中国洪涝灾害及其灾情的分形与自组织结构研究

根据分形理论与系统自组织理论,本文分析了中国洪涝灾害及其灾情的分形与自组织结构特征。研究发现,中国洪涝灾害及其灾情的分形与自组织结构特征是客观存在的,在此基础上,建立了中国洪涝灾害灾情的标度一频度关系式,并构建了中国洪涝灾害死亡人数的自组织模型。     

分形理论及其在环境科学中的应用

为使环境系统科学理论及其相关实用工具在环境科学领域得到更好的应用,本文在简要介绍分形、分形维数基本概念的基础上,通过对分形理论在环境科学中应用情况的回顾、分析与总结,进一步对分形理论在环境科学领域中的应用前景进行了展望。     

分形理论及其研究方法

在概括性介绍分形理论的基础上 ,对分形理论在混凝技术领域中的应用及其基本研究方法进行了较为全面的综述     

分形理论在混凝研究中的应用

针对絮凝体的形成具有自相似性和标度不变性分形特征,将分形理论应用于混凝领域,从絮凝体结构模型、分形结构模式以及分维的研究方法三个方面对混凝研究进行了论述,从而为混凝的研究提供了新的工具.     

断裂构造的分形研究及其地质应用

文章详细总结了断裂构造分形研究的理论基础及其在地质研究中的应用。断裂构造的分维值可以定量描述断裂分布的复杂性和构造演化的成熟度 ,它是断层数量、规模、发育程度、组合方式及动力学的综合体现。断裂的分形结构特征与流体流动、油气运移成藏和矿床的形成有着十分密切的关系 ,断裂的分维值越高 ,断裂连通性越好 ,越有利于流体流动汇聚和矿床的形成。此外 ,还可以从活动断裂的分形分析来研究断层的活动性及其与区域地壳稳定性 ,进行地震预测。文中总结了目前断裂分形研究中存在的一些问题和改进方法以及今后研究的主要方向     

基于变维分形理论的滑坡空间分布特征研究

为了对滑坡的空间分布特征进行定量的研究,以香溪河流域高阳—官庄坪段为例,基于变维分形理论对滑坡空间分布的分形模型进行了优化,定量地得到了各影响因子与滑坡空间分布之间的敏感性关系,同时对滑坡空间分布的成因进行了定性分析,结果与利用分形理论得到的定量敏感性关系相一致,表明优化的分形模型具有可靠性。     

旱涝灾害的分形研究方法及其应用与前瞻

本在概述分形理论基本概念的基础上，首先探讨了分形理论对深化灾害学相关研究的方法论意义；其次，对旱涝灾害的几种分形研究方法进行了必要的概括，在此基础上，结合旱涝灾害中已有的分形应用研究，对其中存在的问题以及未来发展方向等进行了评述、讨论与展望。     

区域PERE系统的通用自组织演化模型

分析了区域人口－经济－资源－环境系统的自组织过程，建立了区域ＰＥＲＥ系统的通用自组织演化模型，并把模型应用于山西省某市，预测了市未来的人口、经济和环境状况试图解决在区域ＰＥＲＥ系统中应用自组织理论时建模困难的问题。     

自组织理论和耗散结构理论及其地学应用

介绍了自组织、自组织临界态理论和耗散结构理论的概念及其近年来在地学特别是地球化学研究领域的应用情况     

典型工业半焦的孔隙分形结构分析

工业半焦是一种具有复杂的微观孔隙拓扑结构的多孔物质.基于分形理论,引入分形维数对工业半焦不规则孔隙结构的粗糙、复杂程度进行了定量表征和描述.选取具有典型煤种和工艺代表性的工业半焦样品,用孔隙度分析仪对其孔隙结构特征进行了测量,并利用其测量数据进行了分形维数的分析计算.计算结果表明,工业半焦的孔隙结构符合分形特征,在样品颗粒尺寸为2.36～3.35mm的测量条件下,样品的分形维数在2.7982～2.9154之间,其可决系数在0.9157～0.9614之间;样品的分形维数与煤种和半焦热解工艺过程均有一定的关系.通过对工业半焦分形维数的计算分析,可以更加全面准确地了解其孔隙结构特征,以期为分析评价其吸附和活化潜力、制定恰当的活化工艺提供更加可靠的依据.     

滇池水华分形结构动态研究

采用MODIS-NDVI数据,运用CART分枝树法将滇池水体分成富集区、过渡区和水面,依据分形理论对滇池水域不同分区微景观镶嵌体的分维数进行计算,揭示其分维特征,结果表明:滇池水体微景观镶嵌体具有统计意义上的自相似性,是一种随机分形结构,微景观的分维值越大,其形态越复杂,反之越简单.滇池99.7%面积属于富营养区,滇池...     

脱硫剂分形孔结构特性及其硫化活性的研究

钙基脱硫剂的分形特性反映了孔结构的物理信息和化学反应性能，在分形理论和气体在分形孔通道中的非线性扩散理论的基础上，结合实验，讨论了CaO孔结构的分形特性、SO2气体在分形孔通道中的扩散特性，并分析了SO2浓度分布对CaO的孔堵塞和不可进入孔形成的影响。结果表明：在一定的硫化条件下，脱硫剂分形特性影响着SO2在CaO孔隙中的浓度分布，SO2的浓度梯度越大，硫化过程中孔隙内部生成不可进入的孔隙越多，脱硫剂的孔隙利用率越低，越易失去硫化活性。     

大气PM10跨界输送的自组织动力机制——以舟山市为例

我国城市间大气污染物的相互输送作用非常显著.舟山市大气污染物主要来源于长三角地区,本地源影响较小.因此,本文将以舟山市为例,应用频度统计分析方法,研究舟山市大气PM10污染演化宏观动态的统计分布规律.结果发现,舟山市大气PM10小时平均浓度的波动并非随机,而是在0.065~0.324 mg·m-3范围内具有标度不变特征,统计上服从典型的分形幂律分布.同时,为了阐明该分形幂律分布的产生动力机制,基于自组织临界理论,建立了大气PM10跨界输送模型.该模型以污染输送机制、二次颗粒物生成机制、城市内污染迁移扩散机制、大气自净机制这4个主导动力机制为核心,组建了非线性关联迭代算法.新的自组织动力模型的模拟结果定量地解释了舟山市大气PM10污染浓度的分形幂律统计分布规律的产生根源.同时,本研究结合区域风场等气象因素,深入讨论了大气PM10跨界输送的自组织行为机制.     

非平衡自组织理论在城市环境系统中的应用研究

结合国内外非平衡自组织理论应用的成功实例 ,本文对该理论在城市环境系统中的应用作了阐述并对该理论建模定量分析应用的特点进行了重点探讨 ,最后展望了该理论进一步深入研究的发展方向     

COVID-19期间区域大气高污染发生的非线性动力机制

以长株潭城市群3个城市（长沙、株洲和湘潭）疫情期间（2020年1月24日~2020年5月31日）大气PM_2.5和O₃小时平均浓度时间序列数据为研究对象,对污染物日变化规律、长期持续性、多重分形性及自组织演化动力学特性进行研究.以期阐释疫情期间高污染事件发生及演化的内在动力机制.首先,对3个城市PM_2.5和O₃质量浓度的日变化规律进行分析,发现O₃呈现出昼高夜低的单峰型,而PM_2.5日变化规律表现出昼低夜高单峰型,与非疫情期间的特征有所差异.进一步,应用消除趋势波动分析法（DFA）、多重分形消除趋势波动分析法（MFDFA）和概率统计分析,研究了大气复合系统中PM_2.5和O₃质量浓度序列的长期持续性和多重分形结构.结果发现3个城市PM_2.5和O₃浓度序列均具有显著的长期持续性特征和较强的多重分形结构,同时,应用去趋势互相关分析法（DCCA）方法和多重分形去趋势互相关分析法（MFDCCA）对PM_2.5和O₃两者之间的互相关性进行了分析,发现PM_2.5-O₃之间的互相关也存在显著的长期持续性特征以及在不同时间尺度存在多重分形特征.进一步将疫情期间得到的非线性分析结果与2018年和2019年同期非疫情期间的结果进行了对比分析.最后,基于自组织临界理论（SOC）探讨了大气PM_2.5和O₃浓度时空演化的内在动力规律,并结合典型区域气象特征,阐明了SOC内禀动力机制可能是COVID-19疫情期间大气高污染形成的主导机制之一.疫情期间大气PM_2.5和O₃浓度并非分别独自演化,而是依然保持复杂的相互作用.静稳气象条件下,大气复合污染内部的非线性耦合作用可能达到动力学临界状态,将导致长株潭城市群在疫情期间仍有发生大气高污染的风险.     

近60a来中国洪涝灾情变化趋势持续性和周期性研究

本文利用Hurst指数和小波分析工具对洪涝灾情的1950~2010年的变化动态作了分析,揭示了灾情序列的趋势持续性、特征时间尺度、周期特征和突变点,同时还定性地预测了洪涝灾情的未来走势。研究结果发现:1)根据Hurst指数计算结果,受灾面积时间序列的Hurst指数为0.9338,具有很强的正持续性。未来有进一步增加的趋势。因灾死亡人口数时间序列的Hurst指数为0.4845,具有很弱的反持续性。而房屋倒塌间数时间序列的Hurst指数为0.6124,具有较弱的正持续性,未来有较弱的减少趋势。2)小波分析方法具有较好时空域特性,可以描述洪涝灾害灾情变化的多尺度特征,将隐含在灾情序列中随时间变化的周期震荡显现出来,并确定灾情序列中的突变点位置,为深入探索中国洪涝灾害的时空复杂性提供了全新的理论工具。3)中国洪涝灾害灾情都存在多时间尺度特征,不同的时间尺度表现为不同的循环交替,大尺度的周期变化嵌套着小尺度的周期变化。总体上表现为由小尺度的震荡剧烈,没有明显的规律到大尺度出现明显规律后继续增强或先升后降。4)60 a来,中国洪涝灾害受害面积总体上保持着增加的趋势。在9 a和25 a上分别存在着第1和第2主周期。中国洪涝灾害因灾死亡人口总体上保持着明显减少的趋势。在8 a和18 a上分别存在着第1和第2主周期。中国洪涝灾害倒塌房屋总数总体上保持着减少的趋势。在8 a、17 a和25 a上分别存在着第1、第2和第3主周期。     

近60a来中国洪涝灾情变化趋势持续性和周期性研究

本文利用Hurst指数和小波分析工具对洪涝灾情的1950~2010年的变化动态作了分析,揭示了灾情序列的趋势持续性、特征时间尺度、周期特征和突变点,同时还定性地预测了洪涝灾情的未来走势。研究结果发现:1)根据Hurst指数计算结果,受灾面积时间序列的Hurst指数为0.9338,具有很强的正持续性。未来有进一步增加的趋势。因灾死亡人口数时间序列的Hurst指数为0.4845,具有很弱的反持续性。而房屋倒塌间数时间序列的Hurst指数为0.6124,具有较弱的正持续性,未来有较弱的减少趋势。2)小波分析方法具有较好时空域特性,可以描述洪涝灾害灾情变化的多尺度特征,将隐含在灾情序列中随时间变化的周期震荡显现出来,并确定灾情序列中的突变点位置,为深入探索中国洪涝灾害的时空复杂性提供了全新的理论工具。3)中国洪涝灾害灾情都存在多时间尺度特征,不同的时间尺度表现为不同的循环交替,大尺度的周期变化嵌套着小尺度的周期变化。总体上表现为由小尺度的震荡剧烈,没有明显的规律到大尺度出现明显规律后继续增强或先升后降。4)60a来,中国洪涝灾害受害面积总体上保持着增加的趋势。在9a和25a上分别存在着第1和第2主周期。中国洪涝灾害因灾死亡人口总体上保持着明显减少的趋势。在8a和18a上分别存在着第1和第2主周期。中国洪涝灾害倒塌房屋总数总体上保持着减少的趋势。在8a、17a和25a上分别存在着第1、第2和第3主周期。     

基于分形理论的生态环境影响评价范围定量研究

以神农架林区滑雪场建设为例,在阐述分形理论用于生态环境影响评价可行性的基础上,提出了基于分形理论的生态环境影响评价范围定量研究方法。以滑雪场项目为中心向外扩展选取8km、30km的圆形范围作为两个研究区,以500m为测度分别将研究区一、二划分为18和62个环带,运用GIS分析计算了不同环带内不同生态类型斑块的边长、面积及分维数,进行回归分析,分别得到两个无标度区,从而确定滑雪场生态评价范围为78.5km2,并运用分形理论对定量确定评价范围进行了一次有益探索,给环评工作者提出了一套解决定量评价建设项目对生态环境影响范围的方法和思路,以供借鉴和参考。     

旱涝灾害的分形研究方法及其应用与前瞻

本文在概述分形理论基本概念的基础上,首先探讨了分形理论对深化灾害学相关研究的方法论意义;其次,对旱涝灾害的几种分形研究方法进行了必要的概括,在此基础上,结合旱涝灾害中已有的分形应用研究,对其中存在的问题以及未来发展方向等进行了评述、讨论与展望。     

焦作市人-环境系统的结构、发展与协调控制研究

应用协同学与耗散结构中的自组织理论方法,研究了焦作市人-环境系统的结构,发展与协调控制途径。根据自组织理论的一般方程,建立了一个动态耦合模型系列,提出了一套适合于模型特点的参数调谐方法。应用该模型系列,预测了2010年以前焦作市这一人-环境系统的发展状态,分析了该系统所面临的人口、能源、资源、环境问题的特点,给出了协调控制的途径并就焦作市未来的发展提出了建议。