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茶树是典型的亚热带常绿植物,具有喜温、喜湿,且耐阴、喜散射光的生长特性. 气象因子是决定茶树的物候期、鲜叶适采期的重要因素[1-2],同时影响着茶叶品质形成的生理生化过程. 在茶叶生产中,对茶叶物候期尤其是开采期的准确预判具有重要的意义,新梢嫩芽若不及时采摘,会叶片老化,品质下降,适制性范围变小,严重影响成茶经济效益.
作物物候期的气象预测方法中,基于阶段积温学说的积温预报法应用十分广泛,即作物发育主要是受温度的影响,完成某一发育阶段所需的积温基本一定[3]. 基于不同下限温度的活动积温和有效积温在阶段积温与作物物候期的相关关系研究中[4],以及作物模型如林果类花期、成熟期的物候期预报[5-6]中有广泛的应用. 逐步回归统计法通过分析天气气候条件与作物生育期相关关系,筛选关键气象因子,建立预测模型,实现作物物候期预测[7-8],在观赏类植物的花期气象预报中得到应用,进而为旅游景区的打造和规划提供参考依据[9-10]. 集成预报法对多种预报方法预测结论进行综合集成,构建新的预报模型,可以优化单一预报方法预报结果不稳定的问题,达到提高预测准确率的目的. 该建模思想在天气模式、环境气象以及农业气象研究中均有应用,并取得较好的预报效果[11-13].
对于茶叶开采期的预测研究,孙秀邦等[14]基于积温法对安徽泾县春茶开采期进行预测,朱兰娟等[15]研究了西湖龙井开采期的影响因子与预报方法,较为准确地对西湖龙井开采期进行了预报. 特早种茶树春茶开采期较常规品系明显偏早,因而开采期对气象条件的需求与常规品系也有一定的差异. 本研究以特早种茶树品种“巴渝特早”为研究对象,以开采期关键气象影响因子以及预测方法研究为切入点,应用阶段积温预报法、逐步回归预报法、集成预报法分别建立“巴渝特早”开采期气象预报模型,比较不同预报方法对“巴渝特早”开采期的预报效果,旨在为特早种茶树的开采期预报和关于春茶开采的农业管理决策提供依据.
Construction and Verification of Picking Date Prediction Model for Extremely Early Budding Tea Based on Meteorological Conditions
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摘要: 以特早种茶叶品种“巴渝特早”为研究对象,应用阶段积温预报法、逐步回归预报法、集成预报法分别建立开采期气象预报模型,比较不同预报方法的预报性能. 结果表明:阶段积温预报法对于“巴渝特早”开采期的预测偏差较大,预测值与观测值的剩余均方差为5.225,拟合优度为0.539;逐步回归预报法相较于阶段积温预报法预测结果的准确性明显提升,预测值与观测值的剩余均方差为2.826,拟合优度为0.749;集成预报模型综合考虑了积温条件以及影响春茶开采的关键时段的关键气象因子,优化单一预报方法的不稳定性,预测值与观测值的剩余均方差为2.729,拟合优度0.765,可以应用于特早种茶叶开采期气象预报服务.Abstract: Early picking is the characteristics of extremely early budding tea. The meteorological factors affecting its picking date are different from conventional varieties. Prediction of picking date for extremely early budding tea is important for economic benefits of spring tea and study of the mechanism of climate influence on tea picking date. In this study, Bayu Tezao, the extremely early budding tea was taken as the research object. The picking date prediction models of extremely early budding tea were established by using the method of stage accumulated temperature, stepwise regression of meteorological factors and ensemble forecast, respectively. The results showed that the deviation of stage accumulated temperature prediction method was within 5 days. Its residual mean square variation and determination coefficient of linear equation between the predicted value and the observed value was 5.225 and 0.539, respectively. The deviation of stepwise regression prediction method was within 3.5 days. Its residual mean square variation and determination coefficient of linear equation between the predicted value and the observed value was 2.826 and 0.749, respectively. The ensemble forecast prediction method had the best prediction accuracy, the predicted deviation within 3.4 days. Its residual mean square variation and determination coefficient of linear equation between the predicted value and the observed value was 2.729 and 0.765, respectively. The ensemble forecasting method can be used for forecasting the picking date of extremely early budding tea.
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Key words:
- Bayu Tezao tea /
- picking date /
- prediction model /
- error analysis .
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表 1 与“巴渝特早”开采期日序显著相关的气象因子筛选结果
序号 初选因子 单位 相关系数 1 1月总降水量 mm 0.534** 2 2月总降水量 mm 0.545** 3 2月平均气温 ℃ 0.765** 4 2月平均日最高气温 ℃ 0.790** 5 2月平均日最低气温 ℃ 0.712** 6 2月平均空气相对湿度 % 0.679** 7 1月上旬平均日最高气温. ℃ 0.612** 8 1月下旬降水量 mm 0.605** 9 1月下旬平均空气相对湿度 % 0.668** 10 1月下旬平均日最低空气相对湿度 % 0.524** 11 2月上旬总降水量 mm 0.594** 12 2月中旬平均气温 ℃ 0.686** 13 2月中旬平均日最高气温 ℃ 0.672** 14 2月中旬平均日最低气温 ℃ 0.719** 15 2月中旬平均空气相对湿度 % 0.524** 16 2月下旬总降水量 mm 0.544** 17 2月下旬平均气温 ℃ 0.615** 18 2月下旬平均日最高气温 ℃ 0.626** 19 2月下旬平均日最低气温 ℃ 0.540** 注:** 表示在0.01水平上有统计学意义. 表 2 阶段积温预报结果与误差
数据集 年份 调查值 预测值 误差 校正样本 2009 64 62 -2 2010 73 75 2 2011 74 88 14 2012 82 82 0 2013 68 67 -1 2014 80 75 -5 2015 71 67 -4 2016 67 71 4 2017 69 69 0 2018 71 74 3 验证样本 2019 71 72 1 2020 66 67 1 表 3 逐步回归模型预报结果与误差
数据集 年份 调查值 预测值 误差 校正样本 2009 64 63.2 -0.8 2010 73 73.3 0.3 2011 74 74.9 0.9 2012 82 78.5 -3.5 2013 68 70.1 2.1 2014 80 78.3 -1.7 2015 71 70.5 -0.5 2016 67 74.0 7.0 2017 69 67.1 -1.9 2018 71 69.5 -1.5 验证样本 2019 71 72.9 1.9 2020 66 66.5 0.5 表 4 “巴渝特早”开采期集成预报模型预报结果与误差
数据集 年份 调查值 预测值 误差 校正样本 2009 64 63.1 -0.9 2010 73 73.3 0.3 2011 74 76.3 2.3 2012 82 78.6 -3.4 2013 68 69.5 1.5 2014 80 77.6 -2.4 2015 71 69.9 -1.1 2016 67 73.4 6.4 2017 69 67.3 -1.7 2018 71 70.0 -1.0 验证样本 2019 71 72.6 1.6 2020 66 66.5 0.5 表 5 预报模型性能指标
性能指标 积温预报 逐步回归模型预测值 集成预报模型预测值 最大误差 14.0 7.0 6.4 残差平方和 273.0 78.8 74.5 剩余均方差 5.225 2.826 2.729 拟合优度 0.539 0.749 0.765 -
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