浙中南春茶采摘期的气象条件分析及预报模型建立
陈健
武义县气象局,浙江 金华 321200

作者简介:陈 健(1988—),男,福建长汀人,工程师,学士,主要从事综合气象业务工作,E-mail:363950392@qq.com

摘要

利用2005—2017年浙中南武义县春茶3个主栽品种的采摘期时间资料,结合同期的气温、降水、日照和相对湿度等气象资料,应用数理统计方法,分析浙中南春茶采摘期与各气象要素的相关性,并探讨不同气温要素对春茶采摘期的影响,建立基于气象要素的春茶采摘期预报模型。结果表明,浙中南春茶采摘以乌牛早最早,其次是迎霜,最晚是龙井43,迎霜和龙井43的采摘期接近。春茶采摘期与2月气温的相关性最大,其中,2月上中旬气温回暖条件、2月中下旬低温霜冻程度是预测茶叶成熟采摘的关键。浙中南春茶采摘期预报模型以气温为预报因子,效果较好,其中,平均气温、平均最高气温因子能有效反映回暖条件,旬尺度最低气温因子能有效反映低温霜冻的影响,预报时效最长提前至10~40 d,优于积温预测方法,模拟效果较好,可为茶农合理安排春茶采摘提供理论依据。

关键词: 浙中南; 春茶; 采摘期; 气温; 预报模型
中图分类号:S165.26 文献标志码:B 文章编号:0528-9017(2018)05-0722-03

武义县地处浙江省中南部, 属亚热带季风气候, 又具有大陆气候回春早的特点。山区独特的凉爽气候和生态环境, 为保障茶叶的优良品质提供了得天独厚的气候优势和自然条件, 是中国有机茶之乡。武义县春茶的开采时段一般在2月中旬至3月, 极易受早春冻害影响[1], 因此, 准确把握和预报春茶采摘期对当地茶叶生产来说就显得格外重要。

目前, 有关茶叶与气象的研究主要集中在气象条件对茶叶生长、茶叶产量和品质的影响, 以及茶叶冻害防御[1, 2, 3, 4]、茶叶气候区划、气候与早茶品种的引进、茶叶开采期与产量预报、茶叶气象灾害风险评估[5, 6, 7]等方面。关于茶叶采摘期的预报研究中, 普遍采用积温作为主要的预报因子[8, 9, 10]

在本研究检索范围内, 尚未见专门针对浙中南茶叶采摘期预报的研究。本研究在借鉴前人研究成果的基础上, 以浙中南最大的茶叶生产基地武义县的春茶采摘期为研究对象, 与各气象要素进行相关对比分析, 寻找对茶叶采摘期影响最大的气象因子, 建立春茶采摘期预报模型。同时, 结合浙江省气候预测平台本地化释用, 提高相关因子预报时效, 引入低温霜冻因子, 分时段预测春茶采摘期, 为茶农合理安排茶叶采摘等农事活动、提高经济效益提供理论依据。

1 材料与方法
1.1 资料来源

茶叶采摘期资料来源于武义县农业局特产站, 涉及品种包括乌牛早、迎霜、龙井43, 资料年限为2005— 2017年。本研究主要以2005— 2015年武义县春茶主栽品种乌牛早的采摘期时间资料为研究对象, 以2016— 2017年采摘期时间为模型验证数据。气象资料取自武义县气象局, 主要包括2005— 2017年茶叶采摘同期和近30 a的气温、降水、湿度、日照等资料。

1.2 分析方法

筛选对茶叶采摘期影响最大的气象因子, 应用数理统计方法建立浙中南春茶采摘期预报模型, 引入低温霜冻因子, 分析其对采摘期的影响, 从而对预报模型进行修正, 并用2016— 2017年春茶采摘期数据资料检验模型预报效果。

2 结果与分析
2.1 采摘期和气象条件变化特征

2.1.1 开采日期

由图1可知, 武义县春茶3个主栽品种的开采日期随年份变化特征基本一致, 乌牛早的开采日期最早(多年平均为2月27日), 其次是迎霜(多年平均为3月7日), 最晚是龙井43(多年平均为3月9日)。迎霜和龙井43的开采日期接近, 平均仅相差2 d, 而乌牛早较前两者提前10 d左右。同一品种的春茶在不同年份开采日期相差较大, 尤其是乌牛早, 最早(2007年2月15日)与最晚(2005年3月10日)的采摘时间相差近1个月。乌牛早是武义县种植面积最大的茶叶品种, 属于优质早春茶, 价格较高, 经济效益明显, 开采日期集中在2月中旬至3月上旬, 开采早期以手工采摘为主, 此时段极易受霜冻灾害影响, 加之临近农历春节, 生产须提前安排, 人工成本高。准确预测乌牛早的采摘期, 可为茶农合理安排茶叶采摘等农事活动、提高经济效益提供理论参考, 极具现实意义, 因此, 下文相关性分析、模型建立与验证均以乌牛早为研究对象。

图1 浙中南春茶开采日期随时间的变化特征柱形表示具体开采日期, 线形表示开采期变化趋势

2.1.2 采摘期气象要素变化特征

由图2可以看出, 武义的平均气温从上年12月开始下降, 直至1月下旬出现最低点, 随后逐渐升高, 至2月中旬气温开始突破8 ℃, 3月中旬开始通过10 ℃。此外, 日照也表现为先下降后上升的趋势, 在1月中旬出现最低值。在研究时段内, 降水量和雨日呈现逐渐增多趋势, 在12月上旬出现最低值, 随后一直到3月下旬都处于波动增长阶段。平均相对湿度变化趋势不明显, 变化幅度在77.5%~81.7%。

图2 近30 a浙中南12月至次年3月气象要素变化特征

2.2 开采日期与气象要素的相关分析

选择上年12月至当年3月各月的平均气温、平均最高气温、最低气温、降水量、日照时数、平均相对湿度、降水日数等气象因子, 应用数理统计方法, 分析开采日期与气象要素的相关性(表1)。分月份来看, 2月的气象要素对春茶开采日期的影响较大, 而上年12月的气象要素对春茶开采日期的影响较小。分气象要素来看, 春茶的开采日期与2月平均气温、平均最高气温的相关性最好, 均达到极显著(P< 0.01)水平, 但与其他气象要素的相关性不高。

表1 浙中南春茶开采日期与各月气象要素的相关性

表1可以看出, 在月尺度上春茶开采日期与气温的相关性最好, 据此, 进一步分析旬尺度上气温对春茶采摘的影响(表2)。2月上旬平均气温、平均最高气温, 2月中旬平均气温、平均最高气温、最低气温, 2月下旬最低气温与茶叶采摘期的相关性均较好, 都呈现显著负相关关系, 即气温越高, 春茶开采日期越早。其中, 2月上中旬平均气温、平均最高气温相关性均较高, 且呈负相关, 说明2月上中旬气温回暖是茶叶成熟采摘的关键。乌牛早采摘期最早始于2月中旬后期, 临近开采时段气温过低会冻伤茶叶嫩芽, 从而导致采摘周期推迟。在旬尺度上看, 2月中下旬最低气温与春茶的开采日期呈显著负相关, 说明2月中下旬的最低气温可有效反映临近开采时段低温霜冻的影响。因此, 准确把握2月上中旬回暖程度与2月中下旬低温霜冻程度是预测春茶采摘期的关键。

表2 浙中南春茶采摘期与旬尺度气象要素的相关性
2.3 开采日期预报模型的建立与验证

目前针对茶叶采摘期的预报研究中, 普遍采用积温作为主要预报因子[8, 9, 10]。浙中南地区通过8 ℃积温要到2月中旬以后, 而乌牛早开采日期平均时段在2月下旬(图1), 若采用积温建立模型, 预报时效已经很短, 实际运用效果并不理想。

目前, 武义县气象台对浙江省气候预测平台产品通过本地化释用, 可以在2月1日获取1月下旬气温要素实况值, 预测2月平均气温、极端最低气温, 2月上旬平均气温, 在2月11日可获取1月下旬至2月上旬气温要素实况值, 预测2月中旬平均气温、中旬至下旬极端最低气温等, 订正预报2月平均气温, 提高气温预测准确率。通过多元线性回归, 分别基于2月1日和2月11日数据建立采摘期预报模型, 可以分段预测采摘期, 长期预报时效可以提前10~40 d, 二次订正中长期预报时效可以提前0~30 d。

2.3.1 基于2月1日数据的预报模型建立和检验

基于2月1日数据的预报模型:

y=82.39-4.88x1+1.89x2-1.80x3-0.53x4

其中, y为采摘期日序, x1为2月平均气温, x2为2月上旬平均气温, x3为2月最低气温, x4为1月下旬平均气温。

模型F检验的结果为0.006, 小于0.01, 为极显著置信水平, 回测误差为-3~4 d, 平均误差为2 d。对2016、2017年资料基于释用预报进行验证, 2016年误差-4 d, 预报时效长达28 d, 2017年误差5 d, 预报时效18 d(图3)。在长期预报中能够满足实际运用需求, 可以初步确定茶叶采摘期的早晚和大致的开采时间段。在实际运用中, 气象要素预测自身存在一定范围的误差, 对模式预报准确率有一定影响, 因此需要更新气象要素订正预报, 且尽可能多地引入实况因子, 以减少气象要素预报因子误差。

2.3.2 基于2月11日数据的预报模型建立和检验

基于2月11日数据的预报模型:

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

其中, y为采摘期日序, x1为1月下旬至2月上旬平均气温, x2为1月下旬至2月上旬平均最高气温, x3为2月中旬最低气温, x4为2月平均气温, x5为2月中旬平均最高气温, x6为2月中旬平均气温。

模型F检验的结果为0.007, 小于0.01, 为极显著置信水平, 回测误差为-3~2 d, 平均误差仅为1 d, 模型稳定性明显提高。对2016、2017年资料基于释用预报进行验证, 2016年模型误差-2 d, 预报时效长达18 d, 2017年模型误差-5 d(图3)。在2017年释用中, 模型预报开采日期(2月13日)与当年茶叶实际成熟时间相符, 有部分茶叶已开采, 但由于当年2月10— 14日连续5 d出现低温霜冻, 导致茶叶嫩芽受冻, 大面积开采时间因而推迟至2月18日。但无论是预测的2017年开采日期还是实际开采日期, 均在2月中旬, 较常年明显偏早(常年平均为2月27日)。由于开采较常年明显偏早, 起报时已临近开采日期, 因此须进一步考虑短期天气趋势, 如阴雨天气和低温霜冻等的影响, 根据短期天气预报适当调整开采预报日期, 以使其能够更加接近实际开采日期。

图3 浙中南茶叶采摘期预报模型检验结果2005— 2015年为模式回测, 2016— 2017年为预报释用

总体来看, 模型预报值与实测值比较相近, 分段订正预测可以提高模型的准确率和稳定性, 预报模型基本能反映浙中南春茶采摘的时间段, 对于农户及时组织劳力、适时开采春茶、提高经济效益等具有积极意义。

3 小结与讨论

本研究基于2005— 2017年的春茶采摘期与同期气候数据进行分析, 结果发现, 浙中南3个主栽品种茶叶的采摘期以乌牛早最早, 其次是迎霜, 最晚是龙井43。迎霜和龙井43的采摘期接近, 平均采摘日期仅相差2 d, 而乌牛早较前两者提前10 d左右。2月气温对乌牛早采摘期的影响最大, 准确把握2月上中旬气温回暖条件与2中下旬低温霜冻程度是预测茶叶成熟采摘时期的关键。本研究尝试以气温为预报因子来确定茶叶采摘期, 研究发现, 平均气温、平均最高气温因子能有效反映回暖条件, 旬尺度最低气温因子能有效反映低温霜冻的影响, 因此, 可以将气象预报产品直接释用。基于2月1日数据资料建立的模型, 可以初步确定茶叶采摘期时间上的早晚和大致的开采时间段; 基于2月11日数据资料建立的订正预报模型, 使得采摘期预报具有动态跟踪和逐步迫近真值的功能, 可避免因前期气候反常引起的误差。预报时效最长提前至10~40 d, 优于积温预测方法, 模拟效果较好, 可为茶农合理安排春茶采摘提供理论依据。但要说明的是, 在实际应用中, 尤其是当起报时间已临近开采日期时, 须充分考虑短期天气中阴雨天气和低温霜冻等的影响, 根据短期天气预报适当调整开采预报日期, 以进一步提高预测精度。

(责任编辑:高 峻)

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献:
[1] 蒯志敏, 程佳, 王建根, . 影响碧螺春茶叶采摘的天气类型分析[J]. 中国农业气象, 2010, 31(增1): 104-106. [本文引用:2]
[2] 于仲吾, 尹连荣, 刘新华. 气候变暖对茶叶生产的影响[J]. 茶叶, 2002, 28(3): 162-163. [本文引用:1]
[3] 王俊, 蒯志敏, 张旭晖. 江苏省春霜冻发生时空演变规律及其对春茶的影响[J]. 中国农业气象, 2011, 32(增1): 222-226. [本文引用:1]
[4] 黄寿波. 气象因子与茶树生育、产量、品质的关系[J]. 中国农业科学, 1986, 19(4): 96. [本文引用:1]
[5] 金志凤, 黄敬峰, 李波, . 基于GIS及气候-土壤-地形因子的浙江省茶树栽培适宜性评价[J]. 农业工程学报, 2011, 27(3): 231-236. [本文引用:1]
[6] 金志凤, 胡波, 严甲真, . 浙江省茶叶农业气象灾害风险评价[J]. 生态学杂志, 2014, 33(3): 771-777. [本文引用:1]
[7] 娄伟平. 浙江省大佛龙井产区春季茶叶霜冻灾害研究[D]. 南京: 南京信息工程大学, 2013. [本文引用:1]
[8] 姜润, 钱半吨, 蒋文妍, . ‘白叶1号’茶树品种在溧阳开采期预测研究[J]. 茶叶, 2014, 40(3): 134-137. [本文引用:2]
[9] 缪强, 金志凤, 羊国芳, . 龙井43春茶适采期预报模型建立及回归检验[J]. 中国茶叶, 2010, 32(6): 22-24. [本文引用:2]
[10] 姜燕敏, 金志凤, 李松平, . 浙南春茶开采前后气象条件分析及开采期预报[J]. 中国农业气象, 2015, 36(2): 212-219. [本文引用:2]