基于GIS的流域土地利用/土地覆被分形特征

该文以西安市沪灞河流域为例,结合遥感数据成图与GIS空间分析建模,开发了流域土地利用/土地覆被斑块形状分维数、空间结构盒维数、空间分布信息维数与区域形态半径维数的计算脚本,并对各种分形维数的特征与意义进行了研究.结果表明:土地利用/土地覆被斑块形状分维数、空间结构盒维数、空间分布信息维数与区域形态半径维数是几种性质不同功能各异的分形维数,四者能够表征土地利用/土地覆被在斑块水平、斑块类型水平以及景观水平3个层次的分形特征;斑块形状分维数体现了不同地类斑块形状的复杂程度及其所受人类活动干扰的强度;空间结构盒维数反映了不同地类空间结构的复杂程度和不规则程度;空间分布信息维数反映了不同地类斑块空间分布的均衡程度;形态半径维数反映了不同地类区域形态针对某一中心点的聚散特征.     

灌区灌溉渠系分形特征研究

灌溉渠系是一种分形体,渠系的某部分渠段在某种程度上包含了整个渠系的信息。该文将分形理论引入到灌溉渠系的研究中,对其分形特征和分维数进行了分析,并运用盒计数法计算了漳河灌区灌溉渠系的分形维数。在此基础上,论证了渠系分形维数与其灌水模数的相关性,为灌区渠系布置优化设计提供了一定的理论依据。     

平邑山区农村居民点分形特征及影响因素

农村居民点分形特征是研究农村居民点自组织演化规律的重要内容。以山东省平邑县为例,应用分形几何学方法,探讨了农村居民点分布变化影响因子与农村居民点分维的关系,阐明了农村居民点的分形特征。结果表明：农村居民点的面积、周长、人口和分维具有内在联系性;该区域农村居民点分维值随高程变化和坡度的增加呈降低趋势;农村居民点分维值明显高于交通维数和水系维数;农村人口与农村居民点面积呈异速生长关系,农村人口相对变化率低于农村居民点面积变化率,未来该区域农村居民点分维值呈上升趋势;随着农民人均纯收入增加,农村居民点分维值呈上     

不同土地利用/土地覆盖下土壤粒径分布的分维特征

自相似和分形是许多自然事物和现象的客观特征之一。土壤是一种具有自相似结构的多孔介质,因此可以利用分形几何学来研究土壤的性状特征。研究者可以通过分形维(分维)来描述、刻画土壤颗粒的粒径及孔隙分布状况,由此可进一步研究土壤的其他物理化学性状及其对周边生态环境的指示意义。研究表明：土壤粒径分布分维数不仅能够表征土壤粒径大小,还能反映质地的均一程度以及土壤的通透性;分形维数与土壤水稳性团聚体含量有着明显对应关系,可以表征土壤的肥力状况;     

黔中喀斯特地区土壤机械分维特征及其与土力学特性的关系

在黔中喀斯特地区通过野外调查及室内试验的方法研究了土壤机械分维特征及其与土壤黏聚力c、内摩擦角φ及土壤紧实度的关系。结果表明,研究区土壤分形维数D一般在2.80~2.93之间,当直径小于0.002 mm的土壤颗粒含量超过50%时,其分形维数则大于2.90。相关性分析表明,土壤机械分维与土壤黏聚力、土壤紧实度呈极显著正相关,土壤黏聚力和紧实度随机械分维增大而增大;土壤机械分维与内摩擦角呈极显著负相关,土壤内摩擦角随机械分维增大而减小。     

胶东半岛丘陵区冲沟沟长曲折度分形研究

冲沟沟长的分维数和分形曲折度是表征沟道形态复杂程度的重要指标。以栖霞市庵里水库西缘流域为研究区,基于SA地形指标模型阈值法提取冲沟系统,测算冲沟沟长盒维数,研究地形参数同冲沟沟长分维和沟长分形曲折度间的相关性,并建立模型模拟沟长分维数及分形曲折度,并对模型进行检验。结果表明:(1)流域内沟长分维数和曲折度同平均坡度、地表粗糙度、剖面曲率和沟壑密度具有极显著的线性关系,沟长分维数和沟长分形曲折度可以作为评价区域地形形态特征的综合指标。(2)建立了沟长分维数和曲折度单因子模拟模型,其中沟壑密度单因子模型,模拟沟长分维数和分形曲折度的相对误差分别为0.007 8%和0.025 2%,精度高,可用于冲沟沟长分维数和曲折度的快速估算;坡度、剖面曲率、地表粗糙度构建的单因子模型模拟精度相对较低。     

基于DEM的黄土高原沟谷节点分形特征研究

以ASTER GDEM为主要数据源,在黄河中游多沙粗沙区提取22个小流域的沟谷节点(channel junctions,CJs),采用计盒、关联维2种方法对比研究CJs分形特征,并讨论其分形的内涵与影响因素;基于CJs分形特征的聚类分析,探讨样区的侵蚀程度差异。结果表明:(1)黄土高原CJs分形特征明显,不同分形方法度量的几何维数变化相同,盒维数大的样区关联维数也大;(2)CJs分形特征与黄土地貌的发育相关,不同地貌类型呈现出不同的分形维数;但2种分形方法度量出的分维值差异均能与地貌类型保持对应,分形维数排序为:黄土梁峁状丘陵沟壑黄土破碎塬黄土梁状丘陵沟壑黄土塬黄土山地黄土峁梁状丘陵沟壑黄土风蚀沙丘;(3)依据CJs盒维数、关联维数对样区进行聚类分析,结果表明22个样区划分为4种类型,大致对应剧烈侵蚀区、强烈侵蚀区、中度侵蚀区、轻度侵蚀区。研究表明分形方法能较好的刻画黄土高原不同地貌沟谷节点特征,并能在一定程度上反映沟谷侵蚀状况。     

泥石流源区新银合欢林地土壤微团聚体分形特征

采用统计分析手段研究了泥石流源区新银合欢林土壤微团聚体分形特征及其与土壤养分之间的关系。结果表明:土壤微团聚体分形维数随土层深度的增加呈现出增加趋势,0-40cm土层尤其明显;大粒径微团聚体(0.02mm)构成土壤微结构的主体;0.02mm粒径可作为土壤微团聚体分形维数的临界值,大于这一粒径的微团聚体含量越多,土壤微团聚体分维值越小,反之,分维值越大。土壤微团聚体分形维数与土壤有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾呈显著负相关,这说明土壤微团聚体分形维数能够客观地表征本区新银合欢林土壤肥力状况,从而为抑灾林管理提供依据。     

土壤颗粒的分形特征及其应用

本文应用土壤颗粒的质量分布原理来描述土壤颗粒的分形特征。通过对10种土壤颗粒的机械组成进行分析,分别计算出它们的分形维数（D=2.489～2.896）,并分析了其与土壤质地之间的关系。同时对土壤颗粒分形维数与所对应土壤的幂函数型水分特征曲线的拟合分形维数进行比较分析,建立了二者之间的相关关系。结果表明:分形维数的大小反映了土壤质地中粘粒、粉粒和砂粒含量的变化,随粘粒含量的增多分形维数增大,随砂粒含量的增多分形维数减小;同时土壤颗粒分形维数与所对应的水分特征曲线的拟合分形维数呈现出良好的一致性,因而对所研究的土壤而言,可应用土壤颗粒的质量分形维数结合幂函数模型来估算土壤水分特性曲线。     

基于分形理论的农村居民点空间分布特征定量研究

农村居民点分形特征作为农村居民点自主演化研究的重要内容,可以很好地反映其发育情况及空间占据能力。以晋城市长河流域为例,通过对农村居民点空间分布主要影响因素的分形分析,探讨了农村居民点分维与其之间的关系,并引入证据权模型量化了各因素的影响程度,在此基础上对该区农村居民点空间分布特征进行了定量评价。结果表明:（1）晋城市长河流域农村居民点分维数值随着高程和坡度的增加总体呈降低趋势,农村居民点分维数值显著高于交通维数与水系维数,长远来看,农村居民点与交通维数将会升高,而在采煤的影响下,水系维数则会降低;（2）社会经济因素中的农村人均居民点用地面积与农民人均纯收入可以直接影响居民点维数值,且与居民点维数变化趋势一致;（3）用证据权模型计算出的各指标影响程度排序为:坡度>道路>高程>水系>农民人均纯收入>人均居民点占地面积,研究结果与分形理论研究得出的结论具有一致性。该研究可为丘陵山区农村居民点土地整理与空间布局优化提供参考。     

基于信息扩散理论的中国粮食主产区水旱灾害风险评估

水旱灾害频发是影响中国粮食安全供给的主要制约因素。该文基于信息扩散理论的风险分析模型,根据1986－2008年期间检索得到的共享数据平台资料,对中国13个粮食主产省（区）的水旱灾害开展风险评估,综合对比分析粮食主产区的水旱灾害风险状况及其空间分布特点。结果表明,中国13个粮食主产省份面临的水旱灾害风险压力均较大,且旱灾风险要大于水灾风险。粮食主产区的水灾风险空间分布格局为南部长江中下游省份多以中度风险为主,东北部和中部黄淮海地区主要为低风险区,而旱灾风险则是东北部和中部黄淮海地区以高、中风险为主,南部长江中下游省份的风险相对较低。     

不同经营模式土壤团粒结构的分形特征研究

土壤团聚体和水稳性团聚体的状况是影响土壤肥力的一个重要因素。本文运用分形模型对不同林分经营模式土壤团粒结构进行研究,探讨了分形维数与土壤肥力的关系。结果表明：土壤水稳性团聚体及不稳性大团聚体含量越大,团粒结构的分形维数越小,土壤肥力越高,土壤肥力越高;土壤团粒结构的分形维数与水稳性团聚体含量及水稳性大团聚体含量之间存在的显著回归关系;分形模型为土壤肥力研究提供新方法。     

泥石流粒度分维值的初步研究

运用分形理论,提出泥石流粒度分维的概念及其计算方法。根究泥石流粒度分析结果,分别求解泥石流形成区原始土体粒度分维、流体粒度分维和堆积物粒度分维,并分析它们与泥石流体颗粒机械组成和流体性质方面的相互关系。泥石流粒度分维值为泥石流形成、运动和堆积特征以及流体性质提供了可供参考的指示意义。     

兰州地区500余年来旱涝变化规律分析

旱涝是影响兰州及其周边地区的频发性自然灾害。利用兰州地区1470—2008年间旱涝等级序列,借助累积距平法、滑动T检验和小波分析等方法,研究了500余年来兰州地区旱涝变化分布特征与发展规律。结果表明:兰州地区旱涝演变存在1580—1721年、1757—1789年、1891—1930年的3个显著干旱阶段和1533—1580、1721—1757年、1789—1891、1953—1961年的4个显著洪涝阶段,且旱多于涝;兰州地区旱涝序列存在年代际尺度和百年尺度的突变;不同时间尺度上正负相位交替出现,波动明显,兰州地区旱涝变化的第一、二、三主周期分别为108 a、39 a和13 a;1951—2008年,由于气温升高、降水减少,兰州地区旱涝气候变化表现为干旱化趋势。     

南方水蚀区不同侵蚀程度土壤粒径分形研究

土壤粒径分布是土壤和环境要素综合作用的结果,因而可藉以指示环境要素的某种性状。对南方水蚀区不同侵蚀程度下土壤粒径的分布特征进行研究,计算土壤粒径分布分形维数值,并分析其与土壤质地和土壤侵蚀程度的关系。结果表明,研究区土壤质地主要为砾石土,其2 mm以下的体积分形维数和重量分形维数分别介于2.52～2.99和2.48~2.73之间,粒径重量累积百分比在2 mm处产生显著变化,粒径域的重量分形维数在2 mm以上和2 mm以下分别为1.79~2.81和2.52~2.79。2 mm以上粒径域的重量分形维数与土壤质地和土壤侵蚀程度呈显著的相关性。土壤质地越细,或土壤侵蚀越轻微,2 mm以上粒径域的重量分形维数越大,反之亦然。故土壤2 mm以上粒径域的重量分形维数可综合表征研究区土壤质地和土壤侵蚀程度。     

中国黄土高原地区典型旱涝年降水特征

利用黄土高原40 a降水资料,采用EOF、小波分析和计算分维数等方法,确定典型旱涝年份,分析典型旱涝年降水量和频次变化特征。结果表明,黄土高原涝年降雨量自西向东递增,旱年由北向南递增;年降水频次时间分布的分维数涝年大于旱年,涝年降水间隔变化复杂程度超过旱年;旱涝年降水频次变化的周期谱存在较明显差异,涝年周期复杂,以短周期为主要特点,旱年长周期突出;大地形在涝年对降水的再分配能力远大于旱年;旱涝年降水频次的差异上大雨以上降水更为明显。     

子午岭林区典型植被下土壤结构及稳定性指标分析

运用分形理论,研究了子午岭林区5种天然次生植被(以6 a天然恢复弃耕地为对照)下土壤结构特征,分析了土壤水稳性团聚体分维、孔隙分维、平均重量直径等3个指标在描述土壤结构稳定性方面的差异.研究表明,相对于弃耕地,各个植被群落均能明显改善土壤结构,降低土壤水稳性团聚体分形维数,提高孔隙分形维数,增强土壤结构的稳定性.土壤水稳性团聚体分维、孔隙分维q>0.25 mm水稳性团聚体含量、土壤有机碳、容重的相关系数均达到了极显著水平,均能作为评价土壤结构稳定性的指标;而团聚体平均重量直径与土壤有机碳含量、容重相关性不显著,只与>5 mm团聚体含量和>0.25 mm团聚体含量有极显著正相关关系,因此,仅可作为大团聚体含量的评价指标.     

基于分形理论的湘江流域洪水分期研究

洪水点据序列具有随机性、非线性、确定性和相似性,这些特性与分形理论研究的对象一致,因此可应用分形理论进行洪水分期的研究。以湘江流域为例,通过分析湘潭水文站洪水散点序列,计算容量维数,确定洪水分期数目,最终划定了湘江流域的洪水分期,并与传统洪水分期方法进行了比较。结果表明,用分形分析法得到的湘江汛期洪水分期和传统方法结果基本一致,但分形理论计算较为客观,说明分形理论在洪水分期中是可行的,值得深入探讨和应用。     

基于图像法和粒度分形模型的打叶过程烟片结构在线检测

为实现烟叶采收后初加工过程打叶质量的实时监测与调控,该文采用图像分析法在线检测烟叶打后叶片结构,即叶片面积分布,应用分形理论建立烟叶打后叶片面积分布的分形模型,用分维数表征叶片面积分布特征。结果表明:分形模式计算的打后叶片面积分布结果与实测值相关系数较高,粒度分形模式可较准确描述烟叶打后叶片面积分布;分维数可表征打后叶片面积分布均匀程度,可反映出不同等级烟叶打叶特性差异;分维数与目前打叶过程的主要工艺控制指标大中片率成线性关系,相关系数大于0.90。基于图像法和粒度分形模型建立的打叶过程烟叶结构在线检测方法,可用于打叶质量的实时监测与调控。