全球气候对农产品影响的轮回与变迁

2020/4/17 10:53:32点击:

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  信息的可获得性在互联网时代快速提高,但遗憾的是公众对事物的认知深度却没有发展,反而被急功近利抢热点,赚取流量的浅层思考带偏了方向,或是公众认知具有选择性的不断筛选符合其逻辑口味的信息,做出类应激性的判断结果。最终,在信息的爆炸中迷失。我们一直有个纯粹的乌托邦式希望——CFC农产品只是一群好奇大脑堆积的思维网络,只是碰巧遇到了农产品和金融衍生品的范畴,希望能长期站在少数人的立场,还你一个经得起推敲的真相,并顺带时不时牵扯出合乎逻辑的交易方向。
  本文核心要讲的是由2018年的超级大旱牵扯出的关于全球气候变迁的影响因子,及其变化规律和对农产品、全球生态、世界贸易流向的影响路径。而这些因子中必然包括一些讳莫如深、晦涩难懂的指标,比如全球变暖、太阳黑子、地转平衡、极地冰盖面积、温室气体,小冰河期等,而这些也恰是尼诺指数、低温度积温、降雨距平等影响农产品产量指标的底层驱动。
  今年北半球升温异常显著,且极端变化多发于高纬度地区,“被淹死的北极熊”、“格林兰群岛冰川融化”、“北极惊现森林大火”和“32摄氏度的北极夏天”正不断的牵动着网络阅读主力们猎奇的心态和对气候无常的担忧。但作者遗憾的是,能看到的报道都是叙事性的带有PS效果的照片和生动的惊叹文字留下的谜面,鲜有掷地有声、针砭时弊成因追踪和天气后市展望,更别提此处对农产品的影响,遂成此文。
  异常天气,例如暴雨,干旱,低温,通常会导致农作物减产,质量受损,对于牲畜的养殖也会造成一定的影响,甚至会导致牲畜爆发严重的疫情。另一方面,异常天气也会对交通运输带来严重影响,提高运输成本,提高了农产品价格,影响供需平衡,在供给远小于需求的预期下,农产品价格存在强烈的上涨动能,这也为相关上市公司带来投资机会。对于农产品造成主要影响的因素一个是暴雨低温等极端天气,研究表明,极端天气的发生往往与太阳黑子的异常有关;另一个影响因素则是全球变暖。
  一.异常天气发生的原因—-太阳黑子的异动
  太阳的表面温度较高,通常有6000℃左右。在太阳燃烧的过程中,会产生局部的温度不均匀,其中低温的区域看上去像深色的斑点,这个斑点通常就是太阳黑子。太阳黑子的活动周期一般为11年,在太阳黑子活跃的年份,地球的磁场会受到强烈影响,太阳活动爆发的可能性也随之加大,降雨,冰冻等极端天气频发。研究地震的科学工作者发现,太阳黑子数目增多的时候,地球上的地震也多。地震次数的多少,也有大约11年左右的周期性。植物学家也发现,树木的生长情况也随太阳活动的11年周期而变化。黑子多的年份树木生长得快;黑子少的年份就生长得慢。黑子数目的变化甚至还会影响到我们的身体,人体血液中白血球数目的变化也有11年的周期性。太阳黑子延长极小期是179-200年,而且潮汐极大期、太阳黑子延长极小期和全球低温有很好的对应关系。
  太阳黑子活跃时,影响地球磁场,地球磁场在与大气相互作用的过程中,引起地球自转速度发生改变,导致大气环流和海洋环流变化,最终影响到气候。气候的变化又对农作物的生长产生影响。太阳黑子活动对气候的影响主要可以归纳成以下三种可能途径:
  第一种,通过改变大气电离度来改变气候。高纬大气电离度的增强将导致大气经向环流增强,这将使得大气的南北交换更加频繁,从而引起全球云层和降水增多。
  第二种,通过热辐射影响气候。太阳活动增强会导致大气吸收的辐射量增多,进而导致臭氧量及其分布发生变化。臭氧量的变化直接依赖于紫外辐射,它引起的平流层热状况变化必将引起平流层温度场的变化。通过波动作用,对流层大气的环流也将发生改变,最终引起气候的变化。
  第三种,通过地磁场的变化来改变气候。地磁场的变化会引起地球内部流动的改变和一系列耦合过程,然后引起地球自转速度的改变,通过大气和海洋角动量的交换将导致大气和海洋环流发生变化,最终影响气候。
  1.太阳黑子和尼诺周期
  黑子会引起地球上气候的变化。100多年以前,一位瑞士的天文学家就发现,黑子多的时候地球上气候干旱;黑子少的时候气候潮湿,暴雨成灾。当太阳黑子数极少,从太阳发出的主要成分为电子和质子的太阳风最弱,这时就会有更多的高能宇宙线轰击地球的大气,在地球大气内产生比常年多的带电粒子的簇射,这些簇射将形成雨云的初始态,也将使当地的气温发生异常变化。因此从这个角度上看,太阳黑子周期能够解释尼诺周期,我国的著名科学家竺可桢也研究出来,凡是中国古代书上对黑子记载得多的世纪,也是中国范围内特别寒冷的冬天出现得多的世纪。
  赵小娟等对秦岭南北旱涝灾害诱灾因子的研究发现关中陕南地区旱涝指数与太阳黑子呈正相关,大致上呈11 年周期左右。赵娟等应用小波分析,研究了太阳黑子活动与北京地区降水的关系,认为太阳黑子活动与北京地区年降水量密切相关。
  由下图可以看出,太阳黑子的数目多寡与全球作物产量的高低存在着对应关系。在太阳黑子相对数目较多的年份,如2015年,2003年,大豆小麦棉花产量在极小值位置。因太阳黑子数目增多时,天气灾害发生的频率较高,极端天气较多,例如暴地震等爆发,引起作物产量减少。在太阳黑子相对数目较少的年份,如2008年,2009年,小麦棉花产量处于极大值。
  图一:太阳黑子周期与农产品单产
图一:太阳黑子周期与农产品单产
  数据来源:公开消息,中信建投期货,USDA
  2、始于万历年间的人类浩劫——冰河期
  “……上年水灾,胡地尤甚,饥寒已极,老弱填壑,奴酋令去觅食。”
                          ——《李朝实录·光海君日记》万历四十五年二月戊申
  太阳黑子对农产品的影响还有另一个路径,当太阳内部核聚变减少,太阳黑子和热辐射同时大量减少,这虽然会给地球带来降雨,但全球气温可能较大幅度的下降,这个现象有个更为人所知的名字——孟德极小期,即小冰河期。曾有学者指出最近一次的小冰河期在1550-1650年间,这100年被史学家称作“动荡的百年”,发生了中国明朝的由盛转衰,英西30年战事,法国国内200多次起义,这些事件都有一个共同的起因——饥荒。太阳黑子周期跟人类历史进程带有玄幻色彩的绑定逻辑就出于此处。
  在那次的冰河期,北半球的中纬度地区(北纬30~60度)的年平均气温,比现在(以20世纪后半叶年平均气温为准)大约低1度;北半球的高纬度地区的年平均气温,比现在大约低1~1.5度;南北极圈比现在低1.5~2度,都是看似很微弱的变化,但是考虑到这是整个地球的气温变化,不可小视。(作为比较,自有人类活动产生二氧化碳气体的150年来的全球变暖也仅有0.8摄氏度)。农产品生长依赖太阳发出的光和热,光照是农作物进行光合作用的能量来源,而温度影响农作物的生理生化过程,包括光合作用、呼吸作用和蒸腾作用。积温降低的环境下,农产品单产下降明显,而在当时的15世纪游牧民族对农作物产量更为依赖。当粮食短缺,战火和迁徙就难以避免,这或许也是努尔哈茨率领女贞部落南下侵虐的一大主因。
  图二:2000年以来全球温度距平统计
图二:2000年以来全球温度距平统计
  数据来源:公开消息,中信建投期货
  值得注意的是,“小冰河期”距离当下并不遥远,观测专家气象学家Paul Dorian 曾在2010左右警告,太阳无黑子状态出现的次数可能会越来越频繁,可能好几个月的时间内,都不会出现太阳黑子,而黑子数到达极小期谷底的时间,可能落在 2019 年至 2020 年间,也就是说,距离到达极小期的这段期间,太阳将会不断出现无黑子状态。Dorian 认为,以历史观测记录来看,太阳活动极小期的持续时间若过长,可能导致地球大气层最下层、也就是对流层的气温下降,直接影响到身处对流层的我们,导致全球进入“小冰河期”。而若与太阳黑子数到达极小期谷底的时间吻合,那么“小冰河期”发生的时间最快可能就在 2019 年。
  无独有偶,瓦伦蒂娜•扎尔科夫教授及其研究团队在某次英国国家天文会议上介绍了他们研发的太阳活动周期新模型,该模型关注太阳两个层面——一个靠近太阳表面,另一个深入太阳的对流区——的发电机效应,预测到太阳活动将在2030年左右减少60%,届时地球将很 有可能进入“小冰河期”。扎尔科夫的研究发现,在太阳活动的第25周期(该周期的太阳活动在2022年达到峰值),被列为观测对象的太阳两个层面的电磁波开始相互抵消;进入第26周期(2030年至2040年)后,这两个层面的电磁波变得完全不同步,导致太阳活动剧烈减少。扎尔科夫说,“它们的相互作用是极具破坏性的,近乎相互彻底抵消。我们预测这将引发与‘蒙德极小期’相同的效应。”公元1645年至1715年是蒙德极小期,在此期间太阳活动非常衰微,持续时间长达不可思议的70年。据英国当时的文献记载,在那个时期寒冷的冬季,英国大部分河流都冻结了,当代油画显示人们甚至能够穿着旱冰鞋横穿泰晤士河!在未来的2020-2030年间,冰河季一旦发生,对农产品的产量将带来不小的挑战。届时温室气体或反而成为抵御全球变冷的依托。
  3、地日距离周期——周天王信奉的甲子
  “在世界经济周期运动中最长的周期是康德拉季耶夫周期,它一个循环是60年一次。大家知道60年就是一个人的自然寿命是60年,中国讲60甲子,循环一次就是一个康德拉季耶夫周期。它分为回升、繁荣、衰退、箫条。主宰地球的规律是太阳规律,太阳黑子周期的循环就是55年到60年最长循环,20年一个海尔循环,20年当中包含来个10年的施瓦贝循环,然后包含数个厄尔尼诺循环,所以厄尔尼诺就是经济中的库存周期。我后来研究完这条东西之后,越来越觉得宿命论是可行的,用你的生辰算命是有依据的,以后我用经济周期理论可以推导出类似的结果。我后来发现,不管是算命还是经济周期理论遵循的都是天文学规律。宿命论一定是有道理的。当然也许我们无法解释为什么有道理,但是一定是其中有内在的联系。”      
                             —— 周金涛  原中信建投首席经济学家
  第四纪冰期和间冰期的转换遵循米兰科维奇的天文冰期理论具有2-4-10万年的地球轨道周期分别为近日点近动周期、黄赤交角周期和地球轨道偏心率变化周期。中国气象科学研究院任振球发现,太阳系四颗巨行星木星土星、天王星、海王星的力矩效应在近千年来呈现相当稳定的准60年周期变化。(这个地日周期也常出现于中信建投首席经济学家周金涛的论断中)
  在本世纪内,这种周期性变化与全球尤其是北半球气温变化的间隔时间相当一致。比如本世纪初1901年地球懂知识的公转半径延长了94万公里相当于日地距离的0.6%,气温快速降低,而在30多年后1940年地球冬至时公转半径缩短了76万公里,气温显著提高。而在后期的1970年,2000年这个规律仍在周而复始的运行。预计在2020年前后,地球冬至时刻公转半径将变为极大值,气温或进入相对冷期。
  二.温室效应对农产品的影响途径
  近年来全球变暖,温室效应越来越引起人们的关注,对于农业的影响也愈发严重。温度反常对于作物正常的生长周期造成了一定的干扰,在一定程度上改变了农业生产条件和生长结构,必然影响到农产品的产量以及价格变化。需要相应的调整农业结构和布局,改革种植制度。
  什么是温室效应:因为有二氧化碳、甲烷、臭氧、水蒸气等所谓温室气体的存在太阳主要发出短波辐射。白天太阳辐射抵达地球后,除了被反射回太空和被大气吸收外,大约还有一半的能量会被地球表面吸收。陆表增温后将向外发出长波辐射,由此形成的热量大部分会被大气中的温室气体吸收,大气温度因此提高。另外,大气除了吸收太阳释放的电磁波以及地球的热辐射外,也会由地面的显热和潜热通量接收到能量。大气增温后会往上方及下方辐射能量,部分往下方辐射的能量是由地表吸收的,因此地表温度会较没有大气时的地表温度要高。
  1、有利的影响
  温室效应利于光合作用。温室气体中的CO2浓度升高,对作物光合作用有利, 可以提高植物的光合作用速率,其结果有助于作物生长,等于根外施肥。CO2浓度增加会减少农作物对水分的需求,作物用水效率都将提高。
  温室效应延长了农作物的生长期。 气候变暖会导致积温增加和农作物的生长期延长,将使中纬度地区农作物的适宜生长季的开始日期提早和终止日期推迟,这些地区农业生产的生长季将有所延长。气候变暖将使世界主要粮食带向极地扩展,并且扩展的速度是年平均气温每提高1℃,北半球中纬度地区的农作物等将向北推进150公里-200公里,会使较为寒冷的高纬度地区的农作物生长期延长,产量相应增加。对无限生长习性或多年生作物有利; 而对生育期短的栽培作物来说又是不利的,因为温度高而使作物的发育速度加快,生育期缩短,生物量减少,可能会抵消全年生长期延长的效果。温室效应有利于减轻冬季的冻害。
  2、不利的影响
  温室效应会降低农作物的营养价值。论文主要作者、美国哥伦比亚大学气候系统研究中心环境科学家德尔芬·德里格表示,虽然二氧化碳会增加某些农作物产量,但另一方面会降低其营养价值,减少农作物中锌、铁和蛋白质等营养物质含量。温度升高会限制作物生产,影响玉米、大豆、高梁、谷子等的种植和产量,水稻、棉花的生育也受到强烈抑制。
  温室效应会降低农作物的品质。在高浓度CO2的情况下,用更少的N肥即可生产出与今天等量的农产品,因为作物所吸收的C将增加,而吸收的N则减少,体内C/N比增高,蛋白质含量下降,因而作物品质下降。实验结果显示,在CO2浓度倍增条件下, 大豆氨基酸和粗蛋白含量分别下降2. 3% 和0. 83% ; 冬小麦籽粒粗蛋白和赖氨酸分别下降12. 8% 和4%。这样人类人均粮食消费量可能要增加,否则不足以满足自身的营养需求。
  温室效应会加重农业病虫害。温室效应降低了农作物的品质,因此农业害虫可能也要摄取更多的植物才能满足其营养需求,虫害可能加重。农作物害虫的分布、生长发育、繁殖等与温度条件密切相关,全球变暖会改变农作物害虫的地理分布,低温会使农作物害虫的分布范围受到一定限制,而一旦气温增高,就会使这些农作物害虫的分布范围扩大,从而使农作物的生长发育受到影响。害虫增多,生长季节延迟,将会加重农作物的受害程度,增加粮食减产幅度。
  温室效应对农田基质的影响。在较暖的气候条件下,土壤微生物对有机质的分解将加快,长此下去将造成地力下降。在高CO2浓度下,虽然光合作用的增强能够促进根生物量的增加,在一定程度上可以弥补土壤有机质的减少,但土壤一旦受旱后,根生物量的积累和分解都将受到限制。这意味着需要施用更多的肥料以满足作物的需要。干旱加剧后,植被减少,表土易沙化,使得耕地易受风蚀,遇到大风袭击时,将产生沙尘暴; 而一旦受到暴雨冲刷,又会造成严重的水蚀。
  温室效应引起农业水资源不足。气温升高, 地表的蒸散量将大幅度上升。由于CO2增加将导致气温升高,能使作物生长期的长度缩短,作物需水量减少。温度升高, 又使作物蒸腾作用旺盛, 作物需水量增大, 两者互补的结果, 最终作物需水量是增加的, 这对于水资源不足的地区, 可能加剧干旱的危害程度。
  温室效应导致农业成本和投入大幅度增加。二氧化碳浓度增加,杂草的生长也会加快,杂草增多,增加了农民除草的成本投入。气温升高,影响到了土壤的肥效,意味着需要施用更多的肥料以满足农作物的需要,而化肥施用量的增加,会使农业投入和生产成本提高,还会影响到环境和土壤。因此,气候变暖导致的化肥施用量的增加,不仅会增加农业成本和投入,其还会对农业生态环境造成的不利影响。
  三.北冰洋冰川融化对全球贸易的影响
  图三:全球贸易的主要航运线路
图三:全球贸易的主要航运线路
  数据来源:公开消息,中信建投期货
  亚洲到地中海的航线是全球最繁忙的三大航线之一,中国远洋货物往欧洲的通道大多是经过南海--通过马六甲海峡---进印度洋---过埃及苏伊士运河---抵达地中海,这是最主流的中欧贸易航线,但马六甲海峡和苏伊士运河买路钱的成本一直不低(二战时代马六甲的意义就已经被凸显了,此外台湾的重要意义也在于其台湾海峡)。一艘货轮从上海去欧洲在苏伊士运河开通以前需要绕好弯角,耗时29天,经苏伊士运河耗时22天,但是实际地球上还隐藏着一条航线——北极航线,到欧洲的通行距离大幅缩减,耗时可以降至15天,北极航线优势可见一斑。(航程缩短三分之一,单趟燃油成本节约40%,船体外部温度越低,船用涡轮内燃机的热机效率更高)这将是全球航运事业的重大利好,避免了马六甲和苏伊士的关卡也同样是件好事,而中国通过白令海峡却能相对顺畅,毕竟有一边是俄罗斯。摆在海运公司面前的最大障碍是北极航线的浮冰(当前北极的海绘图还在总面积的20%以内),因此鲜有保险公司愿意对船只承保,但一旦冰川大面积消融,that isanother story。
  图四:北极航线和常规航线对比示意图
图四:北极航线和常规航线对比示意图
  数据来源:百度百科,中信建投期货
  早在2008年,北极的海冰就已经有了较为明显的萎缩,俄罗斯延安的冰层已经不与陆地连接,加拿大北部群岛之间已经解冻,目前已经有一定的通航条件。2010年科罗拉多大学国家冰雪数据中心曾经用超级计算机模拟推算过结果,2030年9月份北冰洋冰层全部消失,推算的最晚时间是2050年。从船运公司的经营上看,只要一年能有6个月左右的时间同行就有利可图。还需要提到的是冰层的融化可能进一步的加速:1、俄罗斯对远东冻土层天然气和矿物的开采,进一步的释放出了甲烷这个温室气体。2、北极浪潮规模还在不断增加,涌浪是风的空气动能向海水内能的转化过程,在凝固点附近,流速加快也将阻碍海水的结冰,而冰面的消融又会反过来加速海浪的形成。新的航线形成之后,物流成本有望大减,而中国的一带一路建设也将迎来利好。
  四.未来气候变迁与周期轮回
  天气是影响农产品产量和价格的一个重要因素,关注极端异常天气发生的原因和影响,加强对于相关知识的学习,可以在一定程度上减少农业成本投入。对于太阳黑子的异常活动,可以关注相关研究预测规律,改善农业生态环境。针对全球变暖对农业发展产生的不利影响,选育和推广适应全球变暖的农作物新品种。
  对于未来全球变暖的趋势争论从未停歇,小冰河期是否能抵消温室气体的作用,让地球再迎极寒?回答这个问题前,先看另一个问题,“气温随二氧化碳水平上升的程度以及过去150年的气候变暖——迄今只有0.8摄氏度——有多少归因于人类温室气体排放,有多少归因于自然变化?”跟地球自身的冷热周期(特别当太阳黑子周期与地日轨道周期叠加时)相比,人类活动的影响或太过于微小。
   问世间,周期何物,直教生死相许?天南地北双飞客,老翅几回寒暑?万历恨,天王苦,就中更有痴儿女。君应有语,渺万里星空,千里冰洋,只影向谁去?黑子陌,看尽万古光影,斜日须臾华明。人生能得几欢笑,须倾英雄浊泪。天地妒,未信与,幽梦江山俱黄土。千秋轮回,泪眼花不语,半随流水,半入尘埃。虽万千人吾往矣。悄立雁门,绝壁无余字。
  参考资料:
  1. 太阳活动对天气气候的影响;陈建,胡世巧
  2. 温室效应对气候和农业的影响;高素华潘亚茹;(国家气象局气象科学研究院)
  3. 多年代气候预估中太阳黑子的作用;赵宗慈,罗勇,黄建斌
  4.温室效应加剧对农业的影响及其对策;邢勇;太原师范学院生物学系

  5.政经文史谈(在贵州吃腊肉)、一个男人在流浪在知乎上的评论

  作者姓名:田亚雄      投资咨询从业证书号:Z0012209

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