漢中春茶開采期預(yù)測方法探索

楊利霞，王 欣，徐 鈺，孟 茹

(1.漢中市氣象局，陜西漢中 723000；2.漢臺區(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，時令性很強(qiáng)?；跐h中茶產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢，對茶葉氣象服務(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價等進(jìn)行了研究和實踐，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 ℃活動積溫穩(wěn)定性較差，7 ℃日平均氣溫的出現(xiàn)對茶葉萌動和生長有促進(jìn)作用，當(dāng)≥7 ℃活動積溫和有效積溫分別達(dá)到396.7 ℃和153.6 ℃時，春茶進(jìn)入開采期；姜艷敏等[11]對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)合活動積溫和有效積溫進(jìn)行茶葉開采期預(yù)報；朱蘭娟等[12]對西湖龍井茶開采期影響影子和預(yù)報模型研究認(rèn)為，采用積溫預(yù)報模型預(yù)報西湖龍井開采期時，活動積溫變異系數(shù)小于有效積溫，穩(wěn)定性更好，采用逐步回歸預(yù)報模型中，溫度對茶葉開采期起關(guān)鍵作用，日照影響不顯著，集成預(yù)報模型效果更好。由于漢中的特殊地理條件，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，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)。

1 資料和方法

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。運用數(shù)理統(tǒng)計方法分別對國家氣象站、茶園區(qū)域氣象站不同時段氣溫、降水量、日照時數(shù)、活動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。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。

2 結(jié)果分析

2.1 春茶開采期特征

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 春茶開采前1—3月氣候特點

2.2.1 常年1—3月氣候特點 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月平均日照時數(shù)為274.1 h，1、2、3月月平均日照時數(shù)分別是86.6、79.4、108.0 h，3月日照時數(shù)較1、2月日照也明顯增加。1—3月≥7 ℃、≥8 ℃、≥10 ℃的活動積溫分別為306.9、258.6、171.9 ℃·d，其中1月無≥10 ℃的活動積溫，≥10 ℃的活動積溫集中在2、3月。

2.2.2 2014—2021年1—3月氣候特點 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

2.3 預(yù)測模型的建立

參考相關(guān)文獻(xiàn)[8-12]關(guān)于溫度、積溫、降水、日照對茶芽生長和開采期研究成果，對漢中2014—2021年逐年春茶開采期時間與不同時段的氣溫、降水量、日照、不同界限活動積溫做相關(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。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。

日照時數(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。

不同界限活動積溫選取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個時段分別相對應(yīng)的≥7 ℃、≥8 ℃、≥10 ℃活動積溫與開采日期做相關(guān)性分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：活動積溫與開采期日期均呈負(fù)相關(guān)，說明活動積溫越多，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。綜合相關(guān)系數(shù)來看，開采期與2月≥10 ℃活動積溫的相關(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，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，活動積溫明顯增多，降水量增大。

采用不同階段的平均氣溫、活動積溫、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 ℃活動積溫、2月≥8 ℃活動積溫、2月≥10 ℃活動積溫、2月上旬—3月上旬≥7 ℃活動積溫、2月上旬—3月上旬≥8 ℃活動積溫呈負(fù)相關(guān)，并通過0.001水平顯著性檢驗；與2月上旬—3上旬≥10 ℃活動積溫、3上旬≥7 ℃活動積溫、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；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。在各時段氣溫因子里，2月平均氣溫與開采期的相關(guān)性最高；在各時段活動積溫因子里，≥7 ℃活動積溫與開采期的相關(guān)性明顯高于≥8℃、≥10 ℃活動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，開采時間越提前；2月降水對開采期時間也有影響。

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，回代的開采期日序準(zhǔn)確率為95.0%。

2.4 模型檢驗

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，換算日序為76。用國家氣象站資料帶入回歸方程(1)，預(yù)測的開采期日序為80(轉(zhuǎn)換日期后為3月21日)。擬合準(zhǔn)確率采用公式(∣擬合值-實際值∣/實際值)×100%計算，日序擬合準(zhǔn)確率94.7%。對于不同茶園開采期，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2022年開采期的預(yù)測結(jié)果，預(yù)測的開采期均比實際略晚，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，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，也會影響開采期提前。

3 結(jié)論與討論

(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 ℃活動積溫、2月上旬—3月上旬≥7 ℃活動積溫之間存在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2022年春茶開采期進(jìn)行預(yù)測檢驗，開采期較實際略晚，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)報和茶園管理、農(nóng)技措施等進(jìn)行綜合修正。