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。     

巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的分形特性

以分维为工具,以分维数为中介参数刻画巴丹吉林沙漠高大沙山典型区风沙地貌的形态特征,研究发现,该区星状沙山多单独分布,其沙山高度较综合型星状沙山及复合型星状沙山小,一般多在100~200 m之间,形态相对简单,因而其分维数较小(D=1.042462)。综合型星状沙山,为在巨大的沙山体上迭置有次一级的星状沙丘,其规模小于复合型星链状沙山,高度多达200~300 m,该类型沙山形态结构较星状沙山复杂,因而其分维数高于星状沙山(D=1.119346)。复合型星链状沙山,是构成该区域高大沙山的主体,其相对高度大于300 m,平均为30943 m,最高可达465 m,沙山形态结构颇复杂,在其巨大的沙山体上迭加有许多相同类型的次一级沙丘及古沙丘,规模也较综合型星状沙山大,因而其分维数最大(D=1.148164)。     

巴丹吉林沙漠及其毗邻地区降水特征及风沙环境分析

利用巴丹吉林沙漠及其周边18个气象站点近40 a来的气象资料,详细分析了区域降水、风况、大风日数和沙尘暴等环境要素的时空变化规律。由于受沙漠、湖泊和绿洲等景观格局的影响,巴丹吉林沙漠及其毗邻地区气候要素的时空分布存在很大的差异。大风和沙尘天气主要集中在拐子湖和民勤两地,年均沙尘暴日数分别为28.9 d和37.3 d。沙漠地区降水与其外围相同纬度相比,呈明显下降趋势。沙漠东侧年均降雨量明显高于西侧。年均降雨量最小区域主要集中在额济纳旗,不足50 mm;而在沙漠东侧的诺尔公和吉兰泰年均降雨量分别为114.7 mm和116 mm。通过本研究,不仅为预测巴丹吉林沙漠及其毗邻地区风沙环境发展趋势提供基础资料,也能为揭示区域环境演变规律和生态治理提供科学依据。     

泥石流的分形特征及其意义

分析了泥石流流体和堆积物粒度分布的分形结构特征，其分维值介于２￣３之间，平均值分别为２．７１和２．６５左右。研究了泥石流沟水系的分形特征及其在不同观察尺度下分维的变化特征，结果表明，分维可作为描述泥石流粒度成分和泥石流沟水系的参数，反映了泥石流活动的形成演化特征，在此基础上，论述了分维的研究意义。     

基于湍流结构的风沙颗粒起动动态演化的概念模式

从驱动沙粒群起动的湍流结构入手,提出了基于气固两相流自调节机制的风沙颗粒起动的概念模式。受风沙边界层湍流相干结构的产生、消亡、湍流的随机脉动和运动沙粒群碰撞过程的动量损失等因素的控制和影响,风沙两相流始终处于不平衡—平衡—不平衡的动态演化之中,在此过程中,存在着普通的空气动力学起动、典型的冲击起动、湍流猝发起动等多种起动方式的循环交替的动态演化。上述多种的沙粒起动方式能够根据风沙边界层边壁区的湍流运动应力和沙粒群碰撞过程的动量损失来界定。该概念模式需要综合利用相位多普勒粒子动态分析测速技术、粒子图像测速技术和高速数字摄影技术等手段来进一步验证。该概念模式的提出,将为深入理解沙粒起动的力学机制提供新的思路。     

泥石流颗粒组成的分形特征

泥石流是主动的流域物质输移形式,土体的颗粒组成决定了泥石流的活动。不同地区、不同流域、不同密度的泥石流样本分析表明,高密度(如籽s>2g/cm3)泥石流的颗粒分布曲线总体上具有指数形式,指数呈现出显著的区域性差异。泥石流多发生在一定的指数区间;颗粒组成具有良好的分形特征,不同密度泥石流颗粒的分形区间不同,这个区间可以认为是形成泥石流结构的颗粒区间,从而也确定了泥石流基质的颗粒界限;颗粒的分维随密度变化,密度越大(大颗粒含量越多),分维越大。颗粒的分形结构也是颗粒孔隙的分形结构,它决定了土体的液化,因而也决定了泥石流所表现的特征。     

藏北高寒草原土壤粒径分布分形维数特征

基于样带采样方法,应用土壤颗粒的体积分布计算了藏北高寒草原44个土壤样品的粒径分布分形。结果显示,研究区的土壤质地主要是砂土、壤质砂土和砂质壤土,其所占比例分别为29.55%、38.64%和27.27%。分形维数介于1.979~2.743,均值为2.492。随着土壤质地向壤土、粉壤土、砂质壤土、壤质砂土、砂土的变化,分形维数逐渐增小;研究区土壤中砂粒、粉粒和粘粒的平均含量为77.65%,18.2%和4.15%,粉粒和粘粒变异程度高。土壤粒径分形维数与土壤颗粒含量之间的关系显著,其与砂粒含量呈负相关,而与粉粒和粘粒含量呈正相关。研究结果表明:土壤粒径分布分形维数可以作为判断藏北高寒草原土壤质地差异的重要指标。     

黄河上游玛曲地区风沙地貌的类型及其分布

 玛曲草原是著名的高原牧场,也是黄河上游重要的水源涵养地,通过卫星影像分析和实地观测数据,对其风沙地貌进行分类,以期为沙化草地治理提供参考。玛曲沙化草地的风沙地貌可分为4级17类。横向沙丘(新月形沙丘)主要分布在河岸和黄河的一级或二级阶地上,单个的新月形沙丘最大高度可达12 m, 64%的新月形沙丘迎风坡走向与当地起沙风向一致。分布在古河道或古三角洲的流动和半流动纵向沙丘(沙垄)高度小于3 m,51%的沙垄走向与当地起沙风向相同。低山上的沙垄和沙片出现在山顶或其阳坡,地形过渡带形成风蚀坎。风蚀洼地与固定和半固定沙地伴生,60%左右的风蚀洼地横切面为不规则椭圆和马蹄形;其深度与长轴呈正比例函数关系。古(现代)沉积物提供了丰富的沙源,大风、冻融、土层的岩性差异、脆弱的植被、人类过渡干扰和微地形促成了玛曲草地沙化和风沙地貌分异。通过对风沙地貌分类、分析,提出了以保护草皮免受破坏,为防止玛曲草地沙化的主要措施。     

风沙流中沙粒随机运动的数值模拟研究

通过对描述沙粒垂向运动速度脉动分量的随机微分方程的直接求解,获得了风沙流中沙粒运动的随机轨迹。结果表明,由于沙粒垂向脉动速度的影响,沙粒的轨迹与不考虑其垂向脉动速度的情形存在明显不同。在此基础上,通过对大量轨迹的统计计算,得到了沙粒浓度的分布规律。     

北京山区土壤粒径分布分形维数特征

分形是许多自然事物和现象的客观特征之一,土壤颗粒具有一定的分形特性.基于抽样调查的方法,应用土壤颗粒的体积分布计算了北京山区195个土壤样品的粒径分布分形维数.统计结果表明,研究区的土壤质地主要是粉砂土、粉砂壤土、砂壤土、壤砂土、砂土,土壤质地偏粗,分形维数介于2.23～2.69之间,总体偏低.结合已有研究成果分析表明,土壤粒径分布分形维数随质地的粗细程度发生明显变化.质地越粗分形维数越小,质地越细分形维数越大.土壤粒径分布分形维数与土壤砂粒含量呈显著负相关,与土壤粉粒含量呈显著正相关,与粘粒含量呈显著对数关系.土壤粒径分布分形维数与土壤容重呈显著负相关.研究结果表明土壤粒径分布分形维数可以作为判断土壤质地差异的重要指标.     

沈阳都市圈的范围及城镇空间分布的分形研究

科学界定都市圈范围是研究都市圈的基础,采用2014年沈阳市及周边市县镇乡社会经济统计数据,采用断裂点和经济隶属度模型,界定沈阳都市圈范围。用经济隶属度指标划分城镇体系。用分形理论分析沈阳都市圈城镇的空间分布特征,结果为：集聚维数、容量维数、信息维数和关系维数分别为1.430 1、1.294 1、1.473 5和0.393 8,说明沈阳都市圈城镇空间向心性集聚分布较为显著,城镇空间分布的均衡性较好,城镇空间分布具有较强的相关性,形成了以沈阳市为中心呈凝聚态分布的都市圈城镇空间结构,城镇间联系较为紧密,相互作用较强。进而提出沈阳都市圈城镇空间分布优化的对策。     

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...     

长江水系沉积物重金属含量空间分布特征研究——空间自相关与分形方法

所研究的１１种重金属元素在长江水系沉积物中均有较显著的空间相关性;沉积物细粒中含量金属含量空间自相关性好于沉积物原样,正相关尺度达５００ｋｍ左右,与空间分布斑块大小对应,研究区沉积物重金属含量空间分布分形存在于约１０００ｋｍ以内,分维数处于２．７６～２．９５之间,分维数的大小与空间自相关指标大小大各元素间的变化趋势相反,表明这两种指标具有一致性,多数元素在ＮＷ－ＳＥ向和ＮＥ－ＳＷ向相关性较好,与变     

沙粒级配和沙丘分布的分形分析

研究了沙粒级配和沙丘分布的分形特征,并对其分形维数作了定量计算。结果表明:沙粒级配的粒径分布的分形维数在2.43~2.69之间,沙丘分布的盒分形维数为1.28,这对用数学模型进行风沙动力学的定量研究有重要的参考价值。     

城市形态的分维估算与分形判定

城市形态的分形是城市发育到一定阶段涌现出的有序格局和复杂结构,其基本特征是空间分布的无尺度性质。当研究者基于某个显著性水平推断城市分维存在时,实际上就是基于相应的置信度判断分形特征。虽然分形城市研究已经多年,但大量有关维数测算的基础问题依然悬而未决。本文根据分形几何学的基本思想论证城市形态分维测算的若干问题。分维测量的准则是最佳覆盖——不多不少、恰到好处的覆盖。盒子覆盖是最容易理解的测量方法。采用盒子覆盖法测量城市形态分维时,应考虑三个标准：一是快速逼近,二是简便操作,三是稳定拟合。直观估计分维的办法是利用双对数坐标图。由于城市形态不是严格意义的分形,而是类似于文献中的“前分形”,测量尺度与相应测度的幂律关系通常仅在一定尺度范围内有效,从而形成所谓标度区。本文围绕城市形态的分维测量和分形判断开展一系列讨论,包括尺度选取、标度区识别和统计标准等问题,对今后城市分形研究具有理论启示和方法论的参考价值。     

风沙流中不同粒径组沙粒的输沙量垂向分布实验研究

在非均匀沙床面上, 风沙流中不同粒径组沙粒的输沙量垂向分布, 是非均匀风沙运动研究的重点。研究首先通过风洞实验, 收集了风洞中垂线垂向输沙量分布沙样, 然后对集沙沙样进行了沙粒粒度分析实验, 实验分析结果得出了不同粒径组沙粒的输沙量垂向分布规律, 基于稳定平衡风沙跃移运动模型和本文实验结果, 最后数值模拟研究了不同粒径组沙粒输沙量垂向分布, 与沙粒起跳速度和角度之间的关系。本文研究结果得出, 在非均匀风沙流中, 粗粒径组沙粒垂向输沙量上部符合指数递减分布但近床面区偏离指数分布, 呈现为偏大型分布, 粗粒径组对应的沙粒起跳速度和角度分布均为指数函数; 细粒径组沙粒垂向输沙量在整 个高度上均符合指数递减规律, 细粒径组沙粒对应的起跳速度分布为指数函数, 起跳角度分布为高斯函数。沙粒的平均起跳速度, 在0.4u*~2.2u* 之间变化, 随着气流风速(u*) 和沙粒粒径的增加而减小。     

长江源卓乃湖流域地表沉积物粒度分布与风沙流结构

干涸湖盆是干旱与半干旱地区沙尘暴的主要策源地。长江源地区卓乃湖流域湖泊溃堤后,大量湖底碎屑物质出露地表成为新的沙源,不断加剧的风沙灾害严重威胁着卓乃湖的生态环境与青藏铁路的安全运营。通过对卓乃湖西岸、南岸和东侧3个部位的风沙活动进行系统观测,获得了卓乃湖溃堤后地表及风沙流中沙尘物质的粒度分布以及风沙流结构。结果表明：卓乃湖西岸是流域内风沙活动最为强烈的区域,西岸和南岸是流域内的主要起沙起尘区;东侧为沉积沉降区,风沙沉积物既包括本地沙物质,也包含来自西岸和南岸的沙尘;由于湖相沉积物粒度较细,西岸的风沙流结构随高度线性递减。结合地表和风沙流中沙尘的粒度分析特征,认为卓乃湖流域沙尘以流体起动为主,而非传统观点认为的以跃移物质的轰击起动为主。高原地区干涸湖盆的风沙活动具有独特性,在风沙防治中不可照搬低海拔地区的防治模式。     

南京市交通网络的分形特征

以分形理论为基础,借助于地理信息系统软件,对南京市区交通网络进行了长度-半径维数和分枝维数的测算,结果表明南京市区的交通网络具有分形特征,长度-半径维数为1.574,而分枝维数为1.3934,两者之间存在一定差异。通过进一步对主城区各行政区交通网络的盒子维数的测算,揭示出各行政区的交通网络也具有分形特征,分维值介于1.3568与1.4991之间,其大小与经济发展状况并没有很好的对应关系。如何以经济状况为基础数据指导城市各行政区的交通发展,以及两者之间是否在其他区域尺度上存在相关关系等,仍是需要有更多研究基础才能深入探讨的问题。     

胶东半岛北部沿海现代风沙灾害特点,成因及减灾对策

胶东半岛北岸以基岩岬湾海岸为主,港湾顶部的滨海平原上全新统风积砂层广泛分布,滨岸沙坝(滩)发育,为现代风沙灾害提供了丰富的物质。本文分析了胶东半岛北岸现代风沙灾害的特点,成因,提出加强防护林体系建设、局地工程固沙及控制沙源等综合减灾对策。