冬小麥趨勢產量與氣象產量分離方法對比

張軍　柴巖紅

[摘 要] 本文以1986—2018年河南省浚縣冬小麥生產為例，采用滑動平均法及HP濾波法分析冬小麥產量中的趨勢產量和氣象產量。結果表明，總體上浚縣冬小麥趨勢產量呈上升趨勢;氣象產量不僅受氣象因素的影響，而且受科技因素的影響。

[關鍵詞] 冬小麥;趨勢產量;氣象產量;滑動平均法;HP濾波法

[中圖分類號] S512.11;S162.53 [文獻標識碼] B [文章編號]1674-7909（2020）06--2

1 材料與方法

1.1 數據來源

冬小麥是我國的重要糧食作物之一。我國冬小麥主要種植地是華北地區，一般前一年10月左右開始播種，次年6月左右成熟。本文為了探究冬小麥的趨勢產量和氣象產量，選擇的數據是1986—2018年河南省鶴壁市浚縣小麥單位面積產量數據。數據全部來源于官方統計，真實可查。

1.2 試驗原理與方法

我們一般通過公式來計算冬小麥的產量，即冬小麥的產量是趨勢產量、氣象產量和隨機產量的總和：

Y=Y趨+Y氣+Δy? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式（1）中，Y是冬小麥實際得到的總產量，Y趨是趨勢產量，Y氣是氣象產量，Δy是隨機產量。隨機產量對冬小麥的影響其實很小，有時候可能不存在，所以我們一般不計算隨機變量。所以，冬小麥的實際產量就是趨勢產量和氣象產量的總和：

Y=Y趨+Y氣? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

直線滑動平均法，是以平均數為基礎，將線性回歸模型與滑動平均相結合的模擬方法。這種方法不僅可以不主觀假定產量歷史演變的曲線類型，而且可以不忽視本序列年數。當某一年因為自然因素的影響導致小麥年產量比較低時，其年際間的增長量將會變得很高。我們把整個時間序列中某一個階段的小麥產量看成一條直線，時間序列即為隨著時間變化的數據序列。我們將這條直線在這段時間和下段時間之間的變化當成一個趨勢[1]。在數據處理上，將時間參數作為自變量，將小麥的實際產量作為因變量。

當我們在求某一個階段的線性趨勢時，可以列方程為：

Yi=ait+bi? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（3）

式（3）中，i=n-K+1，表示所需要列的方程個數。其中，K是滑動步長，n是樣本個數，t是時間。我們可以計算每個方程在t點的函數值，以此得到階段時間的產量值。我們采用5 a和11 a滑動平均法進行冬小麥趨勢產量擬合，方程表達式為：

（4）

HP濾波法是一種在狀態空間離分解時間序列的方法。時間序列常常由趨勢部分、季節波動部分和隨機波動部分組成。其中，趨勢部分相對比較穩定，季節部分具有季節性，這是不好把握的，隨機波動部分很小，可以忽略。我們常常通過收集以往的數據來對今后的數據進行預測，那么我們就需要抓住一個相對穩定的關鍵部分，那就是趨勢部分。該濾波器從時間序列yt中得到平滑序列gt，公式為：

（5）

我們將上述公式分為兩部分，第一部分是，第二部分是。我們主要通過第一部分來調節整個趨勢的變化。λ是不固定的值，而且第二部分是隨著λ的變化而變化，即λ值越大，則第二部分值就越大，隨著λ的增加，預測的趨勢就更加平滑。當λ無限趨近于正無窮大時，預計的趨勢就越接近于線性函數。從統計意義上來講，λ值是可以隨意設置的。

對于河南省鶴壁市統計局收集到的數據，利用上述方式得到了小麥的趨勢產量值，并通過Microsoft Excel演化出冬小麥的趨勢產量和實際產量的對比。由此可知，總體上趨勢產量是呈上升趨勢的。

1.3 氣象產量分離結果分析

我們通過以上方法計算出當年的氣象產量，如圖1和圖2所示。

氣象產量柱狀圖的正負反映出了當年氣象對冬小麥產量的影響。1990年，氣象對冬小麥的影響是最大的，呈現的是負增長。1990年趨勢增長相較于1989年是上升的，但是1990年的實際產量相較于1989年是大幅度減少的。從11 a滑動平均法氣象產量和HP濾紙氣象產量來看，氣象對于冬小麥產量的影響隨著科技的發展而逐漸減弱，1990年氣象產量負增長值是最大的，可見那年氣候條件不利于冬小麥生長。1986年氣象產量的正增長是最大的，則當年氣候適宜冬小麥生長。總體來看，2002年之后氣象產量的負增長和正增長均低于2002年之前。我們可以得到2種可能性，一是2002年以后的氣候條件適宜冬小麥生長;二是在2002年之后我國的農業科技或者其他的相關氣候檢測條件得到了提升和改善，這就使氣候條件對冬小麥產量的影響低于2002年之前。

2 對策

通過上述分析得出，隨著科學技術的發展，氣候因素對冬小麥實際產量的影響越來越小。今后，為進一步降低氣候因素對冬小麥收成的影響，可采取如下對策。

一是建設農業氣象預警系統。隨著全球氣候變暖日益嚴峻以及溫室效應越來越嚴重，我國亟待建立一套實時、完整、先進、覆蓋面廣和準確度高的農業氣象預警系統，以使自然因素對農業生產的影響降至最小。二是建立健全氣候檢測機制和擴大氣候檢測范圍。目前，我國急需一套十分完善的氣候檢測機制來對氣候進行實時、多范圍檢測，機制的完善和人民群眾的支持會讓農業生產生活變得更好。三是加強農業宣傳。基層組織應定期向每家每戶分發農業相關雜志進行學習，并邀請農業專家定期對村民進行培訓，提高他們的生產技能。四是培育或引進新型品種。隨著全球變暖的影響，極端天氣現象頻發，因此需培育可以應對極端天氣的新型品種，如耐旱品種、耐澇品種等[2]。

參考文獻

[1]成林，李彤霄，劉榮花.主要生育期氣候變化對河南省冬小麥生長及產量的影響[J].中國生態農業學報，2017（6）：931-940.

[2]戴彤，王靖，赫迪，等.1961—2010年氣候變化對西南冬小麥潛在和雨養產量影響的模擬分析[J].中國生態農業學報，2016（3）：293-305.