基于相對(duì)濕潤指數(shù)的浙江省茶葉氣象干旱特征分析

鹿 翔，韓芙蓉，高昕瑜，舒素芳，陸德彪，金志鳳

（1.金華市氣象局，浙江 金華 321099；2.武義縣氣象局，浙江 武義 321299；3.浙江省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，浙江 杭州 310020；4.浙江省氣候中心，浙江 杭州 310056）

茶Camelliasinensis作為一種經(jīng)濟(jì)價(jià)值較高的作物，廣泛分布于浙、閩、皖、鄂、湘、云、貴、川等省。浙江省位于中國四大茶區(qū)之一的江南茶區(qū)，地處亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，境內(nèi)以盆地、丘陵地貌為主，氣候、地形、土壤條件適合茶樹種植[1-2]，杭州、湖州等是全國知名的茶葉產(chǎn)地，西湖龍井、安吉白茶等是享譽(yù)世界的知名品牌[3]。近年來，隨著人民生活水平的提高，對(duì)于茶葉，特別是名優(yōu)茶的需求逐年增加[4]。2020 年，浙江省茶葉種植面積達(dá)20.5 萬hm2，產(chǎn)量19.1 萬t，茶葉產(chǎn)值238.6 億元。

在全球變暖的大背景下，極端氣候事件發(fā)生的概率增加，浙江茶葉產(chǎn)區(qū)雖然降水豐沛，但在夏秋兩季仍易遭受干旱[5]，特別是近年以來，極端干旱事件頻發(fā)，給全省的茶葉生產(chǎn)造成了巨大的損失。如2019 年9—11 月，安吉縣發(fā)生嚴(yán)重干旱，茶樹受災(zāi)嚴(yán)重，受災(zāi)面積達(dá)1.13 萬hm2。茶樹干旱災(zāi)害主要分為伏天(7—8 月)高溫干旱和秋季(9—11 月)干旱。出梅后，整個(gè)浙江地區(qū)受副熱帶高壓控制，形成高溫、少雨的伏旱天氣。此時(shí)茶樹易發(fā)生旱害，輕則葉片凋零、生長遲緩，重則葉片枯萎、植株枯死[6-7]。進(jìn)入秋季，全省降水減少，易出現(xiàn)干旱。當(dāng)氣溫下降時(shí)，茶樹生長速度減緩。發(fā)生干旱后茶樹根系水分吸收不足，體內(nèi)平衡破壞，導(dǎo)致枝梢生長停滯，對(duì)來年春茶的產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生一定的影響[8]。因此，開展茶葉氣象干旱災(zāi)害的研究，有助于提高浙江對(duì)茶葉氣象干旱災(zāi)害的防御能力。

國內(nèi)外的學(xué)者開展了一些針對(duì)茶葉夏秋兩季氣象干旱災(zāi)害的研究，主要有夏季的高溫干旱對(duì)茶葉生長品質(zhì)的影響研究[9]，典型氣象干旱過程對(duì)茶葉生長和產(chǎn)量的影響[10]以及高溫?zé)岷岛Φ臍夂蜃兓卣鱗11]等。金志鳳等[12]通過研究茶葉氣象干旱災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，確定了浙江省發(fā)生夏季高溫干旱的高風(fēng)險(xiǎn)地區(qū)。但針對(duì)茶葉生產(chǎn)氣象干旱變化規(guī)律特征分析的研究相對(duì)較少。因此，本研究結(jié)合浙江茶葉生產(chǎn)現(xiàn)狀和實(shí)際干旱災(zāi)害個(gè)例，根據(jù)張曉芳等[13]通過實(shí)際蒸散率研究作物干旱的經(jīng)驗(yàn)，運(yùn)用相對(duì)濕潤指數(shù)分析浙江省夏季和秋季茶葉干旱的時(shí)間變化規(guī)律和空間分布特征，為浙江省茶葉生產(chǎn)優(yōu)化布局提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

采用1971—2020 年浙江省68 個(gè)代表性國家氣象站逐日數(shù)據(jù)，包括氣溫、降水量、相對(duì)濕度、日照時(shí)數(shù)、水汽壓等。茶園面積、茶葉產(chǎn)量和茶葉產(chǎn)值等農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來自2021 年《浙江統(tǒng)計(jì)年鑒》。

浙江省降水存在明顯的季節(jié)性，區(qū)域分布不均勻，導(dǎo)致茶葉生產(chǎn)在夏季出梅后和秋季易遭受旱害的侵襲，影響茶樹的正常生長和夏秋茶葉產(chǎn)量，災(zāi)情嚴(yán)重的甚至危害第2 年春茶的產(chǎn)量和品質(zhì)。為此，選擇對(duì)茶葉生產(chǎn)影響最主要的2 個(gè)時(shí)間段：夏季出梅后和秋季，具體時(shí)間為夏季干旱選取出梅后(浙江省平均出梅日期為7 月10 日)至8 月31 日，秋季選取9 月1 日至11 月30 日。

1.2 研究方法

1.2.1 相對(duì)濕潤指數(shù)的計(jì)算和干旱等級(jí)劃分 一些學(xué)者的研究[14-15]表明：相對(duì)濕潤指數(shù)在月、季等時(shí)間尺度上表征農(nóng)作物的氣象干旱具有較好的適用性，因此，采用相對(duì)濕潤指數(shù)研究浙江夏秋季節(jié)的茶葉氣象干旱特征。

式(1)中：IM為相對(duì)濕潤指數(shù)，P為作物某一生育階段的降水量，E為實(shí)際蒸散量。根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦，E的計(jì)算公式為：

式(2)中：Kc為作物系數(shù)，采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦的茶樹成熟期的作物系數(shù)Kcmid=1.15；E0為參考作物蒸散量，采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織推薦Penman-Monteith 方法計(jì)算，此方法中定義作物的蒸散量為一種假象參照作物冠層的蒸散速率。

式(3)中：Rn為地表凈輻射(MJ·m-1·d-1)，G為土壤熱通量(MJ·m-2·d-1)，Tmean為日平均氣溫(℃)，u2為2 m 高處風(fēng)速(m·s-1)，es為飽和水汽壓(kPa)，ea為實(shí)際水汽壓(kPa)，Δ為飽和水汽壓曲線斜率(kPa·℃-1)，γ為干濕表常數(shù)(kPa·℃-1)。

參考GB/T 20481—2017《氣象干旱等級(jí)》[16]中提出的相對(duì)濕潤指數(shù)氣象干旱等級(jí)劃分法和王明田等[17]、張青雯等[15]的研究，本研究在季尺度上將相對(duì)濕潤指數(shù)干旱等級(jí)劃分為5 級(jí)(表1)。

表1 相對(duì)濕潤度干旱等級(jí)劃分Table 1 Drought classification base on relative humidity

1.2.2 干旱強(qiáng)度 干旱強(qiáng)度(H)用來表征某一地區(qū)干旱的嚴(yán)重程度，利用曾曉珊等[14]的方法計(jì)算浙江省各地相對(duì)濕潤指數(shù)多年平均值代表該站點(diǎn)的平均干旱強(qiáng)度。指數(shù)越小，表示干旱程度越嚴(yán)重。

式(4)中：n為統(tǒng)計(jì)年數(shù)，IM為歷年相對(duì)濕潤指數(shù)，當(dāng)IM≥0 時(shí)，該站點(diǎn)的指數(shù)數(shù)值按0 處理。

1.2.3 干旱頻率和干旱站次比 出現(xiàn)干旱的年數(shù)與統(tǒng)計(jì)總年數(shù)之比：F=N/n×100%，其中：N為出現(xiàn)干旱的年數(shù)，n為統(tǒng)計(jì)總年數(shù)。根據(jù)劉永林等[18]的結(jié)果，把干旱發(fā)生頻率分為以下5 個(gè)等級(jí)(下限排除法)：極少發(fā)生(0～20%)、較少發(fā)生(20%～40%)、經(jīng)常發(fā)生(40%～60%)、頻繁發(fā)生(60%～80%)、極頻繁發(fā)生(80%～100%)。干旱站次比是指某一區(qū)域內(nèi)發(fā)生干旱的站點(diǎn)數(shù)占全部站點(diǎn)數(shù)的百分比，主要用于評(píng)價(jià)干旱影響范圍的大小及嚴(yán)重程度。

1.2.4 氣候傾向率 用y表示序列長度為n的氣候要素，t表示y所對(duì)應(yīng)的時(shí)間。一元線性回歸方程：

式(5)中：a為回歸常數(shù)，b為回歸系數(shù)，a和b用最小二乘法進(jìn)行估計(jì)，回歸系數(shù)b的符號(hào)表示氣候變量y的趨勢(shì)傾向，即當(dāng)b＞0，說明隨時(shí)間t的增加y呈上升趨勢(shì)，b＜0 時(shí)，說明隨時(shí)間t的增加y呈下降趨勢(shì)，通常將b的10 倍稱為氣候要素的氣候傾向率[19]。

1.2.5 空間插值 根據(jù)賈悅等[20]和曾麗紅等[21]的研究結(jié)果，反距離權(quán)重法在空間插值中能夠?qū)θ睖y的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的填補(bǔ)，尤其是對(duì)蒸散量及其相關(guān)氣象變量空間分布的插值具有較好的計(jì)算效果，因此，采用該插值方法對(duì)浙江省夏季和秋季的茶葉相對(duì)濕潤指數(shù)的空間分布進(jìn)行空間插值模擬。

1.2.6 經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)分解(EOF) 通常情況下經(jīng)驗(yàn)正交函數(shù)第一模態(tài)表征原始序列的主要空間分布特征，第二模態(tài)代表剩余變率的主要分布特征[22]。EOF 分解的詳細(xì)計(jì)算過程根據(jù)《現(xiàn)代氣候統(tǒng)計(jì)診斷與預(yù)測技術(shù)》[19]，首先計(jì)算得浙江省的相對(duì)濕潤指數(shù)場，然后將指數(shù)場分解為空間函數(shù)和時(shí)間函數(shù)的乘積之和：X=VT，其中V和T分別為相對(duì)濕潤指數(shù)場EOF 分解后的空間模態(tài)和時(shí)間系數(shù)，具有正交關(guān)系。

1.2.7 小波分析 小波分析是一種具有時(shí)間—頻率多分辨功能的統(tǒng)計(jì)學(xué)方法，其理論廣泛應(yīng)用于氣象領(lǐng)域的周期分析，優(yōu)點(diǎn)是可以分辨時(shí)間序列中隱藏的結(jié)構(gòu)特性信息，充分反映所研究時(shí)間序列中不同時(shí)間尺度上的發(fā)展規(guī)律。常用的小波分析方法有Morlet 小波、交叉小波和墨西哥小波等[23-24]。本研究運(yùn)用Morlet 小波分析對(duì)不同尺度氣象干旱指數(shù)的變化趨勢(shì)和變化周期進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 茶葉夏季和秋季干旱的特征分析

2.1.1 茶葉干旱空間分布特征 根據(jù)浙江省各站點(diǎn)的相對(duì)濕潤指數(shù)計(jì)算得夏季和秋季的歷年平均茶葉氣象干旱強(qiáng)度(圖1)。夏季茶樹生長旺盛，需水量大，對(duì)干旱更加敏感。由圖1A 可知：浙江省夏季茶葉干旱主要出現(xiàn)在浙中南地區(qū)，特別是金衢盆地，大部分區(qū)域相對(duì)濕潤指數(shù)小于-0.3，干旱強(qiáng)度較強(qiáng)；沿海地區(qū)和浙西北山區(qū)相對(duì)濕潤指數(shù)大于-0.2，干旱強(qiáng)度低。根據(jù)圖1B，秋季茶葉干旱強(qiáng)度明顯小于夏季，干旱主要出現(xiàn)在浙北和浙中局部地區(qū)，相對(duì)濕潤指數(shù)達(dá)-0.3～-0.2；其他大部分地區(qū)干旱強(qiáng)度偏弱，其中寧波、臺(tái)州和溫州等沿海地區(qū)相對(duì)濕潤指數(shù)大于-0.1，表明這些區(qū)域秋季基本無明顯干旱發(fā)生。可知浙中地區(qū)在夏季和秋季降水相對(duì)偏少，蒸散量大，干旱強(qiáng)度較高，對(duì)當(dāng)?shù)夭枞~生產(chǎn)影響較大。

圖1 1971—2020 年浙江省夏季(A)和秋季(B)干旱強(qiáng)度分布Figure 1 Spatial distribution of drought intensity of tea in summer (A) and in autumn (B) in Zhejiang from 1971 to 2020

根據(jù)浙江省各站點(diǎn)的相對(duì)濕潤指數(shù)計(jì)算發(fā)生氣象干旱年數(shù)與統(tǒng)計(jì)年數(shù)之比得到夏季和秋季的歷年平均茶葉氣象干旱頻率分布(圖2)。由圖2A 可知：近50 a 來，浙江省絕大部分地區(qū)茶葉夏季干旱的發(fā)生頻率在2%～62%，干旱頻率平均為34%，茶葉干旱頻率總體較高，主要呈現(xiàn)由浙西北向浙東南沿海遞減的分布。金華、衢州和杭州部分地區(qū)發(fā)生干旱的頻率為40%～60%，經(jīng)常發(fā)生干旱；臺(tái)州和溫州等沿海地區(qū)發(fā)生干旱的頻率為0～20%，極少發(fā)生干旱；其他地區(qū)發(fā)生干旱的頻率為20%～40%，屬于較少發(fā)生干旱的等級(jí)。圖2B 為發(fā)生茶葉秋季干旱的頻率分布。浙江省出現(xiàn)茶葉秋季干旱的頻率為2%～70%，平均值為23%，總體低于夏季，呈現(xiàn)西高東低的分布規(guī)律。杭州、湖州、金華、衢州和麗水部分地區(qū)發(fā)生干旱的頻率為20%～40%，較少發(fā)生干旱，沿海地區(qū)(寧波、舟山、紹興、臺(tái)州和溫州)發(fā)生干旱的頻率為0～20%，屬于極少發(fā)生干旱的等級(jí)。表明浙江省茶葉夏旱和秋旱的分布特征具有一定的相似性，夏季茶葉干旱發(fā)生的頻率相對(duì)更高。

圖2 1971—2020 年浙江省夏季(A)和秋季(B)干旱頻率分布Figure 2 Spatial distribution of drought frequency of tea in summer(A) and in autumn(B) in Zhejiang from 1971 to 2020

2.1.2 干旱站次比時(shí)間變化特征 由圖3 可知：浙江省夏季和秋季茶葉干旱的站次比分別為33.7%和22.6%，夏季發(fā)生茶葉氣象干旱的范圍大于秋季。其中夏季茶葉干旱的站次比總體呈下降趨勢(shì)，氣候傾向率為-0.290 a-1，但2000 年以后有4 a 的站次比超過75%，2000 年之前只出現(xiàn)過2 次，說明雖然夏季干旱的站次比呈逐年下降的趨勢(shì)，但出現(xiàn)極端大范圍干旱的概率在增加。秋季茶葉干旱的站次比呈上升趨勢(shì)，氣候傾向率為0.038 a-1。1971—2000 年，干旱站次比呈上升趨勢(shì)，氣候傾向率為0.820 a-1，近20 a (2001—2020 年)呈下降趨勢(shì)，氣候傾向率為-1.000 a-1。

圖3 1971—2020 年浙江省夏季和秋季茶葉干旱站次比變化趨勢(shì)Figure 3 Trend of drought station ratio in summer and autumn in Zhejiang from 1971 to 2020

綜上所述，浙江省茶葉夏季干旱的發(fā)生范圍逐漸縮小，而茶葉秋季干旱的發(fā)生范圍在2000 年以后也在逐漸縮小。但在進(jìn)入21 世紀(jì)后，浙江省出現(xiàn)極端大范圍茶葉干旱的頻率增加，比如在2003、2013、2016 和2017 年的夏季以及2019 年的秋季都出現(xiàn)了罕見的大范圍茶葉干旱事件。

2.2 茶葉夏季和秋季干旱的時(shí)空變化特征分析

2.2.1 正交經(jīng)驗(yàn)函數(shù)(EOF)分析 對(duì)1971—2020 年浙江省68 站的茶葉夏季和秋季的相對(duì)濕潤指數(shù)(IM)進(jìn)行正交經(jīng)驗(yàn)函數(shù)分解，得到2 個(gè)茶葉生長季節(jié)相對(duì)濕潤指數(shù)的時(shí)間和空間分布模態(tài)。根據(jù)NORTH 等[25]的相關(guān)研究，其第一模態(tài)特征值與典型誤差之差均大于第二模態(tài)特征值與典型誤差之和，通過NORTH 檢驗(yàn)，第一模態(tài)和第二模態(tài)顯著分離。

分析結(jié)果表明：浙江省茶葉夏季干旱的前2 個(gè)特征向量的方差貢獻(xiàn)率分別為57%和14%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)71%，可以代表茶葉夏季干旱的主要特征。茶葉夏季干旱第一模態(tài)空間分布如圖4A 所示。該模態(tài)的特征向量的空間分布均為負(fù)值，表明浙江省茶葉夏季干旱的變化趨勢(shì)基本一致，即干旱強(qiáng)度普遍較強(qiáng)或較輕，但是全省各區(qū)域干旱強(qiáng)度變化的幅度存在差異，主要的絕對(duì)值大值區(qū)域位于浙江西部和北部地區(qū)。這些區(qū)域特征向量變化幅度最大，對(duì)干旱的反應(yīng)最為敏感，而南部的麗水和溫州地區(qū)絕對(duì)值較小，變化幅度相對(duì)較小。第一模態(tài)的空間分布說明：浙江西部和北部地區(qū)干旱強(qiáng)度的波動(dòng)比南部大，夏季更容易出現(xiàn)嚴(yán)重的茶葉干旱。茶葉夏季干旱第二模態(tài)空間分布如圖4B 所示，該模態(tài)與第一模態(tài)的空間分布存在顯著差異，浙東南溫州、臺(tái)州等地為負(fù)值，北部大部分區(qū)域?yàn)檎担砻髡銝|南區(qū)域和北部區(qū)域的干旱強(qiáng)度呈現(xiàn)相反的空間分布特征。特征向量對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)代表其分布的時(shí)間變化特征。從茶葉夏季干旱第一模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)(圖4C)來看，20 世紀(jì)90 年代以前時(shí)間系數(shù)以正值居多，說明該時(shí)段浙江省出現(xiàn)茶葉夏季干旱的年份較多，20 世紀(jì)90 年代以后出現(xiàn)明顯的年代際振蕩特征，負(fù)值增多，表明這一時(shí)期浙江省出現(xiàn)茶葉干旱的年份相對(duì)減少，但嚴(yán)重干旱年份仍然存在，如2003、2013、2016 和2017 年。第二模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)(圖4D)呈現(xiàn)波動(dòng)變化，表明當(dāng)溫州、臺(tái)州等地茶葉夏季干旱偏強(qiáng)(弱)時(shí)，北部大部分區(qū)域偏弱(強(qiáng))。

圖4 浙江茶葉夏季干旱強(qiáng)度EOF 變換第一模態(tài)和第二模態(tài)空間特征向量分布和時(shí)間系數(shù)Figure 4 First two mode distribution and the time coefficient variation of Zhejiang’s tea drought intensity EOF in summer

浙江省茶葉秋季干旱的前2 個(gè)特征向量方差貢獻(xiàn)率分別為46%和13%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)59%。茶葉秋季干旱第一模態(tài)空間分布如圖5A 所示，該模態(tài)特征向量的空間分布均為正值，表明茶葉秋季干旱變化趨勢(shì)基本一致，即干旱強(qiáng)度普遍較強(qiáng)或較輕，但是不同區(qū)域干旱強(qiáng)度變化幅度存在差異，主要絕對(duì)值大值區(qū)域位于浙江寧波、臺(tái)州和溫州。該區(qū)域特征向量變化幅度大，對(duì)干旱的反應(yīng)最為敏感，而西北部地區(qū)絕對(duì)值較小，變化幅度相對(duì)較小。第一模態(tài)的空間分布說明：浙江東南部地區(qū)干旱強(qiáng)度的波動(dòng)比西北部大，秋季更容易出現(xiàn)嚴(yán)重的茶葉干旱。茶葉秋季干旱第二模態(tài)空間分布(圖5B)與第一模態(tài)的空間分布存在顯著差異，全省大部分地區(qū)為正值，寧波和舟山為負(fù)值，表明寧波和舟山與全省其他大部分地區(qū)的干旱強(qiáng)度呈現(xiàn)相反的空間分布特征。從茶葉秋季干旱第一模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)(圖5C)來看，20 世紀(jì)90 年代以前時(shí)間系數(shù)呈現(xiàn)波動(dòng)變化，茶葉秋季干旱與濕潤交替出現(xiàn)，20 世紀(jì)90 年代以后以負(fù)值居多，表明這一時(shí)期浙江省出現(xiàn)茶葉秋季干旱的年份相對(duì)增加，如2003 和2019 年。第二模態(tài)對(duì)應(yīng)的時(shí)間系數(shù)(圖5D)呈現(xiàn)波動(dòng)變化，表明當(dāng)寧波、舟山等地茶葉秋季干旱偏強(qiáng)(弱)時(shí)，其他區(qū)域偏弱(強(qiáng))。

圖5 浙江茶葉秋季干旱強(qiáng)度EOF 變換第一模態(tài)和第二模態(tài)空間特征向量分布和時(shí)間系數(shù)Figure 5 First two mode distribution and the time coefficient variation of Zhejiang’s tea drought intensity EOF in autumn

2.2.2 小波分析 分別將EOF 變換得到的茶葉夏季和秋季干旱強(qiáng)度場主要模態(tài)的時(shí)間序列進(jìn)行小波變換分析，小波系數(shù)實(shí)部反映的是茶葉氣象干旱在不同時(shí)間尺度的周期變化及在時(shí)間域中的分布，小波系數(shù)的模則是用來分析其信號(hào)的強(qiáng)弱從而確定茶葉氣象干旱變化的主周期。分析可知：浙江茶葉夏季和秋季干旱強(qiáng)度都存在顯著的周期性變化，但不同季節(jié)的年際變化存在一定差異。

根據(jù)圖6A，茶葉夏季干旱強(qiáng)度第一模態(tài)時(shí)間序列存在明顯的不同時(shí)間尺度的振蕩信號(hào)，主要是準(zhǔn)2～6、6～10 以及15～20 a 尺度的變化周期，其中1985—2005、2010—2015 年存在2～6 a 的周期振蕩信號(hào)，1985—2005 和2010—2015 年均通過了0.05 顯著性水平的高斯白噪聲檢驗(yàn)(以下簡稱“檢驗(yàn)”)；1971—2010 年存在6～10 a 周期，其在1980—2005 年通過了檢驗(yàn)；1971—2010 還存在15～20 a 的變化周期，但沒有通過顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)小波系數(shù)模的分布(圖6B)，2～6 a 周期的能量密度最大，該尺度的周期性最強(qiáng)，且茶葉夏季干旱的主要模態(tài)表現(xiàn)為全區(qū)一致性，說明浙江省茶葉夏季干旱存在明顯的2～6 a的強(qiáng)弱變化周期。

圖6 浙江茶葉夏季干旱強(qiáng)度EOF 變換第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)的小波譜分析Figure 6 Wavelet spectrum analysis of the First Mode time coefficient of EOF of Zhejiang’s tea drought intensity in summer

根據(jù)圖7A，茶葉秋季干旱強(qiáng)度第一模態(tài)時(shí)間序列存在準(zhǔn)2～4、6～10 以及12～16 a 的變化周期，其中1980—2010 年存在2～4 a 的周期振蕩信號(hào)，并且通過了顯著性檢驗(yàn)；1971—1990、2000—2020 年存在6～10 a 周期，其中在1980—1990、2000—2010 年通過了檢驗(yàn)；12～16 a 尺度的周期貫穿整個(gè)50 a，但只在1990—2000 年通過檢驗(yàn)。根據(jù)小波系數(shù)模的分布(圖7B)，2～4 和6～10 a 周期的能量密度最大，該尺度的周期性最強(qiáng)，且茶葉秋季干旱的主要模態(tài)表現(xiàn)為為全區(qū)一致性，說明浙江省茶葉秋季干旱存在明顯的2～4 和6～10 a 的強(qiáng)弱變化周期。

圖7 浙江茶葉秋季干旱強(qiáng)度EOF 變換第一模態(tài)時(shí)間系數(shù)的小波譜分析Figure 7 Wavelet spectrum analysis of the First Mode time coefficient of EOF of Zhejiang’s tea drought intensity in autumn

2.3 相對(duì)濕潤指數(shù)對(duì)茶葉干旱的適用性分析

運(yùn)用相對(duì)濕潤指數(shù)分別監(jiān)測2013 年夏季(7 月1 日至8 月18 日)和2019 年秋季(2019 年9 月8 日至11 月18 日) 2 次發(fā)生在浙江省的茶葉干旱事件。如圖8A 所示：2013 年夏季全省絕大部分地區(qū)出現(xiàn)了氣象干旱，其中杭州、寧波、紹興、金華和衢州地區(qū)都達(dá)到了重旱的級(jí)別。根據(jù)農(nóng)業(yè)部門統(tǒng)計(jì)，全省茶園受災(zāi)面積達(dá)18.3 萬hm2，杭州、寧波等地的的茶園受災(zāi)比例高達(dá)95%以上，紹興等地受災(zāi)比例為80%，實(shí)際受災(zāi)區(qū)域和強(qiáng)度與本研究的計(jì)算結(jié)果基本一致。根據(jù)圖8B，2019 年秋季全省大部分地區(qū)出現(xiàn)氣象干旱，其中湖州、杭州、衢州和麗水都出現(xiàn)了重旱及以上級(jí)別的旱情，無論是干旱強(qiáng)度還是范圍也都與農(nóng)業(yè)部門所監(jiān)測到的茶葉旱情相一致。由此可見，相對(duì)濕潤指數(shù)能夠較好地適用于茶葉干旱的研究。

圖8 2013 年夏季(A)和2019 年秋季(B)浙江省茶葉氣象干旱分布Figure 8 Distribution of tea meteorological drought in Zhejiang in summer 2013 (A) and autumn 2019 (B)

3 討論

浙江省主要由浙北的杭嘉湖平原、浙中金衢盆地和浙南山區(qū)組成，各區(qū)域之間的地形地貌和氣候條件都存在明顯差異，干旱的發(fā)生規(guī)律及茶葉對(duì)干旱的敏感程度也有所不同。比如2022 年浙江遭遇了歷史罕見的夏秋連季高溫干旱災(zāi)害，全省的茶葉也出現(xiàn)了不同程度的受災(zāi)情況，其中浙北杭州、湖州等地的茶園受災(zāi)相對(duì)較輕，而浙中金衢盆地作為此次高溫干旱中心，茶葉生產(chǎn)受災(zāi)情況極其嚴(yán)重，其中浙中金華武義縣的茶園受災(zāi)面積為全省之最。2022 年干旱天氣所造成的茶葉受災(zāi)情況與本研究結(jié)論基本一致。本研究所利用的相對(duì)濕潤指數(shù)過去主要用于監(jiān)測年、季尺度干旱狀況[15,17]和分析水稻Oryza sativa等大田作物的干旱情況[13-14]，并取得了良好的效果。本研究首次基于相對(duì)濕潤指數(shù)從降水和茶樹水分蒸散的角度定量分析了浙江省茶葉夏秋兩季氣象干旱的時(shí)空分布特征，發(fā)現(xiàn)相對(duì)濕潤指數(shù)變化與近年來浙江省典型干旱過程具有較好一致性，但本研究用來驗(yàn)證的典型干旱個(gè)例較少，后期將利用浙江省歷年茶葉干旱災(zāi)情數(shù)據(jù)，對(duì)全省茶葉干旱災(zāi)害作更全面分析。此外，目前衛(wèi)星遙感技術(shù)的發(fā)展也改變了基于傳統(tǒng)氣象站點(diǎn)的災(zāi)害監(jiān)測方法[26]，使得在更大范圍和更高頻次上監(jiān)測干旱及相關(guān)變量成為可能，且實(shí)際生產(chǎn)中茶葉干旱還受到土壤、植被、地形地貌、灌溉條件和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等諸多因素的影響[12]。今后將結(jié)合衛(wèi)星遙感與氣象站點(diǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)加入土壤等自然地理環(huán)境以及各地致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境和防災(zāi)減災(zāi)能力等因素，對(duì)茶葉氣象干旱的監(jiān)測預(yù)警和防災(zāi)減災(zāi)能力進(jìn)行更有針對(duì)性的研究，減少氣象干旱對(duì)茶葉生產(chǎn)帶來的損失。

4 結(jié)論

浙江省茶葉夏季干旱平均站次比為33.7%，呈逐年下降的趨勢(shì)，但2000 年以后發(fā)生極端大范圍干旱的年份增多。全省茶葉夏季干旱強(qiáng)度的分布呈現(xiàn)西強(qiáng)東弱的態(tài)勢(shì)，中西部在夏季發(fā)生的茶葉干旱強(qiáng)度較高，強(qiáng)度明顯高于其他地區(qū)，而且該區(qū)域出現(xiàn)茶葉氣象干旱的頻率在40%以上。沿海地區(qū)干旱強(qiáng)度較弱，發(fā)生茶葉干旱的頻率低于20%。

茶葉秋季干旱的強(qiáng)度和頻率都弱于夏季，干旱平均站次比為22.6%，2000 年以前呈上升趨勢(shì)，2000 年以后呈下降趨勢(shì)。干旱強(qiáng)度呈現(xiàn)西強(qiáng)東弱的分布，干旱高發(fā)區(qū)在金衢盆地以及嘉興和湖州部分區(qū)域，干旱頻率為20%～40%。沿海地區(qū)干旱強(qiáng)度較弱，干旱頻率在20%以下，干旱對(duì)茶葉的影響相對(duì)有限。

根據(jù)EOF 分析，浙江省茶葉夏季干旱主要分解為2 個(gè)模態(tài)：第一模態(tài)反映全省干旱強(qiáng)度變化趨勢(shì)整體一致性，即浙江全省茶葉氣象干旱普遍較重或較輕，但西部和北部地區(qū)的變化更為明顯；第二模態(tài)反映全省干旱西北—東南反相位分布的特征。秋季茶葉干旱主要分解為2 個(gè)模態(tài)，第一模態(tài)反映全省干旱具有一致性分布，但東南地區(qū)干旱強(qiáng)度的變化比西北更明顯，第二模態(tài)反映寧波和舟山與全省其他地區(qū)呈現(xiàn)反相位的空間分布特征。根據(jù)小波變換分析，浙江省茶葉夏季和秋季干旱存在強(qiáng)弱交替出現(xiàn)的變化特征，其中夏季具有顯著的2～6 a 的振蕩周期，秋季具有顯著的2～4 和6～10 a 的振蕩周期。