全球氣候對農產品影響的輪回與變遷

2020/4/17 10:53:32點擊:

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  信息的可獲得性在互聯網時代快速提高,但遺憾的是公眾對事物的認知深度卻沒有發展,反而被急功近利搶熱點,賺取流量的淺層思考帶偏了方向,或是公眾認知具有選擇性的不斷篩選符合其邏輯口味的信息,做出類應激性的判斷結果。最終,在信息的爆炸中迷失。我們一直有個純粹的烏托邦式希望——CFC農產品只是一群好奇大腦堆積的思維網絡,只是碰巧遇到了農產品和金融衍生品的范疇,希望能長期站在少數人的立場,還你一個經得起推敲的真相,并順帶時不時牽扯出合乎邏輯的交易方向。
  本文核心要講的是由2018年的超級大旱牽扯出的關于全球氣候變遷的影響因子,及其變化規律和對農產品、全球生態、世界貿易流向的影響路徑。而這些因子中必然包括一些諱莫如深、晦澀難懂的指標,比如全球變暖、太陽黑子、地轉平衡、極地冰蓋面積、溫室氣體,小冰河期等,而這些也恰是尼諾指數、低溫度積溫、降雨距平等影響農產品產量指標的底層驅動。
  今年北半球升溫異常顯著,且極端變化多發于高緯度地區,“被淹死的北極熊”、“格林蘭群島冰川融化”、“北極驚現森林大火”和“32攝氏度的北極夏天”正不斷的牽動著網絡閱讀主力們獵奇的心態和對氣候無常的擔憂。但作者遺憾的是,能看到的報道都是敘事性的帶有PS效果的照片和生動的驚嘆文字留下的謎面,鮮有擲地有聲、針砭時弊成因追蹤和天氣后市展望,更別提此處對農產品的影響,遂成此文。
  異常天氣,例如暴雨,干旱,低溫,通常會導致農作物減產,質量受損,對于牲畜的養殖也會造成一定的影響,甚至會導致牲畜爆發嚴重的疫情。另一方面,異常天氣也會對交通運輸帶來嚴重影響,提高運輸成本,提高了農產品價格,影響供需平衡,在供給遠小于需求的預期下,農產品價格存在強烈的上漲動能,這也為相關上市公司帶來投資機會。對于農產品造成主要影響的因素一個是暴雨低溫等極端天氣,研究表明,極端天氣的發生往往與太陽黑子的異常有關;另一個影響因素則是全球變暖。
  一.異常天氣發生的原因—-太陽黑子的異動
  太陽的表面溫度較高,通常有6000℃左右。在太陽燃燒的過程中,會產生局部的溫度不均勻,其中低溫的區域看上去像深色的斑點,這個斑點通常就是太陽黑子。太陽黑子的活動周期一般為11年,在太陽黑子活躍的年份,地球的磁場會受到強烈影響,太陽活動爆發的可能性也隨之加大,降雨,冰凍等極端天氣頻發。研究地震的科學工作者發現,太陽黑子數目增多的時候,地球上的地震也多。地震次數的多少,也有大約11年左右的周期性。植物學家也發現,樹木的生長情況也隨太陽活動的11年周期而變化。黑子多的年份樹木生長得快;黑子少的年份就生長得慢。黑子數目的變化甚至還會影響到我們的身體,人體血液中白血球數目的變化也有11年的周期性。太陽黑子延長極小期是179-200年,而且潮汐極大期、太陽黑子延長極小期和全球低溫有很好的對應關系。
  太陽黑子活躍時,影響地球磁場,地球磁場在與大氣相互作用的過程中,引起地球自轉速度發生改變,導致大氣環流和海洋環流變化,最終影響到氣候。氣候的變化又對農作物的生長產生影響。太陽黑子活動對氣候的影響主要可以歸納成以下三種可能途徑:
  第一種,通過改變大氣電離度來改變氣候。高緯大氣電離度的增強將導致大氣經向環流增強,這將使得大氣的南北交換更加頻繁,從而引起全球云層和降水增多。
  第二種,通過熱輻射影響氣候。太陽活動增強會導致大氣吸收的輻射量增多,進而導致臭氧量及其分布發生變化。臭氧量的變化直接依賴于紫外輻射,它引起的平流層熱狀況變化必將引起平流層溫度場的變化。通過波動作用,對流層大氣的環流也將發生改變,最終引起氣候的變化。
  第三種,通過地磁場的變化來改變氣候。地磁場的變化會引起地球內部流動的改變和一系列耦合過程,然后引起地球自轉速度的改變,通過大氣和海洋角動量的交換將導致大氣和海洋環流發生變化,最終影響氣候。
  1.太陽黑子和尼諾周期
  黑子會引起地球上氣候的變化。100多年以前,一位瑞士的天文學家就發現,黑子多的時候地球上氣候干旱;黑子少的時候氣候潮濕,暴雨成災。當太陽黑子數極少,從太陽發出的主要成分為電子和質子的太陽風最弱,這時就會有更多的高能宇宙線轟擊地球的大氣,在地球大氣內產生比常年多的帶電粒子的簇射,這些簇射將形成雨云的初始態,也將使當地的氣溫發生異常變化。因此從這個角度上看,太陽黑子周期能夠解釋尼諾周期,我國的著名科學家竺可楨也研究出來,凡是中國古代書上對黑子記載得多的世紀,也是中國范圍內特別寒冷的冬天出現得多的世紀。
  趙小娟等對秦嶺南北旱澇災害誘災因子的研究發現關中陜南地區旱澇指數與太陽黑子呈正相關,大致上呈11 年周期左右。趙娟等應用小波分析,研究了太陽黑子活動與北京地區降水的關系,認為太陽黑子活動與北京地區年降水量密切相關。
  由下圖可以看出,太陽黑子的數目多寡與全球作物產量的高低存在著對應關系。在太陽黑子相對數目較多的年份,如2015年,2003年,大豆小麥棉花產量在極小值位置。因太陽黑子數目增多時,天氣災害發生的頻率較高,極端天氣較多,例如暴地震等爆發,引起作物產量減少。在太陽黑子相對數目較少的年份,如2008年,2009年,小麥棉花產量處于極大值。
  圖一:太陽黑子周期與農產品單產
圖一:太陽黑子周期與農產品單產
  數據來源:公開消息,中信建投期貨,USDA
  2、始于萬歷年間的人類浩劫——冰河期
  “……上年水災,胡地尤甚,饑寒已極,老弱填壑,奴酋令去覓食。”
                          ——《李朝實錄·光海君日記》萬歷四十五年二月戊申
  太陽黑子對農產品的影響還有另一個路徑,當太陽內部核聚變減少,太陽黑子和熱輻射同時大量減少,這雖然會給地球帶來降雨,但全球氣溫可能較大幅度的下降,這個現象有個更為人所知的名字——孟德極小期,即小冰河期。曾有學者指出最近一次的小冰河期在1550-1650年間,這100年被史學家稱作“動蕩的百年”,發生了中國明朝的由盛轉衰,英西30年戰事,法國國內200多次起義,這些事件都有一個共同的起因——饑荒。太陽黑子周期跟人類歷史進程帶有玄幻色彩的綁定邏輯就出于此處。
  在那次的冰河期,北半球的中緯度地區(北緯30~60度)的年平均氣溫,比現在(以20世紀后半葉年平均氣溫為準)大約低1度;北半球的高緯度地區的年平均氣溫,比現在大約低1~1.5度;南北極圈比現在低1.5~2度,都是看似很微弱的變化,但是考慮到這是整個地球的氣溫變化,不可小視。(作為比較,自有人類活動產生二氧化碳氣體的150年來的全球變暖也僅有0.8攝氏度)。農產品生長依賴太陽發出的光和熱,光照是農作物進行光合作用的能量來源,而溫度影響農作物的生理生化過程,包括光合作用、呼吸作用和蒸騰作用。積溫降低的環境下,農產品單產下降明顯,而在當時的15世紀游牧民族對農作物產量更為依賴。當糧食短缺,戰火和遷徙就難以避免,這或許也是努爾哈茨率領女貞部落南下侵虐的一大主因。
  圖二:2000年以來全球溫度距平統計
圖二:2000年以來全球溫度距平統計
  數據來源:公開消息,中信建投期貨
  值得注意的是,“小冰河期”距離當下并不遙遠,觀測專家氣象學家Paul Dorian 曾在2010左右警告,太陽無黑子狀態出現的次數可能會越來越頻繁,可能好幾個月的時間內,都不會出現太陽黑子,而黑子數到達極小期谷底的時間,可能落在 2019 年至 2020 年間,也就是說,距離到達極小期的這段期間,太陽將會不斷出現無黑子狀態。Dorian 認為,以歷史觀測記錄來看,太陽活動極小期的持續時間若過長,可能導致地球大氣層最下層、也就是對流層的氣溫下降,直接影響到身處對流層的我們,導致全球進入“小冰河期”。而若與太陽黑子數到達極小期谷底的時間吻合,那么“小冰河期”發生的時間最快可能就在 2019 年。
  無獨有偶,瓦倫蒂娜•扎爾科夫教授及其研究團隊在某次英國國家天文會議上介紹了他們研發的太陽活動周期新模型,該模型關注太陽兩個層面——一個靠近太陽表面,另一個深入太陽的對流區——的發電機效應,預測到太陽活動將在2030年左右減少60%,屆時地球將很 有可能進入“小冰河期”。扎爾科夫的研究發現,在太陽活動的第25周期(該周期的太陽活動在2022年達到峰值),被列為觀測對象的太陽兩個層面的電磁波開始相互抵消;進入第26周期(2030年至2040年)后,這兩個層面的電磁波變得完全不同步,導致太陽活動劇烈減少。扎爾科夫說,“它們的相互作用是極具破壞性的,近乎相互徹底抵消。我們預測這將引發與‘蒙德極小期’相同的效應。”公元1645年至1715年是蒙德極小期,在此期間太陽活動非常衰微,持續時間長達不可思議的70年。據英國當時的文獻記載,在那個時期寒冷的冬季,英國大部分河流都凍結了,當代油畫顯示人們甚至能夠穿著旱冰鞋橫穿泰晤士河!在未來的2020-2030年間,冰河季一旦發生,對農產品的產量將帶來不小的挑戰。屆時溫室氣體或反而成為抵御全球變冷的依托。
  3、地日距離周期——周天王信奉的甲子
  “在世界經濟周期運動中最長的周期是康德拉季耶夫周期,它一個循環是60年一次。大家知道60年就是一個人的自然壽命是60年,中國講60甲子,循環一次就是一個康德拉季耶夫周期。它分為回升、繁榮、衰退、簫條。主宰地球的規律是太陽規律,太陽黑子周期的循環就是55年到60年最長循環,20年一個海爾循環,20年當中包含來個10年的施瓦貝循環,然后包含數個厄爾尼諾循環,所以厄爾尼諾就是經濟中的庫存周期。我后來研究完這條東西之后,越來越覺得宿命論是可行的,用你的生辰算命是有依據的,以后我用經濟周期理論可以推導出類似的結果。我后來發現,不管是算命還是經濟周期理論遵循的都是天文學規律。宿命論一定是有道理的。當然也許我們無法解釋為什么有道理,但是一定是其中有內在的聯系。”      
                             —— 周金濤  原中信建投首席經濟學家
  第四紀冰期和間冰期的轉換遵循米蘭科維奇的天文冰期理論具有2-4-10萬年的地球軌道周期分別為近日點近動周期、黃赤交角周期和地球軌道偏心率變化周期。中國氣象科學研究院任振球發現,太陽系四顆巨行星木星土星、天王星、海王星的力矩效應在近千年來呈現相當穩定的準60年周期變化。(這個地日周期也常出現于中信建投首席經濟學家周金濤的論斷中)
  在本世紀內,這種周期性變化與全球尤其是北半球氣溫變化的間隔時間相當一致。比如本世紀初1901年地球懂知識的公轉半徑延長了94萬公里相當于日地距離的0.6%,氣溫快速降低,而在30多年后1940年地球冬至時公轉半徑縮短了76萬公里,氣溫顯著提高。而在后期的1970年,2000年這個規律仍在周而復始的運行。預計在2020年前后,地球冬至時刻公轉半徑將變為極大值,氣溫或進入相對冷期。
  二.溫室效應對農產品的影響途徑
  近年來全球變暖,溫室效應越來越引起人們的關注,對于農業的影響也愈發嚴重。溫度反常對于作物正常的生長周期造成了一定的干擾,在一定程度上改變了農業生產條件和生長結構,必然影響到農產品的產量以及價格變化。需要相應的調整農業結構和布局,改革種植制度。
  什么是溫室效應:因為有二氧化碳、甲烷、臭氧、水蒸氣等所謂溫室氣體的存在太陽主要發出短波輻射。白天太陽輻射抵達地球后,除了被反射回太空和被大氣吸收外,大約還有一半的能量會被地球表面吸收。陸表增溫后將向外發出長波輻射,由此形成的熱量大部分會被大氣中的溫室氣體吸收,大氣溫度因此提高。另外,大氣除了吸收太陽釋放的電磁波以及地球的熱輻射外,也會由地面的顯熱和潛熱通量接收到能量。大氣增溫后會往上方及下方輻射能量,部分往下方輻射的能量是由地表吸收的,因此地表溫度會較沒有大氣時的地表溫度要高。
  1、有利的影響
  溫室效應利于光合作用。溫室氣體中的CO2濃度升高,對作物光合作用有利, 可以提高植物的光合作用速率,其結果有助于作物生長,等于根外施肥。CO2濃度增加會減少農作物對水分的需求,作物用水效率都將提高。
  溫室效應延長了農作物的生長期。 氣候變暖會導致積溫增加和農作物的生長期延長,將使中緯度地區農作物的適宜生長季的開始日期提早和終止日期推遲,這些地區農業生產的生長季將有所延長。氣候變暖將使世界主要糧食帶向極地擴展,并且擴展的速度是年平均氣溫每提高1℃,北半球中緯度地區的農作物等將向北推進150公里-200公里,會使較為寒冷的高緯度地區的農作物生長期延長,產量相應增加。對無限生長習性或多年生作物有利; 而對生育期短的栽培作物來說又是不利的,因為溫度高而使作物的發育速度加快,生育期縮短,生物量減少,可能會抵消全年生長期延長的效果。溫室效應有利于減輕冬季的凍害。
  2、不利的影響
  溫室效應會降低農作物的營養價值。論文主要作者、美國哥倫比亞大學氣候系統研究中心環境科學家德爾芬·德里格表示,雖然二氧化碳會增加某些農作物產量,但另一方面會降低其營養價值,減少農作物中鋅、鐵和蛋白質等營養物質含量。溫度升高會限制作物生產,影響玉米、大豆、高梁、谷子等的種植和產量,水稻、棉花的生育也受到強烈抑制。
  溫室效應會降低農作物的品質。在高濃度CO2的情況下,用更少的N肥即可生產出與今天等量的農產品,因為作物所吸收的C將增加,而吸收的N則減少,體內C/N比增高,蛋白質含量下降,因而作物品質下降。實驗結果顯示,在CO2濃度倍增條件下, 大豆氨基酸和粗蛋白含量分別下降2. 3% 和0. 83% ; 冬小麥籽粒粗蛋白和賴氨酸分別下降12. 8% 和4%。這樣人類人均糧食消費量可能要增加,否則不足以滿足自身的營養需求。
  溫室效應會加重農業病蟲害。溫室效應降低了農作物的品質,因此農業害蟲可能也要攝取更多的植物才能滿足其營養需求,蟲害可能加重。農作物害蟲的分布、生長發育、繁殖等與溫度條件密切相關,全球變暖會改變農作物害蟲的地理分布,低溫會使農作物害蟲的分布范圍受到一定限制,而一旦氣溫增高,就會使這些農作物害蟲的分布范圍擴大,從而使農作物的生長發育受到影響。害蟲增多,生長季節延遲,將會加重農作物的受害程度,增加糧食減產幅度。
  溫室效應對農田基質的影響。在較暖的氣候條件下,土壤微生物對有機質的分解將加快,長此下去將造成地力下降。在高CO2濃度下,雖然光合作用的增強能夠促進根生物量的增加,在一定程度上可以彌補土壤有機質的減少,但土壤一旦受旱后,根生物量的積累和分解都將受到限制。這意味著需要施用更多的肥料以滿足作物的需要。干旱加劇后,植被減少,表土易沙化,使得耕地易受風蝕,遇到大風襲擊時,將產生沙塵暴; 而一旦受到暴雨沖刷,又會造成嚴重的水蝕。
  溫室效應引起農業水資源不足。氣溫升高, 地表的蒸散量將大幅度上升。由于CO2增加將導致氣溫升高,能使作物生長期的長度縮短,作物需水量減少。溫度升高, 又使作物蒸騰作用旺盛, 作物需水量增大, 兩者互補的結果, 最終作物需水量是增加的, 這對于水資源不足的地區, 可能加劇干旱的危害程度。
  溫室效應導致農業成本和投入大幅度增加。二氧化碳濃度增加,雜草的生長也會加快,雜草增多,增加了農民除草的成本投入。氣溫升高,影響到了土壤的肥效,意味著需要施用更多的肥料以滿足農作物的需要,而化肥施用量的增加,會使農業投入和生產成本提高,還會影響到環境和土壤。因此,氣候變暖導致的化肥施用量的增加,不僅會增加農業成本和投入,其還會對農業生態環境造成的不利影響。
  三.北冰洋冰川融化對全球貿易的影響
  圖三:全球貿易的主要航運線路
圖三:全球貿易的主要航運線路
  數據來源:公開消息,中信建投期貨
  亞洲到地中海的航線是全球最繁忙的三大航線之一,中國遠洋貨物往歐洲的通道大多是經過南海--通過馬六甲海峽---進印度洋---過埃及蘇伊士運河---抵達地中海,這是最主流的中歐貿易航線,但馬六甲海峽和蘇伊士運河買路錢的成本一直不低(二戰時代馬六甲的意義就已經被凸顯了,此外臺灣的重要意義也在于其臺灣海峽)。一艘貨輪從上海去歐洲在蘇伊士運河開通以前需要繞好彎角,耗時29天,經蘇伊士運河耗時22天,但是實際地球上還隱藏著一條航線——北極航線,到歐洲的通行距離大幅縮減,耗時可以降至15天,北極航線優勢可見一斑。(航程縮短三分之一,單趟燃油成本節約40%,船體外部溫度越低,船用渦輪內燃機的熱機效率更高)這將是全球航運事業的重大利好,避免了馬六甲和蘇伊士的關卡也同樣是件好事,而中國通過白令海峽卻能相對順暢,畢竟有一邊是俄羅斯。擺在海運公司面前的最大障礙是北極航線的浮冰(當前北極的海繪圖還在總面積的20%以內),因此鮮有保險公司愿意對船只承保,但一旦冰川大面積消融,that isanother story。
  圖四:北極航線和常規航線對比示意圖
圖四:北極航線和常規航線對比示意圖
  數據來源:百度百科,中信建投期貨
  早在2008年,北極的海冰就已經有了較為明顯的萎縮,俄羅斯延安的冰層已經不與陸地連接,加拿大北部群島之間已經解凍,目前已經有一定的通航條件。2010年科羅拉多大學國家冰雪數據中心曾經用超級計算機模擬推算過結果,2030年9月份北冰洋冰層全部消失,推算的最晚時間是2050年。從船運公司的經營上看,只要一年能有6個月左右的時間同行就有利可圖。還需要提到的是冰層的融化可能進一步的加速:1、俄羅斯對遠東凍土層天然氣和礦物的開采,進一步的釋放出了甲烷這個溫室氣體。2、北極浪潮規模還在不斷增加,涌浪是風的空氣動能向海水內能的轉化過程,在凝固點附近,流速加快也將阻礙海水的結冰,而冰面的消融又會反過來加速海浪的形成。新的航線形成之后,物流成本有望大減,而中國的一帶一路建設也將迎來利好。
  四.未來氣候變遷與周期輪回
  天氣是影響農產品產量和價格的一個重要因素,關注極端異常天氣發生的原因和影響,加強對于相關知識的學習,可以在一定程度上減少農業成本投入。對于太陽黑子的異常活動,可以關注相關研究預測規律,改善農業生態環境。針對全球變暖對農業發展產生的不利影響,選育和推廣適應全球變暖的農作物新品種。
  對于未來全球變暖的趨勢爭論從未停歇,小冰河期是否能抵消溫室氣體的作用,讓地球再迎極寒?回答這個問題前,先看另一個問題,“氣溫隨二氧化碳水平上升的程度以及過去150年的氣候變暖——迄今只有0.8攝氏度——有多少歸因于人類溫室氣體排放,有多少歸因于自然變化?”跟地球自身的冷熱周期(特別當太陽黑子周期與地日軌道周期疊加時)相比,人類活動的影響或太過于微小。
   問世間,周期何物,直教生死相許?天南地北雙飛客,老翅幾回寒暑?萬歷恨,天王苦,就中更有癡兒女。君應有語,渺萬里星空,千里冰洋,只影向誰去?黑子陌,看盡萬古光影,斜日須臾華明。人生能得幾歡笑,須傾英雄濁淚。天地妒,未信與,幽夢江山俱黃土。千秋輪回,淚眼花不語,半隨流水,半入塵埃。雖萬千人吾往矣。悄立雁門,絕壁無余字。
  參考資料:
  1. 太陽活動對天氣氣候的影響;陳建,胡世巧
  2. 溫室效應對氣候和農業的影響;高素華潘亞茹;(國家氣象局氣象科學研究院)
  3. 多年代氣候預估中太陽黑子的作用;趙宗慈,羅勇,黃建斌
  4.溫室效應加劇對農業的影響及其對策;邢勇;太原師范學院生物學系

  5.政經文史談(在貴州吃臘肉)、一個男人在流浪在知乎上的評論

  作者姓名:田亞雄      投資咨詢從業證書號:Z0012209

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