全 文 ：浙江省茶叶生长的气候适宜性*
金志凤1,2**摇 叶建刚3 摇 杨再强2 摇 孙摇 睿4 摇 胡摇 波1 摇 李仁忠1
( 1浙江省气候中心,杭州 310017; 2江苏省农业气象重点实验室,南京 210044; 3绍兴市气象局,浙江绍兴 312000; 4北京师范
大学地理学与遥感科学学院, 北京 100875)
摘摇 要摇 定量评估茶叶生长季气候适宜度特征及其对气候变化的响应具有重要意义.本文基
于 1971—2010 年浙江省逐日气象资料,应用模糊数学方法,结合茶叶气象指标,建立了旬尺
度的温度、降水和日照适宜度模型,并应用几何平均法建立了茶叶综合气候适宜度模型.结果
表明: 研究期间,浙江省茶叶生长季内气候适宜度较高,均超过 0. 6;研究区茶叶的温度适宜
度最高,降水适宜度次之,日照适宜度略低;茶叶气候适宜度具有明显的时间变化特征,20 世
纪 70 年代呈下降趋势,80 年代变幅平缓,90 年代之后表现为明显的上升趋势;春茶气候适宜
度变化趋势与年度气候适宜度相似,均呈两头高、中间低,春茶气候适宜度的变幅更大,夏茶
和秋茶气候适宜度均表现为下降趋势.
关键词摇 茶叶摇 模糊数学法摇 几何平均法摇 适宜度模型摇 气候适宜性摇 气候变化
文章编号摇 1001-9332(2014)04-0967-07摇 中图分类号摇 S61摇 文献标识码摇 A
Climate suitability for tea growing in Zhejiang Province. JIN Zhi鄄feng1,2, YE Jian鄄gang3,
YANG Zai鄄qiang2, SUN Rui4, HU Bo1, LI Ren鄄zhong1 ( 1Zhejiang Climate Center, Hangzhou
310017, China; 2Jiangsu Province Key Laboratory of Agricultural Meteorology, Nanjing 210044,
China; 3Shaoxing Meteorological Bureau, Shaoxing 312000, Zhejiang, China; 4School of Geogra鄄
phy and Remote Sensing Sciences, Beijing Normal University, Beijing 100875, China) . 鄄Chin. J. Ap鄄
pl. Ecol. , 2014, 25(4): 967-973.
Abstract: It is important to quantitatively assess the climate suitability of tea and its response to cli鄄
mate change. Based on meteorological indices of tea growth and daily meteorological data from 1971
to 2010 in Zhejiang Province, three climate suitability models for single climate factors, including
temperature, precipitation and sunshine, were established at a 10鄄day scale by using the fuzzy
mathematics method, and a comprehensive climate suitability model was established with the geo鄄
metric average method. The results indicated that the climate suitability was high in the tea growth
season in Zhejiang Province, and the three kinds of climate suitability were all higher than 0. 6. As
for the single factor climate suitability, temperature suitability was the highest and sunshine suitabil鄄
ity was the lowest. There were obvious inter鄄annual variations of tea climate suitability, with a de鄄
cline trend in the 1970s, less variation in the 1980s, and an obvious incline trend after the 1990s.
The change tendency of climate suitability for spring tea was similar with that of annual climate
suitability, lower in the 1980s, higher in the 1970s and after the 1990s. However, the variation
amplitude of the climate suitability for spring tea was larger. The climate suitability for summer tea
and autumn tea showed a decline trend from 1971 to 2010.
Key words: tea; fuzzy mathematical method; geometric average method; suitability model; climat鄄
ic suitability; climate change.
*公益性行业(气象)科研专项(GYHY201306037)、中国气象局气候
变化专项(CCSF201208)和中国气象局气象关键技术集成与应用项
目(CMAGJ2013M20)资助.
**通讯作者. E鄄mail: jzfeng0423@ 163. com
2013鄄09鄄25 收稿,2014鄄01鄄15 接受.
摇 摇 茶叶(Camellia sinensis)是中国传统的最具有特 色的经济作物之一,在浙、闽、皖、鄂、赣、云、贵等省
广泛种植[1] . 2010 年,中国茶树种植面积为 1. 95 伊
106 hm2,茶叶总产量 1. 45伊106 t,分别约占全球种植
面积和总产量的 50%和 30% [2] .浙江省位于中国东
南沿海,典型的季风气候为茶树种植提供了良好的
应 用 生 态 学 报摇 2014 年 4 月摇 第 25 卷摇 第 4 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇
Chinese Journal of Applied Ecology, Apr. 2014, 25(4): 967-973
环境条件,使浙江省成为中国主要产茶大省之一.浙
江省 2010 年茶园面积 1. 78 伊 105 hm2,茶叶产量
1郾 63伊105 t,产值 90. 48 亿元,分别占全国的 8郾 8% 、
11. 5% 和 16. 3% ,分列全国的第五、第三和第二
位[3] .受全球气候变化的影响,浙江省气候资源发
生了明显变化,尤其是近年来早春霜冻、夏季高温热
害等气象灾害呈现多发重发态势,严重影响了浙江
省茶叶生产.
20 世纪 80 年代开始,基于模糊数学的气候适
宜度模型开始应用于农业气候资源[4-5]、作物产量
预报[6]、生育期预报[7-8]以及玉米[9-10]、小麦[11-12]、
水稻[13]、棉花[14]、油菜[15]、柑橘[16]等主要农作物气
候适宜度的定量评估,但至今未见茶叶生长期气象
条件定量评价的相关文献. 以往对茶叶与气象的研
究多集中在茶园小气候[17-18]、精细化气候区划[19]、
气象灾害调查[20]、光合响应[21]、产量分析[22]、生育
期预报[23]等方面,现有的茶叶气候适宜性分析[24]
也仅是对气象条件和气象灾害等方面的定性描述.
李湘阁等[25]利用模糊数学方法,对南京地区茶树生
长气候适宜度进行分析,探讨了南京郊区茶树种植
的气候适宜性,而作为茶叶主产地之一的浙江省还
未见茶树生长气候适宜性定量评价的相关文献. 为
此,本文在建立茶叶的单个气象因子和综合气候适
宜度评估模型的基础上,定量分析了浙江省茶叶生
长季气候适宜度变化特征及其对气候变化的响应,
为区域气候资源的充分利用、浙江省茶叶生产的可
持续发展提供科学依据.
1摇 研究地区与研究方法
1郾 1摇 研究区域概况
浙江省(27毅03忆—31毅11忆 N,118毅02忆—123毅08忆
E)地处中国东南沿海. 浙江境内地形起伏较大,山
地丘陵占 70. 4% 、平原占 23. 2% 、河流湖泊占
6郾 4% ,故有“七山一水两分田冶之说.浙江省属亚热
带季风气候,四季分明,热量充足,光照较多,雨量充
沛,空气湿润,雨热季节变化同步,适宜的气候条件
利于茶树的栽培和茶叶的优质高产.除个别岛屿外,
浙江省各地都有茶树栽培,尤其是在山区,茶叶为农
民的主要经济收入. 但是,浙江位于中、低纬度的过
渡地带,加之地形多样化,各种气象灾害频繁发生,
在一定程度上抑制了浙江茶叶生产的发展.
1郾 2摇 数据来源
1971—2010 年的研究区气象数据来源于浙江
省 68 个基本气象站观测的平均气温、最高气温、最
低气温、降水量、相对湿度、蒸发量、日照时数、风速
等逐日数据.根据浙江省茶树主栽品种和茶叶生产
现状,将茶叶生育期划分为春梢(春茶,3—5 月)、夏
梢(夏茶,6—8 月)和秋梢(秋茶,9—10 月)3 个生
长期.茶叶各生育期的三基点温度、需水量和光照等
气象指标参见文献[1,26].
1郾 3摇 研究方法
1郾 3郾 1 茶叶单个气象要素的气候适宜度模型摇 气温
是影响茶芽萌动、新梢生长快慢,甚至茶树能否成活
的重要因子.气温的变化直接影响新梢的正常生长、
茶叶品质的优劣及其产量的高低.越冬期,当气温低
于-13 益时,茶树枝叶受冻枯黄甚至死亡,危害安全
越冬.春季,当气温低于 4 益时,茶芽就会遭受霜冻
危害;遇 0 益以下低温,叶芽就会受冻枯黄,开采期
明显推迟.夏季,当日平均气温上升到 30 益 (或日
最高气温逸35 益)以上时,芽、叶的生长就会受到抑
制.在茶叶生长过程中的不同阶段,均存在最适宜温
度临界点.本文应用模糊数学法[8,27],建立了茶叶生
长的温度适宜度(PT)模型:
PT =
(T-T1)(T2-T) B
(T0-T1)(T2-T0) B
(1)
B=
(T2-T0)
(T0-T1)
(2)
式中:T为茶叶生长季内的平均温度;T1、T2、T0分别
是研究时段内茶叶生长的最低温度、最高温度和最
适宜温度.当 T = T1或 T = T2时,PT = 0;当 T = T0时,
PT =1.
茶树原产于湿润多雨的环境,土壤含水量和空
气相对湿度与茶树生长发育和产量、品质存在密切
关系[26] .茶园中水分的收入主要来自于大气中的降
水,支出主要是茶树叶面的蒸腾和土壤表面的蒸发.
本文以植株正常生长的降水蒸散比作为茶园土壤适
宜水分标准,并结合空气相对湿度,建立水分适宜
度[8,27](PR)模型:
PR =aPs+(1-a)PH (3)
式中:Ps、PH 分别为土壤水分适宜分量和空气相对
湿度适宜分量;a为 Ps 的权重系数;1-a 为 PH 的权
重系数. PH、Ps 的计算公式分别为:
PH =
H-Hmin
1-Hmin
(4)
Ps =
R / E{E / R摇 (当 R式中:H为旬平均相对湿度;Hmin为研究时段内最低
旬平均相对湿度;R为实际降水量;E 为茶园可能蒸
869 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
散量,计算公式[26-28]为:
E=Kc伊ET0 =Kc伊
0郾 408驻(Rn-G)+r
900
T+273u2(es-ea)
驻+酌(1+0郾 34u2)
(6)
式中:Kc 为作物系数,茶园 Kc = 0. 85;ET0 为参考作
物蒸散,由 Penman鄄Monteith 公式计算;驻 为温度随
饱和水汽压变化的斜率;Rn 为茶树冠层的净辐射;G
为土壤热通量密度;酌 为干湿表常数;T 为日平均气
温;u2为 2 m 高处风速;es 为饱和水汽压;ea 为实际
水汽压.
与温度和降水一样,光照条件对作物生长的影
响亦可理解为模糊过程,即在“适宜冶与“不适宜冶之
间变化.春季浙江省阴雨天偏多,日照百分率偏低,
茶叶产量与日照时数呈正相关. 夏季长时间强光对
茶树光合作用具有抑制作用,日照时数对茶树的生
长存在双临界点现象. 本文以日照时数达可照时数
的 45% (日照百分率)为临界点,设定日照百分率达
到 45%以上,茶叶对光照条件的反应即达到适宜状
态.基于上述理解,光照适宜度(PS)的计算公式为:
PS =
e-[(S0-S) / b0]2
1
e-[(S-S1) / b1]
ì
î
í
ïï
ïï 2
摇
SS1>S逸S0
S逸S1
(7)
式中:S为实际日照时数( h);S0、S1分别为 45%和
55%的日照百分率;b0和 b1为常数.
1郾 3郾 2 茶叶气候适宜度模型摇 浙江茶叶生长期一般
为 3—10 月,分为春茶、夏茶和秋茶 3 个生长季. 本
文应用加权指数求和法,计算春茶、夏茶和秋茶以及
茶叶整个生长季内的单个气象要素气候适宜度,公
式如下:
PK(y) =移
n
i = 1
biPK(yi) =移
n
i = 1
biP[K(yi)] (8)
式中:K为气象要素 T、R 和 S;n 为生育期内的总旬
数;i为生育期内旬的数量;bi 为第 i 旬的权重系数;
y为资料年份(y=1,2,3,……,40).
考虑到茶树的生长发育以及茶叶品质和产量的
形成是光温水多个气象要素的协调效应,为了客观
反映和合理评估浙江省茶叶生长对可能提供的气候
资源的适宜动态及其对研究期间气候变化的响应特
征,采用几何平均法[7]建立茶叶综合气候适宜度
(P)模型:
P i(y)=
3 PT(yi)伊PR(yi)伊PS(yi) (9)
式中:PT、PR 和 PS 分别为温度、降水和日照适宜度.
2摇 结果与分析
2郾 1摇 浙江省茶叶气候适宜度特征
计算浙江省 68 个气象站的茶叶气候适宜度,并
以各站平均值代表浙江省茶叶气候适宜度. 由表 1
可以看出,研究期间,浙江省茶叶生长期内气候适宜
度较高,均超过 0. 6. 从各生长季的气候适宜度来
看,春茶高于秋茶,秋茶高于夏茶;分要素来看,以温
度适宜度最高,春茶最高为 0. 77,其次是降水适宜
度,日照适宜度偏低. 说明浙江省充足的热量资源、
充沛的降水条件和适宜的日照时数,能满足茶叶新
梢生长和优质的需求.
摇 摇 在茶叶生长季,浙江省茶叶气候适宜度的变化
特征明显.温度适宜度曲线表现为两头高、中间低,
变幅较大,其中,3 月受早春霜冻影响,温度适宜度
呈波浪状上升;4—6 月,随着热量增加,温度适宜度
逐渐升高,至 6 月中旬达 0. 90;盛夏(7—8 月),受
高温的胁迫作用,温度适宜度处于低值区,在 0. 4 左
右;秋季(9—10 月),温度逐渐下降,温度适宜度表
现为明显的增加趋势,数值由 0郾 5 升高到 0郾 88. 浙
江省属于多雨的省份,而且降水多集中在茶叶生长
季,所以降水适宜度多在 0. 5 ~ 0. 7.受季节的影响,
降水适宜度表现为下降趋势,由春季 0. 7,降至夏季
的 0. 6,再降至秋季的 0. 5. 茶叶生长季日照适宜度
变化总体比较平缓,数值在 0. 4 ~ 0. 6,与春季和秋
季相比,夏季日照适宜度略有下降,主要是夏季强光
的胁迫所致.浙江省茶叶综合气候适宜度变化亦表
现出明显的季节特征,春季高,秋季其次,夏季最低,
变化幅度不大,数值介于 0. 6 ~ 0. 8(图 1).
2郾 2摇 浙江省茶叶气候适宜度的空间分布
受纬度和地形等环境条件的影响,浙江省茶叶
气候适宜度存在着明显的地域差异. 由图 2 可以看
出,浙江省茶叶温度适宜度呈由东北向西南逐渐升
表 1摇 1971—2010 年浙江省茶叶气候适宜度平均值
Table 1 摇 Climatic suitability means for tea in Zhejiang
Province during 1971-2010
生长季
Growth season
(Month)
温度适宜度
Temperature
suitability
降水适宜度
Precipitation
suitability
日照适宜度
Sunshine
suitability
气候适宜度
Climate
suitability
年度 Year
(3—10)
0. 73 0. 66 0. 64 0. 69
春季 Spring
(3—5)
0. 77 0. 68 0. 61 0. 71
夏季 Summer
(6—8)
0. 63 0. 64 0. 66 0. 64
秋季 Autumn
(9—10)
0. 74 0. 61 0. 71 0. 68
9694 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 金志凤等: 浙江省茶叶生长的气候适宜性摇 摇 摇 摇 摇
图 1摇 浙江省茶叶生长季内气候适宜度
Fig. 1 摇 Climatic suitability during tea growing season in Zhe鄄
jiang Province.
高的趋势,高值区出现在丽水南部;降水适宜度表现
为东高西低,高值出现在台州北部、丽水北部和湖州
西部,低值出现在衢州西部;日照适宜度呈由南向北
逐渐升高的趋势.茶叶综合气候适宜度呈现纵向分
布,大致表现为浙中向东西逐渐减少趋势,高值区出
现在绍兴、宁波西北部、台州西部、温州西部和丽水
南部,茶叶气候适宜度在 0. 65 以上,低值区出现在
东部沿海、浙西山区等地,该区域茶叶气候适宜度低
于 0. 63,其他区域适宜度为 0. 63 ~ 0. 65.
2郾 3摇 浙江省茶叶气候适宜度的时间变化特征
1971—2010 年,浙江省茶叶气候适宜度随着时
间变化有着明显的特征(图 3). 年度气候适宜度表
现为两头高、中间低,在 20 世纪 70 年代前期,气候
适宜度处于高值区,之后呈下降趋势,70 年代平均
下降率为 0. 094·(10 a) -1;80 年代相对平缓,平均
年增长率为 0. 026·(10 a) -1;90 年代开始逐渐增
加,平均增长率为 0. 042·(10 a) -1 .春茶气候适宜
度变化趋势与年度气候适宜度相似,变化幅度更大,
70 年代平均下降率为 0. 118·(10 a) -1;80 年代的
增长率为 0. 045·(10 a) -1;90 年代之后的增长率
为0. 087·(10 a) -1 .研究期间,夏茶和秋茶气候适
宜度均表现为下降趋势,平均下降率分别为 0. 018
和 0. 029·(10 a) -1 . 2010 年,浙江省茶叶年气候适
宜度为 0. 649,春茶适宜度为 0. 674,分别比上年减
小 0. 063 和 0. 120,其原因主要是 2010 年 3 月上旬
末出现了全省性的低温雨雪,大部地区最低温度降
至-2 ~ -4 益,出现冰冻,茶园遭受冻害.
2郾 4摇 气候变化背景下浙江省茶叶的气候适宜性
受全球气候变化的影响,浙江省的气候资源也
发生了明显变化,引起茶叶生长季气候适宜度的变
化 .浙江省茶叶生长季综合气候适宜度呈波浪状变
图 2摇 浙江省茶叶气候适宜度空间变化
Fig. 2摇 Spatial variation of tea climate suitability in Zhejiang Province.
a)温度 Temperature; b)降水 Precipitation; c)日照 Sunshine; d)气候 Climate.
079 应摇 用摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 25 卷
图 3摇 茶叶气候适宜度实况和趋势变化曲线
Fig. 3摇 Change curve for tea climate suitability real鄄value and trend.
a)春季 Spring; b)夏季 Summer; c)秋季 Autumn; d)年度 Year.
化趋势,总体趋势较平缓;而不同生长季的气候适宜
度则存在差异,春茶生长季气候适宜度表现为上升
趋势,尤其是近 20 年来上升趋势明显;夏茶生长季
气候适宜度呈缓慢下降趋势,秋茶生长季气候适宜
度亦呈下降趋势,但幅度大于夏茶.
1971—2010 年,浙江省气候资源表现为明显的
阶段性变化特征,前 20 年气温呈下降趋势,后 20 年
表现为明显的上升趋势,因此在计算茶叶气候适宜
度趋势系数时将研究时段划分为 2 个时段(分别为
1971—1990 和 1991—2010 年,表 2 ). 1971—1990
年,除杭州降水适宜度趋势系数为 0. 024 外,其余各
地气象要素和综合气候适宜度趋势系数均小于 0,
说明该时段的气象条件对茶叶生长不利;1991—
2 010年,除温度适宜度小于0外,降水适宜度、日照
表 2摇 浙江省茶叶气候适宜度变化趋势系数
Table 2摇 Trend coefficient for tea climate suitability change in Zhejiang Province
年份
Year
适宜度摇 摇
Suitability摇 摇
北部(杭州)
North
(Hangzhou)
西部(开化)
West
(Kaihua)
东部(仙居)
East
(Xianju)
南部(丽水)
South
(Lishui)
1971—1990 气候适宜度 平均值 Mean 0. 684 0. 661 0. 706 0. 681
Climate suitability 趋势系数 Trend coefficient -0. 037 -0. 175 -0. 115 -0. 092
温度适宜度 平均值 Mean 0. 719 0. 761 0. 757 0. 758
Temperature suitability 趋势系数 Trend coefficient -0. 004 -0. 037 -0. 015 -0. 035
降水适宜度 平均值 Mean 0. 664 0. 563 0. 677 0. 665
Precipitation suitability 趋势系数 Trend coefficient 0. 024 -0. 053 -0. 139 -0. 079
日照适宜度 平均值 Mean 0. 638 0. 562 0. 640 0. 564
Sunshine suitability 趋势系数 Trend coefficient -0. 056 -0. 111 -0. 081 -0. 043
1991—2010 气候适宜度 平均值 Mean 0. 677 0. 666 0. 687 0. 668
Climate suitability 趋势系数 Trend coefficient 0. 161 0. 303 0. 156 0. 029
温度适宜度 平均值 Mean 0. 727 0. 774 0. 758 0. 738
Temperature suitability 趋势系数 Trend coefficient -0. 003 -0. 008 -0. 079 -0. 074
降水适宜度 平均值 Mean 0. 634 0. 567 0. 648 0. 655
Precipitation suitability 趋势系数 Trend coefficient 0. 234 0. 204 0. 165 0. 204
日照适宜度 平均值 Mean 0. 621 0. 551 0. 594 0. 559
Sunshine suitability 趋势系数 Trend coefficient 0. 103 0. 246 0. 152 0. 009
1794 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 金志凤等: 浙江省茶叶生长的气候适宜性摇 摇 摇 摇 摇
适宜度和气候适宜度均大于 0,表明该时段的气象
条件有利于茶叶生长,而温度适宜度之所以小于 0,
是因为早春气温变化幅度大,3 月常常出现低于
4 益的霜冻,甚至 0 益以下的冰冻,影响早生茶芽萌
动生长,造成冻害.
3摇 结摇 摇 语
茶叶的生长和优质高产与气象条件密切相关.
为了定量评估茶叶生长期的气候适宜性,本文引入
气候适宜度模型,建立了浙江省茶叶的温度适宜度、
降水适宜度、日照适宜度和综合气候适宜度模型.浙
江省茶叶生长期综合气候适宜度为 0. 68,春茶、秋
茶和夏茶的气候适宜度分别为 0. 71、0. 67、0. 64,均
高于 0. 6,说明浙江省的气候条件比较优越,适宜于
茶树的种植和茶叶的生长. 浙江省茶叶的温度适宜
度高于降水,降水高于日照,进一步说明在茶叶生长
过程中,热量条件优于水分条件,水分优于光照.
受气候变化影响,浙江省茶叶气候适宜度存在
明显的变化特征,20 世纪 70 年代呈明显下降趋势,
80 年代变化平缓,之后的气候适宜度呈明显上升趋
势.随着时间的变化,茶叶不同生长期变化各异,春
茶气候适宜度变化趋势与年度气候适宜度相似,呈
明显的上升趋势,夏茶和秋茶的气候适宜度表现为
下降趋势.
建立气候适宜度模型,可实现茶叶生长季气象
条件的定量评价,亦可为农业气象条件的定量评价
提供技术支持. 在计算过程中发现,由于品种的差
异、生长季的不同,茶叶生长的光温水等气象指标均
不一样,但现有的指标还不够全面,气象指标还需要
在以后的试验和生产实践中不断完善.
本文应用浙江省 68 个基本气象站的数据,计算
得出 68 个点的气候适宜度,而茶园多分布在山丘地
区,气温、湿度、日照空间分布特征明显,气候适宜度
与站点存在一定偏差. 随着现代 GIS 技术的快速发
展,如何建立气候适宜度的空间分析模型,充分考虑
地形、海陆分布对茶园小气候的影响,实现茶叶气候
适宜度的细网格化评价,还有待在以后的工作中深
入研究.
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作者简介摇 金志凤,女,1966 年生,正研级高工.主要从事特
色农业气象与气象灾害影响评价研究. E鄄mail: jzfeng0423@
163. com
责任编辑摇 杨摇 弘
3794 期摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 金志凤等: 浙江省茶叶生长的气候适宜性摇 摇 摇 摇 摇