Possible causes of the variation in fractal dimension of the perimeter during the tropical cyclone Dan motion

We calculated the fractal dimensions Db of the perimeter of tropical cyclone(TC)Dan based on the satellite GMS-5 infrared sensor images from 1800 UTC,1 October 1999 to 1200 UTC,9 October 1999.The fractal dimensions Db were used to characterize objectively the temporal change of TC complex structure.Our results show that the change of fractal dimension during TC Dan motion can be divided into three stages.The statistically significant difference does not exist either between Dm1 and DL or between Dm3 and DL,but it exists between Dm2 and DL,where Dmi denotes the mean value of Db in i-th stage(i=1,2 and3);DL denotes Lovejoy’s fractal dimension calculated based on satellite and radar data within the size range(1–1.2×106 km2),which is used as a"normal value"of the fractal dimension of the cumulus cloud perimeter for the global tropical region.TC Dan turns to the north from the west abruptly at the end of the second stage.The emergence of the second stage with high fractal dimensions may be viewed as a possible premonition for the track turning.Our results also show that there are two kinds of processes resulting in the translation from the first stage to the second stage.One is the interaction of TC circulation and an adjacent small scale convective cloud cluster,causing to the complexity increase of a local segment of the perimeter.The other includes the fragmentation of a strong convective area within the TC inner region,the self-organization of the small strong convective cloud clusters,the emergence,development,and merger of the small scale non-convective holes,and the formation of a gap of the perimeter,causing to the complexity increase of the whole TC perimeter.     

汶川地震断裂带粒度分布特征：对地震碎裂机制的约束

断层岩的粒度分布包含岩石破裂机制、摩擦性质和地震能量分配等重要信息。筛分-称重和激光测量是分析断层岩三维粒度的2种有效方法,但每一种方法的测量范围仅有3个量级,难以全面反映断层岩的粒度分布特征。利用上述2种方法对汶川地震断层滑动带上的断层岩（简称断层岩）的粒度分布进行了测量,粒径测量范围从0.2μm至16mm,跨度达到5个数量级。结果显示：1）存在临界粒径d_c（0.95～1.90μm）。粒度大于和小于d_c的颗粒满足不同的颗粒数（N_d）-粒径（d）分布关系,表明该断层岩的粒径分布不具有自相似性特征。2）利用粒度大于d_c的颗粒计算出的分形维数与断层岩类型有很好的相关性,即断层带边缘的角砾岩的平均分形维数为2.6,核部压碎角砾岩的平均分形维数约为3.0,中心断层泥的分形维数约为3.5。粒径小于d_c的颗粒的分形维数为1.7～2.1。分形维数的突变反映出断层破裂机制的复杂性,即在不同的粒度域,岩石的破裂机制不尽相同。3）依据粒度分析结果,估算出汶川地震断层泥的单位破裂能（E_s）为0.63MJ/m2。     

研究地震和岩石破裂现象的非线性科学方法

本文以地震孕育和岩石破裂过程的阶段(包括裂纹系形成、变形局部化和断层形成、断层活动和松弛)为线索,阐述了非线性科学方法(包括分形几何学,自组织临界现象和混沌动力学)的应用,提出了地震孕育过程和岩石破裂各阶段的普适性特征、机理和要着重研究的课题.     

储层微观非均质性定量表征的分形模型

储层非均质性是影响油气田勘探和开发的重要因素.储层岩石孔隙具有分形特征,分形维数可以定量地表征储层的微观非均质性.本文简述了孔隙分布概率密度函数、分形判据等分形理论基础,系统分析了利用压汞测试法,毛细管力曲线法和计盒法等计算分形维数的方法,以及分形维数解析研究的进展,并对进一步研究做了展望.     

煤储层分形孔隙结构中流体运移格子Boltzmann模拟

耦合理论模型与数值模拟方法,详细分析了煤储层孔隙结构分形特征对煤层气运移的控制作用．首先,采用Menger海绵体构造思想模拟了三维煤岩介质的非线性孔隙结构;随后,借助多孔介质渗透率的串联,并联模式预测模型,推导出分形多孔介质渗透率同孔径分布特征之间的关系,并采用格子波尔兹曼方法验证了其有效性．基于耦合方法,系统分析了分形多孔介质孔隙度仍孔隙结构分形维数仇,孔径范围[rmm,rmax]等参数对其渗透率椭影响,结果表明：①最大孔径rmax形成的通道主宰k,呈近2次方关系;②最大孔径同最小孔径比越大,渗透率越高;③D。与x2_间呈负幂乘关系,并表现出分段特征,拐点为Db=2．5附近．综合以上分析结果,推演出分形多孔介质渗透率预测模型为盯=Cyr n/max其中C为常量,F／为接近2的常量,．厂是同孔隙结构信息相关的表达式．最后,本文还讨论了Db=2时,本文预测模型与Kozeny和Carman模型r=-Cr2的等效性．     

近断层地震动和单自由度体系地震反应的分形特征分析

从分形几何的新视角出发,分析近断层地震动的不规则性和复杂性.利用盒维数法计算了来自台湾集集地震和美国北岭地震的30条近断层地震动加速度时程的分形维数.计算结果表明,这些地震动加速度时程具有统计分形特征.近断层地震动运动特征对其分维数影响明显,滑冲效应脉冲地震动的分维数平均值最小,向前方向性效应脉冲地震动的分维数平均值居中,无脉冲地震动的分维数平均值最大,其波形不规则程度也最高.而且,地震动时程的分维数反映了其频谱特性,可作为频谱周期的表征参数.地震动的分维数D与特征周期Tc具有较强的负相关关系.最后,对于近断层地震动作用下单自由度(SDOF)体系的弹性和非弹性动力反应时程,应用盒维数法计算了其分形维数,考察了其分形性质.     

基于SOC的活断层系与地震活动性关系的探讨

通过对中国大陆及青藏高原、新疆、华北和东北各构造区的地震活动性的分析,论证了区域地震活动是一种自组织临界现象.利用分形理论中的粗视化网格法,研究了中国大陆以及各构造区断层系的分形特点和分形结构的跨尺度特征.开展了组构具有分形特点的沙堆模型实验.结合断裂力学理论,认为地震的自组织临界现象源于分形几何断层系的自组织临界性动力学过程,地震分维数和断层系分维数之间存在着一种正相关关系,明确了断层系分形和地震活动性分形之间的因果关系.在此基础上,提出了系统组构的分形是系统输出能量的分形的根源的观点,并进一步利用已有的观测资料进行了分析.最后,基于这个观点和区域断层分布可以通过常规的航卫片分析、地面调查和地质勘探等手段确定的事实,提出了利用断层的分维数与地震的分维数的相关关系,对区域地震的概率分布特征进行估计的观点,可为地震的预测预报提供参考.     

岩石剖面线的自仿射分形研究

0 引言 由B.B.Mandelbrot创建发展的分形几何学,已被广泛地应用于众多的领域中。无论在力学、化学、生物学、生理学,还是地学、冶金学、材料学,甚至经济学、书法、艺术等领域中均能看到分形研究成果。自然界中很多现象具有统计自相似特征,人们可以用自相似分形维数研究这些自然现象。有些地质现象用自相似分形描述不大合适,需用另一个分形,即称为自仿射分形的模型来刻划,如地震断层的迹线等。岩石断面的垂直剖面线也具有自仿射分形的特征。     

模拟井中油气水三相泡状流流型的分形与混沌特征

应用分形及混沌理论,对油气水三相流模拟装置中采集的油气水三相泡状流混合密度波动信号进行了表征,提取的分形维数及混沌吸引子相关维分别在1.1-1.282及4.13-5.87之间.对分相含率(含水率、含气率、含油率)相同而总流速不同的情况,其分形维数及混沌吸引子相关维随总流速呈现相同的变化趋势,从功率谱特征曲线的波动程度上也验证了分形维数及混沌吸引子相关维随总流速变化趋势的正确性.另外,还对混合密度时间序列波动信号提取了最大Lyapunov指数,证明了垂直上升管中油气水三相泡状流是-混沌系统.     

基于分形维数的自适应信号滤波方法

信号滤波是信息科学中的基础性技术之一,在通讯、国防等众多领域有着广泛的应用.本文通过分形维数的计算给出了一种自适应分形滤波方法.实验仿真证明这种方法能有效地去除信号中的噪声.     

地震活动多标度分形特征及预报应用

探讨了多标度分形在刻划复杂系统方面的优越性,研究了江苏及邻区1970年以来的5.5级以上地震的多标度分形特征,着重研究了地震前后多标度分形的广义维数谱和奇异性谱.研究结果表明:所有震例的广义维数谱和奇异性谱均经历了远离地震时、异常出现时和异常消失时的三个特征变化阶段;异常出现的时间在震前半年至一年半内;多数震例异常在震前几个月内回返恢复,少数在震后数个月内恢复.上述结果说明利用地震时序的多标度分形特征对于该地区的半年至一年尺度的中强地震预报是有意义的.     

冻土应力-应变曲线的分形逼近

基于冻土应力 应变曲线的细观结构具有分形性质的事实 ,提出了逼近冻土应力 应变曲线的分形方法 .利用分形几何中的线性双曲迭代函数系统 (LHIFS)理论 ,选取垂直压缩因子为参数建立了逼近冻土应力 应变曲线的LHIFS ,其次讨论了使LHIFS生成的线性分形插值函数 (LFIF) (即LHIFS的吸引子 )成为冻土应力 应变曲线的最佳逼近时垂直压缩因子应取的最佳点的计算方法 ,然后给出了利用最佳点求冻土应力 应变曲线分形维数的方法 ,最后给出了简单例子 .提出的方法为编程模拟具有分形性质的地质材料的应力 应变曲线及计算其分形维数提供了一般方法 .     

基于测井曲线分形维的碳酸盐岩孔隙结构分类方法

非均质储层的孔隙结构与物性、渗流、电性等特征密切相关,是影响储层品质及流体性质的重要因素.利用常规测井曲线实现全井段孔隙结构定量评价对于储层非均质性评价具有重要意义.首先根据岩心压汞资料对孔隙结构进行分类,依据分形理论求取不同测井曲线的分形维数,通过对比选取反应孔隙大小的孔隙度测井曲线盒维数和反应孔隙连通程度的电阻率曲线R/S维数来对孔隙结构进行分类评价,绘制孔隙度曲线加权盒维数和电阻率曲线加权R/S维数交会图,确定每类孔隙结构分类标准,最后利用分形维数范围对全井段孔隙结构进行分类.研究表明,不同测井曲线反应的岩石物理信息不同,其分形维不一定相同.地层非均质性越强,不同测量原理的曲线计算的分形维差别越大;通过提取反应不同测井曲线变化复杂程度的维度信息,建立交会图识别孔隙结构类型,充分考虑了孔隙大小和连通程度,避免了单一分形维无法完全反映曲线的变化程度,避开了流体等信息对测井曲线的影响,提取的参数仅反应岩石非均质性强度,有利于解决油气勘探中非均质性地层孔隙结构精细定量评价问题.     

煤层气赋存的分形特征研究

本文利用红外热成像手段,对微小煤样内的甲烷吸附区进行了观察,并评估其吸附特征与在煤中的分布规律.研究表明煤中存在不同尺度与甲烷吸附能力的甲烷富集区,吸附/解吸甲烷时,甲烷富集区比邻近区域具有更明显的升温/降温现象.通过图像处理的方法对不同吸附压力条件下的红外热像图中的甲烷富集区进行提取,采用盒维数进行统计发现甲烷富集区符合分形规律.试验表明随着吸附压力升高,甲烷富集区的分形维数增大,分布初值减小.对两个不同煤田的煤层气富集区进行统计表明：从微米级到千米级尺度范围内,甲烷富集区分布具有分形特征,且分形维数均在1.5~2.00之间.     

电成像测井储层非均质性评价方法在川东北G地区FC段地层的应用

岩心、成像测井资料表明川东北G地区FC段碳酸盐岩储层溶孔、裂缝发育,非均质性较强.根据溶孔、裂缝的发育程度与分布特征,可划分为6种典型储层类型.因此,有效评价储层非均质、划分储层类型是该区油气勘探与开发工作的关键.电成像测井资料能通过定性识别孔洞与裂缝对储层非均质性进行定性评价,但是由于缺乏能综合表征溶孔、裂缝等特征的定量参数,使得电成像测井资料对储层非均质性的定量表征存在问题.为此,基于分形理论,提出一种电成像测井定量评价方法,即计算电成像测井图像的分形维数来定量描述储层非均质性.储层类型与分形维数相关分析表明,分析维数可综合表征储层溶孔、裂缝,评价储层非均质性.应用实例表明,基于电成像测井分形维数的非均质性表征与储层类型划分应用效果较好,推动了该区的油气勘探与开发工作.     

海原断层系的分形研究

本文根据Okubo等人测量圣安德烈斯断层系所用的复盖维数法,对海原断层系进行了分形测量,求出海原断层系的整体维数D_0=1.137,其景泰段D_0=1.109,海原段D_0=1.182。计算中未得到邵家水段和李使堡段的分维数。此外,文中还着重探讨了断层几何与地震活动性及其力学环境的关系,进一步证明了自相似断层的几何复杂性与地震活动密切相关,剪切断裂带具较低分维数(1.1—1.3),而在张性环境中形成的断裂体系具较高的分维数(1.5—1.6)。最后本文讨论了断层迹线图等因素对分形测量精度的影响。     

强震前后广义地震应变释放过程的丛集特征

利用基于小波变换的多重分形奇异谱估计方法,研究了部分强震前后地震活动广义应变.释放过程的多重分形特征。结果表明,晨中区附近- -定范围内地展活动广义应变释放过程具有多重分形特征,但多重分形维数谱随7变化复杂,在强震发生前多重分形维数谱没有明显的变化。广义地震应变释放过程的多重分形奇异谱形态和Hausdorff奇异指数范围能提供更多关于地屣活动过程的信息,特别当η取较大值时Hausdorff奇异指数范围在强晨前明显变窄。研究还表明深源地展和浅源地晨发生前广义应变释放过程多重分形特征存在明显不同。     

应用CT技术研究瘦煤在不同温度下孔隙变化特征

应用µCT225kvFCB型高精度(µm级)CT试验分析系统,对直径1 mm的瘦煤从18 ℃到600 ℃高温下的热破裂过程进行了显微CT观测和分析.发现了瘦煤的热破裂规律:300 ℃煤样中大量小的孔隙贯通成大的孔隙团,因此瘦煤的热破裂阈值在300 ℃附近,从常温到300 ℃煤样的孔隙率增加了0.5倍左右.研究了煤样在100~600 ℃范围内热破裂孔隙分布的分形规律,研究发现:从100 ℃到600 ℃,煤样的分形维数D随温度升高呈现先减小、后增加的趋势.孔隙的演化规律:由初始较规则的小孔隙变形,过渡到大量较规则、小孔隙贯通成不规则的大的孔隙团,之后孔隙团缩合减小趋于规则.分布初值的对数随温度升高呈现先降低后增加的趋势;从18 ℃到600 ℃孔隙数量的演化规律为先减小后增加.     

基于随机聚集维数的云南省峨山县城防灾空间布局评价研究

城市防灾空间是城市的重要组成子系统,本文以地震高发的峨山县城（包括双江镇和小街镇）为研究对象,对县城防灾空间布局的分形特征进行研究,研究选取量化指标-随机聚集维数进行测算,意在对峨山县城城市防灾空间的分形特征进行验证,并对防灾空间布局体系进行分析。研究表明：1.峨山县双江镇和小街镇城市防灾空间布局具有分形结构;2.双江镇和小街镇城市防灾空间呈现二元分异结构;3.双江镇城市防灾空间受地震断裂带影响呈现多中心分形结构;4.小街镇防灾空间布局呈现一元化单中心分形结构。     

中国热带气旋龙卷的气候统计特征(2006~2018)

文章调查了2006至2018年中国热带气旋龙卷(简称TC龙卷)的发生情况.在这13年间,共有64次TC龙卷记录,平均每年发生约5次.约三分之一的登陆热带气旋至少有一个龙卷生成.这些TC龙卷主要发生在热带气旋临近登陆或登陆后36小时内的午后,集中于距离热带气旋中心500 km范围内.大多数TC龙卷位于地形相对平坦的沿海地区,其中江苏和广东是中国TC龙卷发生频次最大的两个省份.此外,文章还揭示了两个值得注意的特征:(1)中国的TC龙卷主要生成于TC中心的东北象限,而非TC移动方向的右前象限;(2)与美国相比,中国大多数TC龙卷生成于强度相对较弱的热带气旋(如热带低压、热带风暴).进一步分析表明,中国的TC龙卷倾向于在具有较大低层风暴相对螺旋度和较大对流有效位能(考虑夹卷效应)的环境中产生.中国2018年的TC龙卷尤其活跃,共有24次TC龙卷记录,占总样本数的37.5%.中国现代气象史上的首次龙卷爆发事件发生于台风摩羯(2018)中,至少有11个龙卷生成.此龙卷爆发事件发生于摩羯与中纬度中层槽的相互作用阶段,且伴随着较强的中高层干空气侵入过程.