本篇氣象論文利用全國1951-2000年的成災面積和受災面積的數據，分析我國北方的主要四類農業災害的變化趨勢和周期特點。經分析得出：(1)影響我國北方地區的各類氣象災害中，旱災影響最為嚴重，其次是水災，成災率的線性趨勢表明，除水災成災率波動下降外，其余災害均波動上升;(2)我國北方的災情指數呈波動上升趨勢，在不同災情上，輕災發生次數最高，重災和大災發生的頻率最低，災情指數的主要周期為13 a，預計2014-2017年災情指數偏高，維持至2017年。

　　推薦期刊：《高原氣象》雙月刊，由中國科學院主管，中國科學院寒區旱區環境與工程研究所主辦。重點報導青藏高原以其強烈的隆升，獨特的自然環境、豐富的自然資源和對周邊地區氣候與環境的深刻影響，及鄰近地區的天氣氣候及大氣物理、化學等的觀測事實，大氣環流理論，預報預測方法，高原大地形的動力和熱力影響等，也報導相關學科的研究成果，本刊設學術論文、短論、研究簡報、學術討論、經驗交流和綜合評述等欄目。

　　關鍵詞：農業氣象災害;北方地區;成災率;小波分析

　　1　引言

　　在我國北方地區氣象災害主要有干旱、洪澇、暴雪、干熱風、霜凍等。由于我國北方農業的脆弱性，加之近年來氣候變化加劇,農業災害頻發，及時、準確的農業預報對農作物的產量至關重要。為了能夠對我國北方農業災害發生規律有更深入的了解，對過去幾十年的年際變化進行統計分析。分析出農業災害的時空演變規律，并且推測未來的農業災害發生趨勢，以及各個氣象要素對農業氣象災害的影響和相互關系，最終判斷出是否可以找出氣象要素與災害的關系，對災害發生規律進行預測。

　　2　資料來源及方法

　　2.1　資料來源

　　選取《新中國農業60年統計資料》中，1978-2008年的全國以及我國北方省份旱災、水災、風雹災、霜凍災的成災面積和受災面積，用來分析全國以及北方農業災害的受災和成災的趨勢。

　　2.2　受災率和成災率

　　統計災情時，所采用的最基本指標是受災面積和成災面積，一般來說凡因災害使農作物產量減產10%(即通常所說的一成)至30%(即三成)的面積均記為受災面積[1];因災減產30%(即三成)以上的面積稱為成災面積。受災率=農作物受災面積/總播種面積，成災率=農作物成災面積/總播種面積 [2]。

　　2.3　小波分析方法

　　小波分析是近年來發展起來的一種數學分析工具，它是泛函分析Fourier分析、樣條分析、調和分析、數值分析的最完美的結合。小波變換的連續形式為：

　　此式中，Wf (a, b)為小波系數，a反映尺度，代表小波的周期長度;b表示其在時間上的平移，參數a、b控制著Wf (a, b)的變化，當a不變時，正小波系數表示偏多期，負小波系數表示偏少期;小波系數絕對值越大，時間尺度變化越明顯。f(t)為時間序列;ψ*(t)為 ψ(t)的復共軛函數。

　　小波變換的離散形式為：

　　式中，△t為采樣間隔。

　　本文采用Morlet小波作為母小波來研究，Morlet小波是高絲包絡下的單頻率復正弦函數[3]：

　　式中，ω0 為常數。

　　本文用于小波分析的數據，時間序列長度為50 a。

　　3　北方地區農業氣象災害概況

　　我國北方地區經常發生的氣象災害主要有：旱災、風雹災、霜凍、低溫冷害和寒潮。由于我國北方屬于溫帶季風性氣候，災害具有年際變化顯著、季節性強、危害重以及影響范圍廣等特點。

　　從圖1中可以看出，總成災率在9-30%，從線性趨勢表明，1978-2008年北方地區的總成災率以0.002/10 a的速率波動上升，相比全國低0.8%。旱災的成災率以0.008/10 a的速率波動上升，并且在1988年后的波動幅度明顯增大，其中2000年的成災率最高為28%。水災的成災率則以0.006/10 a的速率波動下降，并在1998年后波動幅度明顯下降，其中1985年的成災率最高，為14%。風雹災和霜凍的成災率分別以0.003/10 a、0.006/10 a的速率波動上升，可以估計我國北方的風雹災和霜凍的發生有增加的趨勢。

　　4　災情變化趨勢及小波分析

　　4.1　中國北方地區災情趨勢及統計

　　張海娜[4]等將災情指數(P)定義為四種農業氣象災害的影響權重(W)與其相應的災害等級分值(Ci)成績的累加，以此作為農業氣象災害綜合評估的指標。災情指數越大，農業生產受到氣象災害的影響就越嚴重;反之，則受到氣象災害的影響就越輕。

　　圖2為經過分析得出災情指數的年變化，從圖中可以看出，1951-2000年我國北方發生重災的年份分別為1972、1989和2000年。根據該線性趨勢表明，災情指數呈波動增加的趨勢，并以0.25/10 a的速度增加。

　　經統計，在1951-2000年我國北方發生大災的年份有3 a，由重到輕分別是1959、1986、1960年;發生中災的年份有11 a;發生小災的年份有12 a;發生輕災的年份有 15 a。1951-2000年我國北方地區的災情發生頻率由高到低依次為：輕災>小災>中災>中災和重災。

　　4.2　中國北方地區災情指數的小波分析

　　對1951-2000年我國北方地區的災情指數進行小波分析，發現災情指數具有多時間尺度相互嵌套的結構的特點，結合圖3的小波方差曲線，得到災情指數主要受3個時間長度影響，分別為5 a、13 a和22 a。在13 a的時間尺度上，災情指數經歷了偏低→偏高→偏低→偏高……共13個循環的交替變化，并且在該時間特征尺度上，災情指數的變化周期幾乎不變，振幅也相似。 2000年在災情指數偏低的開始階段。

　　從圖3的小波方差曲線可以看出有明顯的三個峰值，其中最大的為13 a，為災情變化的第一主周期。這三個周期的波動控制著1951-2000年我國北方地區的災情變化特征。

　　由13 a特征時間尺度小波系數(圖4)圖中可以看出，該特征尺度的小波系數波長和波動周期都比較穩定，波長大約為10 a。根據這個特征，可以預計2014-2017年災情指數會逐年增加，到2017年左右將是災情指數最高年。

　　5　小結

　　本文利用全國1951-2000年的成災面積和受災面積的數據以及小波分析方法，來分析我國北方的主要四類農業災害的年際變化趨勢以及周期特點，得出以下結論：

　　(1)影響我國北方地區的各類氣象災害中，旱災影響最為嚴重，其次是水災。從成災率的線性趨勢表明：旱災的成災率以0.008/10 a的速率波動上升，并且在1988年后的波動幅度明顯增大，其中2000年的成災率最高為28%。除水災成災率波動下降外，其余災害均波動上升。雖然風雹災和霜凍的成災率較低，但依然有上升的趨勢。北方地區的總成災率以0.002/10 a的速率波動上升。

　　(2)我國北方的災情指數呈波動上升趨勢，災情較重的時間段為1960-1968年、1990-2000年。在不同災情上，輕災發生次數最高，為 15次;重災和大災發生的頻率最低，均為3次。發生重災的年份分別為1972年、1989年和2000年。災情指數的主要周期為13 a，以0.25/10 a的速度增加，預計2014-2017年災情指數偏高，維持至2017年。