浙中南春茶采摘期的氣象條件分析及預報模型建立

陳 健

(武義縣氣象局，浙江 金華 321200)

武義縣地處浙江省中南部，屬亞熱帶季風氣候，又具有大陸氣候回春早的特點。山區獨特的涼爽氣候和生態環境，為保障茶葉的優良品質提供了得天獨厚的氣候優勢和自然條件，是中國有機茶之鄉。武義縣春茶的開采時段一般在2月中旬至3月，極易受早春凍害影響[1]，因此，準確把握和預報春茶采摘期對當地茶葉生產來說就顯得格外重要。

目前，有關茶葉與氣象的研究主要集中在氣象條件對茶葉生長、茶葉產量和品質的影響，以及茶葉凍害防御[1-4]、茶葉氣候區劃、氣候與早茶品種的引進、茶葉開采期與產量預報、茶葉氣象災害風險評估[5-7]等方面。關于茶葉采摘期的預報研究中，普遍采用積溫作為主要的預報因子[8-10]。

在本研究檢索范圍內，尚未見專門針對浙中南茶葉采摘期預報的研究。本研究在借鑒前人研究成果的基礎上，以浙中南最大的茶葉生產基地武義縣的春茶采摘期為研究對象，與各氣象要素進行相關對比分析，尋找對茶葉采摘期影響最大的氣象因子，建立春茶采摘期預報模型。同時，結合浙江省氣候預測平臺本地化釋用，提高相關因子預報時效，引入低溫霜凍因子，分時段預測春茶采摘期，為茶農合理安排茶葉采摘等農事活動、提高經濟效益提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 資料來源

茶葉采摘期資料來源于武義縣農業局特產站，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間資料為研究對象，以2016—2017年采摘期時間為模型驗證數據。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

篩選對茶葉采摘期影響最大的氣象因子，應用數理統計方法建立浙中南春茶采摘期預報模型，引入低溫霜凍因子，分析其對采摘期的影響，從而對預報模型進行修正，并用2016—2017年春茶采摘期數據資料檢驗模型預報效果。

2 結果與分析

2.1 采摘期和氣象條件變化特征

2.1.1 開采日期

由圖1可知，武義縣春茶3個主栽品種的開采日期隨年份變化特征基本一致，烏牛早的開采日期最早(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)的采摘時間相差近1個月。烏牛早是武義縣種植面積最大的茶葉品種，屬于優質早春茶，價格較高，經濟效益明顯，開采日期集中在2月中旬至3月上旬，開采早期以手工采摘為主，此時段極易受霜凍災害影響，加之臨近農歷春節，生產須提前安排，人工成本高。準確預測烏牛早的采摘期，可為茶農合理安排茶葉采摘等農事活動、提高經濟效益提供理論參考，極具現實意義，因此，下文相關性分析、模型建立與驗證均以烏牛早為研究對象。

柱形表示具體開采日期，線形表示開采期變化趨勢圖1 浙中南春茶開采日期隨時間的變化特征

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月開始下降，直至1月下旬出現最低點，隨后逐漸升高，至2月中旬氣溫開始突破8 ℃，3月中旬開始通過10 ℃。此外，日照也表現為先下降后上升的趨勢，在1月中旬出現最低值。在研究時段內，降水量和雨日呈現逐漸增多趨勢，在12月上旬出現最低值，隨后一直到3月下旬都處于波動增長階段。平均相對濕度變化趨勢不明顯，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 開采日期與氣象要素的相關分析

選擇上年12月至當年3月各月的平均氣溫、平均最高氣溫、最低氣溫、降水量、日照時數、平均相對濕度、降水日數等氣象因子，應用數理統計方法，分析開采日期與氣象要素的相關性(表1)。分月份來看，2月的氣象要素對春茶開采日期的影響較大，而上年12月的氣象要素對春茶開采日期的影響較小。分氣象要素來看，春茶的開采日期與2月平均氣溫、平均最高氣溫的相關性最好，均達到極顯著(P<0.01)水平，但與其他氣象要素的相關性不高。

表1 浙中南春茶開采日期與各月氣象要素的相關性

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

從表1可以看出，在月尺度上春茶開采日期與氣溫的相關性最好，據此，進一步分析旬尺度上氣溫對春茶采摘的影響(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性均較好，都呈現顯著負相關關系，即氣溫越高，春茶開采日期越早。其中，2月上中旬平均氣溫、平均最高氣溫相關性均較高，且呈負相關，說明2月上中旬氣溫回暖是茶葉成熟采摘的關鍵。烏牛早采摘期最早始于2月中旬后期，臨近開采時段氣溫過低會凍傷茶葉嫩芽，從而導致采摘周期推遲。在旬尺度上看，2月中下旬最低氣溫與春茶的開采日期呈顯著負相關，說明2月中下旬的最低氣溫可有效反映臨近開采時段低溫霜凍的影響。因此，準確把握2月上中旬回暖程度與2月中下旬低溫霜凍程度是預測春茶采摘期的關鍵。

表2 浙中南春茶采摘期與旬尺度氣象要素的相關性

2.3 開采日期預報模型的建立與驗證

目前針對茶葉采摘期的預報研究中，普遍采用積溫作為主要預報因子[8-10]。浙中南地區通過8 ℃積溫要到2月中旬以后，而烏牛早開采日期平均時段在2月下旬(圖1)，若采用積溫建立模型，預報時效已經很短，實際運用效果并不理想。

目前，武義縣氣象臺對浙江省氣候預測平臺產品通過本地化釋用，可以在2月1日獲取1月下旬氣溫要素實況值，預測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月上旬氣溫要素實況值，預測2月中旬平均氣溫、中旬至下旬極端最低氣溫等，訂正預報2月平均氣溫，提高氣溫預測準確率。通過多元線性回歸，分別基于2月1日和2月11日數據建立采摘期預報模型，可以分段預測采摘期，長期預報時效可以提前10～40 d，二次訂正中長期預報時效可以提前0～30 d。

2.3.1 基于2月1日數據的預報模型建立和檢驗

基于2月1日數據的預報模型：

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檢驗的結果為0.006，小于0.01，為極顯著置信水平，回測誤差為-3～4 d，平均誤差為2 d。對2016、2017年資料基于釋用預報進行驗證，2016年誤差-4 d，預報時效長達28 d，2017年誤差5 d，預報時效18 d(圖3)。在長期預報中能夠滿足實際運用需求，可以初步確定茶葉采摘期的早晚和大致的開采時間段。在實際運用中，氣象要素預測自身存在一定范圍的誤差，對模式預報準確率有一定影響，因此需要更新氣象要素訂正預報，且盡可能多地引入實況因子，以減少氣象要素預報因子誤差。

2.3.2 基于2月11日數據的預報模型建立和檢驗

基于2月11日數據的預報模型：

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檢驗的結果為0.007，小于0.01，為極顯著置信水平，回測誤差為-3～2 d，平均誤差僅為1 d，模型穩定性明顯提高。對2016、2017年資料基于釋用預報進行驗證，2016年模型誤差-2 d，預報時效長達18 d，2017年模型誤差-5 d(圖3)。在2017年釋用中，模型預報開采日期(2月13日)與當年茶葉實際成熟時間相符，有部分茶葉已開采，但由于當年2月10—14日連續5 d出現低溫霜凍，導致茶葉嫩芽受凍，大面積開采時間因而推遲至2月18日。但無論是預測的2017年開采日期還是實際開采日期，均在2月中旬，較常年明顯偏早(常年平均為2月27日)。由于開采較常年明顯偏早，起報時已臨近開采日期，因此須進一步考慮短期天氣趨勢，如陰雨天氣和低溫霜凍等的影響，根據短期天氣預報適當調整開采預報日期，以使其能夠更加接近實際開采日期。

2005—2015年為模式回測，2016—2017年為預報釋用圖3 浙中南茶葉采摘期預報模型檢驗結果

總體來看，模型預報值與實測值比較相近，分段訂正預測可以提高模型的準確率和穩定性，預報模型基本能反映浙中南春茶采摘的時間段，對于農戶及時組織勞力、適時開采春茶、提高經濟效益等具有積極意義。

3 小結與討論

本研究基于2005—2017年的春茶采摘期與同期氣候數據進行分析，結果發現，浙中南3個主栽

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月氣溫對烏牛早采摘期的影響最大，準確把握2月上中旬氣溫回暖條件與2中下旬低溫霜凍程度是預測茶葉成熟采摘時期的關鍵。本研究嘗試以氣溫為預報因子來確定茶葉采摘期，研究發現，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，可以將氣象預報產品直接釋用。基于2月1日數據資料建立的模型，可以初步確定茶葉采摘期時間上的早晚和大致的開采時間段；基于2月11日數據資料建立的訂正預報模型，使得采摘期預報具有動態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。預報時效最長提前至10～40 d，優于積溫預測方法，模擬效果較好，可為茶農合理安排春茶采摘提供理論依據。但要說明的是，在實際應用中，尤其是當起報時間已臨近開采日期時，須充分考慮短期天氣中陰雨天氣和低溫霜凍等的影響，根據短期天氣預報適當調整開采預報日期，以進一步提高預測精度。

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