气候变化对万源优质富硒茶气象灾害及气候适宜性的影响分析

龚斌

万源市气象局      636350

摘  要

为了更好地了解达州万源地区富硒茶的气候适宜性，以及影响其产量和品质的主要气象灾害。本文利用达州市气象局1961年~2020年地面气象观测站的逐日气象资料，包括日平均气温、最高温度、日照时数，降水量、相对湿度等，应用气候倾向率、小波分析、M-K检验等方法，分析了茶叶不同物候期，影响茶叶生长的主要气象要素及主要气象灾害特征值随时间的变化趋势，并在此基础上进一步对茶叶的气候适宜性进行了深入研究。结果表明：（1）茶叶在萌芽期，次适宜的气温环境生长最高生长天数频率为50%，最低生长天数频率为0，日数随时间有逐渐下降的趋势；在春梢期，相对湿度的次适宜生长的最高生长天数频率为83.61%，最低生长天数频率为36.07%，日数随时间有下降的趋势。灾害天数即相对湿度环境不适宜生长的日数有上升的趋势。重度连阴雨通过了0.05的显著性检验，气候倾向率为-0.013/10a，重度连阴雨灾害日数有下降的趋势；而高温灾害日数通过显著性水平为0.05的显著性检验，气候倾向率为0.114/10a，有上升的趋势。

关键词：万源；茶；气候适宜性；灾害

第一章 引言

1.1研究背景

富硒茶是指在茶树生长过程中，由于土壤富含硒元素，而吸收了大量的硒元素，在加工过程中保留了茶叶中的硒元素，从而使茶树生长出来的茶叶富含硒元素。硒是人体必需微量元素之一，对于维持人体的正常代谢和健康有着重要作用。常饮富硒茶具有补硒和防癌、抗氧化、增强免疫力等健康功效。

气候变化对茶叶的生长和产量都有着较大的影响。农作物的生产离不开气候资源，茶树生长需要适宜的气温、湿度和降雨等气候条件，若气候变化导致这些条件的改变，就会影响到茶树的生长和产量。例如，气候变暖导致茶树开花、结果时间提前，而干旱则会影响到茶树的生长和产量。茶叶生长需要的适宜气候条件与地域有关，气候变化对全球不同地区的茶叶产业也会有不同的影响。因此，茶叶生产者需要密切关注气候变化对茶叶产业的影响，并采取相应的措施来应对。

1.2研究现状意义

茶的研究在国内外都非常普遍。中国是世界上最早种植、利用茶树的国家之一，也是茶叶生长最为适宜的地区之一。

本文所研究的富硒茶是指在茶树生长过程中，由于土壤富含硒元素，而吸收了大量的硒元素，在加工过程中保留了茶叶中的硒元素，从而使茶树生长出来的茶叶富含硒元素。硒是人体必需微量元素之一，对于维持人体的正常代谢和健康有着重要作用。常饮富硒茶具有补硒和防癌、抗氧化、增强免疫力等健康功效。目前，我国的传统富硒茶产区主要分布在四川省岳池县、贵州省正安县、湖南省新田县等地。这些地方的土壤中富含硒元素，所以茶叶中的硒含量也较高。

第二章 资料和方法

2.1研究区概况

2.1.1 地理位置

四川达州万源所处地理位置为（108°06′E，32°07′N），位于四川省东北部，地形地貌以山地和丘陵为主，大巴山腹心地带。山势由东北向西南倾斜，北斜山脊与向斜谷地平行排行，平均海拔高度约为1200米。

2.1.2 气候特征

万源市属于亚热带湿润气候的边缘地带，气候温和湿润，年平均气温在16℃左右，夏季平均气温在25℃左右，冬季平均气温在4℃左右，四季分明。年平均降水量在1000mm左右，大部分集中在夏季和秋季，春季相对较为干燥，属于典型的夏季季风气候。

2.1.3 农业资源

我国的传统富硒茶产区主要分布在四川省岳池县、贵州省正安县、湖南省新田县等地。这些地方土壤中富含硒元素，所以茶叶中的硒含量也较高。对于茶叶来讲，其物候期共分为五个部分分别为萌芽期、春梢期、夏梢期、秋梢期以及越冬期，本文主要研究茶物候期中的萌芽期和春梢期。表1为万源富硒茶物候期。

表1 万源富硒茶物候期

地点	海拔（m）	萌芽期	春梢期	夏梢期	秋梢期	越冬期
茶场	600~800	3月 上中旬	3月下旬－ 5月中旬	5月下旬－ 7月上旬	9－11月	12月－ 次年2月

2.2 资料概况

本研究主要研究达州市万源市富硒茶的气候性与主要气象灾害、气象指标与气候生态模型以及气候生态适应性区划。所用数据1961年~2020年逐日平均气温、日最高气温、日最低气温、日照时数、24小时降水量以及相对湿度[13]均来自四川省达州市气象局提供的气象站地面观测资料。

2.3 研究方法

本文利用气候倾向率法、小波分析、MK检验的方法来分析气候变化对各主要气象要素的影响趋势，并对其进行显著性检验、寻找周期性变化等。

2.3.1 气候倾向率

表示样本量为n的某一变量的气象要素。用表示所对应的时间，建立要素与时间的一元线性回归方程：

(2.1)

a为回归系数，b为回归常数，b*10为气候倾向率，单位为/10a。气候倾向率为气象要素长期气候变化中升降的定量程度，并可以对不同地理位置的不同气象要素的变化大小进行长期比较。气候倾向率>0则有上升的趋势，气候倾向率<0

则有下降的趋势[14]。

2.3.2 小波分析

小波分析是一种涉及小波变换和小波函数的分析方法，原理是通过一组函数来靠近或表示一个信号。小波分析法继承和发展了傅里叶变化，具有多时频和多分辨率的特点，可用于描述信号频率在不同周期的变化规律，在气候要素多时间尺度变化分析中应用广泛。小波变换不仅可以给出气候序列变化的尺度，还可以显现出变化的时间位置。基小波函数，其中

(2.2)

经过平移伸缩：

(2.3)

为子小波函数，a表示尺度因子，b表示平移因子，经过变换：

(2.4)

其中为小波变换系数，为原始信号。对于小波变换系数的平方求积分，可得到小波方差：

(2.5)

小波方差能够根据时间尺度的变化，比较直观地描述时间序列主周期，进一步分析气候要素周期震荡变化。

2.3.3 M-K检验

M-K趋势检验适用于分析持续增长或下降趋势的时间序列数据。它是一个非参数检验，适用于所有的分布。使M-K方法逐渐演变成为了检测气候突变的一种新方法。该方法的检验范围较为宽泛，定量化程度较高，而且该方法并不要求样本遵循一定的分布，一小部分异常值，也并不会对检验结果造成很大影响。M-K检验法能检测序列的变化趋势，大体上测定各种变化趋势的起始位置[15][16]。

对于时间序列X，M-K趋势检验的统计量S为：

(2.6)

其中，x为第i年或j年的数值，n为序列长度。

(2.7)

n≥8时，统计量S大致服从正态分布，均值为0，方差var（S）为：

(2.8)

其中，t为序列中数据相同的组数，为第i组数据点的数目。

标准化检验统计量Z为：

(2.9)

Z遵循均值为0和序列无趋势的零假设方差情况下的标准化正态分布，在显著性水平a下，若≥，则零假设不成立，为标准正态分布中的（1~a/2）的分位数。如果Z＞0，说明序列呈上升趋势，Z<0，呈下降趋势。当＞1.96，表示通过0.05显著性水平，＞2.576表示通过0.001显著性水平，即序列上升或下降趋势显著。

对于时间序列 X，M-K 突变检验的统计量Sk为：

(2.10)

其中，Sk为第 i 个时刻数值大于j个时刻时数值个数的累加。即

(2.11)

在序列随机条件下，定义统计量：

(2.12)

均值和方差表达式为：

(2.13)

UF>0，则表明序列是上升趋势，若UF<0则是下降趋势；超过置信水平线时，

表明上升和下降显著。

第三章 结果与讨论

3.1气候变化对富硒茶不同生育期影响

图1是萌芽期1961年~2020年平均气温变化曲线，图像表明，1961年~2020年萌芽期平均气温大多在8℃~11℃之间，其中最高平均气温为12.0℃；最低平均气温为6.0℃。

图1 萌芽期平均气温变化曲线

春梢期1961年~2020年平均气温变化曲线，图像表明，在1961年~2020年平均气温大多在14~18℃之间，其中最高年平均气温为20.0℃；最低年平均气温为14.6℃，随着时间的推移平均气温是上升趋势。分别对萌芽期适宜天数，次适宜天数和春梢期适宜天数，次适宜天数进行显著性检验，其中萌芽期次适宜天数随年份的变化通过了0.05显著性检验，气候倾向率为-0.216/10a，表明萌芽期生长的次适宜天数随年份有下降趋势。萌芽期适宜天数和春梢期适宜天数，次适宜天数，没有通过显著性为0.05的显著性检验。

3.2气候适宜性的分析

1961~2020年春梢期适宜、次适宜、灾害生长天数气温小波分析，图像表明1961~2020年春梢期适宜天数的平均气温存在3类时间尺度的周期性变化。在10~20年时间尺度上经历了高-低3个明显的交替循环。震荡中心分别位于20世纪70年代后期、80年代、九十年代以及2005年前后。在30~60年的时间尺度有高-低1个交替循环，预计未来几年春梢期的适宜天数要偏低。和在5年时间尺度上7个交替循环。春梢期灾害天数的平均气温存在着2类时间尺度的周期性变化，一个是7年时间尺度的7个低-高明显的交替循环，一个是时间尺度15~35年经历了低-高2个交替循环。在5年的时间尺度下，气温突变点较多。

图2 春梢期生长天数气温的小波系数实部等值线图（1961~2020年）

（a）适宜（b）次适宜（c）灾害

图2为萌芽期1961~2020年次适宜天数的MK趋势检验图，图中MK的检验置信区间是95%，两条线的交点在置信区间为突变年。在1968~1979年时间段萌芽期次适宜天数的MK趋势检验图UF＞0，所以天数呈显著上升趋势，其他时间呈下降趋势。1962年、1964年、1979年、1984年，1997年、1998年、2001年UF与UB都有交点，其中除了1997年其他的年份全在置信区间内，说明1997年参数突变值不具有突变性，交点没有通过0.05的检验，而其他年份前后则发生了明显的突变。

图4 萌芽期次适宜天数M-K检验（气温）

春梢期1961~2020年次适宜天数的MK趋势检验图，图像表明在1963~1972

年时间段春梢期次适宜天数的MK趋势检验图UF＞0，所以天数呈显著上升趋势，其他时间呈下降趋势。

第四章 结论与展望

4.1 主要结论

（1）通过线性倾向趋势分析可以看出在1961~2020年之间茶在萌芽期的生长过程中次适宜即气温的次适宜生长的天数随着年份的增长有下降的趋势。茶在萌芽期的生长过程中主要是次适宜天数即次适宜的气温对其产生的作用。茶在春梢期的生长过程中次适宜即相对湿度的次适宜生长的天数随着年份的增长有下降的趋势，而灾害天数即相对湿度不适宜生长的天数随着年份的增长有上升的趋势。重度连阴雨灾害天数随着年份的增长有下降的趋势而高温灾害随着年份的增长有上升的趋势。

（2）通过小波分析可以看出未来几年春梢期的适宜天数即适宜的气温天数要偏低、次适宜天数即次适宜的气温天数要偏高；接下来几年萌芽期适宜天数即适宜的气温天数要偏高，次适宜天数偏低，出现灾害天数偏低；未来几年春梢期适宜天数相对湿度适宜天数偏低而次适宜天数偏高，灾害天数偏低；未来几年萌芽期适宜天数即适宜的相对湿度天数要偏高，次适宜天数偏高，出现灾害天数偏低。预计未来几年会出现较少的轻度连阴雨和重度连阴雨而中度连阴雨出现的会较多。预计未来几年暴雨天数会出现的较多，大暴雨和特大暴雨天数会出现的较少。预计未来几年高温灾害会减少。

4.2 展望

气象因素对茶树的生长和茶叶的品质有着非常大的影响。温度是茶树生长的重要环境因素，直接影响着茶叶的形态、内在品质和收获期。过高过低的温度都会导致茶树发育不良，茶叶品质下降。适宜降雨量是茶树生长的必要条件，但过多或过少的降雨量都会影响茶树的生长和茶叶的品质。过多的降雨会导致茶叶柔软、口感差，易受霉菌感染；而过少的降雨则会导致茶树发育不良，茶叶品质下降。光照是茶叶汁液合成的必要条件，合理光照能够提高茶叶中氨基酸和茶多酚含量，从而提高茶叶的品质。相对湿度对茶叶质量也有影响，相对湿度过高会导致茶叶发霉、变质，相对湿度过低会使茶叶缺乏水分，品质下降。因此，茶产区的气象因素对茶叶的生长至关重要。对于种植者来说，需要合理利用气象因素，保证茶叶的生长和品质。本研究对万源富硒茶生长的所需要素的适宜条件、不适宜条件进行分析，预计了接下来几年气象要素的变化情况，可以给当地有关提供一些参考，使得当地有关单位更好的预防和采摘富硒茶。

参考文献

[1]杨雪.论述中国茶礼仪及其文化内涵[J].湖南农业大学学报(社会科学版).2013(01):61~63.

[2]顾湘俊.中国茶礼仪及其文化内涵[J].食品工业.2021(04):513.

[3]顾江.茶叶生产经济效益分析[J].农业技术经济,1995(04):56~59.

[4]刘海燕,黄彩梅,周盛勇,等.茶园土壤及与茶叶中微量元素锌硒含量相关性的研究[J].广西植物,2015,35(6):888~874.

[5]KHAN N,MUKHTAR H.Tea Polyphenols in Promotion of Human Heath[J].Nutrients,2018,11(1):1~16.

[6]Dutta R.Climate change and its impact on tea in Northeast India[J].Journal of water and climate change,2014,5(4):625~632.

[7]Yan Y,Jeong S,Park C E,et al.Effects of extreme temperature on China's tea production[J].Environmental Research Letters,2021.

[8]韩文炎,李鑫,颜鹏,等.气候变化对茶叶生产的影响及应对技术展望[J].中国茶叶,2020,42(2):19~23.