柯橋區(qū)茶葉氣候風險區(qū)劃

季丹丹，胡燕華，包君俏，周曉燕，周弘媛

（1浙江大學，杭州 310027；2紹興市柯橋區(qū)氣象局，浙江紹興 312030）

0 引言

茶葉作為柯橋區(qū)的主要農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)之一，具有悠久的種植歷史，據(jù)有關數(shù)據(jù)統(tǒng)計，全區(qū)茶葉種植主要聚集于平水、稽東、王壇、蘭亭四鎮(zhèn)街，2017 年四鎮(zhèn)街組成的南部茶葉集聚區(qū)入選為浙江省農(nóng)業(yè)茶葉集聚區(qū)，茶園面積4603 hm2，占全區(qū)總量的85.5%[1]。茶葉作為露天生長作物受氣象因素較大[2]，受全球氣候變化的影響，近年來早春霜凍[3-4]、夏季熱害[5-7]、冬季凍害[8-9]等農(nóng)業(yè)氣象災害呈現(xiàn)多發(fā)態(tài)勢，給柯橋區(qū)的茶葉生長造成嚴重危害。如2018 年4 月8 日霜凍影響，柯橋區(qū)春茶產(chǎn)量顯著下降，全區(qū)共有467 hm2茶園受損，影響面積近2000 hm2，直接損失約1500萬元。2017年連續(xù)高溫造成柯橋區(qū)東方茶廠約33 hm2新茶受損，直接經(jīng)濟損失30余萬元。

各位專家對茶葉種植適宜性的氣候區(qū)劃、氣象災害影響評估、災害風險區(qū)劃[11-13]研究已經(jīng)取得了一定進展。金志鳳等[14]利用模糊綜合評價法[15]研究了整個浙江省的茶葉農(nóng)業(yè)氣象災害風險評價，是針對整個浙江地區(qū)而言的，并在研究中將紹興地區(qū)劃分為綜合氣象風險綜合指標高風險區(qū)[16]，其中茶葉春霜凍害為影響茶葉產(chǎn)量的主要災害之一；李柏貞等[17]在江南茶葉農(nóng)業(yè)氣象災害風險區(qū)劃中對江南地區(qū)的茶葉進行氣候災害性分析，同樣發(fā)現(xiàn)紹興地區(qū)處于風險高風險區(qū)，說明紹興地區(qū)的茶葉種植受氣象因素的影響很大，除了區(qū)域性研究還有對單品種的研究，例如浙江新昌大佛龍井[13]、紫陽富硒茶[18]的研究說明名優(yōu)茶更容易受到氣溫的影響[19-20]，更易導致產(chǎn)量、品質(zhì)受損。其他地區(qū)例如湖北省[21-22]、福建三明市[23]也進行過茶葉氣候區(qū)劃分析，但對于僅研究一個區(qū)域的研究較少，能適用于柯橋區(qū)本地服務的茶葉風險區(qū)劃就更少了。

近年來，柯橋區(qū)區(qū)域站網(wǎng)布局更加緊密，可用的區(qū)域站資料更完善，有利于對本地的茶葉風險區(qū)劃進行更精細的劃分，本研究基于柯橋區(qū)區(qū)域站2004—2016年的觀測資料進行分析，從致災因子出發(fā)，構建綜合風險評估模型，繪制柯橋區(qū)茶葉集聚區(qū)風險區(qū)劃，以期為優(yōu)化生產(chǎn)布局，減少損失提供理論依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 資料來源

所用氣象數(shù)據(jù)來源于浙江省40 個區(qū)域站2004—2016 年的氣象數(shù)據(jù)，站點分布見圖1。包括日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫等氣象要素。

1.2 研究方法

1.2.1 茶葉主要致災因子指標的確定 柯橋區(qū)茶葉主要農(nóng)業(yè)災害包括早春霜凍、夏季高溫熱害和冬季凍害，相關災害指標參照表1。

1.2.2 歸一化頻次處理 由于各個指標量級不同，且相差較大，對評價指標的影響程度也不同，因此對其進行歸一化處理[2]，見公式(1)。

式中，Ai為第i項氣象災害指標的歸一化頻次(0≤Ai≤1)，xi為第i項氣象災害的頻次；xmax和xmin分別為所有站點頻次年平均的最大值和最小值。

1.2.3 綜合風險評估模型 評估茶葉災害風險的模型采用加權綜合評價法(WCE)，主要考慮早春霜凍，夏季高溫熱害和冬季凍害作為評價指標，見公式(2)。

式中，RI為茶葉風險綜合指標，n為評價因子個數(shù)，n=3；Wi為第i項氣象災害對應的權重系數(shù)(Wi＞0,，采用層次分析法來確定，權重系數(shù)如表2。

1.3 區(qū)劃圖繪制

利用ArcGIS中的自然斷點分級法，確定柯橋區(qū)茶葉的氣象風險等級標準。根據(jù)不同的風險種類，制定不同的區(qū)域劃分值。其中，Ⅰ區(qū)為低風險區(qū)域，Ⅱ區(qū)為中風險區(qū)域，Ⅲ區(qū)為高風險區(qū)域。

2 結(jié)果與分析

2.1 空間分布適宜性分析

從柯橋茶葉分布來看，柯橋區(qū)的茶葉主要集中在柯橋南部和西部山區(qū)。其中王壇丹家茶廠地勢較高，海拔600 m。根據(jù)地勢、氣象因子來分析柯橋區(qū)茶葉的綜合風險區(qū)劃。

2.1.1 早春霜凍 如圖2A所示，Ⅰ區(qū)主要分布于柯橋北部，此處多為水網(wǎng)和平原，出現(xiàn)早春凍害天數(shù)較少，其中濱海地區(qū)出現(xiàn)早春低溫現(xiàn)象年平均天數(shù)普遍小于50 天。Ⅱ區(qū)主要位于平水、漓渚等地，此處平均出現(xiàn)低溫日數(shù)為50～100 天。而高危險區(qū)（Ⅲ區(qū)）主要集中在稽東、王壇、夏履、蘭亭地區(qū)，此處出現(xiàn)平均低溫日數(shù)普遍在100 天以上。這種分布與柯橋區(qū)北地南高，北平原南丘陵的地勢高度為正相關，而柯橋茶葉主要分布在南部，除平水茶廠處于中風險區(qū)之外，其余幾個都處于高風險區(qū)中。

表1 茶葉主要農(nóng)業(yè)氣象災害指標

表2 氣象災害種類的權重系數(shù)

2.1.2 夏季熱害 由于山區(qū)升溫比平原快，且最高氣溫較高，因此從圖2B 中可以看出，柯橋區(qū)全區(qū)基本上都在中風險區(qū)及以上，稽東西南部、王壇南部、平水東部由于海拔較高，受到熱害的影響較小，處于適宜區(qū)（Ⅰ區(qū)）。根據(jù)南部實際茶葉分布，除丹家茶場處于Ⅰ區(qū)之外，蘭亭、稽東、平水三塊茶葉區(qū)均處于中風險區(qū)，需要及時做好高溫氣象服務，減少茶樹因高溫造成的損失。

2.1.3 冬季寒害 進入冬季，氣溫較低，茶葉容易遭受凍害，如圖2C所示，寒害發(fā)生頻率與海拔高溫為正相關，高風險區(qū)主要位于王壇、稽東等地，該地區(qū)地勢較高，王壇鎮(zhèn)出現(xiàn)寒害天數(shù)均在5 天以上，發(fā)生最多頻次的王壇丹家村海拔高度為603 m，稽東海拔高度在100 m以上。中風險區(qū)主要位于夏履、平水、蘭亭地區(qū)，此處大部分是丘陵，海拔高度基本上在50 m以上。低風險區(qū)主要位于海拔高度10 m 以下的平原地區(qū)，如柯巖、馬鞍等東北部以及平水東部。

2.2 南北站點對比分析

2.2.1 早春霜凍 選其中時間序列較完整的柯橋區(qū)站和中眉岙村站，如圖3A 可以發(fā)現(xiàn)2004—2016 年中低溫天數(shù)為波動狀態(tài)，平均天數(shù)南部的中眉岙村（85天）大于北部的柯橋區(qū)站（57天），南部地區(qū)出現(xiàn)低溫概率明顯多于北部。南部更容易出現(xiàn)低溫霜凍。

根據(jù)2 個站的小時數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)一年中溫差最大的時候是3—4 月的7—9 時，且從表3 中可以發(fā)現(xiàn)，南部山區(qū)比北部平原溫差更大，最大溫差在8 時為2.69℃，日出前后氣溫、濕度變化最為劇烈，恰好此時正是春茶發(fā)芽、采摘期，最易發(fā)生早春霜凍。例如近年來2018年4月8日、2019年4月1日茶園大面積春霜凍事件，導致大面積名優(yōu)茶受損。

2.2.2 夏季熱害 挑選其中時間序列較完整的柯橋區(qū)站和中眉岙村站，如圖3B可以發(fā)現(xiàn)，除2004年由于建站時間不同所以產(chǎn)生熱害條件的天數(shù)相差較大外，產(chǎn)生熱害條件的天數(shù)南北變化曲線比較接近，分析數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，南部的中眉岙村符合產(chǎn)生夏季熱害條件的平均天數(shù)為45天，北部的柯橋區(qū)站為41天，因此，在夏天，柯橋區(qū)高溫是全區(qū)范圍現(xiàn)象，南北差距并不大。

夏季熱害一般發(fā)生在7—8 月，根據(jù)小時數(shù)據(jù)分析，南部9—18時、北部9—19時數(shù)據(jù)均在30℃以上，其中14—15 時到達頂峰，經(jīng)對比分析發(fā)現(xiàn)，北部高溫時間比南部更持久，且最高氣溫更高。由于南部多數(shù)為丘陵，林木田地較多，因此南部升溫降溫快，更有利于茶葉生長，發(fā)生熱害的情況比北部少。

2.2.3 冬季寒害 挑選其中時間序列較完整的柯橋區(qū)站和中眉岙村站，如圖3C分析發(fā)現(xiàn)北部的柯橋區(qū)平均低溫天數(shù)僅為1天，而南部中眉岙村的平均天數(shù)為7天，因此冬季出現(xiàn)凍害的天數(shù)南部明顯大于北部。更容易出現(xiàn)對茶葉生長不利的低溫天氣。

根據(jù)柯橋區(qū)站和中眉岙村站的小時氣溫數(shù)據(jù)進行逐月對比，發(fā)現(xiàn)最低氣溫均發(fā)生在1月，因此冬季寒害最易發(fā)生在1 月，如表3 所示，2 個站的最低氣溫均出現(xiàn)在1 月份的6—8 時，即日出前后。其中，眉岙村站6—8 時最低氣溫平均值均在0℃以下，而北部的柯橋區(qū)站該時次最低氣溫平均值在1℃以上，因此南部更容易產(chǎn)生冬季寒害。

2.3 綜合風險區(qū)劃

表3 中眉岙村和柯橋區(qū)站各時次對比 ℃

茶葉農(nóng)業(yè)氣象災害綜合風險是早春霜凍、夏季熱害和冬季凍害3種農(nóng)業(yè)氣象災害的綜合作用[16]。對于茶葉生產(chǎn)來說，茶葉霜凍是影響最大、最容易受災，其次是冬季寒害，夏季熱害對新苗影響較大，對成年茶樹影響較小，因此綜合危險最輕。根據(jù)災害權重計算綜合氣象災害風險，經(jīng)過標準化處理后，確定茶葉農(nóng)業(yè)氣象災害綜合風險等級，如圖2D所示，高風險區(qū)(＞120)最大面積主要位于稽東北部和平水的西部，即平水和稽東交界處，其次位于王壇中部和南部丹家，最后是蘭亭小部分地區(qū)。中風險(60～120)主要位于王壇、稽東以及蘭亭大部分地區(qū)，此處正是柯橋區(qū)主要茶葉種植區(qū)。低風險區(qū)(＜60)主要是平原地區(qū)。

3 結(jié)論與討論

茶葉是柯橋區(qū)主要經(jīng)濟作物，其中有較為有名的品牌日鑄茶，但柯橋也是茶葉氣象災害風險的高發(fā)區(qū)域，金志鳳[20]研究的浙江省茶葉農(nóng)業(yè)氣象災害風險評價中將紹興地區(qū)劃分為綜合氣象風險區(qū)劃的高風險區(qū)域。本研究將柯橋區(qū)單獨提出來，作為個例分析，主要研究柯橋地區(qū)的茶葉氣象風險。研究發(fā)現(xiàn)：柯橋區(qū)的早春凍害、冬季寒害風險區(qū)劃重合度高，說明低溫造成的災害基本上發(fā)生在西部和南部山區(qū)，這主要是由于山區(qū)的地形特點，升溫、降溫都比較快，對氣溫的敏感度較高，因此南部山區(qū)更容易致災。但是柯橋的茶葉種植區(qū)正好集中在南部區(qū)域，高風區(qū)以稽東為最。夏季熱害呈全區(qū)分布較均勻，年平均高溫天數(shù)在25～44天之間，南北差異并不明顯，大范圍高溫頻發(fā)區(qū)位于柯橋城區(qū)，這是與人類生產(chǎn)生活有關。高溫出現(xiàn)較少的地區(qū)均位于海拔相對較高的區(qū)域，如稽東西南部、王壇南部，因此高海拔地區(qū)的茶場受到熱害的影響較小，要注意做好平水、稽東茶場的高溫氣象預報服務。

研究中發(fā)現(xiàn)南北的氣溫對比，低溫的差別較大，且比較顯著，南部更容易受到低溫災害，但高溫變化不大，出現(xiàn)高溫一般是全區(qū)性的，柯橋區(qū)的預報是以柯橋國家站為準，高溫的預報指向性更好，而低溫預報根據(jù)具體地形做修訂。

研究柯橋區(qū)的茶葉風險區(qū)劃研究為本地的茶葉生產(chǎn)氣象服務保障能力及指導茶葉種植生產(chǎn)布局有重要意義。但是，筆者只研究了氣溫對茶葉生產(chǎn)的影響，而種植地的環(huán)境等因素對茶葉災害風險的作用不容忽視，未來可考慮承災體脆弱性和孕災環(huán)境，不斷修正區(qū)劃指標，將茶葉風險區(qū)劃進一步完善。