乌兰布和沙漠不同灌丛土壤颗粒多重分形特征及其与有机碳分布的关系

w（SOC）（SOC为土壤有机碳,soil organic carbon）及其分布状况显著受到土壤PSD（particle-size distribution,粒径分布）和有机质相互胶结方式的差异影响,而w（SOC）可反映土壤结构优劣程度,表征土壤肥力状况及碳库饱和度.以乌兰布和沙漠沙冬青、花棒、猫头刺、白刺和梭梭灌丛下0~100 cm深度风沙土为研究对象,通过野外分层采样与室内测试,采用多重分形理论探讨土壤特性和w（SOC）分布特征及其相互关系,反映土壤结构及肥力状况.结果表明:① 不同灌丛下的土壤均具有良好的分形特征,并且灌丛可通过降低风速,使≤ 50 μm的优质颗粒在周围表层土壤沉降,而优质颗粒数量与w（SOC）、D₀（粒径分布范围）及D₁（分布均匀程度）极显著正相关（P < 0.01）,与D₁/D₀（分布离散程度）极显著负相关（P < 0.01）;② 各灌丛下w（SOC）的大小关系与D₁、D₀相似但与D₁/D₀完全相反,即w（SOC）可表征PSD状况进而反映土壤结构优劣程度,并且在沙冬青灌丛的>20~30、>60~80 cm土层出现两次峰值,分别为11.958、11.928 g/kg;③ 对D₀的扩大及D₁/D₀的降低程度以沙冬青灌丛最为明显,但对D₁的降低程度则以花棒灌丛最为明显.研究显示,多重分形理论可很好地描述乌兰布和沙漠风沙土性质,并且适生灌丛中沙冬青及花棒可更好地改善土壤颗粒及SOC特征,故可通过种植二者局部改良土壤及增加碳库饱和度.      

基于分形模型的城市空气质量评价方法研究

基于分形模型开展了城市空气质量的评价方法研究.首先利用分形求和模型分析大气污染物分布特征,用分维数定量描述其浓度分布随机程度,开展了城市空气质量评价的背景值和标准值的确定方法研究.然后在此基础上基于橡树岭大气环境质量指数评价方法,确定了基于二氧化硫、二氧化氮、PM10三项污染物的中国城市人为源空气质量评价方法模型.最后以西安市为示范区,利用本研究方法确定了西安市的大气环境背景值和评价标准值,建立了适用于西安市的大气环境质量指数模型,并开展了2010年该市全年环境质量分析评价工作.结果表明,基于分形模型的评价结果认为西安市空气质量年变化呈“U”字型分布,该方法比常规环境空气质量评价方法更能表现出空气质量的变化规律和季节分布特征.总体上,2010年西安市空气质量良好,未受到污染天数占83%,但是受沙尘天气影响比较大;西安市空气质量随季节变化特征比较明显,夏季和秋季空气质量较好,受污染程度较低,冬季和春季空气质量较差,受污染程度偏高.     

活性污泥絮体粒径分布与分形维数的影响因素

絮体粒径分布和分形维数是活性污泥的重要参数.应用激光粒度仪测量了好氧活性污泥絮体在絮凝过程的粒径分布,研究了速度梯度、VSS/SS、EPS含量及Zeta电位对絮体粒径分布的影响.结果表明,絮体平均粒径与速度梯度显著负相关(R2>0.80),与Kolmogorov尺度数量级基本相当,其间差异性与污泥VSS/SS、絮体强度等有关;相同的速度梯度下,絮体平均粒径与VSS/SS或EPS含量显著正相关(R2>0.85),与Zeta电位负相关.有机质和EPS在活性污泥絮凝中作用明显,会增强絮体强度,提升絮凝效果;EPS中蛋白质比多糖对絮凝的促进作用更明显.基于显微图像分析方法,得到了好氧活性污泥絮体二维分形维数为1.28~1.72,三维分形维数为1.70~2.69.絮体分形维数随VSS/SS或EPS含量的增加而减小;对于相同的活性污泥,絮体三维分形维数随粒径增大而减小,符合幂函数关系式.     

利用3 nm~20 μm颗粒物粒径分布测量仪对南宁市大气颗粒物粒径分布特征进行研究

利用颗粒物粒径分布测量仪(particle size distribution system,PSD)对南宁市2016年11月15日—12月4日大气颗粒物进行实时监测,分析颗粒物数浓度、粒径分布特征及其与颗粒物质量浓度的关系.结果表明,南宁市3 nm~20μm颗粒物平均数浓度为3269个·cm-3,粒径呈双峰分布,主峰值出现在28 nm左右,次峰值出现在100 nm左右.颗粒物数浓度随时间变化呈现一定规律,即早上8:00—10:00和晚上18:00—20:00左右出现浓度高值,这与早晚高峰有关.新粒子一般在16:00~18:00左右开始生成,18:00—20:00左右逐渐长大,并在夜间至凌晨保持较高的浓度.南宁市监测期间新粒子生成与机动车尾气排放有关.颗粒物质量浓度越大对应的数浓度也相应较高,较大粒径颗粒物对质量浓度贡献较大.降雨和风速加大过程对颗粒物数浓度下降有影响;温度和湿度对颗粒物数浓度影响不明显.     

不同设障年限沙丘土壤粒径和有机碳分布特征

为探讨沙柳沙障对毛乌素沙地土壤粒径和SOC(土壤有机碳)的影响,选取流动沙丘、设障2和7 a的半固定和固定沙丘为研究对象,利用多重分形理论分析不同设障年限沙丘PSD(土壤粒径分布)(以φ计)和w(SOC)的分布特征. 结果表明:设置沙障后,φ(黏粒)、φ(粉粒)与φ(极细砂)增加,φ(细砂)与φ(中砂)下降;土壤粒径的多重分形参数D₁/D₀(D₁为PSD均匀性程度,D₀为PSD宽度)和~f()谱图可以反映沙丘土壤PSD的宽度与均匀性程度,随着设障年限延长,PSD的D₁/D₀均小于流动沙丘,土壤中细粒物质显著增多. D₀表现为设障7 a沙丘(1.01)>流动沙丘(1.00)>设障2 a沙丘(0.93),D₁表现为流动沙丘(0.91)>设障2 a沙丘(0.88)>设障7 a沙丘(0.65). w(SOC)随着设障年限的延长而显著增加,设障7 a沙丘与其他2类沙丘间w(SOC)差异显著;多重分形参数可以表征土壤养分状况与流沙防治状况,设障沙丘上部、下部的w(SOC)与PSD的D₁/D₀之间有明显的相关关系,设障沙丘上部、下部D₁/D₀间呈明显负相关,设障沙丘中部D₁/D₀之间则呈正相关,流动沙丘各部位w(SOC)与D₁/D₀间无显著相关关系.      

不同沙生灌木下土壤颗粒及重金属空间分布特征

以乌兰布和沙漠沙冬青、花棒、猫头刺、白刺和梭梭灌木下及流动沙丘0~100 cm风沙土为研究对象,通过野外分层采样与室内实验,采用多重分形理论探讨土壤粒径分布(particle size distribution,PSD)和ω(Mn)、ω(Zn)、ω(Cr)、ω(Cu)、ω(Pb)、ω(Ni)、ω(As)、ω(Cd)及分布特征并分析其相互关系,反映土壤结构及重金属污染状况.结果表明,α(q)-f(q)图像均左偏,呈左钩状,即不同灌木均可增加粒度级配中细小颗粒子集比例,同时,沙冬青、花棒可显著增加PSD范围、非均匀度及离散度.不同灌木下土壤重金属整体表现为ω(Mn)ω(Zn)ω(Cr)ω(Cu)ω(Pb)ω(Ni)ω(As)ω(Cd),除ω(Cu)及ω(Cr)外,各灌木下0~10 cm土层重金属含量大多高于流动沙丘;沙冬青下ω(Mn)、ω(Cd)均值分别为354.899、1.429 mg·kg~(-1),远高于流动沙丘,各土层间差异显著(P0.05),ω(Mn)、ω(Cd)最大值分别出现在30~40 cm、10~20cm土层;花棒下ω(Pb)均值居各灌木之首为13.556 mg·kg~(-1),高于沙冬青3.24%,而ω(As)则低于沙冬青0.37%,但均高于流动沙丘.φ(粉粒)与φ(中砂)分别为决定风沙土中重金属含量的细粒及粗粒土壤,8种重金属均与φ(黏粒)、φ(粉粒)正相关,除ω(Cr)外,其余重金属均与φ(中砂)负相关,重金属含量与多重分形参数间的相关系数与φ(黏粒)、φ(粉粒)、φ(中砂)相似,即多重分形维数同样可较好地描述重金属含量与决定性土壤颗粒间的关系.研究显示,沙冬青及花棒可拦滞风沙流中的细小土壤颗粒使其沉降在周围表层土壤,并更好地改善各土层PSD特征,且二者作用后的风沙土中重金属含量高于其余灌木及流动沙丘,故可通过种植二者局部改良土壤并拦滞、原位固控重金属,减轻下风向城市空气中的重金属污染.     

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。     

基于分形维数权重的南水北调东线源头水质评价研究

水质评价问题的实质是对水质现状和各评价因素间的函数关系的逼近,是一种复杂的非线性问题.针对水质评价指标之间的非线性关系,提出了基于分形维数权重的水质评价方法.为有效地评估南水北调东线源头的水质现状,首先选取影响水质评价的7个主要因素,根据标准等级水体分类标准,采用在等级标准中随机内插的方法,得到50个标准等级样本,并根据样本综合评估值与经验等级之间的关系建立分形插值评价模型;最后,以长江江都市芒稻河断面2001—2008年的年平均水质监测数据为例对模型进行验证.结果表明,该方法可以通过分段函数得到每个样本的具体得分值,因而具有较高的分类精度,为水质评价提供了一种较好的新方法.     

北京市得田沟和崎峰茶金矿周边土壤中重金属的粒径分布特征

以北京市得田沟和崎峰茶金矿周边土壤为研究对象,运用斯托克斯沉降法研究土壤颗粒组成及重金属在不同粒径中的分布特征.结果表明,土壤颗粒主要以0.15 mm粒级为主,含量达到51.19%~79.75%,其次为0.15~0.05 mm粒级土壤,含量为14.67%~38.99%,粒级0.05~0.01 mm土壤含量为0.18%~7.6%,粒级0.01 mm的土壤含量仅占1.71%~5.95%.除Ti和V外,其它金属元素的含量具有明显的粒级效应,随着土壤粒径的减小而增大,但大多数金属元素不在最细粒级上达到最大值,而是在0.002~0.001 mm粒级上最大.金属元素在不同粒级上的累积效应与粒级上的含量相一致,金属元素在较细粒级上的累积作用明显强于粗粒级.细粒级土壤含有较高的金属含量,对人类健康危害极大,应积极采取有效措施防止极细粒级土壤进入空气和水源.     

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。     

引入分形维数的絮体粒径分布规律及其守恒关系

采用显微摄影技术,通过混凝实验分析了腐植酸絮凝体的粒径分布规律.结果表明,腐植酸絮体的粒径呈现对数正态分布.从混凝动力学基本方程出发,考虑到腐植酸絮体构造的不规则性(分形维数),分析了颗粒数量、颗粒平均体积和标准偏差之间存在的守恒关系,该守恒关系可以大大简化基本方程的求解,更简便地预测混凝过程中絮体的粒径分布.     

基于变维分形理论的四川省低山丘陵区滑坡孕灾环境因素敏感性分析

定量分析滑坡孕灾环境因素的敏感性有利于研究滑坡的形成机制和空间分布特征。基于变维分形理论,应用累计变换和次数和分维值两个分形指标,对研究区内滑坡与孕灾环境因素的关系进行定量分析,为构建滑坡敏感性分析评价指标体系提供分形学依据。研究表明:植被覆盖、岩土类型和坡度等因素对滑坡发育的影响程度较高,是研究区内滑坡空间分布的主要控制因素;断裂构造和河流两个因素对滑坡发育的影响程度较低,对研究区内滑坡空间分布的控制能力较弱。     

北京城区道路灰尘季节性粒度分布及分形特征

对采集的北京城区道路灰尘样品用扫描电镜及X射线能谱进行形貌特征分析,用激光粒度仪进行粒度测定.结果表明:北京城区四季道路灰尘包含矿物颗粒,轮胎磨损颗粒及球型燃烧颗粒,四季道路灰尘粒度分布频率曲线均呈双峰态分布,第一峰值粒径介于256~303μm,第二峰值粒径介于74~88μm.四季道路灰尘粒度分布分形维数为1.7533~2.3137,平均粒径为188.08~200.20μm,分选性差,呈极不对称的极正偏宽峰态到很窄峰态,属砂土.四季道路灰尘均主要是局地灰尘跃移搬运形成,直接通过大气运移沉降的远源灰尘相对较少.平均粒径春季>秋季>夏季≈冬季,分选系数夏季≈秋季>冬季>春季,峰度冬季>秋季>夏季≈春季,偏度无较大区别.春季灰尘可吸入颗粒物最高,并含有可入肺颗粒物,对人体健康和大气环境的危害潜力不容忽视.     

典型热带林地土壤团聚体颗粒中重金属的分布特征及其环境意义

以海口、琼海和屯昌的典型热带林地土壤为研究对象,采用干筛法获得6个粒级的土壤团聚体颗粒组.用ICP-MS测定了本土和不同团聚体颗粒中重金属Cr、Ni、Cu、Zn、Cd、As和Pb的含量,并对其分布特征及对有机碳和铁的响应进行了解析.研究表明,重金属在土壤各粒径团聚体颗粒组中差异性分布,随着团聚体粒径的减小而呈现富集增大的趋势,其中Cr、Ni、Cu、Zn、Cd和Cd主要富集在粉-黏团聚体(<53μm)颗粒中;As主要赋存在53～1 000μm的颗粒组中.总体来讲,微团聚体(<250μm)对土壤重金属含量贡献为14.38%～65.04%,其中粉粒级团聚体(<53μm)的贡献为2.61%～32.01%.有机碳和铁氧化物含量随着团聚体粒径减小而升高,并与除了As及海口的Cd和Pb以外的其他重金属分布具有显著相关性.     

沙尘尺寸分布对微波传输特性的影响

应用沙尘粒子的尺寸分布和沙粒的等效介电常数模型,给出了微波在沙尘暴中的传输模型,表明沙尘的衰减和相移与沙粒的等效半径成正比关系,并对不同能见度、不同频率和不同高度下沙尘暴引起的衰减和相移进行了仿真计算。结果表明,对数正态分布和指数分布对微波的传输特性影响最大,瑞利分布和正态分布的预测结果比较接近且影响最小。     

不同类型污染源颗粒物的粒度分布特征分析

对影响葫芦岛市城区环境质量可吸入颗粒物的各类污染源颗粒物的粒度成份、分布特征进行分析。采用斯托克直径ds（Stoke＇s Diameter）表示法，利用巴柯离心机对样品进行处理，得到各类排放源所排放的不同粒径的颗粒物重量百分比，为环境管理提供科学依据。     

不同类型污染源颗粒物的粒度分布特征分析

对影响葫芦岛市城区环境质量可吸入颗粒物的各类污染源颗粒物的粒度成份、分布特征进行分析。采用斯托克直径ds(Stokes′Diameter)表示法,利用巴柯离心机对样品进行处理,得到各类排放源所排放的不同粒径的颗粒物重量百分比,为环境管理提供科学依据。