不同比例尺下中国水系分维数关系研究

应用分形理论,再次验证整个中国水系及各流域水系分形特征的客观存在;通过比较1:450万及1:1200万比例尺计算的分形维值大小及变化规律,表明单一尺度的分形规律在其它尺度下依然存在;大比例尺条件下计算得到的分形维值也大,且各层次不同流域的分维值在不同比例尺条件下的变化也呈现相同的趋势,表明图源比例尺对分维计算值的影响。     

沙漠化的分形特征研究

在国内外有关学者研究的基础上,运用分形理论研究沙漠化的分形特征。结果表明:①作为风沙地貌形成的物质基础──沙粒,其粒径分布具有分形特征,其分维值的大小差异体现了沙物质分布的区域差异性。②风沙地貌是一种典型的分形几何实体,沙丘分布具有分形特征,其分维值体现了风沙地貌的自相似性规律。③风沙流结构不但是分形,而且是多重分形,其分维值与风速有着极大的关系。④荒漠绿洲景观镶嵌结构具有分形特征,各景观要素的分维值大小代表着该要素镶嵌结构的复杂性和稳定性程度。在黑河流域,自然绿洲的镶嵌结构最具复杂性,也最具稳定性。⑤沙漠化过程具有多重分形特征,如果用降水和风速为标度度量沙漠化过程,都表现出某种不规则性。     

分形理论在地理学中的应用研究进展

美国数学家Mandelbrot提出的分形理论为解决复杂性问题提供了有效方法。地理学的复杂性问题已成为分形理论的重要实证研究领域。本文根据国内已有的文献,在概括分形理论主要内容的基础上,对地理学各分支领域的应用研究现状及有关问题进行了评述,并就地理学分形研究的前景作了展望。     

泥石流源区砾石土的粒度分形特征

以19条泥石流沟源区75个砾石土试样的颗分数据为基础,应用分形理论研究泥石流沟源区砾石土粒度组成特征,并对粒度分形特征与土体颗粒组成的关系进行了讨论。结果表明:1.粒度分布具有分形特征,以一重分形特征为主;2.一重分形特征表明土体各粒组的含量连续分布性较好;二重分形表明土体各粒组的含量连续分布相对较差,某一粒组含量存在突变;3.所研究的沟道平均粒度分维值Da在2.45～2.78间,且平均粒度分维值Da随粘粒含量Pc增加逐渐增大,具有一重分形特征的沟道二者满足关系式Da=0.108ln(Pc)+2.511。最后探讨了研究源区砾石土粒度分形特征的意义。     

裂隙性粘土粒度成分的分形结构

根据分形理论,研究了我国普遍分布的裂隙性粘土粒度成分之分形结构特征,其分维值介于2.600～3.000之间,且灰白色隙壁粘土的分维值≥黄褐色母体土的分维值。在此基础上,讨了分维与土体物质成分、结构特征的关系,以及它所代表的工程地质意义。     

干旱区不同土地利用类型的时空分形特征研究——以塔里木河干流区域为例

以新疆塔里木河干流1990年、2000和2007年土地利用数据为例,应用分形理论来分析干旱区内陆河流域土地利用空间结构复杂性、稳定性以及动态变化性,通过建立距离河道不同的缓冲区范围来变化空间尺度,研究分形的空间尺度变化效应。结果表明,各种土地利用类型都具有空间分形特征,1990年土地利用分形维值由大到小的顺序是其它用地>牧草地>耕地>林地>居民及独立工矿用地>未利用地,2000年和2007年土地利用分形维值大小顺序为其它用地>牧草地>耕地>林地>未利用地>居民及独立工矿用地;通过空间结构稳定性指数分析得到天然植被(林地、牧草地等)的空间结构稳定性比较小。随着空间尺度的逐级扩大,各土地利用类型的分形特征依然存在,但分形维数减少,土地利用空间结构总体趋于简单状态下稳定。     

上海大都市交通网络分形的时空特征演变研究

分形理论的城市形态发生学研究应用,首先是从交通网络的应用开始的。国内外学者进行的大量案例研究表明,分形分维有可能是表征城市交通网络特征、解释城市交通网络发展,演化的一种较为理想的测度指标。以上海这一国际性大都市的交通网络为研究主体,通过测算上海市不同行政区域交通网络的分维值,研究分形特征的空间变化;利用不同时代上海市全域及典型行政区交通网络的分维,研究分形特征的时间演化。研究结果表明,在上海与一些发展相当成熟的大、中城市与城市化地区,交通网络形态1.7左右的分形分维值具有普适性,有可能是判断网络形态与功能、结构完善度的一个较为合宜的测度指标;分维的变化,表现在空间域上,上海城市交通网络的分形特征内域明显复杂于外域,在城市发展主轴方向表现为由内向外分维测度值的有序降低;而在时间域,近期的交通网络分形复杂度明显高于早期,网络的构型不断得到优化;这一总体趋势,与城市形态开发、经济发展的历程相一致。可以相信,分形测度与分维的演化将成为描述城市形态发生学过程的一个最有用的指标。     

生物质能源生产的生态环境影响(英文)

生物质能源生产是能源发展领域的重大挑战,在解决新的替代能源中扮演着重要角色。本文着重论述了美国生物能源生产的生态环境问题。从经济、环境和战略方面考虑,生物能源有望提高国家安全,因而受政策驱动的美国生物能源生产技术备受注目。尽管生物能源具有诸多潜在效益,但是在北美,生物原料供应、高强度经营的土地上农药使用及其对陆地野生动物的潜在影响等令人担忧,我们分析了其中的原因。通常认为,未来生物能源的环境、经济效应是正面的;然而,谨慎地审视和发展生物能源经济以保护生态系统的可持续性显得至关重要。     

分形理论在湿地科学中的应用现状与前景展望

分形理论是解决复杂性问题的独特理论体系。该文概述分形理论及湿地科学的性质和学科体系,将分形理论在我国湿地科学中的应用归结为5个领域,即湿地生物与生态学、湿地景观学、湿地土壤学、湿地地貌学和湿地沉积学。鉴于分形理论自身的不完善性以及当前湿地分形研究内容的不均衡性、不广泛性和不深入性等,分形理论及其在湿地科学中的应用依然面临很大的机遇与挑战。最后就分形理论在湿地科学中的应用前景进行展望,指出它的应用必将促进湿地研究的纵深化,并为湿地科学学科体系的发展做出重要贡献。     

锡林郭勒草地表层土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系

在锡林郭勒草地以400 m为间距均匀布设160个样点,采集各点表层0~1 cm土样,测定土壤机械组成,计算土壤粒度分形维数,分析锡林郭勒草地景观尺度土壤粒度分形特征及其与风蚀的关系。结果表明：（1）分形维数越小,土壤质地越粗,分形维数与小于0.05 mm细颗粒含量显著正相关,与大于0.05 mm粗颗粒含量显著负相关;（2）分形维数随土地利用状况的变化趋势为禁牧>轻牧>中牧>重牧>耕地。在草地条件下,土壤容重值越大,分形维数越小;在耕地条件下,二者无显著相关关系;（3）分形维数越大,风蚀危险性越低,分形维数越小,风蚀危险性越高。     

基于CE-1数据的数字月海分形刻画及其动力学意义

月海是月球表面的主要地理单元。对月海地貌特征的研究能够认识月表起伏及其动力学成因。依据CE-1 影像图和全月球数字高程模型数据,提取了南北半球不同纬度地区、不同填充岩性的典型月海范围,运用盒维数法、立方体覆盖法和多重分形q-Dq语言对月海边界及其地形表面的地貌特征进行了线和面的描述和研究。结果表明：① 分形方法可以有效地描述月球地貌的复杂程度。月海边界的分维值介于1.065~1.100 之间,平均值为1.086,标准差为0.014,在双对数坐标下5 个月海区边界复杂度拟合的直线都近似平行。② 月海地形表面的分维值介于2.704~2.852 之间,5 个月海地形表面的分维值标准差为0.051,ln δ -lnN（δ）图也近似平行,但截距的离散程度相较于月海边界的高。③ 月海地貌多重分析的q-Dq曲线图总体呈现非递增趋势,Dq值在q=-10 和q=0 时基本达到饱和,但差异较小。④ 从线、面单分形以及多重分形可见,5 个月海均具有分形特征,但彼此之间差异较小。其动力学意义在于它们在形成之后,内动力作用基本停止或很小,与分形特征基本一致;而外力主要由陨石撞击作用少量地改变着月表的面貌,导致在分形特征上表现出差异性。     

庐山JL剖面红土粒度体积分形特征及其环境意义

分形理论在地貌学、土壤学、沉积学等领域得到了广泛应用,但在南方第四纪红土研究中的应用尚不多见.选取庐山北麓一个典型的第四纪红土剖面--JL剖面,根据三维空间内的体积分维模型和线性回归法,对红土颗粒粒径的体积分形特征进行研究,得出该剖面红土粒度体积分维值.研究结果表明:(1)剖面红土粒度的体积分形特征显著,其粒度特征和体积分维值与北方黄土具有较好的可比性,指示该剖面红土母质具有风成特性,并体现堆积与风化同时进行的加积特征.(2)网纹红土粒度体积分维值最大,第①～⑤均值介于2.080 9～2.141 1间;第⑥和第⑧棕黄色土层体积分维值最小,分别为1.998 4和1.972 3;第⑦古土壤层的体积分维值介于网纹红土层和棕黄色黄土层之间,为2.065 3.体积分维值与粘粒含量及分选系数显著正相关,与粉砂含量呈负相关关系.(3)JL剖面红土粒度体积分维值的纵向变化表现为高低值相间的7个旋回,与传统粒度参数相比具有更显著的分段性,并与红化率和CIA值峰谷变化存在对应关系,可以作为指示沉积-风化环境变化的指标.初步认为庐山地区红土母质第四纪以来成壤环境存在强弱变化并逐渐减弱.     

云南陆良植烟土壤粒径分布及其分形维数空间变异研究

采用GPS定位技术,在陆良烟区采集土壤样品341个。采用经典统计学、地统计学和分形数学相结合的方法研究了土壤粒径分布及其分形特征的总体特征、空间变异特征,同时分析了土壤粒径分形维数与土壤颗粒组成及土壤养分的关系,以及土壤粒径及其分形维数的影响因素。结果表明,土壤颗粒含量及其分形维数在不同质地土壤间存在显著或极显著水平差异;粘粒含量和分形维数表现为轻粘土重壤土中壤土轻壤土,砂粒和粉粒含量则相反;土壤颗粒质量分形维数在2.524~2.928之间,平均为2.823;土壤颗粒分形维数与土壤粘粒含量呈极显著正相关关系,与粉粒及砂粒含量呈极显著负相关关系;土壤颗粒分形维数可直观地反映土壤粒径分布;土壤颗粒含量和土壤粒径分形维数均具有中等的空间相关性,其空间变异是由结构性因素和随机性因素共同决定的结果,变程仅为0.12~0.27 km,表明其空间自相关范围较小,空间分布主要呈东西向变化趋势,高低值区域分异和明显;土壤粒径分形维数D值与全氮、全磷、全钾、碱解氮和速效钾呈极显著正相关,与有效磷含量呈极显著负相关,土壤分形维数可用于表征土壤养分状况;海拔高度、有机质、土壤类型、地形、轮作模式均对土壤颗粒含量和土壤粒径分形维数有显著影响。     

矢量和栅格数据土地利用结构分维值比较——以苏州为例

分形理论对处理土地利用结构之类的非线性对象具有较强实用价值, 分维值作为该理论的重要测度指标, 其计算常基于栅格数据, 由此导致了土地结构边界信息的损失, 也减弱了分维值对土地利用空间结构特性的揭示作用。本文以苏州市1:10 万土地利用数据为例, 对研究区的土地利用空间格局进行分形分析, 通过分析不同栅格大小的土地利用分维值, 建立分维值与栅格粒度之间的定量关系, 并通过栅格数据推算矢量分维值, 分析推算误差及其原因。结果表明, 苏州市土地利用格局符合分形理论的一般规律;苏州市整体土地利用程度较高, 耕地、建设用地结构较为简单, 而未利用地、林草地结构较复杂, 水域斑块结构复杂性较低;随着栅格粒度的增加, 土地利用分维值呈现增加趋势, 且粒度与分维值之间存在二次函数的定量关系, 可以通过此关系式在一定误差范围内推求矢量数据的土地结构分维值, 斑块数量与整体规模是影响推求精度的重要原因。     

干旱沙区植被恢复过程中土壤颗粒分形特征

统计分析了干旱沙漠地区植被恢复过程中土壤颗粒分形特征及其与土壤沙粒(>0.05mm)、粉粒(0.05~0.002mm)和粘粒(<0.002mm)含量和土壤养分状况间的关系。结果表明:土壤颗粒分形维数随恢复时间延长有增大的趋势,土壤颗粒分形维数大小与土壤质地的细粒化有一致的变化趋势。0.05mm粒径成为土壤各粒径的分界值--即土壤分形维数的临界粒径,大于这一粒径颗粒含量越高,土壤分形维数越小;而小于这一粒径的颗粒含量越高,分形维数越大。土壤各养分状况均与土壤颗粒分形维数有极显著的线性正相关关系(p<0.0001),表明了土壤颗粒分形维数能客观地反映土壤肥力特征。在干旱沙漠地区,伴随着植被恢复和流沙固定,土壤颗粒分形维数可作为一个评价土壤演变程度的综合定量指标。     

分形学理论在大气环境时序数据分析中的应用研究

本文应用时间序列的域重新标度方法,对福州市大气环境监测数据的时间序列进行分析,发现其具有自相似的分形特征,分形维数为1.19.对于不同的污染物、不同的时间观测尺度与不同的时间跨度,大气环境监测数据的时间序列均具有相近的D值,分形维数可以从整体上描述大气环境质量的动态变化特征.     

西藏高原干旱半干旱区土壤分形特征及其应用

通过对西藏高原干旱半干旱区4种土地利用类型的土壤全样和层样采集与测定,运用土壤粒径的质量分布原理,计算出它们的分形维数。并分析其与土地利用方式、土壤肥力的关系。同时还探讨了土壤分形维数在剖面不同深度的纵向变化。结果表明:i.土壤分形维数不仅可以反映土壤质地的均一程度,而且可以间接反映自然环境变化和人类活动对土壤理化性质的影响。ii.土壤肥力与土壤分形维数有显著的相关性。当土壤颗粒组成分形维数Dp<2.65和微团聚体组成分形维数Da<2.44时,土壤肥力最佳。iii.Dp值和Da值随深度呈波状变化,峰值出现的深度与土地利用方式和人类活动密切相关。     

TM影像分维估计方法比较试验

大量的事实表明，地球表面的许多事物具有很强的分形性质，可以用分形模型来描述［1］。既然3D表面具有分形性，那么其2D投影的图像或图形是否也具有分形性？这个问题自然而然引起了人们的思索。为此，Pentland于1984年从理论上证明了一个空间各向性的三维布朗表面，其映射而成的图像灰度强度分布场也具有分形特性，且分推数等于空间三维表面体的分维法向分量[2]，这一结论的导出表明了图像的分形性可以反映真实表面的分形性。图像资料的分数维能定量洞悉包含在这些资料中的空间复杂性和分形信息。在分形图像分析中，首先面临的是分继值的…     

关中经济带空间结构形态分形研究

分形理论的提出,为研究复杂的区域空间结构形态演变提供了有力的理论和方法。以分形理论为基础,以典型的西陇海兰新经济带东段——关中经济带为例,运用分形研究量化模型对其空间结构形态的分维值研究表明：该经济带空间结构形态也具有分形现象,而且交通网络分布的空间形态的稳定性远比城镇分布的空间形态的稳定性差;交通网络的复杂性和通达能力比较强;城镇节点分布相对比较集中;从点一轴到网络是关中经济带空间系统分维演化的一般趋势。     

塔里木河干流两岸土壤水分特征曲线的分形模拟

应用Van Genuchten提出的土壤水分特征曲线公式,推导出了非饱和土壤水分特征曲线的分形模型。通过对塔里木河干流英巴扎断面6种不同土壤样本利用中子水分仪和负压计实测的水分特征曲线资料反求得到相应的分形维数,分析了分形维数与土壤质地之间的关系,结果表明随着土壤砂粒含量的减少或粘粒含量的增加,分形维数逐渐增大。此外,基于土壤颗粒的重量与粒径分布求出了塔里木河干流两岸沙漠地风沙土壤粒径的分形维数。通过对土壤水分特征曲线的分形维数与土壤粒径的分形维数的对比,得知它们之间存在着良好的线性关系。根据此关系,利用易测得的土壤粒径结合所推导的分形模型,对土壤水分特征曲线进行了预测,结果表明土壤水分特征曲线的预测值与模拟值比较接近,模型的预测结果很好地吻合了实测的土壤水分特征曲线。这一结果对于实际工作中根据风沙土土壤颗粒大小分布的分形维数来预测沙漠风沙土土壤水分特征曲线具有一定的指导意义。