基于盒维数的水系分维值估算

水系分维值反映河网的复杂程度。利用Arcgis平台及其ModelBuilder基于30和90 m精度DEM(Digital Elevation Model,数字高程模型)提取泗合水流域、韩江流域及子流域河网,采用盒维数法计算系列阈值下的可能水系分维值,并与实际河网计算的分维值比较。结果表明:①泗合水流域分维值相关系数R\+2大于0.98,韩江流域R\+2大于0.97,二者分别在无标度区间内统计自相似,表现出较好的分形特征;②DEM分辨率对盒维数法计算水系分维值影响小;③流域水系分维值随汇流阈值的初增而骤减,然后平缓减小至趋于1;④选择合适的汇流阈值使数字河网与实际河网吻合时,数字河网的分维值一定程度上可以代表实际河网的分维值;⑤流域水系发育均匀时,具有较强的统计自相似性,整个流域与各子流域分维值相近,水系分维值与流域面积不相关。     

基于干旱指数法的星星哨灌区旱涝状况研究

利用星星哨灌区1954-2009年的降水资料,计算降水距平百分率指标(Pa指数)和标准化降水指标(SPI),划分出灌区历年的干旱等级,研究了灌区各干旱等级的变化情况及发展趋势,并运用权马尔可夫链模型预测了灌区未来6年的降水量。研究结果表明:在星星哨灌区56年间,降水量有明显减少趋势,重旱重涝灾害增多,其中:夏季降水量略呈下降趋势,干旱等级略有上升,且旱涝灾害程度加重;秋季降水量减少明显,干旱等级明显上升,旱灾发生次数增加。预测结果表明:在2010-2015年间,灌区降水量总体呈下降趋势,将对灌区农业生产带来较大影响。     

基于R/S分析的参考作物腾发量时间序列分形特征

近年来分形理论在水文、股票及气象等行业中应用较多,在时间序列分析的非线性特征方面展示出强大魅力。采用重标极差方法分析西部地区6个站ETo时间序列的变化趋势和分形特征,通过对比发现:①所研究各站气象要素及ETo年变化趋势比较表明,所有站相对湿度均呈降低趋势,年积温均呈增加趋势,日照时数均呈降低趋势,年ETo值总体也呈降低趋势。②年尺度下各站点Hurst指数均大于0.5,同时分维数D均小于1.5,意味着ETo年序列在将来一段时间仍然保持与过去相一致的变化趋势,也即未来的总体趋势仍为减少趋势,各地区ETo年序列具有持续性。③各站点各月Hurst指数同样都大于0.5,分维数D均小于1.5,意味着1~12月ETo序列在将来一段时间仍然保持与过去相一致的变化趋势。此外,各站点年Hurst指数均大于月Hurst指数,表明年ETo序列比月ETo序列具有更长时间的持续性。     

淮河流域1960-2014年水文、气象干旱指数及其与历史旱灾的关系

基于淮河流域1960-2014年的逐月降水数据、1956-2000年的逐月天然径流数据和1960-2000年的洪旱灾害受灾面积数据,借助SPI和SSI干旱指数,采用MK趋势分析、相关分析等方法探求区域气象和水文干旱的时间特征,揭示水文干旱对气象干旱的响应规律,并分析干旱指数与历史旱灾的关系。结果表明:SPI指数反映出的干旱比SSI的严重;1960年代的干旱出现频次最多,且干旱等级较为复杂;夏季干旱出现频次较低,秋冬季出现干旱的频次较多;M-K趋势检验显示,淮河流域的干旱趋势不显著;随着时间尺度的增大,SPI和SSI的相关性在增强;相邻站点的SSI对SPI的响应时间长度为1~4个月,尤其是在季节交替的月份,响应往往较快且更显著;研究区旱灾受灾面积呈显著扩大趋势;SPI、SSI与旱灾受灾面积呈负相关,与洪灾受灾面积呈正相关且相关性更强。     

基于信息扩散和可变模糊集的石林县旱灾风险评价

针对干旱灾害评价的随机性和模糊不确定性,构建基于信息扩散和可变模糊的旱灾风险评价模型,从旱灾本身及旱灾数据特征角度构建指标体系并对旱灾风险进行评价,并分别对危险性、脆弱性和易损性进行子系统风险分析。将该模型应用于石林县旱灾风险评价,确定该县2000-2010年的干旱风险水平,得到综合风险等级。得到的评价结果与实际相符,所构建的模型合理可行,丰富和发展了旱灾风险评价方法。     

喀斯特地区干旱灾害风险区划研究——以遵义市为例

喀斯特地区干旱致灾机理复杂，干旱灾害风险普查技术规范方法对干旱致灾机理考虑不全面，导致以县级行政区为评估单元的干旱灾害风险区划成果与历史旱灾成果协调性不足，成为贵州省干旱灾害风险普查的一项难题。自然灾害风险理论作为干旱灾害风险区划的基础理论，基于自然灾害风险理论构建具有喀斯特特色的干旱灾害风险区划指标体系进行干旱灾害风险研究，可为干旱灾害风险区划提供依据。以遵义市为例，基于自然灾害风险理论，分析和遴选喀斯特地区干旱灾害风险代表性指标，构建旱灾风险区划模型，采用专家打分法和熵权法组合赋权，使用ArcGIS的分位数法分级，进行干旱灾害风险区划研究。结果表明：(1)地表水干旱危险性指数、地形综合指数、耕地面积和旱地占比、农村集中供水率和耕地有效灌溉率分别为致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体暴露性和抗旱减灾能力的主要影响因子。(2)遵义市各县区干旱灾害风险等级以中风险及以下为主，占比64.3%，中高风险区和高风险区累积占比为35.7%。(3)干旱灾害风险整体呈现东北高西南低的分布格局和区域性分布特征。高风险区分布在东北部，中高风险区分布在北部，中风险区分布在东部，中低风险区分布在南部，低风...     

气象干旱综合监测指数适用性分析——以青海省东部农业区为例

通过对比气象干旱综合监测指数MCI与综合气象干旱指数CI在各等级干旱统计结果、干旱过程描述能力、干旱空间分布特征、干旱年际变化以及与实际干旱情况对比的差异,分析了MCI在青海省东部农业区的适用性。研究结果表明:MCI与CI各等级干旱月数与干旱频率的监测结果基本一致,但是MCI重旱与特旱的干旱月数稍多、干旱频率也略高;在描述干旱过程时,MCI在干旱发生阶段不合理跳跃次数相比CI大为减少;MCI与CI在干旱频率与干旱强度的空间分布特征上无显著差异,而MCI发生干旱频率略高;在干旱年际变化上,MCI较CI干旱持续时间略长,干旱强度偏重;在实际发生干旱时,MCI与CI定义的干旱等级除个别站点干旱等级略有差异外,总体上一致性较好,都比较符合实际干旱情况。     

基于AHP和GIS的云南省干旱灾害风险区划研究

为提高云南省干旱灾害风险评估及应急管理能力,基于自然灾害风险理论,从致灾因子危险性、孕灾环境脆弱性、承灾体暴露度和防灾减灾能力4个方面,考虑气象、地理环境和社会因素的综合作用,构建了云南省旱灾风险评估模型。采用层次分析法计算各评估指标权重,再基于Arc GIS绘制出云南省旱灾风险等级区划图。结果表明,干旱灾害风险的空间分布呈片状形式,东北、东南部高于西北、西南部。高、次高风险区主要分布于东北部的昭通、会泽及东南部的泸西、广南等地;中等风险区包括中部大部分地区及大理、保山等地;低、次低风险区在西北部的贡山、维西及西南部的景洪、澜沧等区域。利用干旱灾情数据验证表明,评估结果能真实反映云南省旱灾损失情况,对进一步开展干旱风险评估工作的研究有借鉴意义。     

贵州省玉米不同生育阶段干旱灾害风险分析

选取玉米不同生育阶段的降水距平百分数为干旱指标,进行不同生育阶段旱情等级的划分;基于信息扩散理论分析贵州省玉米不同生育阶段干旱灾害风险。结果表明,干旱灾害风险发生的概率以播种—出苗期最高,出苗—拔节期最低;播种—出苗期、抽穗—灌浆期发生特旱的概率较高,出苗—拔节期发生轻旱的概率较高;拔节—抽穗期、抽穗—灌浆期、灌浆—成熟期、全生育期发生中旱的概率较高。贵州省中部播种—出苗期旱灾风险较高,西北部出苗—拔节期、全生育期旱灾风险较高,西南部拔节—抽穗期旱灾风险较高,北部出苗—拔节期旱灾风险较高,东部抽穗—灌浆期、灌浆—成熟期、全生育期旱灾风险较高。应用信息扩散理论进行玉米不同生育阶段干旱灾害风险评估是可行的。     

不同时间尺度吉林市地下水位混沌特性与空间分布

0-1测试方法是一种可直接作用于时间序列的二元混沌识别方法,该方法不需要相空间重构,是通过量化指标Kc是否接近于0或1来识别时间序列的混沌特性。通过对Chebyshev映射进行混沌检验,验证了其有效性。运用该方法对吉林市83眼监测井2001—2010年不同时间尺度(5、10、15和30 d)地下水埋深监测序列进行了混沌识别,并进行了混沌程度比较和空间分布研究。结果表明:吉林市不同时间尺度地下水埋深序列均表现出混沌特性。同时,均方位移随时间的渐进增长率K的空间插值结果具有明显的分区特征,即吉林市北部和南部为高值区,城区为相对低值区,并且随着时间尺度的增大,城区K值的相对低值区范围增大。研究表明,0-1混沌测试方法简单有效,并且具有反映数据序列混沌程度的特性。     

分形理论在农业工程中的应用

综述了分形理论在粗糙表面表征、摩擦温升分布、磨损预测模型、机器故障诊断、土壤耕作和计算机水果检测中的应用现状。     

渭河流域径流过程的分形特征研究

着眼于渭河流域径流过程的水文学特征研究与生态环境建设的需要,以径流序列的分形研究为依据,基于GIS手段,运用Hawths Analysis Tools工具,对渭河干流和二岸主要支流年、月径流过程的分维数进行了计算研究,分析了渭河干流站之间,干流与支流之间以及北岸支流与南岸支流之间径流过程分形特征的关系,结果显示,三者的...     

分形在土壤空间变异性评价中的应用研究

针对土壤空间变异性问题,研究了分维数和土壤空间变异性的关系。应用Green-Ampt入渗模型模拟出十种土壤的下渗湿峰深度值,它们的大小依次是:壤质砂土、沙壤土、沙质黏壤土、壤土、粉砂壤土、砂质壤土、黏质壤土、粉砂黏壤土、黏土、粉砂黏土,然后计算出十种土壤随机组合构成的100种土壤剖面的湿峰形状分维数,用这些分维数来描述土壤空间变异性。同时用反距离加权法和相邻两参数平方均值法算出土壤区域属性值,并与分维数进行比较,再通过对土壤空间变异性(用土壤饱和水力传导度来表示)的统计分析和分维数关系的分析,得出湿峰的分形维数与KS具有较明显的分带关系,而且这种关系在实际流域中会更明显。总的来说,土壤空间变异性越大,分形维数df越大。因此可以看出,用分形来评价土壤空间变异性是可行的,并取得了不错的效果。     

水及溶质在大孔隙土壤中运移的实验研究进展

详细介绍了有关水及溶质在有大孔隙的土壤中运移确定土壤大孔隙大小分布的实验及含有大孔隙土壤的水流实验。指出今后应进行大量的室内外实验和改进观测方法来获得大量的数据资料 ,从定性和定量二方面来研究大孔隙流。最后介绍了分形几何在土壤大孔隙流研究中所取得的成果 ,指出应用分形几何确定土壤大孔隙流性质是一种省时、省力和代表性的好的方法     

土壤表面不平度分形特性的图像分析方法

研究了分形几何理论和图像处理技术在土壤表面不平度分形维数计算方法中的应用。利用分形几何的相关理论针对图像预处理后的表面形貌的图像数据建立数学模型,得到可以表征土壤表面不平度的分形参数。为此,共选择了3种不同耕作方式的土壤表面作为研究对象,运用自行设计的程序进行了表面分形维数的计算。结果表明:不同类型表面的分形维数相差较大,利用分形维数能够进行土壤表面不平度的有效表征,同时能对不同类型的土壤表面进行准确分类。     

CT在土壤大孔隙研究中的应用评述

对各种存在条件下的非扰动土柱和由一定大小的土壤颗粒均匀填充的土柱进行 CT扫描实验 ,阐明CT扫描原理和过程 ,从传统统计法和分形几何法两个方面论述人们如何利用实验得到的断层扫描图像和二维矩阵 CTN图来确定大孔隙的大小、数目、类型、分布连通性。结果表明 CT扫描是一种有发展前景的、非破坏性的确定土壤大孔隙的方法     

论分形几何在土壤大孔隙研究中的应用

土壤大孔隙是普遍存在的现象,并非例外,它对水及溶质在土壤中的运移有着深刻影响。介绍了分形几何在确定土壤大孔隙分布中的应用。对含有各种大孔隙的南京原状土柱进行CT扫描实验,对CT扫描图像进行处理,得到大孔隙在土壤横断面的分布。指出南京土壤大孔隙的分布不具有分形结构,采用分形几何理论建立的描述土壤大孔隙大小分布的公式不具有普遍的适用性。     

荔枝红外干燥均匀性与果壳孔隙分形色变研究

通过含水率试验拟合,比较了荔枝红外干燥过程各果含水率变化的均匀性,应用Image-Pro、SPSS软件,分析对比了干燥不同时刻荔枝果壳孔隙率均值差异及分形维数变化,由相对色差测定,研究了果壳表面色变过程。结果表明:荔枝红外干燥,各果含水率变化过程不均。初始质量较小果,含水率变化速率较大;随干燥时间增加,各果含水率变化速率减小,后期差距加大;干燥不同时刻果壳孔隙率随含水率降低显著性变化,其均值由0.519降至0.381、0.276、0.184,但分形维数由1.486升至1.674、1.708、1.800。荔枝红外干燥各果壳表面,初始DL、Db值变化大,后期变化小。     

利用CT扫描技术确定土壤大孔隙分形维数

土壤大孔隙的大小、形状和分布对水及溶质在土壤中的运移有着深刻影响,由于土壤大孔隙的分布呈现分形规律,根据采用CT扫描法得到的原状土柱各断面图像,采用计盒维数法计算出各断面土壤大孔隙的分形维数。     

杨凌包气带深层黄土颗粒分形特性的实验研究

通过对包气带深层黄土土壤样品颗粒组成的分析,研究了土壤颗粒体积分形维数与土壤各粒级含量的关系.同时利用实测的土壤水分特征曲线,拟合得到其分形模型中的孔隙大小分形维数,最后对颗粒体积分形维数与拟合的孔隙大小分形维数的关系进行了对比研究.结果表明:体积分形维数介于2.577～2.748之间,且随包气带层深度的增加分形维数呈减小趋势;体积分形维数与0.5～0.25 mIn、0.02～0.002 mm颗粒含量呈显著负相关,与0.25～0.05 mm、＜0.002 mm颗粒含量呈显著正相关,所建立的多元回归方程拟合的体积分形维数相对误差限为0～0.42%,具有较高的精度;同一质地的颗粒体积分形维数与土壤水分特征曲线分形模型中的孔隙大小分形维数呈良好的线性关系.