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)

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[1-4]、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[5-7]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[8-10]。

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。

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

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

注：*与**分别表示相关性达到显著(P<0.05)和极显著(P<0.01)水平。表2同。

从表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[8-10]。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。

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

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。

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