浙中南春茶采摘期的氣象條件分析及預(yù)報(bào)模型建立

陳 健

(武義縣氣象局，浙江 金華 321200)

武義縣地處浙江省中南部，屬亞熱帶季風(fēng)氣候，又具有大陸氣候回春早的特點(diǎn)。山區(qū)獨(dú)特的涼爽氣候和生態(tài)環(huán)境，為保障茶葉的優(yōu)良品質(zhì)提供了得天獨(dú)厚的氣候優(yōu)勢(shì)和自然條件，是中國(guó)有機(jī)茶之鄉(xiāng)。武義縣春茶的開(kāi)采時(shí)段一般在2月中旬至3月，極易受早春凍害影響[1]，因此，準(zhǔn)確把握和預(yù)報(bào)春茶采摘期對(duì)當(dāng)?shù)夭枞~生產(chǎn)來(lái)說(shuō)就顯得格外重要。

目前，有關(guān)茶葉與氣象的研究主要集中在氣象條件對(duì)茶葉生長(zhǎng)、茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，以及茶葉凍害防御[1-4]、茶葉氣候區(qū)劃、氣候與早茶品種的引進(jìn)、茶葉開(kāi)采期與產(chǎn)量預(yù)報(bào)、茶葉氣象災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[5-7]等方面。關(guān)于茶葉采摘期的預(yù)報(bào)研究中，普遍采用積溫作為主要的預(yù)報(bào)因子[8-10]。

在本研究檢索范圍內(nèi)，尚未見(jiàn)專門(mén)針對(duì)浙中南茶葉采摘期預(yù)報(bào)的研究。本研究在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，以浙中南最大的茶葉生產(chǎn)基地武義縣的春茶采摘期為研究對(duì)象，與各氣象要素進(jìn)行相關(guān)對(duì)比分析，尋找對(duì)茶葉采摘期影響最大的氣象因子，建立春茶采摘期預(yù)報(bào)模型。同時(shí)，結(jié)合浙江省氣候預(yù)測(cè)平臺(tái)本地化釋用，提高相關(guān)因子預(yù)報(bào)時(shí)效，引入低溫霜凍因子，分時(shí)段預(yù)測(cè)春茶采摘期，為茶農(nóng)合理安排茶葉采摘等農(nóng)事活動(dòng)、提高經(jīng)濟(jì)效益提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來(lái)源

茶葉采摘期資料來(lái)源于武義縣農(nóng)業(yè)局特產(chǎn)站，涉及品種包括烏牛早、迎霜、龍井43，資料年限為2005—2017年。本研究主要以2005—2015年武義縣春茶主栽品種烏牛早的采摘期時(shí)間資料為研究對(duì)象，以2016—2017年采摘期時(shí)間為模型驗(yàn)證數(shù)據(jù)。氣象資料取自武義縣氣象局，主要包括2005—2017年茶葉采摘同期和近30 a的氣溫、降水、濕度、日照等資料。

1.2 分析方法

篩選對(duì)茶葉采摘期影響最大的氣象因子，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法建立浙中南春茶采摘期預(yù)報(bào)模型，引入低溫霜凍因子，分析其對(duì)采摘期的影響，從而對(duì)預(yù)報(bào)模型進(jìn)行修正，并用2016—2017年春茶采摘期數(shù)據(jù)資料檢驗(yàn)?zāi)Ｐ皖A(yù)報(bào)效果。

2 結(jié)果與分析

2.1 采摘期和氣象條件變化特征

2.1.1 開(kāi)采日期

由圖1可知，武義縣春茶3個(gè)主栽品種的開(kāi)采日期隨年份變化特征基本一致，烏牛早的開(kāi)采日期最早(多年平均為2月27日)，其次是迎霜(多年平均為3月7日)，最晚是龍井43(多年平均為3月9日)。迎霜和龍井43的開(kāi)采日期接近，平均僅相差2 d，而烏牛早較前兩者提前10 d左右。同一品種的春茶在不同年份開(kāi)采日期相差較大，尤其是烏牛早，最早(2007年2月15日)與最晚(2005年3月10日)的采摘時(shí)間相差近1個(gè)月。烏牛早是武義縣種植面積最大的茶葉品種，屬于優(yōu)質(zhì)早春茶，價(jià)格較高，經(jīng)濟(jì)效益明顯，開(kāi)采日期集中在2月中旬至3月上旬，開(kāi)采早期以手工采摘為主，此時(shí)段極易受霜凍災(zāi)害影響，加之臨近農(nóng)歷春節(jié)，生產(chǎn)須提前安排，人工成本高。準(zhǔn)確預(yù)測(cè)烏牛早的采摘期，可為茶農(nóng)合理安排茶葉采摘等農(nóng)事活動(dòng)、提高經(jīng)濟(jì)效益提供理論參考，極具現(xiàn)實(shí)意義，因此，下文相關(guān)性分析、模型建立與驗(yàn)證均以烏牛早為研究對(duì)象。

柱形表示具體開(kāi)采日期，線形表示開(kāi)采期變化趨勢(shì)圖1 浙中南春茶開(kāi)采日期隨時(shí)間的變化特征

2.1.2 采摘期氣象要素變化特征

由圖2可以看出，武義的平均氣溫從上年12月開(kāi)始下降，直至1月下旬出現(xiàn)最低點(diǎn)，隨后逐漸升高，至2月中旬氣溫開(kāi)始突破8 ℃，3月中旬開(kāi)始通過(guò)10 ℃。此外，日照也表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢(shì)，在1月中旬出現(xiàn)最低值。在研究時(shí)段內(nèi)，降水量和雨日呈現(xiàn)逐漸增多趨勢(shì)，在12月上旬出現(xiàn)最低值，隨后一直到3月下旬都處于波動(dòng)增長(zhǎng)階段。平均相對(duì)濕度變化趨勢(shì)不明顯，變化幅度在77.5%～81.7%。

圖2 近30 a浙中南12月至次年3月氣象要素變化特征

2.2 開(kāi)采日期與氣象要素的相關(guān)分析

選擇上年12月至當(dāng)年3月各月的平均氣溫、平均最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、平均相對(duì)濕度、降水日數(shù)等氣象因子，應(yīng)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法，分析開(kāi)采日期與氣象要素的相關(guān)性(表1)。分月份來(lái)看，2月的氣象要素對(duì)春茶開(kāi)采日期的影響較大，而上年12月的氣象要素對(duì)春茶開(kāi)采日期的影響較小。分氣象要素來(lái)看，春茶的開(kāi)采日期與2月平均氣溫、平均最高氣溫的相關(guān)性最好，均達(dá)到極顯著(P<0.01)水平，但與其他氣象要素的相關(guān)性不高。

表1 浙中南春茶開(kāi)采日期與各月氣象要素的相關(guān)性

注：*與**分別表示相關(guān)性達(dá)到顯著(P<0.05)和極顯著(P<0.01)水平。表2同。

從表1可以看出，在月尺度上春茶開(kāi)采日期與氣溫的相關(guān)性最好，據(jù)此，進(jìn)一步分析旬尺度上氣溫對(duì)春茶采摘的影響(表2)。2月上旬平均氣溫、平均最高氣溫，2月中旬平均氣溫、平均最高氣溫、最低氣溫，2月下旬最低氣溫與茶葉采摘期的相關(guān)性均較好，都呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，即氣溫越高，春茶開(kāi)采日期越早。其中，2月上中旬平均氣溫、平均最高氣溫相關(guān)性均較高，且呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明2月上中旬氣溫回暖是茶葉成熟采摘的關(guān)鍵。烏牛早采摘期最早始于2月中旬后期，臨近開(kāi)采時(shí)段氣溫過(guò)低會(huì)凍傷茶葉嫩芽，從而導(dǎo)致采摘周期推遲。在旬尺度上看，2月中下旬最低氣溫與春茶的開(kāi)采日期呈顯著負(fù)相關(guān)，說(shuō)明2月中下旬的最低氣溫可有效反映臨近開(kāi)采時(shí)段低溫霜凍的影響。因此，準(zhǔn)確把握2月上中旬回暖程度與2月中下旬低溫霜凍程度是預(yù)測(cè)春茶采摘期的關(guān)鍵。

表2 浙中南春茶采摘期與旬尺度氣象要素的相關(guān)性

2.3 開(kāi)采日期預(yù)報(bào)模型的建立與驗(yàn)證

目前針對(duì)茶葉采摘期的預(yù)報(bào)研究中，普遍采用積溫作為主要預(yù)報(bào)因子[8-10]。浙中南地區(qū)通過(guò)8 ℃積溫要到2月中旬以后，而烏牛早開(kāi)采日期平均時(shí)段在2月下旬(圖1)，若采用積溫建立模型，預(yù)報(bào)時(shí)效已經(jīng)很短，實(shí)際運(yùn)用效果并不理想。

目前，武義縣氣象臺(tái)對(duì)浙江省氣候預(yù)測(cè)平臺(tái)產(chǎn)品通過(guò)本地化釋用，可以在2月1日獲取1月下旬氣溫要素實(shí)況值，預(yù)測(cè)2月平均氣溫、極端最低氣溫，2月上旬平均氣溫，在2月11日可獲取1月下旬至2月上旬氣溫要素實(shí)況值，預(yù)測(cè)2月中旬平均氣溫、中旬至下旬極端最低氣溫等，訂正預(yù)報(bào)2月平均氣溫，提高氣溫預(yù)測(cè)準(zhǔn)確率。通過(guò)多元線性回歸，分別基于2月1日和2月11日數(shù)據(jù)建立采摘期預(yù)報(bào)模型，可以分段預(yù)測(cè)采摘期，長(zhǎng)期預(yù)報(bào)時(shí)效可以提前10～40 d，二次訂正中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)時(shí)效可以提前0～30 d。

2.3.1 基于2月1日數(shù)據(jù)的預(yù)報(bào)模型建立和檢驗(yàn)

基于2月1日數(shù)據(jù)的預(yù)報(bào)模型：

y=82.39-4.88x1+1.89x2-1.80x3-0.53x4。

其中，y為采摘期日序，x1為2月平均氣溫，x2為2月上旬平均氣溫，x3為2月最低氣溫，x4為1月下旬平均氣溫。

模型F檢驗(yàn)的結(jié)果為0.006，小于0.01，為極顯著置信水平，回測(cè)誤差為-3～4 d，平均誤差為2 d。對(duì)2016、2017年資料基于釋用預(yù)報(bào)進(jìn)行驗(yàn)證，2016年誤差-4 d，預(yù)報(bào)時(shí)效長(zhǎng)達(dá)28 d，2017年誤差5 d，預(yù)報(bào)時(shí)效18 d(圖3)。在長(zhǎng)期預(yù)報(bào)中能夠滿足實(shí)際運(yùn)用需求，可以初步確定茶葉采摘期的早晚和大致的開(kāi)采時(shí)間段。在實(shí)際運(yùn)用中，氣象要素預(yù)測(cè)自身存在一定范圍的誤差，對(duì)模式預(yù)報(bào)準(zhǔn)確率有一定影響，因此需要更新氣象要素訂正預(yù)報(bào)，且盡可能多地引入實(shí)況因子，以減少氣象要素預(yù)報(bào)因子誤差。

2.3.2 基于2月11日數(shù)據(jù)的預(yù)報(bào)模型建立和檢驗(yàn)

基于2月11日數(shù)據(jù)的預(yù)報(bào)模型：

y=87.58-2.12x1+0.59x2-2.01x3-1.73x4-4.56x5+6.31x6。

其中，y為采摘期日序，x1為1月下旬至2月上旬平均氣溫，x2為1月下旬至2月上旬平均最高氣溫，x3為2月中旬最低氣溫，x4為2月平均氣溫，x5為2月中旬平均最高氣溫，x6為2月中旬平均氣溫。

模型F檢驗(yàn)的結(jié)果為0.007，小于0.01，為極顯著置信水平，回測(cè)誤差為-3～2 d，平均誤差僅為1 d，模型穩(wěn)定性明顯提高。對(duì)2016、2017年資料基于釋用預(yù)報(bào)進(jìn)行驗(yàn)證，2016年模型誤差-2 d，預(yù)報(bào)時(shí)效長(zhǎng)達(dá)18 d，2017年模型誤差-5 d(圖3)。在2017年釋用中，模型預(yù)報(bào)開(kāi)采日期(2月13日)與當(dāng)年茶葉實(shí)際成熟時(shí)間相符，有部分茶葉已開(kāi)采，但由于當(dāng)年2月10—14日連續(xù)5 d出現(xiàn)低溫霜凍，導(dǎo)致茶葉嫩芽受凍，大面積開(kāi)采時(shí)間因而推遲至2月18日。但無(wú)論是預(yù)測(cè)的2017年開(kāi)采日期還是實(shí)際開(kāi)采日期，均在2月中旬，較常年明顯偏早(常年平均為2月27日)。由于開(kāi)采較常年明顯偏早，起報(bào)時(shí)已臨近開(kāi)采日期，因此須進(jìn)一步考慮短期天氣趨勢(shì)，如陰雨天氣和低溫霜凍等的影響，根據(jù)短期天氣預(yù)報(bào)適當(dāng)調(diào)整開(kāi)采預(yù)報(bào)日期，以使其能夠更加接近實(shí)際開(kāi)采日期。

2005—2015年為模式回測(cè)，2016—2017年為預(yù)報(bào)釋用圖3 浙中南茶葉采摘期預(yù)報(bào)模型檢驗(yàn)結(jié)果

總體來(lái)看，模型預(yù)報(bào)值與實(shí)測(cè)值比較相近，分段訂正預(yù)測(cè)可以提高模型的準(zhǔn)確率和穩(wěn)定性，預(yù)報(bào)模型基本能反映浙中南春茶采摘的時(shí)間段，對(duì)于農(nóng)戶及時(shí)組織勞力、適時(shí)開(kāi)采春茶、提高經(jīng)濟(jì)效益等具有積極意義。

3 小結(jié)與討論

本研究基于2005—2017年的春茶采摘期與同期氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，浙中南3個(gè)主栽

品種茶葉的采摘期以烏牛早最早，其次是迎霜，最晚是龍井43。迎霜和龍井43的采摘期接近，平均采摘日期僅相差2 d，而烏牛早較前兩者提前10 d左右。2月氣溫對(duì)烏牛早采摘期的影響最大，準(zhǔn)確把握2月上中旬氣溫回暖條件與2中下旬低溫霜凍程度是預(yù)測(cè)茶葉成熟采摘時(shí)期的關(guān)鍵。本研究嘗試以氣溫為預(yù)報(bào)因子來(lái)確定茶葉采摘期，研究發(fā)現(xiàn)，平均氣溫、平均最高氣溫因子能有效反映回暖條件，旬尺度最低氣溫因子能有效反映低溫霜凍的影響，因此，可以將氣象預(yù)報(bào)產(chǎn)品直接釋用?；?月1日數(shù)據(jù)資料建立的模型，可以初步確定茶葉采摘期時(shí)間上的早晚和大致的開(kāi)采時(shí)間段；基于2月11日數(shù)據(jù)資料建立的訂正預(yù)報(bào)模型，使得采摘期預(yù)報(bào)具有動(dòng)態(tài)跟蹤和逐步迫近真值的功能，可避免因前期氣候反常引起的誤差。預(yù)報(bào)時(shí)效最長(zhǎng)提前至10～40 d，優(yōu)于積溫預(yù)測(cè)方法，模擬效果較好，可為茶農(nóng)合理安排春茶采摘提供理論依據(jù)。但要說(shuō)明的是，在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是當(dāng)起報(bào)時(shí)間已臨近開(kāi)采日期時(shí)，須充分考慮短期天氣中陰雨天氣和低溫霜凍等的影響，根據(jù)短期天氣預(yù)報(bào)適當(dāng)調(diào)整開(kāi)采預(yù)報(bào)日期，以進(jìn)一步提高預(yù)測(cè)精度。

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