基于随机分形的树木(枫树)可视化研究

为了更好地发挥森林效益,提高森林的管理效果,需要虚拟不同树木生长过程的形态,建立相应的可视化系统,从而寻找树木生长规律,用来指导实践。本文首先介绍了虚拟单棵树木的两种分形方法:L系统和迭代函数系统。在此基础上对其进行改进,考虑到气候、温度、阳光和风向等因素对树木生长形态的影响,在生成规则和仿射变换、树木初始角度、树木主干与枝干的夹角、树枝的粗细和长度等五个方面分别引入随机因子,用Matlab软件进行编程,实现了枫树不同形态的绘制。此方法可以推广到虚拟不同植物的形态等,在虚拟农业研究、虚拟场景、景观设计、动画制作等方面有广泛的应用。     

放牧强度对无芒隐子草空间分布的多重分形结构影响

以内蒙古高原短花针茅(Stipa breviflora)荒漠草原为研究对象,设置不放牧(对照区, CK)、轻度放牧(LG)、中度放牧(MG)和重度放牧(HG) 4个放牧强度处理,分析丛生类禾草空间分布状态及其对放牧强度的响应。结果表明,随着放牧强度增加,无芒隐子草(Cleistogenes songorica)空间分布的多重分形度逐渐增大。无芒隐子草空间分布多重分形特征在CK处理下最为复杂,随放牧强度增加,空间分布的多重分形特征复杂程度增加,但均小于CK处理。无芒隐子草空间分布的均匀度在LG和MG处理下较大。CK处理下无芒隐子草空间分布的复杂性主要由母株株丛繁殖能力、扩散能力和群落中种群竞争决定,HG处理下无芒隐子草空间分布的复杂性由放牧家畜选择性采食、随机游走践踏和种群本身的耐受能力决定。     

灯光遥感数据在监测建设范围扩张及其影响因素相关性研究中的应用

准确了解区域人类建设扩张动态对于评估生态环境和社会影响不可或缺。基于DMSP/OLS、Landsat等多源遥感数据,采用阈值分割法提取2000—2013年攀西矿区的人类建设活动范围,并结合分形理论研究其动态变化特征,最后采用回归分析法研究其影响因素。结果表明,灯光遥感数据能够较好地提取人类建设活动范围,且分形维数总体呈现出先增加后稳定的变化趋势;灯光遥感数据的像元亮度与人口数量、矿山开采面积及经济等影响因素具有不同程度的相关性。研究结果将为优化土地利用模式,制定人口、经济等政策提供科学依据。     

艾比湖湿地不同盐渍化土壤粒度组成及可蚀性研究

为了研究内陆干旱区不同盐渍化土壤的粒径组成及其可蚀性的空间分布,在不同盐渍化程度上探讨其与土壤中盐分含量的相互关系,本研究以新疆维吾尔自治区艾比湖湿地为研究靶区,利用2015年5月获取的66个表层土壤样品,对土壤的粒度组成、含盐量、分形维数和可蚀性因子K值进行了研究。结果表明:样品中盐土占比达到59.09%,平均含盐量达131.59 g/kg,研究区内盐渍化现象既普遍又严重;土壤颗粒以粉粒和砂粒为主,随着盐渍化程度的加剧黏粒含量不断增加,砂粒含量则相反;土壤颗粒的分形维数D值介于2.14~2.60,平均值为2.45;随着盐渍化程度加剧,分形维数逐渐变大,K值也随之逐渐增大,盐土的K值最大达0.093;土壤可蚀性因子K值与含盐量的相关性较高(r=0.596**),在一定程度上可以说明,土壤的含盐量水平越高,K值越大,越容易被侵蚀。     

杨树低效林下土壤粒径分布与分形特征

[目的]研究鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤粒径分布与分形特征,为该地区杨树低效林的成因分析及改造提供基础依据,并为杨树人工林的科学管理提供参考与决策支持。[方法]使用Mastersizer3000激光衍射粒度分析仪测量土壤粒径,采用土壤颗粒体积分形维数模型计算分形维数D值,并测定土壤养分。[结果]①鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤颗粒组成主要以细砂粒(42.33%)、极细砂粒(15.72%)、中砂粒(19.77%)为主;主要土壤质地类型为砂土;土壤颗粒的分形维数D值在1.222 5～2.204 5范围内,处于较低水平。②土壤颗粒分形维数D值与粉粒、极细砂粒、细砂粒含量呈显著正相关关系,与中砂粒、粗砂粒、极粗砂粒呈显著负相关关系。③随着土层加深,粒径250μm的土壤颗粒含量增加,粒径250μm的土壤颗粒含量减少;土壤颗粒分形维数D值随土层加深而增大,增大幅度不大。④土壤颗粒分形维数D值与土壤有机质、全氮、速效氮、速效磷含量的关系均未达到显著水平,土壤各养分含量的变化对分形维数D值没有显著影响。[结论]鄂尔多斯地区杨树低效林下土壤颗粒组成以砂粒为主,土壤分形维数较低,土壤结构极不均匀,这样的土壤结构对杨树的正常生长发育极为不利,不良的土壤结构也在一定程度上导致了低效林的形成,因此在对杨树低效林进行预防和改造时也要改善林下土壤结构。     

黄金宝树树冠分形特征及枝系构型分析

以黄金宝幼树为研究对象，经过2a左右的生长观察，分析其树冠的分形维数及其枝系构型，采用主成分分析方法对9个枝系构型指标进行分析，结果表明，黄金宝树冠幅均值的分形维数为0.57，冠幅面积的分形维数为0.18，树冠体积的分形维数为0.21；该时期以高生长为主，各枝处于生长状态，但四级枝条较少，枝条由一级转化为二级的能力高于二级转化为三级和三级转化为四级。主成分分析结果还表明，第一主成分贡献率为40.37％，第二主成分贡献率为21.61％；通过第一和第二主成分分析体现了黄金宝树该阶段的2种生态适应机制，即冠幅、冠幅面积、冠幅体积和枝径均值均趋于增大，逐步分枝率3，4和枝条倾角则均趋于减小。     

1995-2015年三峡库区土地利用变化分形研究

运用分形理论从空间形态视角基于分形维数模型对1995-2015年三峡库区土地利用变化进行分形研究.结果表明:①1995-2015年研究区土地利用斑块分形维数均小于临界值1.5,分形维数平均值由1.162 1下降至1.126 6,整体空间形态随时间变化趋于规则,空间结构趋于稳定;②1995-2015年,耕地斑块分形维数呈增加趋势,空间形态趋于不规则,空间结构趋于不稳定,林地、水域和草地分形维数呈降低趋势,空间形态趋于规则,空间结构趋于稳定;③建设用地和未利用地分形维数呈"先升后降"趋势,由于上升幅度均小于下降幅度,因而建设用地和未利用地空间形态整体趋于规则,空间结构趋于稳定.     

鹤壁市城镇体系空间结构优化

优化城镇体系空间结构对于调整城镇布局、促进区域经济协调可持续发展具有重要意义。基于分形理论和场强模型,以鹤壁市为研究区,对比分析了5个县(区)城镇的空间聚集维数,计算了鹤壁市整体关联维数,并识别了5个县(区)城镇的辐射影响范围。结果表明:(1)鹤山区、山城区、淇县城镇体系聚集程度较高,且明显高于淇滨区和浚县城镇体系;(2)鹤壁市城镇体系主要沿交通干线分布,并呈现"一轴两翼"的空间结构特征;(3)淇滨区和浚县辐射范围明显大于鹤山区、山城区和淇县,由于地形地貌原因影响,对周围小城镇辐射影响力还有待提升。基于现状分析提出以下优化建议:(1)增强城市发展主轴周围城镇集聚功能;(2)准确定位断裂点处和辐射交汇处城镇职能;(3)加快鹤壁市内综合交通网络建设。     

基于乡(镇、区)尺度的平原区农村居民点分形特征及布局优化研究 ——以河北省深州市为例

剖析平原区农村居民点的分布特征,合理确定农村居民点布局优化方向,可为新农村建设过程中平原区村庄整治和布局调整提供指导。应用分形理论,结合地理信息系统(GIS)空间分析和SPSS统计分析,以典型平原区河北省深州市为例,通过测算2009、2015年农村居民点集聚维数、Zipf维数、边界维数和稳定性指数,分析乡镇尺度下农村居民点的分形特征并提出农村居民点布局优化方案。结果表明,(1)全市农村居民点空间结构集聚效应显著,集聚维数达1.165 5。(2)各乡镇农村居民点规模分布集中、分散几近各半,其中9个乡镇农村居民点Zipf维数下降,分布趋于集中;7个乡镇农村居民点Zipf维数上升,分布趋于分散;2乡镇Zipf维数基本不变,分布趋于均衡。(3)各乡镇农村居民点形态呈现复杂且不稳定趋势的占多数,其中11个乡镇农村居民点边界维数上升,稳定性指数下降,空间形态更复杂且呈扩张不稳定趋势;6个乡镇农村居民点与其相反;1个乡边界维数和稳定性指数未发生变化,空间形态相对稳定。(4)基于各乡镇农村居民点分形特征,提出了稳步城镇化型、快速城镇化型、加速集约化型和特色产业化型4种模式下的农村居民点布局优化方案。     

青土湖干涸湖底2种典型固沙植物群落土壤粒径分布分形特征与养分关系研究

以石羊河流域下游青土湖干涸湖底人工梭梭林和白刺灌丛沙包土壤为研究对象，通过分析2种植物群落5种立地条件土壤粒径分布和分形特征及其与土壤养分的关系，揭示了湖底2种典型植物群落土壤粒度的分布特征。结果表明:1）研究区固沙植被0~10 cm土壤颗粒以细砂粒为主，没有粗砂粒，其中白刺灌丛沙包表层极细砂含量、土壤颗粒物分形维数较梭梭林和对照区高。2）土壤颗粒分形维数与各粒级颗粒百分含量的关系差异较大，分形维数与黏粒、极细砂含量呈显著正相关，与细砂、中砂含量呈显著负相关，但是与粉粒含量关系不显著。土壤颗粒分形维数越大，土壤所含的细粒物质越多。3）土壤分形维数D值、黏粒、粉粒含量与有机质（SOM）、全N（TN）呈正相关性，土壤颗粒物的分形维数越大、土壤黏粒、粉粒含量越高，则土壤有机质、全N含量越高。综合分析，固定白刺灌丛表层土壤沙化程度相对较低，其他类型风蚀严重，因此，应积极采取生物措施和工程措施开展生态修复防治风蚀和盐尘暴的发生。