气候变化背景下婺源绿茶农业气象灾害的演变特征

陶 瑶，陈娇娇，余焰文，汪建军，黄京平*

（1.江西省上饶市气象局，江西 上饶 334000；2.江西省抚州市气象局，江西 抚州 344000；3.江西省农业气象中心，江西 南昌 330096）

婺源位于江西省东北部，地处赣、浙、皖3省交界处，是我国绿茶金三角核心产区。独特的气候和地理条件造就了婺源绿茶“颜色碧而天然、口味香而浓郁、水叶清而润厚”的优异品质［1］。茶树是一种喜温、喜湿、喜散射光的多年生亚热带常绿植物，气温是影响茶树生长发育最主要的气候因子［2］。受气候变化的影响，春季霜冻、夏季高温热害、冬季低温冻害等气象灾害常给婺源绿茶的生长发育造成严重危害，例如：2018年4月上旬春霜冻导致婺源县一半以上茶园遭遇了不同程度的霜冻灾害，直接经济损失约1.2亿元［3］；2019年7月下旬以来的持续晴热高温天气造成婺源县部分茶区出现重度高温热害，15 hm2以上的茶园出现了不同程度的干旱灾害［4-5］；2008年1月28日～2月2日的持续低温冰冻造成婺源县8000 hm2茶园受灾，占总面积的81.6%，其中重灾茶园1667 hm2，直接经济损失达1.286亿元［6］。因此，加强茶叶农业气象灾害研究，可有效提高婺源绿茶农业气象防灾减灾能力。

近年来，随着农业气象灾害风险意识的提高，国内外学者针对茶树开展了大量的农业气象灾害研究。早春霜冻是影响春茶生产的主要气象灾害之一，目前浙江［7］、江苏［8］、江西［9］、安徽［10］等地已开展了茶树春霜冻的气候变化特征研究。姜燕敏等［11］对浙南茶树高温热害日数的变化特征进行了分析，发现浙南茶树遭遇高温热害的几率明显增大。汪建军等［12］应用茶树高温热害指标，统计分析了1971～2019年江西茶树高温热害的时空分布与多时间尺度变化规律。胡波等［13］采用经验正交函数和小波分析方法，研究了浙江省茶树冬季冻害的空间分布和时间演变特征。金志凤等［14］构建了浙江省茶叶农业气象灾害风险指数，并对浙江省茶树进行了风险区划。

目前，有关气象因子对茶叶生长发育、产量和品质的影响，以及茶树农业气象灾害发生规律和影响评估等方面的研究已经取得了一定进展［15-18］。婺源绿茶历史悠久，婺源是我国著名的绿茶产区，但迄今对婺源绿茶及其农业气象灾害气候变化特征的详细研究较少。鉴于此，本研究在气候变化的背景下，利用婺源县1961～2021年的逐日气温观测资料，分析了婺源县早春霜冻、夏季热害和冬季冻害的演变规律和突变特征，以期为气候变化背景下婺源绿茶的防灾减灾管理和茶树品种布局提供参考。

1 资料与方法

1.1 资料来源

气象数据来源于婺源县国家气象观测站，为婺源县1961～2021年的逐日平均气温、最高气温和最低气温。按照中国气象局制定的业务规范对该资料进行了质量控制。

1.2 研究方法

1.2.1 婺源绿茶主要农业气象灾害指标的确定 婺源茶区主要的农业气象灾害包括早春霜冻、夏季热害和冬季冻害。结合前人的研究成果［14，19-20］和婺源茶区的生产现状，将3～4月的日最低气温（Tmin）≤4 ℃作为茶树早春霜冻标准；把茶树冬季冻害标准定义为上一年12月至当年2月日最低气温（Tmin）≤-5 ℃；根据7～8月的日最高气温及其持续时间将茶树夏季热害划分为3个等级。茶树早春霜冻和冬季冻害的等级划分标准见表1；夏季热害的等级划分标准见表2。

表1 茶树早春霜冻和冬季冻害的等级划分标准 ℃

表2 茶树夏季热害的等级划分标准

1.2.2 气候倾向率 用Y表示婺源茶区各种农业气象灾害，t表示对应的年序，拟合得到以下一元线性回归方程［21］：

上式中：t为对应的年序；a0为常数项；a1为回归系数。当a1大于0 时表示灾害随时间呈增加或推迟趋势，反之则呈下降或提前趋势，其值的大小反映变化速率，并以a1×10作为灾害的线性倾向率。变化趋势是否显著用相关系数r来判断，超过α=0.05显著性水平则认为变化趋势显著。

1.2.3 Manner-Kendall突变检验 Manner-Kendall突变检验［22］（简称为M-K检验）是世界气象组织推荐并广泛应用的非参数统计方法，它能客观地表征样本序列的变化趋势，明确突变发生时间、区域及其范围。它的2个重要参数是统计量M和趋势变化的斜率β，当M值为正时，表明序列具有上升或增加的趋势；当M值为负时，则意味着下降或减小的趋势。

2 结果与分析

2.1 气温的变化特征分析

图1为1961～2021年婺源县平均气温的逐年变化特征及其Mann-Kendall检验结果。由图1a可知，近61年婺源县年平均气温总体表现为明显的上升趋势，最小值为16.3 ℃（1976和1984年），最大值为18.5 ℃（2021年），年际间上升速率为0.242℃/10 a（通过信度0.01的显著性检验），近61年来年平均气温增加了1.48 ℃。对年均气温的突变情况进行检验，结果（图1b）表明：婺源县气温自1994年开始一直呈增加趋势，这种趋势到2001年达到了显著水平；2003年以来这种增暖趋势均大大超过显著性水平0.001临界线（u0.001=2.56）。根据UF和UB曲线交点的位置，确定2001年为年平均气温增加的突变起始年，突变后的年平均气温比突变前增加了0.95 ℃，这表明婺源县气温的上升趋势是十分显著的。

图1 婺源县年平均气温的变化特征及其M-K突变检验结果

2.2 农业气象灾害的变化特征分析

2.2.1 早春霜冻 根据早春霜冻的等级划分标准，分别统计了婺源县不同等级早春霜冻日数的逐年变化特征，结果如图2所示。婺源县年平均霜冻日数为7.1 d，以轻度霜冻为主（年均霜冻日数为3.2 d），中度和重度霜冻的年平均日数分别为2.4和1.5 d。从图2d可以看出：近61年来婺源县每年都有不同程度的霜冻灾害发生，并且在20世纪60年代发生最为严重，年平均霜冻日数达10.6 d，较平均水平偏多3.5 d；在20世纪70年代开始年平均霜冻日数总体呈减少的趋势，特别是2000年后减少到了5.6 d，较平均水平偏少1.5 d。

图2 婺源县各级早春霜冻发生天数的年际变化

婺源县各级早春霜冻的年际变化具有明显的波动性，从各等级早春霜冻的趋势线分析得出：在1961～2021年间，轻度、中度、重度和总霜冻日数均呈减少的趋势，其中轻度霜冻每10年减少了0.2 d，但是减少趋势不明显；中度霜冻年际间减少速率为0.4 d/10 a，并通过了0.01显著性检验；重度霜冻年际间减少速率为0.3 d/10 a，通过了0.05显著性检验；总霜冻日数平均每10年减少1.0 d，并且这种减少趋势达到了0.01显著性水平，说明婺源绿茶早春霜冻日数呈极显著的减少趋势，并且近61年来平均减少了6.1 d。陶瑶等［9］的研究结果表明，江西省茶叶春霜日数表现出显著减少的变化趋势，这与本研究的结果相同。

2.2.2 夏季热害 1961～2021年婺源县各级夏季热害发生次数的年际变化如图3所示。婺源县年平均热害次数为0.7次。就各级热害发生的年平均次数而言，重度热害（0.33次）＞中度热害（0.23次）＞轻度热害（0.15次）。从各等级夏季热害的趋势线分析得出：在1961～2021年间，轻度热害呈增加趋势；而中度热害、重度热害和总热害具有略微减少的趋势，但均未通过0.05显著性检验，表明近61年来婺源茶区各级夏季热害的年际间变化不显著。综合各等级夏季热害的发生次数，可以得出1967、1971和1978年为婺源茶区的高温重灾年。

从图3d可以看出：近61年来婺源茶区总热害年代间总体呈先减后增的趋势，其中20世纪60和70年代热害年平均发生次数均达到0.9次；20世纪80和90年代热害年平均发生次数开始减少，分别减少到0.5和0.2次；21世纪后又增加到0.9次。该结果与李柏贞等［16］报道的江南茶叶夏季热害的年代际变化趋势基本一致。

图3 婺源县各级夏季热害发生次数的年际变化

2.2.3 冬季冻害 图4为1961～2021年婺源茶树不同等级冬季冻害发生天数的逐年变化特征，从中可知，婺源县冬季冻害以轻度为主，并且近61年均无重度冻害发生。近61年来年平均冻害发生天数为4.8 d，其中轻度和中度冻害年平均发生天数分别为4.7和0.1 d。由图4c可以看出：婺源县茶树冬季冻害在20世纪60年代发生最为严重，年平均冻害日数达11.3 d，其中1963年冻害发生天数最多，高达31.0 d；20世纪70年代年均冻害日数减少至7.0 d；进入80年代后年均冻害日数显著减少至2.7 d。

图4 婺源县各级冬季冻害发生天数的年际变化

近61年来，婺源茶树轻度冻害和总冻害发生天数的年际变化显著，均通过了0.01显著性水平，但中度冻害发生天数的年际间减少趋势不明显。其中轻度冻害平均每10年减少了1.7 d，并且在1963年发生天数最多（30.0 d），其次为1968年和1974年（17.0 d）；从20世纪80年代开始轻度冻害年均发生天数均未超过10.0 d。中度冻害仅出现在1963、1967、1974和2016年，其中1967年共出现2.0 d，其余均仅出现1.0 d。在气候变暖的背景下，婺源茶树总冻害日数呈显著减少的趋势，平均每10年减少了1.7 d，近61年来平均减少了10.4 d。

2.3 农业气象灾害的突变分析

图5为婺源茶区3种主要农业气象灾害的M-K突变检验结果。从图5a可以看出：1961～1974年UF曲线在零线上下不稳定地波动；从1975年开始UF曲线始终在零线以下，且多次超过0.05临界线，说明婺源茶区早春霜冻总日数从1975年开始呈减少的趋势；UF和UB曲线在1990～2017年之间多次相交，经过累积距平分析后，确定其突变点在1996年。从图5b可见：自1966年以来，UF曲线始终在零线以上，在20世纪80和90年代呈波动减少的趋势，从2001年开始表现为波动增加趋势，但UF和UB曲线始终没有交点，说明婺源茶区夏季热害总次数没有发生突变。由图5c可知：自1978年以来UF曲线始终为负值，在置信水平临界线之间；UF和UB曲线在1996年存在交点，说明婺源茶区冬季冻害总日数从1978年开始稳定递减，并在1996年发生减少的突变，且自1998以来这种减少趋势超过了0.05显著水平。

图5 婺源县茶树农业气象灾害的M-K突变检验结果

3 讨论与结论

本研究基于1961～2021年婺源县逐日平均气温、最低气温和最高气温资料，利用气候倾向率和M-K突变检验法对婺源县近61年平均气温的逐年变化和突变特征进行了分析，并应用农业气象灾害指标，统计分析了婺源县不同等级的早春霜冻、夏季热害和冬季冻害的气候变化特征，得出以下主要结论。

1961～2021年婺源县年平均气温呈显著上升趋势，年际间升温率为0.242 ℃/10 a，高于江西省的变暖速率0.170 ℃/10 a［23］。M-K突变检验结果表明，婺源县气温自1994年开始一直呈增加趋势，2001年为年平均气温增加的突变起始年，突变后的年平均气温比突变前增加了0.95 ℃。

近61年来，在影响婺源绿茶生产的3种主要农业气象灾害中，早春霜冻和冬季冻害的发生程度均以轻度为主，总霜冻和总冻害日数年际间呈明显的递减趋势，减少速率分别为1.0 d/10 a和1.7 d/10 a，发生突变的年份均在1996年。说明受到气候变暖的影响，婺源绿茶发生低温冻害的可能性在逐渐减小，而在两种低温冻害中早春霜冻更容易发生。虽然各级高温热害在年际间变化不显著，但进入21世纪后随着气候增暖明显，夏季热害发生的频率有增加的趋势，这可能与2001年以后婺源县气候显著变暖有关。M-K突变检验结果表明，婺源茶区总热害没有发生突变。

婺源绿茶发生早春霜冻和冬季冻害的频率在逐渐下降，但这并不意味着灾害一定减轻，因为在气候变化的大背景下，极端天气气候事件趋多趋强，尤其是早春霜冻是由冷空气入侵引起的一种时间极短的农业气象灾害，与长期气候趋势并不一定完全同步，因此在茶叶生产上仍需要对早春霜冻和冬季冻害加以重视。进入21世纪后，婺源茶区夏季热害的发生频率有所增加，根据IPCC AR4数据库及典型气候模型预测，在未来的数十年，江西每10年的增温速度将高达0.22～0.41 ℃［24］，因此未来婺源茶区应加强控制和预防高温热害，采取合理灌溉、适度遮阳、中耕除草等措施加以防范。