冬小麦趋势产量与气象产量分离方法对比

张军　柴岩红

[摘 要] 本文以1986—2018年河南省浚县冬小麦生产为例，采用滑动平均法及HP滤波法分析冬小麦产量中的趋势产量和气象产量。结果表明，总体上浚县冬小麦趋势产量呈上升趋势;气象产量不仅受气象因素的影响，而且受科技因素的影响。

[关键词] 冬小麦;趋势产量;气象产量;滑动平均法;HP滤波法

[中图分类号] S512.11;S162.53 [文献标识码] B [文章编号]1674-7909（2020）06--2

1 材料与方法

1.1 数据来源

冬小麦是我国的重要粮食作物之一。我国冬小麦主要种植地是华北地区，一般前一年10月左右开始播种，次年6月左右成熟。本文为了探究冬小麦的趋势产量和气象产量，選择的数据是1986—2018年河南省鹤壁市浚县小麦单位面积产量数据。数据全部来源于官方统计，真实可查。

1.2 试验原理与方法

我们一般通过公式来计算冬小麦的产量，即冬小麦的产量是趋势产量、气象产量和随机产量的总和：

Y=Y趋+Y气+Δy                       （1）

式（1）中，Y是冬小麦实际得到的总产量，Y趋是趋势产量，Y气是气象产量，Δy是随机产量。随机产量对冬小麦的影响其实很小，有时候可能不存在，所以我们一般不计算随机变量。所以，冬小麦的实际产量就是趋势产量和气象产量的总和：

Y=Y趋+Y气                         （2）

直线滑动平均法，是以平均数为基础，将线性回归模型与滑动平均相结合的模拟方法。这种方法不仅可以不主观假定产量历史演变的曲线类型，而且可以不忽视本序列年数。当某一年因为自然因素的影响导致小麦年产量比较低时，其年际间的增长量将会变得很高。我们把整个时间序列中某一个阶段的小麦产量看成一条直线，时间序列即为随着时间变化的数据序列。我们将这条直线在这段时间和下段时间之间的变化当成一个趋势[1]。在数据处理上，将时间参数作为自变量，将小麦的实际产量作为因变量。

当我们在求某一个阶段的线性趋势时，可以列方程为：

Yi=ait+bi                         （3）

式（3）中，i=n-K+1，表示所需要列的方程个数。其中，K是滑动步长，n是样本个数，t是时间。我们可以计算每个方程在t点的函数值，以此得到阶段时间的产量值。我们采用5 a和11 a滑动平均法进行冬小麦趋势产量拟合，方程表达式为：

（4）

HP滤波法是一种在状态空间离分解时间序列的方法。时间序列常常由趋势部分、季节波动部分和随机波动部分组成。其中，趋势部分相对比较稳定，季节部分具有季节性，这是不好把握的，随机波动部分很小，可以忽略。我们常常通过收集以往的数据来对今后的数据进行预测，那么我们就需要抓住一个相对稳定的关键部分，那就是趋势部分。该滤波器从时间序列yt中得到平滑序列gt，公式为：

（5）

我们将上述公式分为两部分，第一部分是，第二部分是。我们主要通过第一部分来调节整个趋势的变化。λ是不固定的值，而且第二部分是随着λ的变化而变化，即λ值越大，则第二部分值就越大，随着λ的增加，预测的趋势就更加平滑。当λ无限趋近于正无穷大时，预计的趋势就越接近于线性函数。从统计意义上来讲，λ值是可以随意设置的。

对于河南省鹤壁市统计局收集到的数据，利用上述方式得到了小麦的趋势产量值，并通过Microsoft Excel演化出冬小麦的趋势产量和实际产量的对比。由此可知，总体上趋势产量是呈上升趋势的。

1.3 气象产量分离结果分析

我们通过以上方法计算出当年的气象产量，如图1和图2所示。

气象产量柱状图的正负反映出了当年气象对冬小麦产量的影响。1990年，气象对冬小麦的影响是最大的，呈现的是负增长。1990年趋势增长相较于1989年是上升的，但是1990年的实际产量相较于1989年是大幅度减少的。从11 a滑动平均法气象产量和HP滤纸气象产量来看，气象对于冬小麦产量的影响随着科技的发展而逐渐减弱，1990年气象产量负增长值是最大的，可见那年气候条件不利于冬小麦生长。1986年气象产量的正增长是最大的，则当年气候适宜冬小麦生长。总体来看，2002年之后气象产量的负增长和正增长均低于2002年之前。我们可以得到2种可能性，一是2002年以后的气候条件适宜冬小麦生长;二是在2002年之后我国的农业科技或者其他的相关气候检测条件得到了提升和改善，这就使气候条件对冬小麦产量的影响低于2002年之前。

2 对策

通过上述分析得出，随着科学技术的发展，气候因素对冬小麦实际产量的影响越来越小。今后，为进一步降低气候因素对冬小麦收成的影响，可采取如下对策。

一是建设农业气象预警系统。随着全球气候变暖日益严峻以及温室效应越来越严重，我国亟待建立一套实时、完整、先进、覆盖面广和准确度高的农业气象预警系统，以使自然因素对农业生产的影响降至最小。二是建立健全气候检测机制和扩大气候检测范围。目前，我国急需一套十分完善的气候检测机制来对气候进行实时、多范围检测，机制的完善和人民群众的支持会让农业生产生活变得更好。三是加强农业宣传。基层组织应定期向每家每户分发农业相关杂志进行学习，并邀请农业专家定期对村民进行培训，提高他们的生产技能。四是培育或引进新型品种。随着全球变暖的影响，极端天气现象频发，因此需培育可以应对极端天气的新型品种，如耐旱品种、耐涝品种等[2]。

参考文献

[1]成林，李彤霄，刘荣花.主要生育期气候变化对河南省冬小麦生长及产量的影响[J].中国生态农业学报，2017（6）：931-940.

[2]戴彤，王靖，赫迪，等.1961—2010年气候变化对西南冬小麦潜在和雨养产量影响的模拟分析[J].中国生态农业学报，2016（3）：293-305.