分形及其在地震研究中的应用

本文简要介绍了分形的基本理论,对分形在地震研究中的应用进行了阐述.着重介绍了近年来地震分形在地震预报中应用的一些成果.在此基础上,提出了作者对于开展进一步工作的意见,认为应该对区域和全球的地震分形进行全局性、系统性的研究,逐渐探索地震分形的物理机制和动力学机制,从而在地震研究上取得新进展.     

调质碳酸钙硫化机理的实验研究

对经Na2CO3溶解调质后石灰石煅烧、硫化特性进行了研究，发现调质后石灰石比未经调质石灰石具有更快的煅烧分解速率。CO2浓度变化对调质CaO硫化效果的影响程度要比未经调质CaO更为明显。调质CaO比调质前具有更高的最终钙转化率，但脱硫剂微观结构测定表明，调质CaO比表面积和孔隙率均小于同等条件下获得的未经调质CaO比表面积和孔隙率。利用X－衍射技术对CaO晶体结构进行了测定，对比晶格畸变度等参数并综合煅烧、硫化及脱硫剂孔特性，提出了调质CaO硫化反应机理为：前期为化学反应控制阶段，后期为离子扩散控制阶段。应用分形理论对CaO分形维数进行了计算，发现随CO2浓度的增加，无论调质与否得到的CaO，分形维数均呈下降趋势。     

絮凝体的DLA分形模拟及其分形维数的计算方法

运用有限扩散凝聚(DLA)模型对絮凝体的成长过程进行了二维模拟.模拟絮凝体分别采用密度函数法、回转半径法、图像分析法进行分形维数计算,分形维数均随模拟絮凝体尺寸的增大而减小.三种计算方法的结果显示,密度函数法和回转半径法得到的分形维数基本相当,但图像分析法所得到的分形维数较小,约为密度函数法和回转半径法所得到的分形维数的0.8左右,其原因可能是图像分析过程中计算机对图像的识别误差所致.以DLA模型模拟得到的絮凝体内部的孔隙率随絮凝体尺寸的增大而增加.絮凝体中孔隙率的增加是絮凝体密度减小、结构松散的主要原因,也是絮凝体分形维数降低的主要因素.     

福建梅花山国家级自然保护区拟赤杨种群分布格局的分形分析

分形理论中的计盒维数、信息维数和关联维数能分别从空间占据程度、格局强度和个体空间关联的尺度变化角度,揭示种群分布格局的尺度变化特征.本文应用以上3个分形维数探讨了福建梅花山国家级自然保护区拟赤杨种群分布格局的多尺度分布规律,计算结果表明,拟赤杨种群的分布格局具有分形特征,其计盒维数为1.0298～1.2982,信息维数为0.9728～1.2464,关联维数为0.5089～0.8047.拟赤杨种群的计盒维数、信息维数较高,而关联维数较小,表明该种群的分布格局强度相对较高,结构相对复杂,具有集聚分布的趋势.     

Metapopulation Extinction Risk under Spatially Autocorrelated Disturbance

Abstract:  Recent extinction models generally show that spatial aggregation of habitat reduces overall extinction risk because sites emptied by local extinction are more rapidly recolonized. We extended such an investigation to include spatial structure in the disturbance regime. A spatially explicit metapopulation model was developed with a wide range of dispersal distances. The degree of aggregation of both habitat and disturbance pattern could be varied from a random distribution, through the intermediate case of a fractal distribution, all the way to complete aggregation (single block). Increasing spatial aggregation of disturbance generally increased extinction risk. The relative risk faced by populations in different landscapes varied greatly, depending on the disturbance regime. With random disturbance, the spatial aggregation of habitat reduced extinction risk, as in earlier studies. Where disturbance was spatially autocorrelated, however, this advantage was eliminated or reversed because populations in aggregated habitats are at risk of mass extinction from coarse-scale disturbance events. The effects of spatial patterns on extinction risk tended to be reduced by long-distance dispersal. Given the high levels of spatial correlation in natural and anthropogenic disturbance processes, population vulnerability may be greatly underestimated both by classical (nonspatial) models and by those that consider spatial structure in habitat alone.     

絮凝体分形维数投药控制研究

依据分形理论，通过先进的图像分析处理技术，实现了对絮凝体分形维数的联机在线监测，试验证实分形维数可以很好地反映絮凝程度及其混凝处理效果，通过建立的混凝剂投加量、分形维数及沉后水浊度三者间的模糊控制模型，最终实现了对混凝剂投加量的自动控制与调节。     

Diversity pattern and spatial scale: a study of a tropical rain forest of Malaysia

Scale is emerging as one of the critical problems in ecology because our perception of most ecological variables and processes depends upon the scale at which the variables are measured. A conclusion obtained at one scale may not be valid at another scale without sufficient knowledge of the scaling effect, which is also a source of misinterpretation for many ecological problems, such as the design of reserves in conservation biology.This paper attempts to study empirically how scaling may affect the spatial patterns of diversity (tree density, richness and Shannon diversity) that we may perceive in tropical forests, using as a test-case a 50 ha forest plot in Malaysia. The effect of scale on measurements of diversity patterns, the occurrence of rare species, the fractal dimension of diversity patterns, the spatial structure and the nearest-neighbour autocorrelation of diversity are addressed. The response of a variable to scale depends on the way it is measured and the way it is distributed in space.We conclude that, in general, the effect of scaling on measures of biological diversity is non-linear; heterogeneity increases with the size of the sampling units, and fine-scale information is lost at a broad scale. Our results should lead to a better understanding of how ecological variables and processes change over scale.     

土地利用类型的分维值和稳定性指数空间变异分析

土地利用类型是一种在自然和人类活动双重作用下的产物,具有不规则、相对不稳定性和复杂性特征,可以利用分形方法进行探讨;分形理论在土地结构研究中的应用涉及土地利用类型分数维的计算、土地利用结构分形研究方法、土地利用结构及其动态变化的分形描述、区域景观结构的分形模型等方面;但土地利用类型的分形机制的空间差异研究少见报道。综合考虑广东省的自然地理环境和社会经济发展状况,文章选择韶关、潮州、汕头、广州作为不同类型区域的代表,基于分形理论计算了耕地、园地、林地、草地、居民点及工矿用地、道路用地、水体和未利用土地8种地类分维值(D)和稳定性指数(Si)以及平均分维值和稳定性指数,从影响土地利用结构的地貌和人文因素两个方面出发,对比和分析了地域之间的D值、Si值的关系,并从中得到了D值和Si值的变化规律。结果表明:(1)复杂的地貌类型是影响土地利用类型D值和Si值的最主要因素;(2)社会经济发展水平一定程度上影响土地利用类型的分维值和稳定性指数;(3)区域土地利用类型的平均分维值、稳定性指数的大小是土地利用结构的综合反映。     

杉木人工林不同经营模式树冠的分形特征

对杉木纯林、杉木拟赤杨混交林、杉木观光木混交林的不同树种冠幅的分形维数进行计算和比较 .结果表明 :杉木观光木混交林中杉木种群冠幅分形维数 >杉木拟赤杨混交林中杉木种群冠幅分形维数 >杉木纯林冠幅分形维数 ;杉木观光木混交林中观光木种群冠幅分形维数 >杉木拟赤杨混交林中拟赤杨种群冠幅分形维数 .说明杉木混交林种间竞争小 ,而杉木种内竞争激烈 ,同时杉木同观光木之间的种间竞争小于杉木同拟赤杨之间的种间竞争 .图 4表 2参 16     

三江平原典型小叶章种群地上生物量的空间结构分形特征

2005年5月至10月,应用分形几何学的原理和方法对三江平原典型小叶章种群地上生物量与株高的空间结构分形关系进行了研究。结果表明,典型草甸小叶章和沼泽化草甸小叶章的地上生物量与株高存在良好的静态分形关系,其分形维数(D)是对地上生物量在各器官中积累规律的表征;二者地上生物量与株高的对数值线性相关,相关系数分别介于0.579～0.919和0.655～0.914之间(P<0.01,D值介于1.778～3.414和2.238～3.924之间,各时期地上生物量均以株高的幂函数形式积累;二者地上生物量与株高静态分形关系D值的季节动态基本一致,其变化均符合抛物线模型(P<0.05),而局部波动又与地上生物量的变化有关;生长季内,二者地上生物量与株高动态分形关系的D值分别为2.749和2.738,说明地上生物量的积累具有自相似性,符合幂函数增长的分形生长过程。研究还表明,仅用D值来刻画不同植物地上生物量的空间积累与展布存在一定的局限性,它只能用于测度和描述一种植物体生物量的空间积累及其对空间的占据,而一般不能用于植物间相应指标的类比;导致不同植物D值差异的原因可能与植物生长所处生境、外在因素以及模型参数(C)有关。