江西省茶葉春霜凍發生的時空演變規律

陶瑤 黃京平 余焰文

摘要：基于江西省茶葉主產區1961—2019年早春日最低氣溫觀測資料，運用氣候傾向率、Mann-Kendall突變檢驗等氣候統計診斷方法，分析了近59年春霜凍發生的時空演變規律。結果表明，近59年江西省茶區平均終霜期南部早于北部，平均春霜日數贛西北出現最多，贛中南出現最少;3月份發生春霜凍的可能性最高，且以輕度霜凍為主;特晚終霜期均出現在1997年之前，偏晚終霜期均出現在2011年之前;茶葉春霜凍的長期變化趨勢表現為終霜期明顯提早，春霜日數顯著減少，且變化速率贛東北大于贛西北，贛西北大于贛中南;平均終霜期贛東北、贛西北、贛中南發生突變的年份分布在1988年、1996年、1980年，平均春霜日數贛東北、贛西北發生突變的年份分別是1997年和2016年，而贛中南在95%的顯著性水平下未發生突變。

關鍵詞：茶葉;春霜凍;時空演變;江西省

中圖分類號： S425 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）15-0158-07

江西省是我國傳統的茶葉大省，2017年全省茶園面積達9.87萬hm2，茶葉總產量為6.1萬t。2017年12月，江西省人民政府發布了《關于加快農業結構調整的行動計劃》[1]，文件中指出，至2020年，全省茶園面積達到17.33萬hm2，總產量達到12萬t。近年來，隨著茶葉產業結構的調整，江西茶葉生產逐漸轉向經濟產出較高的名優春茶生產為主。春霜凍（3—4月）是影響茶葉生長的主要氣象災害之一，對茶葉生產有嚴重影響[2-3]。2010年3月發生的持續霜凍導致江西省茶園受災面積達 3.86萬hm2，春茶產量損失0.6萬t左右，茶產業直接經濟損失高達3.7億元以上[4]，部分地區幾近無收。2018年4月上旬春霜凍導致江西省浮梁縣春茶減產減收幅度超過40%[5]，婺源縣50%以上茶園遭遇不同程度霜凍災害，直接經濟損失約1.2億元[6]。隨著氣候變化，春霜凍災害對江西省茶產業的健康發展產生了威脅，因此，了解和掌握春茶霜凍的發生規律，對保障茶葉安全生產具有十分重要的意義。

國內學者對茶葉春霜凍的研究主要集中在江蘇省、浙江省、安徽省等茶區[7]。王學林系統地分析了江南茶區茶樹春霜凍的多時間尺度特征及精細化風險評估，并運用模糊數學理論構建了春茶氣候適宜度評價模型[8]。劉瑞娜等分析了安徽省茶葉春霜凍的發生規律，建立災害風險指數，實現了安徽省茶葉春霜凍災害風險區劃[9]。王俊等對江蘇省春茶霜凍發生時空演變規律作了分析，建立了由溫度指標推算茶葉開采期的模型[10]。吳楊等分析了浙江茶樹霜凍的時空分布特征和演變趨勢，并建立了春霜凍日與太平洋海溫的遙相關關系[11]。關于江西省茶葉春霜凍災害的研究還鮮見報道，開展茶葉氣象災害保障服務工作缺乏相關技術及理論指導。本研究在氣候變暖背景下，分析江西省茶葉春霜凍災害的時空分布特征和趨勢變化預測，以期為江西省茶葉安全生產提供科學指導，為提高茶葉氣象服務的專業性和針對性提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區域

江西省茶園分布在11個地級市90多個縣（市、區），根據2016—2017年各縣（市、區）的茶園面積和產量，以及氣候對茶葉生產的影響評估，選取18個茶葉主產縣劃分為3個茶區，即贛東北茶區、贛西北茶區、贛中南茶區。贛東北茶區：以婺源縣、浮梁縣、玉山縣、鉛山縣、廣豐區為主，茶園面積占33.9%，產量占48.4%;贛西北茶區：主要分布在修水縣、銅鼓縣、靖安縣、瑞昌市、湖口縣、都昌縣，茶園面積占29.2%，產量占27.8%;贛中南茶區：以遂川縣、井岡山市、上猶縣、資溪縣、崇義縣、寧都縣、會昌縣，茶園面積占36.9%，產量占23.8%（圖1）。

1.2 資料來源

江西省茶園面積和產量資料來源于江西省統計局2016—2017年統計年鑒。本研究以江西省18個氣象站1961—2019年逐日氣溫觀測資料為研究對象，采用3—4月日最低氣溫（Tmin）≤4 ℃作為春茶霜凍發生的臨界值，按照輕度（2 ℃

1.3 研究方法

1.3.1 氣候傾向率 用Y表示霜凍要素，t表示對應的年序，擬合得到一元線性回歸方程[15]

Y=a0+a1t。（1）

式中：t為對應的年序，a0為常數項，a1為系數，a1大于0時表示霜凍要素隨時間呈增加或推遲趨勢，反之呈下降或提前趨勢，其值的大小反映變化速率，并以a1×10作為霜凍要素的線性傾向率。變化趨勢是否顯著用相關系數r來判斷，超過α=0.05顯著性水平則認為變化趨勢顯著。

1.3.2 春霜凍異常特征值 選定每年3—4月出現的霜凍為春霜凍，最后一次春霜凍出現的日期為終霜期。由于春霜凍是因大氣溫度降低而引起農作物受凍的一種災害，因此它同氣溫一樣具有正態分布特征，設定極端霜凍日的概率值為0.05，將樣本終霜期與平均終霜期（D）之差>1.65σ和σ～1.65σ分別定義為特晚終霜期和偏晚終霜期，其中，D為1961—2019年終霜期的平均值，σ為1961—2019年終霜期的標準差[9]。

1.3.3 Manner-Kendall突變檢驗 Manner-Kendall突變檢驗[16-18]（簡稱M-K檢驗）是世界氣象組織推薦并廣泛應用的非參數統計方法，它能客觀表征樣本序列的變化趨勢，明確突變發生時間、區域及其范圍。它的2個重要參數是統計量M和趨勢變化的斜率β，M大于0表示增加或推遲趨勢，小于0為下減少或提前趨勢，斜率β表示趨勢變化的方向和程度，即變化速率。

2 結果與分析

2.1 江西省茶葉春霜凍時間變化特征

2.1.1 茶葉春霜凍年際變化特征 由圖2可見，贛東北茶區近59年平均終霜期提早了14.2 d，平均春霜日數減少了5.3 d，其氣候傾向率分別為-2.4 d/10年和 -0.9 d/10年，均通過0.01顯著性檢驗。20世紀60年代平均終霜期出現在3月25日，從20世紀70年代起出現明顯提早的變化趨勢，其中21世紀以來平均終霜期比20世紀60年代提早了 11 d。平均春霜日數在20世紀60年代出現最多，年均8 d，20世紀70年代和80年代比60年代少了2 d，20世紀90年代開始平均春霜日數明顯減少，年均只有3～4 d。

由圖2可見，贛西北茶區59年間平均終霜期提早了11.8 d，平均春霜日數減少了4.7 d，其氣候傾向率分別為 -2.0 d/10年和-0.8 d/10年，均通過0.01顯著性檢驗。20世紀60年代平均終霜期出現在3月26日，20世紀70年代、80年代不斷提前，20世紀90年代比20世紀80年代偏晚1 d，21世紀后平均終霜期又提前到了3月15日。平均春霜日數年代變化與贛東北茶區相似，也表現為20世紀60年代（年均8 d）最多，20世紀70年代起逐漸減少，21世紀年均只有4～5 d。

由圖2可見，贛中南茶區59年間平均終霜期提早了7.1 d，平均春霜日數減少了2.2 d，其氣候傾向率分別為 -1.2 d/10年和-0.4 d/10年，終霜期通過0.1顯著性檢驗，春霜日數通過0.01顯著性檢驗。贛中南茶區平均終霜期年代變化規律不明顯，20世紀60和20世紀70年代分別為3月20日和3月23日，20世紀80年代提前到3月13日，20世紀90年代又推遲到3月20日， 21世紀后又提前到3月14日。平均春霜日數20世紀60年代和20世紀80年代出現最多，年均4 d，其他年代年均為1～3 d。

2.1.2 茶葉春霜凍的月變化特征 根據茶葉春霜凍的氣象指標，分別統計贛東北、贛西北和贛中南茶葉主產區在3—4月不同等級霜凍日數的變化趨勢，從表1可以看出，從3—4月發生茶葉春霜凍的等級來看，近59年輕度和中度春霜凍贛西北茶區發生時間最多，贛東北茶區次之，贛中南茶區最少;重度春霜凍贛東北茶區發生時間最多，贛西北茶區次之，贛中南茶區最少。按月份來看，贛東北、贛西北和贛中南茶區均在3月份發生春霜凍的可能性最高， 年均霜凍日數分別為4.6、5.7、2.8 d， 占總霜凍日數的96%、95%、97%，并且3種等級的霜凍均有可能發生，其中發生輕度霜凍的次數明顯多于中度和重度霜凍。隨著時間的推移，氣溫逐漸升高，4月發生春霜凍的次數明顯減少，近59年中沒有出現過重度春霜凍。

2.1.3 茶葉春霜凍異常特征分析 以D+1.65σ確定各茶區特晚終霜期的指標日，贛東北茶區為4月2日，贛西北茶區為4月4日，贛中南茶區為3月31日。59年中贛東北茶區出現2次特晚終霜凍，均出現在20世紀60年代;其他各區均出現4次，贛西北茶區出現在1963、1969、1972、1996年，贛中南茶區出現在1969、1974、1980、1991年。以D+σ確定各茶區偏晚終霜期的指標日，贛東北茶區為3月27日，贛西北茶區為3月29日，贛中南茶區為3月26日。贛東北茶區偏晚終霜期共出現8次，20世紀60年代出現1次，20世紀70年代出現3次，20世紀80年代和90年代各2次;贛西北茶區出現8次，20世紀70年代出現2次，20世紀80年代出現3次，另有3次分別出現在20世紀60年代、20世紀90年代和21世紀;贛中南茶區共出現5次，有2次出現在20世紀60年代，20世紀70年代、20世紀90年代和21世紀各1次。2011年以來全省各茶葉主產區均未出現偏晚霜凍（表2）。

2.2 江西省茶葉春霜凍空間分布特征

2.2.1 江西省茶葉終霜期空間分布 江西省茶葉終霜期的空間分布結構見圖3，其中平均終霜期為1961—2019年某茶葉主產縣的年均終霜期，最晚終霜期為1961—2019年某茶葉主產縣終霜期的最大值。從圖3可以看出，贛東北茶區平均終霜期出現在3月15—25日，贛西北茶區出現在3月18—24日，而贛中南茶區平均終霜期最早，為3月13—24日，其中主產縣中最早的出現在南部的會昌（3月12日），最晚的出現在北部的婺源和銅鼓（3月25日）。近59年中最晚終霜期除婺源縣、修水縣、銅鼓縣、瑞昌市、都昌縣、湖口縣和資溪縣出現在4月14—16日外，其他站點普遍在4月5—10日，其中全省最晚的1次終霜期（2010年4月16日）出現在贛西北的修水縣、瑞昌市、都昌縣和湖口縣。

2.2.2 江西省茶葉春霜日數空間分布 從江西省茶葉春霜日數的空間分布圖來看，江西北部發生春霜凍的概率要明顯大于南部。平均春霜日數為1961—2019年某茶葉主產縣的年均春霜日數，最大春霜日數為1961—2019年某茶葉主產縣全年春霜日數的最大值。中南面的遂川縣、崇義縣、會昌縣和上猶縣的平均春霜日數最少，年均只有 2 d;平均春霜日數最多的出現在北部的修水縣，年均8 d。全省近59年最大春霜日數贛中南茶區為6～13 d，贛西北茶區為13～16 d，而贛東北茶區為11～17 d。

2.3 江西省茶葉春霜凍氣候突變分析

江西省各茶區春霜凍的Mann-Kendall檢驗結果見圖5。從圖5可以看出，由UF曲線（圖5-a）可見，自20世紀80年代以來，贛東北終霜期開始提前，2001年至今這種提前趨勢還超過0.05臨界線。1983—1991年UF和UB曲線多次相交，無法確定其突變點， 再次經過累積距平分析，確定1988年為贛東北終霜期提前的突變起始年，突變后的平均終霜期比突變前提早了7 d。圖5-b為贛東北春霜日數的Mann-Kendall檢驗，UF曲線在1978年后保持在零線以下，且2次超過0.05臨界線，表明贛東北春霜日數在1978年后呈減少趨勢，UF和UB曲線在1997—2016年之間多次相交，經過累積距平分析后，確定其突變點在1997年，突變后的平均春霜日數比突變前減少了3 d。

從圖5-c可以看出，1961—1996年UF曲線在零線上下不穩定地波動發展，從1997年開始UF曲線始終在零線以下，并在2006年超過0.05臨界線。UF和UB曲線在1990—1996年多次相交，再次經累積距平分析，確定其突變點在1996年。說明贛西北茶葉終霜期在1996年發生提前的突變，且在2006年這種提早突變達到0.05顯著性水平，突變后的平均終霜期比突變前提早了8 d。從圖5-d可以看出，UF曲線1997年后始終在零線以下，并在2018年突破0.05臨界線，UF和UB曲線相交于2016年。表明贛西北茶葉春霜日數從1997年開始減少，在2016年發生減少的突變，且在2018年達到0.05顯著性水平，突變后的平均春霜日數比突變前減少了4 d。

近59年贛中南茶葉終霜期也表現為提早趨勢（圖5-e）。1961—2019年UF曲線以正值為主，在1964—1980年UF和UB曲線多次相交，進一步進行累積距平分析，確定其突變點在1980年，且UF曲線多次超過0.05的顯著性水平。表明茶葉終霜期在1980年發生提前的突變，突變后的平均終霜期比突變前提早了6 d。圖5-f表明，在2015年之前UF曲線在絕大多數時間段內大于0，并在2019年與UB曲線相交，但未超過0.05顯著性水平，表明贛中南春霜日數未出現突變現象。

3 結論與討論

3.1 江西省茶葉春霜凍時間變化特征

3—4月為江西春茶生長和采摘的關鍵期，其中3月發生春霜凍的可能性最高，且以輕度霜凍為主。特晚終霜期均出現在1997年之前，偏晚終霜期均出現在2011年之前。59年來，茶葉春霜凍的長期變化趨勢表現為終霜期明顯提早，春霜日數顯著減少，且變化速率贛東北大于贛西北，贛西北大于贛中南，其中平均終霜期贛東北、贛西北、贛中南發生突變的年份分布在1988、1996、1980年，突變后的平均終霜期比突變前提早了6～8 d;平均春霜日數贛東北、贛西北發生突變的年份分別是1997、2016年，比突變前減少了3～4 d，而贛中南在95%的顯著性水平下未發生突變。說明受到氣候變暖的影響，江西茶葉在春季發生霜凍的可能性在逐漸減小，但這并不意味著春霜凍災害一定減輕，因為在氣候變化的大背景下，我國春季氣溫波動幅度加大[19]，因此未來完全有可能出現嚴重霜凍，而極短時間的霜凍就能對茶葉造成極大的危害，茶葉生產上仍需要加強對春霜凍災害的警惕。

3.2 江西省茶葉春霜凍空間分布特征

贛中南平均終霜期出現得最早，而贛東北出現得最晚，最早和最晚相差12 d，其中全省最晚的1次終霜期（2010年4月16日）出現在贛西北的修水市、瑞昌市、都昌縣和湖口縣。平均春霜日數自南向北遞增，其中以南面的遂川縣、崇義縣、會昌縣和上猶縣春霜凍發生的可能性最低，而北面的修水縣發生春霜凍的可能性最高，適宜栽種抗寒抗凍性較強的品種。早春氣溫較低，霜凍出現的概率也較高[13]，李柏貞等在研究1961—2015年江西省氣溫變化特征中指出，江西省年平均最低氣溫的空間分布呈“南高北低”特征[20]，本研究的結論與之相同。

3.3 江西省茶葉春霜凍防御對策

在氣候變暖的背景下，加強茶葉春霜凍災害的防御，是提高春茶產量和品質的關鍵因素之一。（1）新建茶園和改造茶園時盡量選擇陽坡、抗寒性強的品種，合理布局茶園;（2）加強茶園培育管理和設施建設，以提高茶樹抗凍防凍能力;（3）在3—4月春茶生長的關鍵時期，應密切關注天氣預報，根據預報合理安排采摘期，在霜凍來臨前因地制宜采取鋪草、遮陽網覆蓋、熏煙、灌水等方法進行防護，以將霜凍損失降至最低。

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