沈彦军
- 作品数：19 被引量：124H指数：6
- 供职机构：中国科学院遗传与发育生物学研究所更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金河北省自然科学基金中国科学院知识创新工程重要方向项目更多>>
- 相关领域：天文地球农业科学水利工程环境科学与工程更多>>
- 非参数化蒸散发估算方法在华北灌溉农田的适用性评价被引量：3
- 2022年
- 蒸散发是水循环和地表能量平衡系统重要的组成部分之一,是农业、水资源管理和气候变化研究中的基础信息。非参数化蒸散发估算方法避免了复杂的参数化过程,降低了计算过程的不确定性,具有广阔的应用前景。本文基于华北灌溉农田中国科学院栾城农业生态系统试验站、中国科学院禹城综合试验站和北京师范大学馆陶试验站3个通量站点的观测数据,利用非参数化方法估算3个站点30 min和日尺度蒸散发,利用能量残差闭合修正方法修正后的通量数据为验证参考值,评价非参数化蒸散发估算方法在华北平原灌溉农田不同季节和不同时间尺度的适用性。结果显示:1)非参数化方法在华北灌溉农田不同作物类型、不同时间尺度具有可靠和稳健的表现,估算结果可以较好地反映季节及日内变化特征,但总体上低估蒸散发;对比估算值与参考值,在日尺度上,平均偏差为-16.18~-12.88 W·m^(-2),决定系数为0.80~0.83,均方根误差为22.45~31.06 W·m^(-2), Nash-Sutcliffe效率系数为0.66~0.75;在30 min尺度上,平均偏差为-13.30~-7.68 W·m^(-2),决定系数均为0.88,均方根误差为39.22~42.15 W·m^(-2),Nash-Sutcliffe效率系数为0.86~0.87。2)非参数化估算方法在水分供应较充足或作物生长茂盛时较严重低估潜热通量,而在较干燥或作物稀疏时轻度低估或不低估潜热通量。3)该方法对灌溉活动的响应考虑不足,可能需要在模型结构上进一步改进以提高灌溉农田模拟精度。4)非参数化估算方法在华北灌溉农田中参数敏感性从高到低依次为地表空气温度、地表温度、地表净辐射和土壤热通量,其中可忽略土壤热通量的影响。该研究不仅为非参数化蒸散发估算方法改进提供参考,而且有助于加深对蒸散发理论的认识。
- 张晓龙张玉翠石嘉丽王妍沈彦军
- 关键词：蒸散发
- 近70年首都水源涵养区水热条件及地表径流演变特征研究——以清水河和白河流域为例
- 2023年
- 永定河流域的清水河和潮白河流域的白河,是张家口建成首都地区水源涵养功能区的关键流域。利用清水河流域(1951-2020年)和白河流域(1970-2020年)的多年水文资料,运用有序聚类分析、小波分析等数理统计方法分别对清水河流域和白河流域的径流量、气候要素(降水和气温)进行趋势分析和突变分析,并基于Pearson相关分析和贡献率分析的方法讨论了降水量、气温和蒸散量对径流量变化的影响。结果表明:①清水河流域和白河流域的降水量呈现不显著上升趋势,1960-2020年间平均上升速率分别为0.964 mm/10a和3.316 mm/10a,分别在1965年和2016年发生突变;②清水河流域和白河流域的气温均呈现显著上升的趋势,清水河流域平均气温上升速率是0.246℃/10a,白河流域平均气温上升速率为0.207℃/10a,气温都在1988年发生突变;③近70年清水河流域和白河流域的径流量呈显著减少趋势,都达到了99%的显著性检验水平,并在1979年和1974年发生突变;④径流量的主导因素是降水量,降水量对径流量年内变化的影响主要发生在降水相对充沛的5-8月份。
- 李赟李雅丽张良罗建美沈彦军裴宏伟
- 关键词：径流量
- 1960-2018年中国玉米生育期及各生育阶段水热条件时空变化特征被引量：4
- 2021年
- 水热条件是影响作物分布与农业生产的重要因素。玉米不仅是我国重要的粮食作物,同时也是重要的饲料作物和能源作物,探讨其生育期及各生育阶段水热条件的时空变化特征对农业应对气候变化带来的风险及粮食安全具有重要意义。本文选取平均温度(T_(mean))、生长度日(GDD)、高温度日(KDD)、日照时数(SD)、有效降水(P_(e))和灌溉需水量(IR)为水热条件指标,基于全国422个气象站点和292个农气站点观测数据,采用趋势和空间分析方法,揭示了1960—2018年中国九大玉米种植区玉米全生育期及各生育阶段水热条件的时空变化特征。结果表明,玉米生育期T_(mean)、GDD的增幅分别为0.18~0.36℃·(10a)^(−1)和5.73~41.23℃·(10a)^(−1),东北、甘新区、黄淮海平原和黄土高原等种植区增加最显著。生育期KDD的高值区主要集中在黄淮海平原和甘新地区;除黄淮海平原西南局部区域呈不显著下降趋势外,其他地区呈增加趋势;且KDD的增加主要集中在苗期到花粒期。玉米生育期SD整体表现为显著下降趋势,其中黄淮海平原和黄土高原地区玉米各生育阶段均存在显著下降趋势,花粒期SD下降最明显。玉米生育期P_(e)和IR变化趋势总体上不显著但空间差异明显;除甘新区和内蒙P_(e)呈现不显著增加趋势外,全国大部分玉米种植区P_(e)呈不显著减少趋势。生育期IR在南疆及黄淮海平原西南部呈不显著减少、东北东南部不显著增加趋势;从各生育阶段来看,黄淮海平原区及东北地区P_(e)在穗期和花粒期减少且IR相对增加,黄淮海平原区及黄土高原西部的IR分别在播期和苗期呈现减少趋势。总体来看,全国玉米生育期热量资源有增加趋势,光照资源减少,有效降水和灌溉需水量的变化趋势不明显,但是各生育阶段及区域间水热条件变化差异明显,如黄淮海平原和黄土高原地区苗期到花粒期KDD增加显著但SD下降,
- 刘行张晓龙王艺璇郭英罗建美沈彦军
- 关键词：玉米水热条件生长度日有效降水灌溉需水量
- 桑干河流域典型粮果农田土壤水盐氮分布特征
- 2023年
- 桑干河流域是建设首都水源涵养功能区和生态环境支撑区的主要流域,针对目前流域内面源污染和土壤退化等生态问题,探究不同农田系统土壤水盐氮分布特征对于区域科学管理土地资源和调控水盐肥具有重要意义。以桑干河流域3种典型的农田利用方式(杏园、雨养玉米和灌溉玉米)为研究对象,通过野外取样与试验分析对不同农田利用方式土壤剖面水、盐和硝态氮分布规律进行研究,进而明晰土壤盐氮潜在淋溶风险。结果表明:①不同农田类型中灌溉玉米土壤含水率和电导率均值最高,杏园含水率最低,而电导率接近于雨养玉米。②土壤盐分离子组成以Na^(+)和SO_(4)^(2-)为主,K^(+)、Mg^(2+)和Cl^(-)相对较少,灌溉玉米中Na^(+)、K^(+)和Mg^(2+)均显著高于杏园。③土壤水盐分布因农田利用方式的不同而存在明显差异且分布复杂,杏园土壤电导率与盐分离子垂直分布呈橄榄形,雨养玉米SO_(4)^(2-)和电导率表现为中上多、底部少,灌溉玉米Na^(+)呈S形波动。④灌溉玉米NO_(3)^(-)-N平均累积含量明显高于雨养玉米和杏园,剖面分布为上下多、中间少的特点,且深层土壤NO_(3)^(-)-N均值达14.6 mg/kg,具有潜在的硝态氮淋溶风险。⑤不同利用方式土壤Mg^(2+)和SO_(4)^(2-)分别与含水率和电导率呈极显著正相关,其是控制区域水盐变化的重要因子。综上,不同农田利用方式对土壤水盐氮分布特征影响差异明显,灌溉玉米土壤水盐氮含量明显最高,需采取合理的水肥管理措施,减缓环境污染风险。
- 李雅丽张红娟刘孟竹徐利沈彦军沈彦军
- 关键词：硝态氮分布
- 永定河上游地表水-地下水水化学特征及其成因分析被引量：16
- 2021年
- 永定河上游流域是冀西北重要的水源涵养区和生态屏障区,受气候变化和高强度人类活动影响,径流减少和水环境恶化问题日益突出.深入研究自然和人类活动共同影响下的地表水-地下水水化学特征及其成因,可为区域水资源可持续利用提供科学参考.本研究利用(δ2H和δ18O)氢氧同位素关系明确地表水和地下水来源,并在此基础上结合数理统计和水文地球化学方法,分析水化学特征及其成因.结果表明,地表水和地下水主要来源于降水.受自然因素及人类活动的共同影响,洋河和桑干河流域水化学类型差异显著.整体上,地表水离子浓度表现为:桑干河>洋河.桑干河流域地表水主要阳离子为Na^(+),主要阴离子为Cl^(-)和SO^(2-)_(4),且水化学类型多样;洋河流域地表水主要阴阳离子分别为HCO^(-)_(3)和Ca^(2+),水化学类型分布相对集中.影响地表水水化学的自然因素主要为矿物溶解和蒸发,但人类活动却体现出流域差异,其中桑干河为支流的工业废水排放,而洋河流域为农业生产和城市.然而,由工业废水排放和酸雨输入导致的地表水Cl^(-)和SO^(2-)_(4)浓度持续增加,是地表水资源可持续利用的限制因素.因此,未来桑干河流域地表水资源利用要综合考虑总盐分和水化学组成的影响,而洋河流域主要考虑总盐分的影响.因地制宜地进行地表水资源利用,是永定河上游水资源可持续利用和恢复地下水位行之有效的措施.
- 孔晓乐杨永辉曹博王艺璇裴宏伟沈彦军
- 关键词：半干旱区氢氧稳定同位素
- 太行山前平原冬小麦生育期干旱分析——以保定市为例被引量：4
- 2013年
- 对冬小麦生育期干旱进行精细分析,可以为农业生产和水资源管理提供参考信息,为降水、地下水动态以及作物耗水关系提供研究基础。采用有效降水和综合气象干旱指数(CI)方法,分析了太行山前平原冬小麦56个生育期及各生育阶段(苗期、越冬期、返青期、拔节~成熟期)的平均有效降水和气象干旱发生频率。研究发现冬小麦生育期平均有效降水为55.43 mm,分别占年有效降水和生育期降水量的13.6%和52.5%。其中,5月和10月是生育期有效降水的主要贡献月,平均有效降水量分别占到生育期有效降水量的35.7%、27.1%。生育期平均缺水350mm以上,并且有效降水的月际、年际间差异明显。逐月旱涝级别和频率分布显示,生育期干旱平均发生频率为58.5%,逐月发生干旱的频率均在50%以上。12月易发生轻旱,2、3月易发生中旱,4月易发生重旱。总体上,太行山前平原冬小麦生育期及各生育阶段的有效降水都表现出非稳定性,逐月平均有效降水量均不同程度小于需水量,干旱发生频率冬后大于冬前。
- 沈彦军李红军雷玉平
- 关键词：冬小麦有效降水太行山前平原
- 华北山前平原农田关键带观测研究平台(栾城关键带观测平台)被引量：4
- 2021年
- 中国科学院栾城农业生态系统试验站(以下简称"栾城站")位于华北太行山前冲洪积平原的中段,是地下水灌区高产农业生态类型的典型代表。由于近几十年来大规模、高强度的农业生产,区域地下水超采严重,地下水污染风险加剧。然而,人类活动影响下的地表生态系统与地下含水层被厚包气带隔开,地表农业生产活动对地下水水量和水质的影响机理尚不明确。目前,开展贯穿整个包气带的原位监测试验,是揭示这一过程机理的唯一途径。因此,建立大型农田关键带观测平台,是开展农业与地下水关系研究的重要需求。在中国科学院野外站网络重点科技基础设施建设项目的支持下,栾城站建设的"栾城关键带观测平台",通过对作物根系层—深层包气带—饱和带的土壤水、热、溶质等关键要素和变量的监测,可开展水分、溶质和污染物在厚包气带内的运移、转化规律研究,揭示饱和—非饱和过渡带水文过程及其与地下水补给关系,阐明农田生产活动的水肥迁移、转化及其对地下水量质变化的影响机制,为回答地表过程对地下水量质演化影响机理提供实验平台支持。
- 沈彦俊闵雷雷闵雷雷吴林吴林张广录
- 变化环境下清水河流域径流演变特征及驱动力被引量：17
- 2020年
- 海河上游清水河流域地处我国北方半干旱半湿润过渡带,水资源短缺且生态环境极为脆弱,对气候变化和人类活动高度敏感。明晰变化环境下清水河流域的径流演变规律及气候变化和人类活动的贡献,对实现流域内水资源的可持续利用以及确保本流域作为首都地区生态屏障的功能定位具有重要的意义。根据清水河张家口水文站和啕来庙水文站近70年的实测径流资料,利用有序聚类分析、小波分析和双累积曲线等方法,系统分析了清水河流域径流演变特性及气候变化和人类活动的影响。结果表明:(1)近70年清水河流域径流呈显著减少趋势,径流深年均减少0.6mm;各月径流亦均呈显著减少趋势,其中以春夏两个汛期的减少最为显著;(2)径流在1979年前后发生突变,径流变化的第一、二主周期分别为27a、8a;(3)径流年内分布的不均匀程度明显增加,春汛(3月-4月)占全年径流总量的比例增加,而夏汛(7月-8月)占全年径流总量的比例则呈现减少态势;(4)双累积曲线分析结果表明径流演变的主要驱动因素为人类活动(89%)。
- 裴宏伟杨佳张红娟郝桂珍刘昌明杜娟沈彦军
- 关键词：气候变化径流演变驱动力
- 滹沱河山区径流多尺度变化规律及影响因素研究
- 2023年
- 径流是反映流域气候及地理环境变化的重要指标,辨析其多尺度变化特征及影响因素,对于认识气候变化背景下流域水文情势变化规律及维护水资源安全具有重要意义。以滹沱河山区小觉流域和冶河流域为例,结合水文和气象数据,应用Mann-Kendall趋势分析、突变检验及Morlet小波函数等方法,分析两流域1960—2018年径流深趋势、突变、周期等多尺度变化特征,并利用相关分析与随机森林模型揭示了气温、降水、潜在蒸散发、叶面积指数对不同时段(汛期、非汛期)月径流深变化的相对重要性。研究结果表明:1960—2018年多年平均尺度上,冶河流域径流深(69.34 mm)大于小觉流域(39.07 mm),两流域年径流深均呈显著下降趋势,且冶河流域的下降速率(13.0 mm/10a)大于小觉流域的下降速率(8.7 mm/10a);在月和季节尺度上,两流域径流深也呈现显著下降趋势,尤其在夏季时段径流深下降趋势最快。小觉流域和冶河流域径流深分别在1981和1979年发生突变,且突变后径流深下降速率较突变前有所减缓,同时极端流量出现频率减少,其中8月份流量减小幅度最大。小觉流域的径流深主周期分别为15、8和5 a,冶河流域的径流深主周期分别为16、10和5 a,在第一主周期的时间尺度上都存在5个丰枯变化周期。对汛期和全年时段进行相关分析和随机森林模型的结果表明,降水是影响流域径流长期变化的主导因子,尤其在汛期时段;在非汛期,叶面积指数是影响径流变化的重要因素。
- 常玉儒刘夏赵小宁沈彦军
- 关键词：径流深影响因素
- 基于系统动力学模型的塔里木河流域水资源承载力研究被引量：18
- 2021年
- 水资源承载力的定量评估是确保干旱地区水资源可持续利用的关键前提。选取我国最大的内陆干旱区流域——塔里木河流域为研究区域,结合其特殊的地理环境和供水与需水特征,构建系统动力学模型,基于实地调研、统计年鉴与水资源公报数据,以水资源红线为约束,对塔里木河流域水资源承载力的历史状况与未来趋势进行了定量评估和预测。结果显示:塔里木河流域及其所属各地(州)历史期内(2008—2016年)水资源均呈现轻度超载状态,且在未来(2017—2030年)将进一步加剧。在当前的政策背景下,如使该区水资源于2030年达到可承载的状态,则需在该地区扩大农业节水设施建设规模并着力发展农业节水灌溉技术,并力争在2030年实现灌溉用水定额达到5.70×10^(3) m^(3)·hm^(-2)以下,农业灌溉面积降低至2.60×10^(6 )hm^(2)以下。同时,农业节水与产业转型应是该地区未来社会经济发展的2个需要重点考虑的方向。
- 刘夏张曼徐建华郭英段伟利沈彦军
- 关键词：水资源承载力系统动力学模型干旱区节水农业塔里木河流域
