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。     

综放工作面覆岩破坏特征及裂隙演化相似模拟试验研究

针对煤层开采后常出现矿压显现剧烈、煤岩透气性增大和地表下沉等问题,利用二维相似模拟试验研究综放工作面覆岩破坏特征并通过分形理论表征裂隙演化规律.试验结果表明:煤层基本顶初次来压步距为78 m,周期来压步距为24 m;煤层采动裂隙发育,距煤层顶板超过35 m;煤层开采后形成的覆岩裂隙具有分形特征,其分形维数随工作面的推进...     

点状灾害现象的分维计算方法及其比较 --以中国大陆地震为例

以中国大陆地震为例,对点状灾害现象的分维计算方法及其差异进行了研究。文中得到下述结论：对于进行点状灾害现象的分形研究,网格法与圆法都是可以选用的方法,但是由于这两种方法的计算结果有所不同,所以,要进行分维比较的话,必须选择相同的分维计算方法;另外,为了保证计算结果的可比性,在采用相同分维计算方法的同时,还要注意相同标度值点的选取。     

SOLUTE TRANSPORT IN THREE‐DIMENSIONAL SATURATED POROUS MEDIA HAVING SELF‐SIMILAR HYDRAULIC CONDUCTIVITY DISTRIBUTION1

ABSTRACT: Customarily, it has been assumed that hydraulic conductivity is a stationary, homogeneous stochastic process with a finite variance for stochastic analysis of solute transport in the subsurface. That the distribution of hydraulic conductivity may have a fractal behavior with long range correlations was suggested from field data analyses. This motivates us to further investigate how the fractal behavior of permeability distribution impacts solute transport in porous media. This study provides longitudinal and transverse macrodispersivity coefficients and the variance of the solute concentration. Longitudinal and transverse macrodispersivity coefficients are found to depend strongly on the fractal dimension (D) of logarithmic hydraulic conductivity (logK). The longitudinal and transverse macrodispersivity coefficients are the highest when D = 1, and the values decrease monotonically to zero at D = 2. Both coefficients correspond to the characteristic length scale of the logK distribution, thus are scale dependent parameters. The ratio of the transverse to the longitudinal macrodispersivity coefficient is on the order of 10^‐1 to 10^‐4. Concentration variance also decreases with the fractal dimension of logK. There is no spatial spreading of solute for D = 2, and the concentration variance reaches zero for this case.     

某抽水蓄能电站工程区断裂断层泥研究

通过断裂断层泥的粒度成分分析、粒度分形和石英颗粒形貌(SEM)特征观测等方法来分析与评价某抽水蓄能电站工程区断裂活动性,从而得出工程的稳定性。这一研究对大型地下工程场区稳定性综合论证及对地下硐室合理选址、设计以及确保工程安全等具有重要的应用价值。     

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。     

关联维数在机械设备故障诊断中的应用研究

研究了混沌与分形的特征参数———关联维数的计算方法和参数的选择。以滚动轴承在正常、外圈故障、滚动体故障、内圈故障4种状态下的信号特征为标准样本,以其运行的实测信号为例,对时域信号进行了频谱分析,并进一步进行了关联维数分析。通过对滚动轴承振动信号的关联维数分析,证明了该轴承在4种不同标准状态下具有明显不同的关联维数特征。因此,按照相关性的大小,就可诊断出实测信号属于外圈故障状态信号。研究结果表明,关联维数分析方法在设备状态监测与故障诊断中,尤其是在非线性系统的故障诊断中显示出其独特的优势,具有较为广阔的应用前景。