汪建军，杨爱萍，张 坤，陶 瑶，林志坚

(1.江西省气象科学研究所，江西 南昌 330096；2.江西省农业气象中心，江西 南昌 330096； 3.江西省上饶市气象局，江西 上饶 334000)

茶树是江西特色经济作物之一，是促进江西农村经济发展和茶区农民增收的主要来源[1-3]。近年来，江西茶产业在政府扶持下规模不断扩大，茶叶品牌价值逐年提升，预计到2022年江西省茶园总面积12万hm2左右，茶叶总产值突破150亿元[2,4,5]。但在全球气候变暖的影响下，特别是21世纪以来，江西夏季高温热浪出现的频率增高、强度增强[6-9]。过高的温度易导致茶树发生高温热害，严重影响茶树的生长发育，导致茶叶产量和品质下降，造成经济损失[10-11]。2003年罕见的高温热害致使江西省茶园大面积受害，多数茶场的茶树受害达三级，甚至四五级，夏茶减产明显[12]。根据IPCC的AR4数据库及典型气候模型预测表明，在未来数十年中，江西每10年的增温速度高达0.22～0.41 ℃，显著高于历史基准的0.16 ℃[13]。因此掌握江西茶树高温热害的发生规律和风险区域划分，旨在为江西茶叶的日常管理和灾害防御提供重要的科学依据。

近年来，关于高温胁迫对茶树影响的相关研究不断增多[14-17]。陈思宁等[18]对多指标的关键气象因子进行综合分析，将湖北地区茶树旱热害分为4个等级。杨菲等[19]构建了茶树高温热害风险指数，对江南地区茶树进行了风险区划。娄伟平等[20]应用茶树高温热害等级指标，按强耐热性品种、中耐热性品种、弱耐热性品种等对浙江茶树高温热害发生特点进行了分析。但在现有研究中，对江西茶树高温热害分布规律和风险区划的详细研究较少。为此，本文利用江西省78个气象观测站近49年逐日气象资料，分析了江西省茶树高温热害的时空分布特征、多尺度变化规律及风险区划，以期为茶叶生产中的高温热害防御和茶树品种布局提供参考。

1 资料与方法

1.1 气象资料来源

研究采用的气象数据为江西省78个气象观测站1971～2019年历年7～8月的逐日气象数据，数据进行过预处理，对于缺测大于5 d的气象数据予以剔除，少于5 d的气象数据采用5 d滑动平均法进行插补，各站点具体分布如图1所示。

图1 江西省78个气象观测站点分布图

1.2 方法

1.2.1 茶树高温热害等级指标的划分 参照前人研究提出的江南地区茶树高温热害指标[21]，对江西茶树进行高温热害等级划分，指标具体如表1所示。

1.2.2 茶树高温热害发生概率的计算方法 各个站点茶树高温热害的发生概率，计算公式如下：

P=Yi/Y

(1)

式(1)中，P为某站点茶树高温热害的发生概率；Yi为该站达到茶树高温热害指标的年数；i为达到高温热害的年份；Y为统计的总年数，即1971～2019年共计49 a。

1.2.3 茶树高温热害强度的计算方法 在达到茶树高温热害指标年份中，计算各站点的年均灾害等级，得到各站点茶树高温热害强度。计算公式如下：

Q=∑Vi/Yi

(2)

式(2)中，Q为某站点高温热害强度；V为该站历年茶树高温热害等级值，轻度高温热害等级值为1，中度高温热害为2，重度高温热害为3；i为达到高温热害的年份；Yi为该站达到茶树高温热害指标的年数。

1.2.4 茶树高温热害风险值的计算方法 计算茶树高温热害发生概率与高温热害强度的乘积，得到各站点茶树高温热害风险值。计算公式如下：

W=P×Q

(3)

式(3)中，W为某站点茶树高温热害的风险值；P为某站点茶树高温热害发生概率；Q为某站点茶树高温热害强度。

1.2.5 气象数据的处理 根据上述给定的指标，运用Matlab、Excel 2003软件统计和分析江西78个站点7～8月平均每年茶树高温热害的发生概率、强度、风险值及年际变化；其中分析江西茶树高温热害等级空间分布采用ArcGIS 10.5中的反距离插值法[22]；多时间尺度采用小波分析[23]；Manner-Kendall突变检验法分析江西茶树高温热害站数和强度的突变特征[24]。

2 结果与分析

2.1 时间变化特征

2.1.1 茶树高温热害发生站数和强度的逐年变化 由图2可知，1971～2019年江西省发生茶树高温热害的站数和强度均呈增加趋势，两者的最高值均出现在2019年。其中，发生茶树高温热害站数的年倾向率为2.6站/10 a。2000～2019年，平均每年达到茶树高温热害等级的气象站数为20.9，是前20年(1980～1999年)年均站数的2倍；平均每年茶树高温热害的强度为33.3，是前20年年均强度(14.8)的2.3倍。

图2 江西1971～2019年茶树高温热害的站数和强度

2.1.2 茶树高温热害发生的站数和强度的年代际变化 由表2可知，高温热害的总站数和强度最严重的年代出现在2011～2019年，最少发生年代为1991～2000年。从1991～2000、2001～2010、2011～2019这3个年代可以看出，无论是达到轻度、中度，还是重度高温热害的站数均明显增加。由此可知，在气候变暖的影响下，江西茶树高温热害总体呈频发、重发的趋势。

表2 各年代不同茶树高温热害等级的年均站数及强度

2.1.3 茶树高温热害发生站数和强度的M-K突变性检验 发生茶树高温热害站数和强度的突变检验分析结果见图3,UF和UB曲线分别表示统计量的顺时间序列和逆时间序列,UF>0表示序列呈上升趋势,反之则为下降趋势。从图2a可以看出，高温热害站数的变化总体表现为2002年以前以下降为主，但是下降趋势不显著，2002年之后则上升，UF和UB曲线的交点表明高温热害站数突变时间为2018年。由图2b可知，茶树高温热害强度的变化趋势与发生高温热害站数基本一致,UF和UB曲线的交点表明高温热害强度突变时间为1974年和2018年。

图3 茶树高温热害站数(a)和强度(b)的M-K突变检验结果

2.1.4 茶树高温热害发生站数和强度的周期性变化 本文对高温热害发生站数和强度的周期性变化进行了分析。图4a、4b分别是高温热害站数、高温热害强度的时间序列小波变换实部时频分布图。

由图4a可知，高温热害站数的周期尺度为2 a、6 a和29 a，在29 a的尺度中，20世纪70～80年代中期和21世纪初至今为高值区，20世纪80年代中期至21世纪初期为低值区。图4b可以看出，高温热害强度的周期尺度为6 a和29 a，在29 a的尺度中，20世纪70～80年代中期和21世纪初至今为高值区，20世纪80年代中期至21世纪初期为低值区。

图4 高温热害站数和强度的时间序列小波变换实部时频分布图

2.2 茶树高温热害发生概率的空间分布特征

从图5可知，江西省大部地区茶树高温热害发生概率为5～10 a一遇，少数地区为3 a以下一遇。茶树高温热害发生概率高的地区主要分布在广昌县、宁都县、南康区等地的部分地区。江西茶叶种植面积较大的地区主要有遂川、婺源、浮梁、上犹、修水、铜鼓县。从茶叶主产县来看，婺源、遂川、修水、铜鼓等地的茶树高温热害发生概率较小，基本上都是5～10 a一遇，上犹和浮梁的发生概率较大，为3～5 a一遇。

图5 茶树高温热害发生概率的空间分布特征

2.3 茶树高温热害年均发生强度的空间分布特征

由图6可知，江西大部地区茶树的高温热害强度在1.5以上，极个别地区在2以上。由此可知，江西大部地区若出现茶树高温热害，往往灾害等级为中度以上。从江西茶叶主产县来看，除遂川县外，铜鼓、浮梁、修水等县茶树的高温热害多为中度等级。

图6 茶树高温热害年均强度的空间分布特征

2.4 茶树高温热害风险的空间分布特征

根据本研究提出的风险区划指数，将江西茶树高温热害分为0～0.3、0.3～0.4、0.4～1.0共3个等级，等级越高，茶树高温热害风险越大。由图7可以看出，低风险区主要分布在九江市西部、萍乡市、吉安市西南部、赣州市中部、上饶市东部及抚州市中部。高风险区主要分布在抚州市南部、新余市西部、赣州市西部、九江市少数地区。

图7 茶树高温热害风险的空间分布特征

3 结论与讨论

本文利用江西78个气象站1971～2019年近49 a的气象资料，分析了江西省夏季达到高温热害的站数、强度的时间变化特征，以及高温热害的风险区划。结果表明，在气候变暖的影响下，未来江西茶树高温热害总体呈频发、重发趋势，这与杨菲等[21]的研究结果基本一致。2002年以来，平均每年达到茶树高温热害等级的气象站点数是前20年(1980～1999年)年均站数的2倍，高温热害强度则是前20年的2.3倍。高温热害站数及强度最严重年代出现在2011～2019年,最少年代出现在1991～2000年。高温热害站数突变在2018年，强度突变在1974年和2018年。茶树高温热害发生概率较高的地区主要分布在抚州市南部、新余市西部、赣州市西部及九江市少数地区。若出现茶树高温热害，往往灾害等级为中度及以上。

综上所述，随着气候趋暖，高温热害天气将对江西茶树生长造成不利的影响。茶树生产上应加强高温热害防范，各地应在品种选择、茶园布局、栽培管理等多方面采取措施减轻高温热害对茶叶产量和品质的不利影响。本研究基于前人提出的茶树高温热害指标，未考虑到茶树品种对温度的响应，且气温随海拔高度、土壤、坡向等地理因子的变化影响较大，茶树又多种植于山地，这些会导致本区划结果在局部地区的区划等级与实际情况存在差异，这也是接下来进一步的研究方向。