渭河咸阳段近代洪水沉积物粒度分形特征研究

对渭河咸阳段高漫滩沉积物的粒度分形进行了研究。首先确定沉积物粒度分布具有分形特征的无标度区,然后计算出分维数。在无标度区范围内相关系数R2均大于0.95,沉积物粒度平均分维值为2.12,说明沉积物粒度分布具有很好的分形特征。将分维值作为一种新的沉积物粒度分析参数,与其传统粒度参数如平均粒径、标准偏差(σ)、偏度(SK)、峰度(KG)进行比较,利用SPSS软件分析Pearson相关系数,得出粒度分维值与其平均粒径的相关系数为0.807,与其标准偏差的相关系数为0.707,与其峰度的相关系数为0.675,与其偏度的相关系数为0.112。分析结果表明,沉积物粒度分维值与其平均粒径、标准偏差、峰度呈现明显的正相关关系,与其偏度呈现出并不明显的正相关关系。     

华南花岗岩风化土体粒度成分的分形特征

根据花岗岩风化土体机械分析数据计算不同层位风化土体的粒度分维值,结果表明,华南花岗岩风化土体粒度分布表现出良好的分形特征,整个风化壳剖面自上而下粒度分维值逐渐在减小,平均值约为2.74.分维值是定量表征土体粒度分布特征的有效参数,其值大小反映了风化壳的风化强弱.     

胶东半岛丘陵区冲沟分形特征及其影响因素研究

以胶东半岛丘陵区7个集水区为研究对象,采用SA模型提取研究区冲沟系统,测算各集水区冲沟沟长盒维数,分析沟长分形特征及其与地形参数和土地利用类型间的关系,厘定研究区内冲沟发育演化的特征及规律。结果表明:(1)东部构造活动性强的隆起区分维值明显高于西部构造活动性弱的沉积凹陷区,沟长分形特征主要受区域地质构造控制。(2)沟长分维数与平均坡度、地表粗糙度、剖面曲率、沟壑密度和沟头密度等地形参数之间相关性显著,而与集水区面积和沟长没有相关性。(3)沟头密度、沟壑密度与沟长分维数间具有极显著正相关性,相关系数分别为0.982 4,0.975 3,是表征沟谷分形特征的重要参数,可作为估算区域沟谷分形特征和分形维数的简单指标。(4)沟长分维数与集水区内林草地比存在较显著正相关性,与丘陵旱地比具有较显著的负相关性,相关系数分别为0.893和-0.919 8,表明冲沟展布形态特征同地质构造控制下的大的地貌轮廓关系密切,与人类改造地表形成的微地貌关系不大。     

基于CT数字图像的土壤孔隙分形特征研究

通过CT扫描获得了河南封丘地区3种不同质地潮土样本的高精度图像,利用数字图像分析方法识别出土壤孔隙及其轮廓线,然后用计盒法确定了表征土壤孔隙形态不规则性的分形维数.在此基础上,通过不同形式的分形模型预测了土壤水分特征曲线.结果表明,河南封丘地区不同质地潮土的孔隙分形维数(包括面积和轮廓线分维)差异不明显;预测水分特征曲线时,针对不同质地的土壤选择适宜的分形模型才能得到较好的模拟结果.     

塔里木河干流上中游河床沉积物粒度分形特征初探

利用体积分形维数模型对塔里木河干流上中游河床沉积物的粒度分形特征进行分析,并探讨了沉积物分形维数与粒度组成、粒度参数的相关关系,结果表明:(1)塔里木河干流上中游河床沉积物粒度粒径介于0~9 mm,黏粒、粉粒与砂粒含量的均值分别为11.46%、53.29%和35.25%,采集样品中有2/3为细粒土,其余为细粒土质砂,沉积物质地相对较细。(2)沉积物体积分形维数介于1.921~2.403,均值为2.114,河床沉积物粒度组成相对简单。(3)沉积物分形维数与黏粒及粉粒含量呈显著的正相关关系,相关系数分别为0.594、0.372,与砂粒含量呈显著的负相关关系,相关系数为-0.538,分形维数越大,沉积物质地越细。(4)分形维数与平均粒径呈显著的负相关关系,相关系数为-0.529,与标准差、偏度和峰度呈现显著的负相关关系,相关系数分别为0.272、0.714和0.483,分形维数可反应沉积物粒度参数的综合特征。     

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;     

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。     

新疆三工河流域土壤类型复杂性研究

运用分形理论,选取斑块形状指数,在对三工河流域土壤斑块的标度-频度分形关系进行定量分析的基础上,结合土壤斑块面积-周长分维数,讨论了流域内土壤斑块空间分布的复杂性。结果表明:三工河流域内土壤斑块标度-频度分形关系及土壤类型斑块面积-周长分形关系客观存在;流域内土壤类型分维值具有一定差异,其中潮土的分维数最大,硫酸盐草甸盐土最小。复杂性指数与分维数和形状指数之间具有很好的相关性,能较客观地反映土壤类型斑块在空间分布上的复杂性;流域内高山寒漠土的复杂性指数最大,空间分布最复杂(K=2.403),半固定风沙土的复杂性指数最小,空间分布最简单(K=1.259)。     

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     

基于时序图像跟踪的葡萄叶片病害动态监测

为提高自然成像条件下的酿酒葡萄图像中病害识别的可靠性,对时序叶片图像作连续病害检测并监测病斑变化情况。首先,在每一天利用Faster R-CNN算法对摄像机视场中葡萄叶片进行检测,对检测到的叶片采用改进卡尔曼滤波法进行跟踪,以获得叶片正面图像。为了实现多叶片跟踪和解决由遮挡而造成的跟踪失败问题,该文在卡尔曼滤波和匈牙利算法基础上,结合运动测度和深度外观信息对跟踪目标进行匹配,运动匹配时采用马氏距离,外观匹配方面采用最小余弦距离。其次,将不同日期的叶片正面图像做SIFT(scale-invariant feature transform)匹配,找到同一叶片按日期排列的一组序列图像,并在序列图像中通过深度学习技术进行病害识别。最后,通过监测叶片序列图像上病斑相对面积变化或病斑数量是否增加来确认病害的存在。该文对提出的跟踪算法、叶片匹配算法和序列图像上病害识别的精度进行了测试,试验表明:跟踪算法平均多目标跟踪准确度为73.6%,多目标跟踪精度为74.6%,基于判别模型颜色特征的传统跟踪算法两指标分别为14.3%和61.3%;基于SIFT特征的叶片匹配在识别同一叶片时的精度达到了90.9%;病害监测方面,虚警综合排除率(马修斯相关系数)达到了84.3%。该文的方法可以排除一些虚假病害,病害监测的可靠性有所提高,可适用于自然条件下葡萄病害的连续在线监测。     

不同耕作年限水稻土土壤颗粒的体积分形特征研究

应用基于土壤颗粒体积分布确定土壤颗粒大小分布分形维数的方法,对浙江慈溪耕作年限分别为50、100、500、700、1000和2000年的水稻土土壤颗粒体积分形特征进行了研究.结果表明:同基于土壤颗粒质量分布的分形维数相比,基于土壤颗粒体积分布的分形维数计算不需要密度假设,更具有合理性.不同年限水稻土的土壤颗粒大小分布能被体积分形模型显著拟合(p＜0.01).土壤颗粒体积分形维数与黏粒的体积百分含量之间呈显著正相关(p＜0.01),与粉粒和砂粒的体积百分含量之间呈显著负相关(p＜0.01),其中与黏粒含量关系最为密切.耕作年限对水稻土土壤颗粒的体积分形维数和分形模型的拟合度均有一定影响.与50 ～ 500年水稻土相比,700 ～ 2000年水稻土剖面中土壤颗粒体积分形维数的变异性和均值较高,但其拟合决定系数则较低;耕作年限会对水稻土剖面中黏粒的含量和分布产生影响,进而影响到剖面土壤的颗粒体积分形特征;对于同一质地类型的土壤,耕作年限越长,分形维数越高.     

鲁中南山地典型植被土壤颗粒与土壤水分特征曲线的分形学特征

土壤粒径分布与水分特征曲线是土壤的重要物理性质,对土壤侵蚀状况和土壤肥力有显著影响。以鲁中南山地典型植被下土壤为研究对象,运用分形学理论研究5种典型植被土壤颗粒与水分特征曲线的分形学特征。结果表明:1)不同植被类型的土壤颗粒单重分形维数、多重分形参数和土壤水分特征曲线分形维数具有显著差异,均表现为麻栎+刺槐混交林>黑松+黄连木混交林>黑松林>核桃林>荒草地;2)土壤分形维数有林地大于荒草地,混交林大于纯林;3)土壤分形维数与黏粒体积分数、粉粒体积分数呈显著正相关,与砂粒体积分数呈显著负相关;4)土壤颗粒单重分形维数与土壤水分特征曲线分形维数呈显著的正相关关系。说明土壤颗粒分布与土壤水分特征曲线的分形参数可以作为反映土壤结构性状变化的定量指标,可利用土壤颗粒分形与土壤水分特征曲线分形维数的相关关系来描述对应的土壤水分特征曲线。研究成果可为鲁中南山地退耕还林与生态造林工程建设及其生态效益评价提供理论参考。     

半湿润区长期施肥对土壤结构体分形特征的影响

利用黄土高原南部半湿润地区长达25年田间肥料定位试验020.cm土层土样,研究了长期不同施肥模式与土壤结构体大小、结构体分形特征与土壤肥力的相互关系。结果表明,长期不同施肥模式下土垫旱耕人为土结构体分形特征存在一定差异:7种施肥处理土壤结构体分形维数分布在2.4388～2.6363之间,其中以化肥+厩肥处理土壤结构体分形维数最大,不施肥土壤结构体分形维数最低,说明化肥与有机肥长期配施对土壤团聚体结构分布影响较大。相关分析发现,土壤结构体分形维数与5～2mm团聚体间具有极显著的正相关关系(r=0.994,P0.01);与土壤有机碳、全氮、硝态氮、有效磷含量均具显著正相关关系,与土壤碳氮比(C/N)呈显著负相关关系。在长期不同施肥模式下,分形维数对土壤性质变化的边际量亦有明显差异:土壤结构体分形维数每增加一个单位值,土壤有机碳、全氮、C/N、硝态氮和有效磷的变化依次为31.628%、2.404%、-6.014%、90.370%和172.760%。由边际分析可知,长期施肥条件下土壤结构体分形维数的变化对土壤有效磷、硝态氮的影响最大。     

石羊河尾闾水面形成区土壤颗粒的分形特征

青土湖是石羊河的尾闾湖,观测分析了距青土湖水面边缘0-500m范围内的土壤颗粒粒径分布、分形维数及其与土壤颗粒含量的关系。结果表明,0-20cm和20-40cm土层土壤颗粒的分形维数范围分别在2.3708~2.8796和2.3590~2.7509。在0~150m范围内,0-20cm土层土壤粒径分形维数与水面间距呈缓慢增加趋势,在150m处达到最大(2.8796),随后逐渐降低而20-40cm土层在0~100m范围内呈缓慢增加趋势,在100m处分形维数达到最大(2.7509)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,且与大于0.05mm粒径含量呈极显著负相关关系,而与黏粒含量、粉粒含量呈极显著正相关关系。小于0.05mm粒径物质含量的增加和>0.05mm粒径物质含量的降低共同导致了土壤颗粒分形维数在水面形成150m范围内的增大,说明水面形成对土壤粒径的影响范围在0~150m。     

基于归一化植被指数的流域植被覆盖分形维数研究

量化和表征植被覆盖空间分布的复杂性是研究植被与地表物质迁移关系的重要问题。为研究植被覆盖分形维数的表征特点及其在不同尺度上的变化特征,该文基于地理信息系统平台,利用分形布朗运动理论,结合像元归一化植被指数(normalized difference vegetation index,NDVI)的空间分布,提出并计算了植被覆盖分形布朗运动(fractional brownian motion,FBM)分形维数。结果显示,流域植被覆盖的空间分布具有统计自相似性,可用分形维数表征,其值在2.5~3之间,越接近2.5,表示植被覆盖空间分布越复杂。植被覆盖FBM分形维数与流域内均值化NDVI值和NDVI值的变异系数无直接关系,与单位面积不同NDVI值的像元数呈极显著负相关(R=0.66,P0.01)。植被覆盖FBM分形维数具有尺度效应,随流域面积增大而增大,到一定尺度后趋于平稳。流域植被覆盖FBM分形维数能够克服NDVI像元点奇异值等对植被空间分布量化表征计算的干扰,相对传统表征植被覆盖的指数,其在水文、土壤侵蚀等模型中具有更广泛的应用意义。     

流域地貌分形特征与侵蚀产沙定量耦合关系试验研究

流域地貌形态科学、准确和综合量化成为建立具有广泛适用性的流域土壤侵蚀预报模型的关键科学问题之一。分形理论的提出为流域地貌形态定量研究开辟了新的思路。本文依据分形理论，在建立小流域概化模型基础上，采用模拟降雨试验、高精度摄影测量和GIS技术，对流域模型地貌形态分形特征与侵蚀产沙定量耦合关系进行了研究。结果表明，基于消除了降雨特征影响的相对输沙率，可将流域模型侵蚀产沙过程划分为初期、活跃期和稳定期3个阶段；在不同侵蚀产沙时段，流域模型地貌形态分形信息维数Di呈现与相对输沙率Sr基本类似的变化趋势，即先增大再减小、最后趋于平稳；流域模型相对输沙率Sr与地貌形态分形信息维数Dr以乘幂形式呈显著正相关，相关指数r^2为0．7423；地貌形态分形信息维数Dr较好反映了地貌形态特征对流域模型侵蚀产沙过程的影响，可以作为流域模型侵蚀产沙过程预报地貌形态特征综合量化指标。     

石灰岩区土壤分形特征及其与土壤性质的关系

研究了岩溶坡地不同生态系统土壤颗粒组成和团粒结构的分形特征.结果表明,土壤颗粒组成分形维数与黏粒及物理性黏粒含量显著正相关,与砂砾含量显著负相关.团粒结构分形维数与水稳性团聚体含量显著负相关,与团聚体湿筛后的破坏率显著正相关,即分形维数愈高,>0.25 mm水稳性团聚体和水稳性大团聚体含量愈低;团粒结构的分形维数与土壤有机质有负相关趋势,与土壤阳离子交换量显著负相关,与土壤体积质量(容重)呈正相关趋势.次生灌丛岩溶生态系统退化后,土壤黏粒减少,体积质量上升,土壤水稳性团聚体含量及其稳定性下降,土壤颗粒组成分形维数降低,土壤团粒结构分形维数则呈上升趋势.颗粒组成分形维数与团粒结构分形维数对土壤质量和岩溶生态环境状况的反映是一致的.     

大尺度散体组构分维和SOC判据研究

介绍了15组散粒体自组织临界性与粒径的非均匀性有关的真实沙堆模型,分析了实验表现出来的3种动力学行为:即准周期分布、正态分布和负幂律分布;进而研究了非均匀系数不能描述系统组构的自相似性和作为自组织临界性的判据。应用分形理论研究了沙堆组构的分形特征。研究结果表明,非均匀系数为1.53~5.0时,沙堆组构具有良好的分形特征,分维数在非均匀系数<2.85时增长较快,>2.85时增长较慢,但分维数不超过3.0。分析了沙堆组构的分形特征与自组织临界性的内在联系,指出呈现出自组织临界性的系统具有稳健的分形结构,并讨论了自组织临界性的判据。最后探讨了SOC理论在山地灾害预测预报和防治工程设计中的应用。     

红壤丘陵区不同植被类型土壤颗粒分形与水分物理特征

为探明红壤丘陵区不同植被对土壤分形结构及水分物理特征的改良作用与机制,运用土壤分形学和水文物理学原理与方法,以南方红壤丘陵区福建省长汀县为例,研究经济林、针阔混交林、乔灌混交林及针叶林4种植被类型土壤颗粒组成、分形维数、水分物理参数及其相关性。结果表明:1)红壤丘陵区不同植被类型土壤中以粗砂粒质量含量最高,细砂粒和石砾质量含量次之,粉黏粒质量含量较低,与裸地相比,不同植被类型具有显著提高土壤细砂砾和粉黏粒质量含量的作用,并且混交林作用程度高于纯林;2)红壤丘陵区不同植被类型具有降低土壤密度、增加土壤孔隙度的功能,针阔混交林、乔灌混交林、针叶林、经济林土壤的饱和蓄水量分别是裸地的1.20、1.16、1.14和1.10倍,表土层(0～20 cm)贮水能力好于表下土层(20～40 cm);3)土壤颗粒分形维数与土壤粉黏粒、总孔隙度、饱和蓄水量、孔隙比呈极显著正相关,与石砾质量含量、土壤密度呈极显著负相关,红壤丘陵区4种植被类型土壤均为不均匀性良好的土壤,以混交林土壤粒径分布结构较好,尤其是以针阔混交林的最好,其次是纯林的,针叶林好于经济林,表土层(0～20 cm)大于20～40 cm土层。