河南省小麦产量气象影响因素的灰色关联分析

河南省小麦产量气象影响因素的灰色关联分析
刘芳;李炳军;胡丽平
【摘要】In order to clarify the influences of meteorological factors on wheat meteorological yield in Henan ,the meteorological data and material on wheat yield from 1980 to 2012 in Henan were used to analyse the discipline of the wheat meteorological yield,the temperature,the precipitation and the hours of sunshine,then the grey relational analysis between meteorological factors and wheat meteorological yield were carried out. The results showed that the temperature gradually increase;the average precipitation of the second stage is 261 mm more than the first stage in the wheat growth period,but the interannual change regulation is not clear;the change of the hours of sunshine is less obvious in the second stage,and there is a downward trend in the first stage. There is a great relevance between the wheat meteorological yield and the meteorological factors,moreover,the temperature and the hours of sunshine are the decisive factors on wheat meteorological yield. In the recent 10 years,the precipitation in the second stage had a greater impact on wheat meteorological yield.%为探明气象变化对河南省小麦气象产量的影响，利用1980—2012年河南省气象资料和小麦产量资料，对小麦气象产量和小麦生育期内的降水、气温和日照时数的变化规律进行分析，并将小麦气象产量与小麦越冬期和小麦生长期第二阶段的降雨、气温、日照时数进行灰色关联分析。

结果表明，河南省小麦生长期内温度有波动上升的趋势；小麦生长期第二阶段的降雨量比越冬期间的降雨量平均多261 mm，但是年际间的变化规律不明确；小麦生育期第二阶
段日照时数变化不明显，第一阶段有下降的趋势。

小麦气象产量与气候变化有较大的关联性，温度和日照时数是影响小麦气象产量的决定性因素，近十年来，生长期第二阶段的降雨对小麦气象产量的影响变大。

【期刊名称】《河南科学》
【年(卷),期】2015(000)001
【总页数】6页(P49-54)
【关键词】小麦;气象变化;气象产量;灰色关联分析
【作者】刘芳;李炳军;胡丽平
【作者单位】河南农业大学信息与管理科学学院，郑州 450046; 河南农业大学创新管理研究中心，郑州 450046;河南农业大学信息与管理科学学院，郑州 450046; 河南农业大学创新管理研究中心，郑州 450046;河南农业大学信息与管理科学学院，郑州 450046
【正文语种】中文
【中图分类】S512.57
小麦产量和气象变化的关系非常密切.小麦的生长发育及最终产量与光、热、水之间的关系错综复杂，受其因子间组合变化的影响很大，一个因子或几个因子对小麦生长的正效应可能被其他因子加强，也可能被减弱，甚至被完全抵消.针对气温、降水、日照等气象要素变化及对小麦生产的影响，国内不少学者曾做了大量卓有成效的工作，有对不同时间空间尺度下气温、降水、日照气象变化的研究［1-6］，有对生育期内气象变化对冬小麦生长发育与产量的研究［7-9］，研究方法大多是用统计的方法和模糊数学的方法［10-12］.
河南省位于北纬31°23′～36°22′的中纬度地带，处于东经110°21′～116°39′的我国东部季风区内，属大陆性季风气候.从气温条件来看，由南而北为北亚热带与暖
温带；从降水条件来看，由南而北为湿润区与半干旱区［13］.河南省境内光、热、水条件适宜，适合小麦的生长发育.但是，由于河南省位于气候带界线附近，而且
受地形过渡带的影响，气候过渡性和灾害多发性均十分明显，使其小麦产量变异系数较大，对气象变化较为敏感.因而，研究气象变化对小麦产量的影响是非常必要的.本文在分析河南小麦气象产量与气候变化的基础上，将样本期划分为3个阶段，针对不同阶段数据量小的特点，对小麦气象产量与小麦生长发育期间的气温、日照、降水等气象因子变化进行灰色关联分析，以探索河南省小麦生产气象因素影响的动态趋势.
1.1 数据来源
小麦产量选取河南省1980—2012年的小麦总产量，数据来源于《河南统计年鉴》（1981—2013年），气象资料来源于中国气象科学数据共享服务网（表1）.在
综合考虑了河南省农业气象观测站点的地理分布和小麦生育期观测资料的连续性及完整性的基础上，选取信阳、驻马店、郑州、安阳和卢氏站1979—2012年的气
象资料，数据序列为小麦越冬期间（前一年10至当年2月）和生长期第二阶段（当年3月至5月）的月均降雨量、月均气温和月均日照时数.
1.2 研究方法
1.2.1 小麦产量的分解小麦产量（Y）是在各种自然和非自然因素综合影响下形成的，因此将小麦的产量分解为趋势产量Yt（主要由社会经济生产力决定）和气
象产量Yw（主要由天气气候条件决定），即Y=Yt+Yw+ε，ε是一些随机因素影
响的产量分量，实际计算中可以不考虑.
趋势产量是假定在气象条件正常的情况下，由于品种改良、增施肥料、排灌及栽培技术措施等所影响的那部分产量，是对产量起决定作用的因素.一般情况下，农业
技术措施是逐渐改善的，所以趋势产量通常为时间的函数，它对产量的影响在时间序列上是变化较平稳的过程，特别是在较大的地域范围时更是平稳的.文章用时间
的二次函数拟合各年的趋势产量，即计算各年的气象产量.
1.2.2 小麦气象产量与气象因素的灰色关联分析1）小麦气象产量及气象因素.
比较基准数据列为小麦气象产量Yw，为统一标号，将Yw记为Y0=｛Y0（k）｝，k=1，2，...，33，分析因素序列为小麦越冬期间和生长期第二阶段的月平均降雨量、月平均气温和月平均日照时数Yi=｛Yi（k）｝，i=1，2，3，4，5，6，k=1，2， (33)
2）灰色关联分析.考虑原始数据进行无量纲化处理对关联序的影响，这里处理方法选以下几种［14］：
①“中心化”处理，即分别是因素观测值Yi的样本均值和样本标准差，下同.
②“极差化”处理，即式中：m和M分别指因素观测值的最小值和最大值，下同.
③“极大化”处理
④“极小化”处理
⑤“初值化”处理
3）求关联系数的关联系数为
式中序列在k点的绝对差，记为表示为序列与序列的最小差值和最大差值，ρ为分辨系数，ρ∈（0，1］，一般取0.5.
4）计算关联度ri（i=1，2，3，4，5，6）
1.2.3 确定灰色关联序合理度的基本原则灰色关联序是通过比较各分析因素的
关联度的大小，从总体上综合体现各分析因素对系统行为影响的差异，以达到问题诊断和对被分析各因素进行分类或排序的目的.被分析对象之间的差异体现得越明
显越好.因此，分别应用无量纲化方法①～⑤得到的关联度3，4，5），必须满足
以下原则：
①尽可能大；
②尽可能大.
2.1 河南省小麦气象产量变化分析
基于1980—2012年的小麦产量（表1），用Eviews软件对小麦产量进行拟合，得到以下的模型（括号内的数据为t统计量值）：
模型拟合优度R2=0.949 7，说明模型拟合得很好，t统计量在0.02的显著性水平下通过了显著性检验.应用，计算小麦各年的气象产量（表2）.利用表2的数据，用Excel做出1980—2012年河南省小麦气象产量变化折线图（图1）.
从图1可以看出，气象变化对小麦气象产量的影响比较明显：小麦气象产量的波动大致可以划分为3个周期：第一个周期从1980—1995年（16年），第二个周期从1996—2003年（8年），第三个周期从2004—2012年（9年）.第一个周期的1980—1984年，小麦气象产量变化达到593.27万t，是这33年来波动最大的一个时期，1984—1995年，气象产量波动下降，1995年降至-197.31.在第二个周期中，1996—1997年，气象产量持续增长，1997年增至291.91万t，1999—2003年，气象产量呈明显下降趋势.在第三个周期中，前3年气象产量逐年攀升，2006年达到最大值197.50万t，之后6年持续下降.
2.2 河南省气象影响因素分析
从表1可以看出，河南省小麦生长期第二阶段的降雨量比越冬期间的降雨量普遍要大，平均多261 mm，
但是年际间的变化规律不明确，没有明显的上升或下降趋势.河南省小麦生长期第二阶段气温波动比第一阶段较大，而且两个阶段的气温都在缓慢上升.小麦生育期第二阶段日照时数的变化不明显，第一阶段日照时数呈下降趋势.
2.3 河南省小麦气象产量与气象因素的灰色关联分析
2.3.1 原始数据合理处理方法的确定根据河南省1980—2012年小麦气象产量
与小麦生长期光、温、水的数据资料（表1～2），将数据区间划分为1980—1995年、1996—2003年、2004—2012年3个时间段，分别运用原始数据无量纲化方法①～⑤进行处理，1980—1995年的计算结果列于表3.由表3可知，灰
色关联分析中，原始数据的无量纲化处理对关联度的影响较大，同一研究对象采用不同的数据无量纲化处理方法将导致灰色关联序逆序；从强调被分析对象之间的差异体现得越明显越好的基本原则判断，1980—1995年小麦气象产量与各气象因
素的“最佳关联序”为r5＞r2＞r6＞r3＞r4＞r1，即影响河南省小麦气象产量的
气象因素中，主要是温度和日照时数，降水量的影响最小；小麦生长期第二阶段各气象因素与气象产量的关联度大于第一阶段.
2.3.2 3个周期小麦气象产量与气象因素的灰色关联度由于不同的数据无量纲
化处理方法得到的结果有较大的差别，为了保持不同阶段的灰色关联度具有可比性，1996—2003年和2004—2012年两个周期也采用极大值化方法处理原始数据.3
个周期的计算结果汇总于表4.
从表4可以看出，1980—1995年和1996—2003年两个周期内小麦气象产量与
气象影响因素的排序基本一致，小麦气象产量与气温的关联性最大，其次是日照时数，关联性最小的是降雨量.1980—1995年期间，小麦生长期第二阶段的气象影
响因素较第一阶段影响较大，1996—2003年期间，气象产量与生长期第一阶段
的气温较第二阶段的气温的关联性大，气象产量与日照时数和降雨量的关联性排序和第一个周期1980— 1995年是一致的.但是在第三个周期（2004—2012年），小麦气象产量与生长期第二阶段的降雨量的关联度排序发生了重大的改变，从前两个周期的倒数第二跃居第一，这说明近10年在小麦生长期第二阶段，降水量对小麦气象产量的影响较大，生长期第一阶段的降雨量对气象产量的关联性仍是最小.
虽然3个时间段的计算结果有所不同，但各个生育期内的温度和光照对小麦气象
产量的影响较大，无论是在播种到拔节期，还是在返青期以后，温度的影响都比较
大，温度的积累有利于作物的生育.在整个生育期，除了第3个周期外，降水对作
物的影响最不明显.
针对1980年以来河南省小麦气象产量与气象因素的关系进行初步探讨分析，得出1980年以来，河南省小麦生育期内温度逐渐增高；降雨量的变化不明显；小麦生长期第一阶段的日照时数呈下降趋势.河南省小麦气象产量的气象影响因素中，无
论是越冬期还是生长期第二阶段，气温和日照时数始终是影响小麦气象产量的重要的因素，但近10年以来，小麦生长期第二阶段的降雨量对气象产量的影响变得很重要.本文仅从气象因素对小麦气象产量的影响进行探讨分析，对于气象因素对小
麦产量形成的内在影响及其对小麦内在生理机制等方面的影响则有待于今后的进一步研究.
【相关文献】
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