自然灾害发生时间序列的分形特征及R/S分析

统计了公元960年到1979年我国地震、洪涝和台风风暴潮灾害发生的时间及死亡人数,以分形几何中的Cantor集合为模型,发现我国自然灾害发生时间序列的分布呈现出明显的分形特征,并采用Smalley方法分别计算了不同灾害发生时间序列分布的分维值,它们均在0.5左右,同严格意义上的数学分形Cantor集合相比分维较小,说明我国地震等自然灾害发生发展的自组织程度还有进一步发展的趋势,其危害程度将可能进一步提高;在自然灾害发生时间序列的分形特征的基础上,通过R/S分析,得出3种自然灾害发生时间序列的H指数均在0.28左右,同日斑指数、树木年轮、湖泊水位变化等自然现象相比较小,说明自然灾害的发生具有短程相关性,其发生规律没有日斑指数等自然现象明显.该研究对于进一步认识和研究我国地震等自然灾害的发生规律和发展趋势等具有一定意义.     

河南省洪涝灾害时间序列的分形特征与R/S分析

基于河南省1000~1999年的洪涝灾害统计资料,运用分形理论对河南省洪涝灾害的时间序列特征进行分析,发现河南省洪涝灾害发生时间序列的分步呈现出明显的分形特征,其分形维数为0.517,同严格意义上的数学分形Cantor集合相比分维数较小,说明河南省洪涝灾害发生发展的自组织程度还有进一步发展的趋势,其危害程度将可能进一步提高;在河南省洪涝灾害发生时间序列的分形特征的基础上,通过R/S分析,得出该省洪涝灾害发生时间序列的H指数为0.580,说明河南省洪涝灾害具有长期相关性,且未来的洪涝灾害发生的次数具有不断增加的趋势。     

中国历代灾害性海潮频率特征及时间序列的分形研究

根据中国历代灾害性海潮史料,运用一般统计方法和分形理论对其时间序列进行了分析,不仅探讨了历史灾害性海潮随时间演进的频率变化特征,而且判定了灾害性海潮时间序列的分形性质,在经基础上,还深入讨论了其分维与历代灾害性海潮暴积累发生次数和累积发生频率之间的关系,以及分维随时间演进的变化趋势。     

云南省近500年旱涝灾害时间序列的分形研究

根据云南省近500年的旱涝灾害时间分布序列,应用R/S分析,预测了未来旱涝灾害的发生时间,但预测时间尺度不同,结果也不同,因此仅从旱涝灾害发生的时间序列本身来预测,需确定其能够预测的时间范围;应用Smalley算法分别对云南省干旱和洪涝灾害的时间序列特征进行分析,干旱年发生时间序列的分形维数为0.5498,洪涝年发生时间序列的分形维数为0.4923,具有明显的分形特征,均小于Cantor集合的0.6309,可见云南省旱涝灾害发生的自组织程度可能会提高。分形研究的结果反映的仅是云南省近500年旱涝灾害时间序列的平均状况,由于旱涝灾害的分布具有空间差异,因此需分别研究不同程度灾害区旱涝时间序列的分形及多重分形特征。     

1950～1997年我国洪涝灾害成灾面积的分形特征研究

运用分形理论对1950～1997年我国洪涝灾害农田成灾面积序列进行了研究。分析结果表明，洪涝灾害系统的变化具有分形特征，农田成灾面积时间序列的平均可预测时间尺度为8～9年；同时运用R／S分析方法对1950～1997年中各时段农田成灾面积的变化趋势进行了测算，测算结果与实际农田成灾面积的变化趋势十分吻合，表明上述方法是进行洪涝灾害系统分形研究的有效途径。     

近30年来湖北洪涝灾害时序特征及预测分析——基于分形与混沌理论的研究

借助分形与混沌理论,对1978-2004年湖北省洪涝灾害成灾面积时间序列进行了分析,重构了其嵌入相空间序列,计算了其关联维数和饱和嵌入维数,确定了模拟相应动力系统所需的基本变量数目;同时,通过计算Kolmogorov熵,得出了对该洪涝灾害时间序列进行预测预报的时间尺度.最后,基于R/S分形分析,对湖北省未来洪涝灾害成灾面积的发展趋势作了预测,对该省洪涝灾害成灾面积可能呈现增大趋势的原因进行了分析,并提出了相应的对策.研究表明,该方法是一种有效的研究洪涝灾害时间序列分形特征的方法,能够客观、合理地反映洪涝灾害系统的分形特征,能为建立洪涝灾害成灾面积时间序列预报模型提供基础信息.     

四川旱涝灾害时间分布序列的分形特征研究

本文采用分形理论计算了四川旱涝灾害时间分布序列的分数维，其结果初步证实了四川旱涝灾害时间分布在一定区间范围内的无标度性。无标度区的跨度及相应的分形维数可作为四川旱涝灾害自组织程度的量度。     

地震前兆混沌时间序列多尺度分维异常识别研究

对地震前兆观测时间序列的混沌性态及其产生的根源进行了探讨。根据小波变换良好的时、频局部化特征和分形维数的变化特征,从小波分析多尺度分解的角度出发结合分形理论探讨了地震前兆混沌时间序列的异常识别问题。对几个实例的研究表明,大多数时间段内时间序列小波变换系数的分维—尺度变化曲线呈光滑、缓慢减小变化,有异常信息时段的时间序列小波变换系数的分维—尺度变化曲线变化的主要特点是曲线具有峰值,并出现了曲线先是由高向低,然后再由低向高变化,在某一尺度处达到峰值后再缓慢减小的情况。异常出现的时间在震前约2个月至1年。将小波变换与分形理论结合起来研究地震问题,不仅开拓了地震科学研究的新领域,同时也是对小波变换及分形理论应用的延拓。     

基于分形理论的滑坡空间分布特征研究

以"汶川地震"极端事件为时间分段点,基于ArcGIS网格法定量分析汶川地震重灾区滑坡空间分布的分形分维特征,得出汶川地震重灾区滑坡在震前和震后均具有分形特征。研究表明,汶川地震重灾区滑坡点的空间分布具有统计意义上的自相似结构,无特征尺度。基于分形理论的汶川地震重灾区滑坡空间分布特征分析为进一步研究滑坡的敏感性、危险性及滑坡风险预警奠定了重要的理论基础和前提。     

河间地区地裂缝分形特征研究

基于分形理论研究了河间地区地裂缝的分布分形、受控分形以及影响分形特征,利用MAT-LAB软件分别计算了地裂缝、活动断裂、地下水、地面沉降等相关物理量的分维值。地裂缝的发育具有自组织性,其分维值的大小及变化反映了地裂缝活动的复杂性。地裂缝平面、剖面分形特征反映了该区域孕裂应力场在平面和纵深方向上的非均一性。地裂缝的形成和发育可以看作是断裂运动的一种调整,影响地裂缝断裂的分维值具有一定的区间。地下水开采、地面沉降作用与地裂缝活动存在很大的关联。     

地震分布多重分形特征的中期预报意义探讨

讨论了地球岩石圈的自组织临界状态和地震发生的非局域性与多重标度分形统计特征。研究了地震多重分形性质的计算方法及其应用于地震预报的前景。采用推广ＧＰ算法从典型震区的地震数据计算地震多重分形分布的广义维数谱和奇异性谱以确立较敏感的强震前兆,对于不同算法进行了精度、数据量要求及适用范围的比较。研究结果表明：地震分布的多重分形维数谱和奇异性谱对于一些典型震区的强震发生具有中期预报价值。     

岩体裂隙面形貌特征对其渗流特性的影响研究∗

岩体裂隙面的形貌特征直接影响其渗流特性,为了分析二者的相关关系,采用劈裂法制备了单裂隙砂岩试样,进行了裂隙面扫描分析和渗流试验,基于分形维数在定量表达不规则曲线形貌特征方面的优势,提出了考虑裂隙面形貌各向异性特征的分形维数计算方法。研究结果表明:(1)基于矩阵理论的裂隙面综合分形维数,相当于用矩阵网格去覆盖整个裂隙面,可以较好地反映裂隙面的整体形貌特征;(2)裂隙面的形貌特征对其渗流特性影响显著,随着裂隙面综合分形维数逐渐增大,裂隙岩体的渗透系数逐渐减小,而且侧向应力越大,渗透系数的减小趋势越明显;(3)分析建立了裂隙岩样渗透系数kf与裂隙面综合分形维数■的相关关系,验证分析表明,该公式计算得到的裂隙岩样渗透系数与试验结果吻合较好。相关研究成果可为裂隙岩体渗流特性分析提供参考。     

1949—1994年中国洪水灾害成灾面积的时序分形特征

作者应用１９４９～１９９４年中国洪水灾情资料,重构了其嵌入相空间序列,探讨了其时序的分形特征,计算得到了分维数。研究表明：洪水灾害成灾面积的时序分布具有分形特征。研究结果为建立洪水灾害成灾面积的时序预测预报模型提供依据。     

地震滑坡地形剖面线多重分形特征及其在稳定性判别中的应用

"5.12"汶川地震诱发了大量的滑坡和不稳定斜坡体,这些滑坡和不稳定斜坡体的稳定性影响到灾区社会经济发展和灾后重建。地震滑坡的不同稳定性状态孕育了滑坡地形剖面线的演化特征,并且地震滑坡地形剖面线直接地反映了在地震力作用下坡体的演变过程和演化机制。根据实测的汶川地震诱发的滑坡地形剖面线特征,研究了相对稳定滑坡、蠕滑阶段滑坡和不稳定斜坡的地形剖面线的分布特征,以及地震滑坡不同稳定状态下的地形剖面线的多重分形维数演化特征。研究结果表明相对稳定滑坡的多重分形维数演化特征的具有明显的有序性,处于蠕滑状态的滑坡和不稳定斜坡的多重分形维数演化出现明显的特征性拐点。     

1949～1998年中国大洪涝灾害若干特征分析

根据1949~1998年大洪涝灾害资料、运用一般统计方法和分形理论,分析了1949~1998年大洪涝灾害的若干特征,得出大洪涝灾害的发生频率在不断增加、受灾农田面积波动上升、空间上以长江和珠江流域为主、季节上集中在6~8月份等特征,并探讨了大洪涝灾害时间序列上的分形特征。     

岩体工程中分形理论应用初探

分形理论从确立至今已有20多年的时间,将分形理论应用于解决岩土工程问题已逐渐完善起来。介绍了分形几何的发展历程以及分形理论研究中的数学理论基础,归纳了分形理论研究的几种常用方法,总结了前人在相关领域的研究成果,并对其在岩土工程问题研究中的土的微结构分形、节理表面的分维、分维和岩石质量系数(RQD)间的关系、分形损伤以及分形断裂等方面的应用作了较为详细的阐述。     

中国1840—1996年洪水灾害若干特征分析

在中国１８４０￣１９９６年洪水灾害相关资料的基础上,运用一般统计方法和分形理论分析了１８４０￣１９９６年洪水灾害的若干特征,包括１８４０￣１９９２年中国七大江河各等级水灾发生特征、中国１８４０￣１９８９年七大江河每十年洪水灾害发生频率的演进特征、中国１９５０￣１９９６年水灾受灾面积统计特征、中国１８４０￣１９４９年水灾受灾县数时间序列与１９５０￣１９９６年水灾受灾面积时间序列的分形特征等。     

区域滑坡时间分布的自相似性研究

滑坡时间分布是滑坡预测和预警报研究的关键内容,对一定区域滑坡分布时间规律的研究可为区域滑坡预测和预警报提供参考和指导。本文以长江三峡库区滑坡为研究对象,对滑坡的年际分布和月份分布的相似性分别进行了研究。结果表明,两种时间的分布规律具有较好的相似性,且滑坡规模越接近,相似性程度越高。对滑坡时间分布的相似性研究,为应用分形理论研究该区域滑坡时间分布规律提供了理论基础。     

分形论与自然灾害研究—地震,洪涝灾害中的分形研究

在多种概念和方法相互撞击和汇合中诞生的分形论，提示了现实世界中具有深刻理论意义和广泛现实基础的幂指数律，给自然灾害研究提供了新的方法和途径。本文在初步介绍分形论有关基本概念的基础上，回顾了分形论在地震、洪涝灾害中的一些应用和新近进展，展示了分形论在自然灾害研究中的前景。     

潮差环境下混凝土氯离子扩散时变性与孔隙分形特征的关系

通过人工气候模拟潮差区氯离子环境下混凝土的暴露试验,测定了不同暴露时间后的混凝土自由氯离子浓度,分析了其扩散系数及其时变性;以MIP法测定了不同暴露时间下混凝土的总孔隙率和孔径分布等孔隙特征参数,分析了其时变性;研究了潮差环境下混凝土扩散系数与孔隙微观参数的时变性关系,混凝土孔表面分形维数与扩散系数的关系。结果表明:在模拟潮差环境下,随着暴露时间的延长,混凝土氯离子扩散系数和总孔隙率均逐渐减小,而孔表面分形维数逐渐增大;不同暴露时间后,混凝土氯离子扩散系数与其各级孔隙率有较好的相关关系;混凝土不同孔径范围的孔表面分形维数与其氯离子扩散系数之间的相关性不同,其中以孔径范围为100~1000 nm的大毛细孔的孔表面分形维数相关性最高。