楊利霞,王 欣,徐 鈺,孟 茹
(1.漢中市氣象局,陜西漢中 723000;2.漢臺(tái)區(qū)氣象局,陜西漢中 72300)
近年來,漢中市茶產(chǎn)業(yè)在規(guī)模、品質(zhì)、效益和影響力上都大幅提升,發(fā)展勢頭強(qiáng)勁,茶葉已成為漢中經(jīng)濟(jì)的特色主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。截至2019年底,全市茶園總面積73 862.87 hm2,茶葉總產(chǎn)量4.543 1萬t,茶葉產(chǎn)值32.891 3億元[1],茶葉面積、產(chǎn)量、產(chǎn)值均居全省第一。在茶葉生產(chǎn)上,春茶產(chǎn)量占全年總產(chǎn)量的60%以上,是一年中名優(yōu)茶生產(chǎn)的關(guān)鍵季節(jié)。春茶上市越早,效益越好,俗語有“早采三天是寶,遲采三天是草”的說法,時(shí)令性很強(qiáng)。基于漢中茶產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢,對(duì)茶葉氣象服務(wù)有了更多需求和更高要求。楊利霞、胡江波、張維敏等[2-7]對(duì)漢中市茶葉氣候資源特征、茶樹種植適宜性、農(nóng)業(yè)氣候相似性、茶樹凍害、氣候品質(zhì)認(rèn)證以及2017年陜西茶葉主要生長季氣候影響評(píng)價(jià)等進(jìn)行了研究和實(shí)踐,但在漢中本地春茶開采期方面少有研究。
國內(nèi)學(xué)者李旭群等[8]研究認(rèn)為氣象因素是影響春茶開采期早晚的主要原因,春茶開采期與3月平均溫度和≥10 ℃的活動(dòng)積溫呈線性相關(guān);過婉珍等[9]提出浙江2、3月降雨量因子與茶芽因子生長相關(guān)性較差,茶芽生長主要是溫度因子起主導(dǎo)作用;孫秀幫等[10]通過觀測研究認(rèn)為2月20日開始到開采期前≥10 ℃活動(dòng)積溫穩(wěn)定性較差,7 ℃日平均氣溫的出現(xiàn)對(duì)茶葉萌動(dòng)和生長有促進(jìn)作用,當(dāng)≥7 ℃活動(dòng)積溫和有效積溫分別達(dá)到396.7 ℃和153.6 ℃時(shí),春茶進(jìn)入開采期;姜艷敏等[11]對(duì)春茶開采期日序與氣象要素進(jìn)行逐步回歸分析,構(gòu)建中長期開采模型,并結(jié)合活動(dòng)積溫和有效積溫進(jìn)行茶葉開采期預(yù)報(bào);朱蘭娟等[12]對(duì)西湖龍井茶開采期影響影子和預(yù)報(bào)模型研究認(rèn)為,采用積溫預(yù)報(bào)模型預(yù)報(bào)西湖龍井開采期時(shí),活動(dòng)積溫變異系數(shù)小于有效積溫,穩(wěn)定性更好,采用逐步回歸預(yù)報(bào)模型中,溫度對(duì)茶葉開采期起關(guān)鍵作用,日照影響不顯著,集成預(yù)報(bào)模型效果更好。由于漢中的特殊地理?xiàng)l件,氣候不同于國內(nèi)其他茶產(chǎn)區(qū),特殊的氣象條件可能致使發(fā)育期提早或推遲,茶芽萌發(fā)和生長速度受到影響,春茶開采期與其他省市的開采期存在較大差異。作為國內(nèi)北緣茶產(chǎn)區(qū)和陜西名優(yōu)茶葉主產(chǎn)區(qū),漢中目前還沒有可參考的建立在氣象因子基礎(chǔ)上的春茶開采期預(yù)測方法。本文在借鑒相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上,通過收集2014—2021年漢中市春茶開采期時(shí)間,結(jié)合相應(yīng)的氣象資料,分析探索本地春茶開采期與氣象因子的關(guān)系,建立春茶開采期預(yù)測模型,解決氣象服務(wù)工作中的需求和技術(shù)難點(diǎn),為當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門、茶企茶農(nóng)合理安排生產(chǎn)、銷售,保障春茶優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)。
氣象資料為漢中種茶縣區(qū)2014—2022年1—3月國家氣象站和茶園區(qū)域氣象站的觀測資料,包括逐日平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)資料;1981—2010年1—3月國家氣象站氣候均值。資料由陜西省氣象信息共享網(wǎng)、陜西省一體化農(nóng)業(yè)氣象服務(wù)平臺(tái)下載。通過調(diào)查等方式收集2014—2021年漢中寧強(qiáng)縣千山、燕子砭,勉縣漢瑩,南鄭區(qū)牟家壩,城固縣天明,西鄉(xiāng)縣東裕、峽口,鎮(zhèn)巴縣巴廟,略陽縣硤口驛茶園春茶開采期。春茶開采期是指每年第一批漢中仙毫鮮葉采摘的日期。運(yùn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法分別對(duì)國家氣象站、茶園區(qū)域氣象站不同時(shí)段氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、活動(dòng)積溫與春茶開采期進(jìn)行相關(guān)分析,選用相關(guān)性高的因子建立開采期回歸方程,并進(jìn)行回代檢驗(yàn)。其中,將春茶開采期日期轉(zhuǎn)換為年日序,以1月1日為1,1月2日為2,依此類推。
通過分析發(fā)現(xiàn),2014—2021年漢中春茶開采期存在明顯的年份差異(表1)和地理差異(表2)??傮w來看,2021年春茶開采期最早,平均日期為3月11日;2014年春茶開采期最晚,平均日期為3月26日。寧強(qiáng)燕子砭茶區(qū)開采期最早,平均日期為3月10日;寧強(qiáng)千山茶區(qū)開采期最晚,平均日期為3月29日。具體到茶區(qū)(茶園)的開采期來看,寧強(qiáng)燕子砭、南鄭牟家壩茶區(qū)開采春茶最早,均為2021年3月2日;寧強(qiáng)千山茶園春茶開采最遲,為2014年的4月2日。
表1 2014—2021年漢中春茶開采平均日期
表2 2014—2021年漢中不同茶區(qū)(園)春茶開采平均日期
2.2.1 常年1—3月氣候特點(diǎn) 漢中市種茶縣區(qū)1—3月平均氣溫為5.6 ℃,1、2、3月月平均氣溫分別是2.5、5.0、9.3 ℃,3月平均氣溫較1月、2月氣溫明顯回升。1—3月平均降水量為46.6 mm,1、2、3月月降水量分別是6.6、11.8、28.2 mm,3月降水量較1月、2月明顯增加。1—3月平均日照時(shí)數(shù)為274.1 h,1、2、3月月平均日照時(shí)數(shù)分別是86.6、79.4、108.0 h,3月日照時(shí)數(shù)較1、2月日照也明顯增加。1—3月≥7 ℃、≥8 ℃、≥10 ℃的活動(dòng)積溫分別為306.9、258.6、171.9 ℃·d,其中1月無≥10 ℃的活動(dòng)積溫,≥10 ℃的活動(dòng)積溫集中在2、3月。
2.2.2 2014—2021年1—3月氣候特點(diǎn) 2014—2021年1—3月漢中種茶縣區(qū)平均氣溫6.7 ℃、降水量50.9 mm、日照時(shí)數(shù)312.2 h,與常年氣候均值相比,氣溫偏高1.1 ℃,降水偏多4.3 mm,日照偏多36.1 h。 2014—2021年1—3月≥7 ℃、≥8 ℃、≥10 ℃活動(dòng)積溫分別422.8、370.2、269.2 ℃·d,比常年氣候平均值分別偏多115.9、111.6、97.3 ℃·d(表3)。其中:2020年、2021年1—3月氣溫高、熱量條件好;2017年、2021年降水多,水分條件充足;2019年日照少,多散射光。
表3 1—3月漢中種茶縣區(qū)氣象條件統(tǒng)計(jì)
參考相關(guān)文獻(xiàn)[8-12]關(guān)于溫度、積溫、降水、日照對(duì)茶芽生長和開采期研究成果,對(duì)漢中2014—2021年逐年春茶開采期時(shí)間與不同時(shí)段的氣溫、降水量、日照、不同界限活動(dòng)積溫做相關(guān)性分析,找出相關(guān)性較高的因子建立回歸方程。國家氣象站觀測資料代表茶樹茶葉生長的大氣候環(huán)境,茶區(qū)(園)區(qū)域氣象站觀測資料反映有地理地形差異的茶區(qū)(園)小氣候情況,分別采用國家氣象站、茶園區(qū)域氣象站觀測資料與開采期建立模型。
2.3.1 國家氣象站預(yù)測模型 氣溫選取1—3月、1—2月、2月、3月上旬、2月上旬—3月上旬、3月中旬、3月上旬—中旬平均氣溫與開采日期(日序)做相關(guān)性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn):不同階段的平均氣溫均與開采日期(日序)呈負(fù)相關(guān),即氣溫越高,開采期越提前。2月平均氣溫、2月上旬—3月上旬平均氣溫與開采日期相關(guān)系數(shù)分別為-0.896 6、-0.861 3,在0.01水平上顯著。1—3月平均氣溫,1—2月平均氣溫與開采日期相關(guān)性在0.05水平上顯著。其它階段平均氣溫與開采日期相關(guān)性不顯著。
降水量選取1—3月、1—2月、2月、3月上旬、3月中旬、3月上旬—中旬、2月上旬—3月上旬降水量與開采日期做相關(guān)性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn):1—2月降水量、2月降雨量與開采日期呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.807 3、-0.720 2,通過0.05水平顯著性檢驗(yàn)。3月上旬降水量與開采日期呈正相關(guān),相關(guān)系數(shù)為0.248 3,但沒有通過0.05水平顯著性檢驗(yàn)。
日照時(shí)數(shù)選取1—3月、1月—3月上旬、2月、3月上旬、3月中旬、3月上旬—中旬、2月上旬—3月上旬日照時(shí)數(shù)與開采日期做相關(guān)性分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn):日照與開采日期成負(fù)相關(guān),但均沒有通過0.05顯著性水平檢驗(yàn)。
不同界限活動(dòng)積溫選取1—3月、1月—3月上旬、2月、3月上旬、3月中旬、2月上旬—3月上旬6個(gè)時(shí)段分別相對(duì)應(yīng)的≥7 ℃、≥8 ℃、≥10 ℃活動(dòng)積溫與開采日期做相關(guān)性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn):活動(dòng)積溫與開采期日期均呈負(fù)相關(guān),說明活動(dòng)積溫越多,開采期越提前。其中1月—3月上旬≥7 ℃、1月—3月上旬≥8 ℃、1—2月≥7 ℃、2月≥7 ℃、2月≥8 ℃、2月≥10 ℃活動(dòng)積溫與開采期呈顯著負(fù)相關(guān),均通過0.01水平顯著性檢驗(yàn)。綜合相關(guān)系數(shù)來看,開采期與2月≥10 ℃活動(dòng)積溫的相關(guān)系數(shù)為-0.923 8,關(guān)系最密切。
鑒于上述相關(guān)性分析,選擇與開采期相關(guān)性高的氣溫、降水、活動(dòng)積溫因子組合建立回歸方程。綜合比較后,確定回歸效果相對(duì)較好的2 月上旬—3月上旬平均氣溫、1—2月降水量、2月≥10 ℃活動(dòng)積溫進(jìn)入回歸方程。
Y=88.88-0.54T-0.26R-0.08X。
(1)
式中,Y為開采期日序,T為2 月上旬—3月上旬平均氣溫,R為1—2月降水量,X為2月≥10 ℃活動(dòng)積溫。方程的回歸系數(shù)為0.964 7,擬合系數(shù)為0.930 6,標(biāo)準(zhǔn)誤差為1.466 9。通過方程回代檢驗(yàn),回代的開采期日序準(zhǔn)確率為99.0%,方程的擬合效果總體較好。擬合誤差較大年份為2019年,反查氣象條件,當(dāng)年2月氣溫偏低,無≥10 ℃活動(dòng)積溫,與其他年份2月溫?zé)釛l件差別較大,這是造成誤差較大的主要原因。
2.3.2 茶園區(qū)域氣象站預(yù)測模型 分析2014—2021年寧強(qiáng)千山、燕子砭,勉縣漢瑩,南鄭牟家壩,城固天明,西鄉(xiāng)東裕、峽口,鎮(zhèn)巴巴廟,略陽硤口驛等茶園所在鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域氣象站氣溫、降水資料。1—3月平均氣溫5.9 ℃、平均降水量46.8 mm,各區(qū)域站氣溫、降水差異比較大。其中寧強(qiáng)燕子砭平均氣溫最高為7.3 ℃,勉縣漢瑩平均氣溫最低為5.2 ℃;降水量最多為鎮(zhèn)巴巴廟76.8 mm、最少為西鄉(xiāng)東裕28.5 mm。隨著冬春回暖,氣溫升高,活動(dòng)積溫明顯增多,降水量增大。
采用不同階段的平均氣溫、活動(dòng)積溫、降水量與開采日期做相關(guān)分析。開采期與2月平均氣溫、2月≥7 ℃活動(dòng)積溫、2月≥8 ℃活動(dòng)積溫、2月≥10 ℃活動(dòng)積溫、2月上旬—3月上旬≥7 ℃活動(dòng)積溫、2月上旬—3月上旬≥8 ℃活動(dòng)積溫呈負(fù)相關(guān),并通過0.001水平顯著性檢驗(yàn);與2月上旬—3上旬≥10 ℃活動(dòng)積溫、3上旬≥7 ℃活動(dòng)積溫、2月降水量呈負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)通過0.01水平顯著性檢驗(yàn);2月上旬—3上旬降水量呈負(fù)相關(guān),通過0.05水平顯著性檢驗(yàn)。在各時(shí)段氣溫因子里,2月平均氣溫與開采期的相關(guān)性最高;在各時(shí)段活動(dòng)積溫因子里,≥7 ℃活動(dòng)積溫與開采期的相關(guān)性明顯高于≥8℃、≥10 ℃活動(dòng)積溫與開采期的相關(guān)性;降水因子里,2月降水量與開采期的相關(guān)性較高。說明開采時(shí)間與氣溫和熱量關(guān)系密切,影響較大;氣溫越高,熱量越充足,開采時(shí)間越提前;2月降水對(duì)開采期時(shí)間也有影響。
通過各因子間的比較,綜合考慮,選擇相關(guān)性高的2月上旬—3上旬≥7 ℃活動(dòng)積溫、2月降水量與開采期建立回歸方程預(yù)測模型。
Y=90.32-0.08X-0.07R。
(2)
式中,Y為開采期日序,X為2月上旬—3月上旬≥7 ℃活動(dòng)積溫,R為2月降水量。方程的回歸系數(shù)為0.710 8,擬合系數(shù)為0.505 2,標(biāo)準(zhǔn)誤差為5.178 9。通過方程回代檢驗(yàn),回代的開采期日序準(zhǔn)確率為95.0%。
通過調(diào)查等方式收集2022年西鄉(xiāng)、城固、鎮(zhèn)巴、南鄭、勉縣、寧強(qiáng)春茶開采期,平均日期為3月17日,換算日序?yàn)?6。用國家氣象站資料帶入回歸方程(1),預(yù)測的開采期日序?yàn)?0(轉(zhuǎn)換日期后為3月21日)。擬合準(zhǔn)確率采用公式(∣擬合值-實(shí)際值∣/實(shí)際值)×100%計(jì)算,日序擬合準(zhǔn)確率94.7%。對(duì)于不同茶園開采期,采用區(qū)域氣象站資料帶入回歸方程(2)進(jìn)行開采期預(yù)測,日序擬合準(zhǔn)確率93.1%。比較國家氣象站、區(qū)域氣象站建立的春茶開采期模型對(duì)2022年開采期的預(yù)測結(jié)果,預(yù)測的開采期均比實(shí)際略晚,國家氣象站模型預(yù)測的平均開采期日序準(zhǔn)確率略好于區(qū)域氣象站建立的模型預(yù)測。
分析2022年預(yù)測誤差的原因,可能與2022年晚冬早春氣候異常關(guān)系較大。2月至3月上旬初受拉尼娜影響氣候持續(xù)偏冷、氣溫偏低、回暖緩慢;3月6日開始急劇升溫回暖,日平均氣溫迅速升至10 ℃以上,氣溫較常年同期偏高2~3 ℃,直接影響春茶快速萌發(fā)生長,開采期前移。另外受經(jīng)濟(jì)效益驅(qū)動(dòng),茶企和茶農(nóng)都想盡早開園,通過茶園管理技術(shù)措施增溫、改善小氣候,也會(huì)影響開采期提前。
(1)2014—2021年漢中春茶開采期存在明顯的年份差異和地理差異,最早2021年,最晚2014年,地理位置靠南的低海拔丘陵春茶開采較早,地理位置靠北的中高山區(qū)茶園開采時(shí)間較晚。晚冬春初偏暖的年份開采期明顯提前,晚冬早春偏冷的年份開采期推遲。
(2)春茶開采期與2月平均氣溫、2月上旬—3月上旬平均氣溫、2月≥10 ℃活動(dòng)積溫、2月上旬—3月上旬≥7 ℃活動(dòng)積溫之間存在0.01及以上水平顯著的負(fù)相關(guān),與2月上旬—3月上旬降水呈0.05及以上顯著水平的負(fù)相關(guān),與日照相關(guān)性不明顯。采用相關(guān)性高的因子分別建立開采期的國家氣象站回歸預(yù)測模型和區(qū)域氣象站回歸預(yù)測模型,對(duì)2022年春茶開采期進(jìn)行預(yù)測檢驗(yàn),開采期較實(shí)際略晚,總體效果較好。
(3)春茶開采期受多種因素綜合影響,本文只對(duì)平均氣溫、降水量、積溫等氣象因子做了相關(guān)分析,沒有考慮最低氣溫、最高氣溫、具體茶樹品種、土肥和管理措施對(duì)茶芽萌發(fā)生長的影響,加上收集春茶開采期的局限性和區(qū)域氣象站觀測資料的質(zhì)量控制局限性,在一定程度上制約了相關(guān)性分析和回歸預(yù)測方程的精度,還需后期持續(xù)研究、積累和改進(jìn)。在實(shí)際應(yīng)用和氣象服務(wù)中,可結(jié)合當(dāng)年氣候背景、中短期天氣預(yù)報(bào)和茶園管理、農(nóng)技措施等進(jìn)行綜合修正。