浙江省茶树高温热害风险区划

娄伟平，肖强，孙科，邓盛蓉，杨鸣



浙江省茶树高温热害风险区划

娄伟平1，肖强2，孙科1，邓盛蓉1，杨鸣1

1. 新昌县气象局，浙江 新昌 312500；2. 中国农业科学院茶叶研究所，浙江 杭州 310008

根据浙江省各县市区气象站1973—2017年气象资料，结合茶树高温热害等级指标，采用线性倾向率和Mann-kendall法分析了浙江省茶树高温热害等级的时间变化特征。Mann-kendall法分析结果显示，浙江省茶树高温热害影响按年度可分为1973—1987年、1988—2002年和2003—2017年3个时间阶段。通过信息扩散理论计算各阶段茶树遭受高温热害概率，检验表明2003—2017年茶树遭受高温热害概率显著高于1973—1987年和1988—2002年2个阶段。进一步依据2003—2017年茶树各高温热害等级出现概率构建得到茶树高温热害风险值，并利用该风险值将浙江省分为低风险区、较低风险区、中等风险区、较高风险区和高风险区，其中18个沿海县市区和庆元、泰顺、开化3个山区县为低风险区，遂昌等5个山区县和临海等9个临近海洋或太湖的县市区为较低风险区，丽水等13个位于浙江省中间位置且地形多为平原或处于盆地中部的县市区为高风险区，嵊州等14个靠近高风险区的县市区为较高风险区，淳安等10个县市区为中等风险区。该区划结果较真实地反映浙江省目前和将来一定时期茶树高温热害风险，对浙江省茶树生产中做好高温热害防御工作具有指导作用。

Mann-kendall法；信息扩散理论；检验；茶树；高温热害风险区划

浙江省地处中、低纬度沿海过渡地带的亚热带季风气候区，适宜发展茶叶生产，是我国绿茶重要生产基地。浙江省茶叶气候资源虽然丰富，但同时茶叶气象灾害也十分严重。冬季冻害、春季霜冻、夏季高温等灾害的发生比较频繁，给茶叶生产造成严重的经济损失，严重制约了浙江茶叶的发展[1]。如2010年3月9—11日、2016年3月9—11日出现全省性低温霜冻天气，分别造成浙江省茶叶直接经济损失达16.9亿元、13亿元[2-3]。2013年夏季浙江省出现建国以来最严重的高温干旱，7月初到8月19日，浙江大部分地区出现10~20 d超过40℃的罕见高温极端天气，全省有13.86万hm2茶园出现茶树叶子灼伤、枯萎现象，全省茶叶直接经济损失17.2亿元[4]。

近年来随着全球气候变化，我国夏季高温热浪出现的频率增高、强度增强，有关茶树热害的报道也在不断增加[5-7]。高温胁迫伤害茶树的机理研究已引起相关学者重视[8-9]，但目前国内外对茶树高温热害分布规律和风险区划的研究不多。浙江省夏季受副热带高压控制，易出现持续高温天气，使茶树遭受高温热害。随着全球气候变化，浙江省夏季高温呈增加趋势[10]，茶树高温热害也不断增加。本文利用浙江省近45年气象资料，分析浙江省茶树高温热害时空变化规律，开展浙江省茶树高温热害风险区划，为该地区茶叶生产中的高温热害防御和茶树品种布局提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

气象资料由浙江省气象局网络中心提供。选取浙江省66个气象站1973年1月—2017年9月（共45年）常规气象资料，包括日平均气温、最高气温、最低气温、相对湿度、日照时数、风速及降水量，并从中筛选出6—9月逐日平均气温、日最高气温和日平均相对湿度。松阳、景宁、磐安、苍南、岱山5个气象站采用了2003—2017年间6—9月的气象资料。

1.2 方法

1.2.1 茶树高温热害等级指标划分

参照浙江省地方标准《DB33/T 2034—2017茶树高温热害等级》[11]，进行茶树高温热害等级指标划分。

1.2.2 气象数据处理

茶树品种根据高温胁迫下叶片细胞伤害率和光合系统伤害程度[8-9,12]、高温天气过程的受灾程度[4]，可分为强耐热性品种、中耐热性品种、弱耐热性品种。其中鸠坑、龙井群体种、福鼎大白茶等为强耐热性品种；嘉茗一号、龙井长叶等为中耐热性品种；白叶1号、龙井43等为弱耐热性品种。从1973—2017年历年数据中筛选出6—9月逐日平均气温、日最高气温和日平均相对湿度，分别统计各站历年T≥30℃且Th≥35℃且U≤65%、Th≥38℃、Th≥40℃的最大持续日数，按照茶树高温热害等级标准分别统计各代表站历年强耐热性品种、中耐热性品种、弱耐热性品种高温热害等级。采用线性倾向率分析各指标的时序变化特征，利用Mann-kendall法进行突变点检测[13]。

1.2.3 茶树高温热害风险分析

无热害、四级热害、三级热害、二级热害、一级热害分别取值为0、0.25、0.5、0.75、1，采用信息扩散理论[14]计算各代表站各级热害的出现概率，得到各代表站茶树高温热害风险

式中：为茶树高温热害风险，为各级茶树高温热害值出现概率，为茶树高温热害值。

将浙江省45年各茶树品种高温热害值分为1973—1987年、1988—2002年、2003—2017年3个时段，分析浙江省各时段各茶树品种高温热害风险变化特征。利用成对数据检验分析各阶段间茶树遭受高温热害的概率是否存在显著性差异[15]。

2 结果与分析

2.1 茶树高温热害发生的时间变化特征

依据茶树高温热害等级标准，分析得到浙江省66个气象站不同耐热性茶树品种历年不同等级茶树高温热害气象站数变化图（图1）。从1973—2017年，浙江省不同耐热性茶树品种无茶树高温热害气象站数随时间呈线性减少，各级茶树高温热害气象站数随时间呈线性增加。其中，弱耐热性品种无热害、四级热害、三级热害、二级热害和一级热害发生站数的线性倾向率分别为–8.1/10a、3.8/10a、1.9/10a、1.4/10a、0.9/10a，中耐热性品种无热害、四级热害、三级热害、二级热害和一级热害发生站数的线性倾向率分别为–6.1/10a、3.0/10a、1.2/10a、1.3/10a、0.5/10a，强耐热性品种无热害、四级热害、三级热害、二级热害和一级热害发生站数的线性倾向率分别为–4.2/10a、1.9/10a、1.4/10a、0.6/10a、0.3/10a。

图1 各级高温热害发生站数随时间变化图

Mann-kendall法检测到浙江省各气象站不同耐热性茶树高温热害等级在2003年出现突变点。东部沿海地区如鄞州（图2-a）在1973—2002年茶树没有出现高温热害，2003—2017年茶树高温热害出现机率高且等级高；南部、西部和北部地区如丽水、衢州、杭州（图2-b、c、d），在1973—2002年茶树虽时有高温热害发生，但高温热害等级基本上在四级，2003—2017年15年中有12~13年发生茶树高温热害且有2~3年出现一级茶树高温热害。

注：s1、s2、s3分别是弱耐热性、中耐热性、强耐热性茶树品种高温热害等级线性倾向率。

2.2 各阶段茶树遭受高温热害概率变化特征

采用信息扩散理论计算1973—1987年、1988—2002年、2003—2017年3个时段各级茶树高温热害发生概率，浙江省3个阶段茶树遭受高温热害的平均概率见表1。检验结果表明，各茶树品种在2003—2017年遭受高温热害的概率与1973—1987年、1988—2002年2个阶段的概率差异显著性水平达0.01；弱耐热性茶树品种1988—2002年遭受高温热害的概率与1973—1987年的概率差异显著性水平达0.01，中耐热性茶树品种的概率差异显著性水平达0.05，强耐热性茶树品种的概率差异不明显。各茶树品种在2003—2017年遭受高温热害的概率是1988—2002年概率的2倍以上、1973—1987年概率的3倍以上。

2.3 茶树高温热害风险区划

根据71个代表站2003—2017年茶树高温热害风险值，以弱耐热性品种风险值取值在0~0.1、0.1~0.2、0.2~0.3、0.3~0.4、0.4~1.0将浙江省分为茶树高温热害低风险区（Ⅰ区）、较低风险区（Ⅱ区）、中等风险区（Ⅲ区）、较高风险区（Ⅳ区）、高风险区（Ⅴ区）（图3）。

表1 各阶段茶树高温热害发生概率全省平均值

注：表中同列数据后不同大（小）写字母表示差异显著性（＜0.01、＜0.05）。

Note: Different capital (lowercase) letters within column indicate significant differences at 0.01 (0.05).

图3 浙江省茶树高温热害风险区划

低风险区（Ⅰ区）包括浙江南部庆元和泰顺、西部开化等3个山区县，温州沿海各县（市区）、台州的温岭玉环台州市等沿海各县（市区），宁波的象山和宁海，舟山各县（市区），嘉兴海盐和平湖2个县（市区）。舟山各县（市区）、象山、玉环和洞头四面临海，夏季高温少，茶树基本上不遭受高温热害；瑞安、乐清由于气象站离海距离近，根据气象站资料统计，茶树基本上不遭受高温热害；泰顺是个山区县，气象站海拔539 m，是浙江省国家气象站海拔最高的站，夏季高温少，茶树没有高温热害；温州气象站靠近瓯江入海口，弱耐热性品种只在2003年和2013年发生四级高温热害，中耐热性品种和强耐热性品种没有发生高温热害。庆元和开化2个山区县由于植被覆盖好，夏季高温弱，茶树高温热害风险低，弱耐热性品种只在2003年、2013年和2017年发生高温热害，中耐热性品种和强耐热性品种只在2003年和2013年发生高温热害；台州市、海盐、平湖、宁海、温岭、平阳作为沿海县市区，茶树高温热害发生情况和庆元、开化2个山区县相同。

较低风险区（Ⅱ区）包括遂昌、龙泉、景宁、磐安、天台5个山区县和永嘉、临海、三门、海宁、宁波市等临近海洋县市区，以及长兴、湖州市2个环太湖县市区和嘉善、嘉兴市2个位于太湖和海洋之间的县市区。弱耐热性品种高温热害风险在50%~60%，但风险等级以四级为主，中耐热性品种高温热害风险在25%~30%，强耐热性品种高温热害风险在10%~15%。

中等风险区（Ⅲ区）包括临安、淳安、江山、青田、文成、奉化、上虞、鄞州、德清和桐乡。弱耐热性品种高温热害风险在60%~70%，但风险等级以四级为主，中耐热性品种高温热害风险在40%~50%，强耐热性品种高温热害风险在20%~25%。

较高风险区（Ⅳ区）包括：安吉、慈溪、余姚、嵊州、新昌、仙居、缙云、武义、松阳、云和、常山、衢州、建德和浦江。弱耐热性品种高温热害风险在70%以上，其中三级热害风险达40%以上，二级热害风险达20%以上；中耐热性品种高温热害风险在60%以上，其中三级热害风险达20%以上，二级热害风险达10%以上；强耐热性品种高温热害风险在40%以上，其中三级热害风险达10%以上。

高风险区（Ⅴ区）包括杭州、萧山、富阳、桐庐、绍兴、诸暨、义乌、东阳、兰溪、永康、金华、龙游、丽水。杭州、萧山、绍兴城市热岛效应影响，夏季高温强度强；这一区的其他县市区位于浙江省中部，离海洋有一定距离，地形多为平原或处于盆地中部，夏季高温强度强、持续时间长，茶树高温热害重。弱耐热性品种高温热害风险在80%以上，其中三级热害风险达50%以上，二级热害风险达30%以上，一级热害风险达10%以上；中耐热性品种高温热害风险在70%以上，其中三级热害风险达30%以上，二级热害风险达20%以上，一级热害风险达5%以上；强耐热性品种高温热害风险在50%以上，其中三级热害风险达30%以上，二级热害风险达10%以上。

3 结论与讨论

随着气候变暖，夏季高温热浪事件出现频率增高、强度变强、持续时间变长[16]。浙江省是中国高温热浪最严重的地区之一[10]，高温热浪使茶树遭受高温热害，严重影响茶树生长。1973年以来，浙江省茶树高温热害面积和高温热害等级呈线性增加趋势，茶树遭受高温热害的风险也在增加。Mann-kendall法检测结果表明，2003—2017年茶树高温热害等级和1973—2002年之间存在显著性差异，因此将茶树高温热害的影响按年度分为1973—1987年、1988—2002年和2003—2017年3个时间阶段。每个时间阶段只有15年，利用依赖大数定理建立的概率方法计算各时段风险会极不可靠，本文采用比单纯采用概率法要科学得多的概率与模糊集相结合的方法（信息扩散理论）计算风险[17]，使计算的各时段风险具有可靠性。

成对数据检验验证现阶段（2003—2017年）茶树遭受高温热害的概率与前面2个阶段存在显著性差异。2003年以来，浙江省弱耐热性、中耐热性、强耐热性茶树品种遭受高温热害概率分别达0.5606、0.3947、0.2607，高温热害已成为影响浙江省茶叶生产的主要灾害之一。利用2003—2017年共15年气象资料和茶树高温热害指标计算茶树遭受高温热害风险，将浙江省茶树种植高温热害风险分为5个区，区划结果能够较真实地反映浙江省目前和将来一定时期茶树高温热害风险，对浙江省茶树科学种植具有重要指导作用。

茶树高温热害是高温热浪作用于茶树的结果，因此茶树高温热害发生程度与夏季西太平洋副热带高压、下垫面状况有关。本文研究结果表明，浙江省茶树高温热害高风险区为杭州东南部，绍兴、金华和丽水中北部，与浙江省高温空间分布特征一致[18]，也和2013年浙江省茶树高温热害空间分布相符[4]。由于本研究以浙江省全省作为研究对象，采用建于县（市、区）政府所在地的国家级气象站气象资料，而浙江省地形复杂，气温随土壤、海拔高度、坡向、离海洋远近等地理因子变化较大，同时茶树多种植于山地，这些会导致本区划结果在局部地区区划等级与实际情况存在差异的情况。接下去，我们将继续深入研究，引入土壤、地理因子、区域气象站资料，开展县级精细化茶树高温热害风险区划，为浙江省做好茶树高温热害防灾减灾工作提供更加科学的区划结果。

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Heat Stress Risk Regionalization of Tea Plant in Zhejiang Province

LOU Weiping1, XIAO Qiang2, SUN Ke1, DENG Shengrong1, YANG Ming1

1. Xinchang Meteorological Bureau, Xinchang 312500, China; 2. Tea Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Hangzhou 310008, China

Based on the climate data of meteorological stations from 1973 to 2017 in Zhejiang Province and the heat stress index of tea plant, temporal variability of heat hurting grade of tea plant was analyzed with line trend rate and Mann-kendall method. Based on Mann-kendall method, the heat injure of tea plant in Zhejiang Province was divided into three periods: 1973—1983, 1988—2002 and 2003—2017. The probabilities of heat stress to tea plant in each period were calculated with information diffusion theory. The result of-test showed that the probability of heat hurt to tea plant in 2003—2017 was larger than in the periods of 1973—1987 and 1988—2002. Risk value of heat injure of tea plant was calculated by using probabilities of each heat hurting grade of tea plant in 2003—2017. Based on risk values, Zhejiang province could be divided into five regions: low risk, relatively low risk, moderate risk, relatively high risk and high risk areas. Among these areas, the risk values of 18 coastal counties as well as Qingyuan, Taishun and Kaihua were low. The risk values of 5 mountain counties, such as Suichang and 9 counties near the sea or Taihu were relatively low. The risk values of 13 counties in the middle of Zhejiang Province and on a plain or in the middle of the basin such as Lishui were high. The high risk area included 14 counties such as Shengzhou. The moderate risk area contained 10 counties. It could reflect the risk of heat injure of tea plant in Zhejiang Province at present and in a certain period in the future. The results provided a basis for the defense of heat stress to tea plant in Zhejiang.

Mann-kendall method, information diffusion theory,-test, tea plant, heat injure risk regionalization

S571.1；S161.2

A

1000-369X(2018)05-480-07

2018-01-01

2018-05-04

浙江省公益技术研究计划项目（LGN18D050001）

娄伟平，男，博士，正高级工程师，主要从事茶叶气象方面的研究，Email: xclwp@163.com