术,以10期MSS、TM、ETM和CBERS影像为数据源,通过人机交互式解译方式提取海岸线,并将定量分析与定性分析结合,建立海岸线与自然、经济和社会因素的灰色关联模型,探究海岸线变化的驱动因素.研究表明:1978-2008年,辽宁省海岸线呈现快速缩短、缓慢缩短和稳定变化3个阶段,海岸线长度变化最大的是大连市,淤泥质海岸是海岸线变化最显著的地带.海岸线变化是自然、经济和社会诸因素综合作用的结果,驱动因素在空间上存在分异.