[英國] M.穆里根

氣候變化對非洲旱地及進(jìn)出口商品流動的影響

[英國] M.穆里根

運(yùn)用“水世界政策支持系統(tǒng)”，結(jié)合全球商品流動數(shù)據(jù)庫，研究AR4 SRES氣候變化預(yù)設(shè)情景對非洲旱地和商品流動的影響。研究結(jié)果表明，非洲旱地降水變化甚至是微小氣溫變化，都可能會對局部和全球的食品-水供應(yīng)產(chǎn)生重大影響。氣候變化的地理分布與供應(yīng)鏈相關(guān)的氣候變化分布對比結(jié)果顯示，受氣候變化影響的食品-水供應(yīng)不僅會影響旱地局部人口，而且世界各地依賴于該旱地商品供應(yīng)的人口均會受此影響。

氣候變化；旱地；商品流動；影響研究；非洲

1 前 言

眾所周知，大氣溫室氣體濃度增加會影響許多國家的氣候，所有國家的氣溫都會上升，有些國家降雨量增加，而有些則會減少。降雨變化可能對這些國家的食品-水-能源條件產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。這些變化對人口稠密的干旱國家的影響尤為明顯，因為其氣候已處于臨界狀態(tài)，農(nóng)業(yè)系統(tǒng)水資源短缺。

為緩解干旱或氣候年際變化的影響，許多國家提高了海外食品進(jìn)口比例。氣候變化導(dǎo)致部分國家的糧食和供水的安全性提高，而有些國家安全性則降低，但所有國家都會發(fā)生改變，因為局部生產(chǎn)力和全球市場對這些變化會做出反應(yīng)。糧食短缺國家食品依賴進(jìn)口，或其農(nóng)業(yè)由外商直接投資，其未來也取決于氣候變化對食品-水可利用量的影響程度。因此，未來所有國家的食品安全取決于氣候變化對局部食品-水的影響，也包括這些國家所依賴的供應(yīng)鏈的供應(yīng)端。

2 目 標(biāo)

本文使用“水世界政策支持系統(tǒng)”和全球商品流動數(shù)據(jù)庫，研究AR4 SRES氣候變化預(yù)設(shè)情景對非洲旱地及其出口商品流動的影響。假設(shè)非洲旱地氣候變化將導(dǎo)致支撐商品向多國流通的水資源可利用量發(fā)生改變，根據(jù)預(yù)測氣候變化的地理分布相關(guān)的商品產(chǎn)地的地理分布差異，對商品和國家造成的影響是不同的。因此，本研究首次繪制非洲未來氣候地圖，并說明氣候在局部和全球商品供應(yīng)鏈中對食品-水和能源的影響。

水世界模型是一個復(fù)雜的水平衡模型，它能模擬氣候變化預(yù)設(shè)情景對世界任何地區(qū)基礎(chǔ)水平衡的影響。2013年，學(xué)者穆里根提供了模型使用說明和輸入數(shù)據(jù)集。水世界模型使用與WorldClim氣候基準(zhǔn)相關(guān)的三角法，將分辨率縮小到1 km，將其基本氣候條件同SRES A2a氣候方案進(jìn)行對比。SRES A2a預(yù)設(shè)情景代表的是氣溫上升較快，1990～2100年間上升3.50 ℃。將該預(yù)設(shè)結(jié)果作為小范圍大氣環(huán)流模式(GCM)下輸出的月氣溫和月降雨量。由于多數(shù)GCM只提供每月氣溫和降水的變量，所以只對這些變量進(jìn)行研究。因為只需對降雨變化進(jìn)行研究，所以模型中假設(shè)全球商品流量、人口和土地利用均維持在基礎(chǔ)水平附近。對于非洲，1 km的分辨率意味著對每幅地圖進(jìn)行7 800萬像素以上的計算。盡管存在挑戰(zhàn)，但考慮到復(fù)雜和詳細(xì)的地理格局、農(nóng)田輪番耕作、草地、旱地氣候、氣候?qū)r(nóng)業(yè)的重要性，這一空間劃分水平是很重要的。盡管研究區(qū)域是整個非洲大陸和離島，但關(guān)注的重點是非洲旱地。

3 非洲旱地分布的重新調(diào)查

根據(jù)雨量或雨量蒸發(fā)量比值(P/PET)對旱地進(jìn)行分類。先將非洲這些標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)與提供備選評估旱地分布的新指標(biāo)進(jìn)行比較。相比季節(jié)性指標(biāo)，年度總指標(biāo)更受到關(guān)注。最干旱土地是關(guān)注的重點，根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署的分類，干旱分為“超級干旱”和“干旱”，依據(jù) WorldClim降雨數(shù)據(jù)，年雨量小于300 mm屬于干旱。以此得到非洲旱地的分布，面積總計約1 500萬km2。如果使用聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署1997年定義的干旱指標(biāo)(P/PET<0.2)，則干旱面積為1 600萬km2，旱地進(jìn)一步延伸到了非洲西南部和非洲之角。

通常使用前者對氣候干旱進(jìn)行測量，目前尚未看到有人使用云頻率進(jìn)行測量。云頻率可能與干旱有關(guān)，較低云頻率意味著降雨概率更小，而相應(yīng)的太陽直射負(fù)荷更高。用MOD35云產(chǎn)品來評估每l km像素上所觀測到的云量。研究云量不足30%的區(qū)域的觀測結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，北非、撒哈拉、撒哈拉以南非洲，其標(biāo)準(zhǔn)干燥指數(shù)與云量呈類似分布，但在非洲南部、馬達(dá)加斯加西南部、肯尼亞和坦桑尼亞有顯著的延伸，延伸后總面積為1 700萬km2。

干旱地區(qū)土地生物潛能低，但是在有上游來水，進(jìn)行大量灌溉或較大霧水等補(bǔ)償性環(huán)境條件下，土地生產(chǎn)力不會下降。還可通過植物自身生產(chǎn)力評估來表征真正的旱地。2009年，穆里根提供了一個全球干物質(zhì)平均生產(chǎn)力數(shù)據(jù)集，系列為1998～2008年，長達(dá)11 a。干物質(zhì)生產(chǎn)力代表生物量每日固定的生長量。研究結(jié)果顯示，干物質(zhì)生產(chǎn)力水平同標(biāo)準(zhǔn)干旱指數(shù)分布(覆蓋面積大約1 700萬km2)明顯相似。本文將繼續(xù)使用標(biāo)準(zhǔn)干旱指標(biāo)，氣候上定義的旱地可能并不是水文意義上或生產(chǎn)能力方面的干旱。

3.1 非洲干旱與水-食品-能源間的關(guān)系

對旱地區(qū)域內(nèi)用于糧食生產(chǎn)(包括農(nóng)田和牧場)、水和能源供應(yīng)(如建壩后形成的庫區(qū))的土地分布，以及需要提供食品、飲用水和能源的當(dāng)?shù)鼐用駭?shù)量展開了調(diào)查。2008年，拉瑪古迪等學(xué)者，將農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)與衛(wèi)星映射土地利用的土地覆蓋數(shù)據(jù)相結(jié)合，繪制出農(nóng)田和牧場分布圖，這是自2000年以來對全球農(nóng)業(yè)展開的唯一一次全面研究。研究結(jié)果顯示，非洲干旱地區(qū)農(nóng)田面積270萬km2(占非洲總面積的8.9%)，人口1.1億(占非洲總?cè)丝诘?3%)。人口依據(jù)2007年使用LandScan全球人口數(shù)據(jù)庫計算而得。這是能獲得的最詳細(xì)的全球人口數(shù)據(jù)庫。

非洲干旱區(qū)牧場面積達(dá)690萬km2(占總面積的23%)，人口1.185億(占非洲總?cè)丝诘?4%)。非洲旱地中，約290萬km2為庫區(qū)，用于供水或水力發(fā)電。該集水區(qū)多數(shù)區(qū)域干旱嚴(yán)重。

3.2 非洲旱地的氣候變化

氣候變化將直接影響本國的年總降水量和年均溫度變化，還間接影響鄰國，甚至對依賴進(jìn)口糧食、食品及水資源和能源的邊遠(yuǎn)地區(qū)帶來影響。根據(jù)已有資料，目前非洲旱地向中東和北非地區(qū)出口重要的糧食、食品、水資源及能源。此外，在非洲旱地的眾多海外直接投資商承諾，將在高收入國家無生產(chǎn)力的旱地的食品-水-能源需求與低收入國家有生產(chǎn)力的旱地的供應(yīng)之間建立更加緊密的聯(lián)系。降水對糧食和水資源直接造成重大影響，其變化應(yīng)引起重視。同時也考慮了氣溫變化的影響，但鑒于諸多不確定性，本研究不能對特定農(nóng)作物的生長和多變量下氣候變異做全面分析。

3.3 非洲旱地各流域的氣候變化

SRES A2a 2050s 預(yù)設(shè)情景由5個GCM模塊組成，包括CCCMA_CGCM31、CSIRO_MK30、IPSL_CM4、MPI_ECHAM5 和UKMO_HADCM3。A2a是SRES高排放源預(yù)設(shè)情景，預(yù)測到2100年全球升溫超過3℃。按流域和國家對非洲旱地年均氣溫和年總降水量的內(nèi)部變化情況展開了研究。從流域?qū)用鎭砜?，預(yù)測整個地區(qū)旱地溫度將增加l～3℃，流域內(nèi)氣溫上升最高的為“北部內(nèi)陸”和“南部內(nèi)陸”流域。大部分非洲旱地流域降雨量增加，少部分流域減少。降雨量顯著增加的流域包括整個北部內(nèi)陸旱地、東北海岸、東非大裂谷、雪貝利(Shebelli)和朱巴(Juba)。尼羅河流域旱地降雨量屬中度增長。

從國家層面來看，旱地地區(qū)氣候變暖最強(qiáng)烈的是阿爾及利亞、馬里和博茨瓦納，降水增加最多的是阿爾及利亞、毛里塔尼亞、埃塞俄比亞、肯尼亞和索馬里，而降水減少最多的則是莫桑比克、安哥拉、尼日利亞和喀麥隆。

對于非洲地區(qū)，由WorldClim獲得的像素級長系列年均溫度和衛(wèi)星氣候觀測到的長系列年總實測蒸發(fā)量(E)之間，存在弱相關(guān)關(guān)系。研究發(fā)現(xiàn)，較高的氣溫確實在空間上對應(yīng)更高的實測E，氣溫平均升高1℃，導(dǎo)致E增加19 mm。這意味著全球氣溫上升1 ℃～3 ℃，可導(dǎo)致E每年最大上升60 mm。這明顯小于多數(shù)非洲區(qū)域所預(yù)測的降雨增加量。理想情況下，可以對整個非洲進(jìn)行水世界水平衡模型模擬，檢查氣候變化對水平衡的影響(包括對E、霧輸入和融雪的影響)。由于這在大陸尺度上是做不到的，而降雨量變化在氣候變化中顯然占主導(dǎo)地位(與E相比)，所以僅對降雨進(jìn)行研究。

3.4 GCM不確定性

使用5個GCM模塊，有助于管理不同模型之間的顯著不確定性，但研究結(jié)果完全取決于所使用的氣候情景和GCM，反映了預(yù)測變化的中心趨勢。GCM單個模型結(jié)果可能遠(yuǎn)離中心趨勢，不同氣候情景對應(yīng)不同的未來降雨。GCM降雨量預(yù)測結(jié)果尤其在量級、空間模式和變化方向上呈現(xiàn)不確定性。

3.5 降雨變化對非洲旱地的直接影響

對非洲旱地主要農(nóng)田和牧場未來的雨量變化及大壩集水區(qū)水資源和能源的地理分布進(jìn)行了研究。結(jié)果顯示，旱地農(nóng)田地區(qū)，降雨量每年整體增加59 mm，其中90%區(qū)域降雨增加，9%區(qū)域降雨量減少。旱地牧場年均降雨量變化為±100 mm，其中95%區(qū)域降雨量增加，5%降雨量減少。居住區(qū)(人口密度大于10人/km2)檢查結(jié)果顯示，平均降雨量仍然是增加的，其中91%區(qū)域降雨量增加，影響人口l億人，9%降雨量減少，影響人口1 700萬人。

大壩集水區(qū)降雨量變化對生活、工農(nóng)業(yè)的用電及用水產(chǎn)生影響。非洲旱地大壩集水區(qū)平均降雨量變化研究結(jié)果顯示，降雨量年均變化為+66 mm，大壩上游92%的區(qū)域降雨量增加，8%區(qū)域為減少。旱地內(nèi)各集水區(qū)平均降雨量變化高達(dá)+81 mm，其中95%區(qū)域為降雨量增加，而5%區(qū)域為減少。預(yù)測結(jié)果表明，氣候變化提高了非洲旱地農(nóng)田和牧場的生產(chǎn)力，在這些相似區(qū)域內(nèi)的大壩集水區(qū)形成更多的水資源。總之，氣候變化對以上地區(qū)水資源、食品和能源產(chǎn)生正面影響，而它與本地的、下游的和沿線供應(yīng)鏈間存在潛在的利益關(guān)系。氣候變化是否會導(dǎo)致生產(chǎn)力增加，這在很大程度上將取決于投資條件、土壤條件、土地管理、很多其他生物物理和社會經(jīng)濟(jì)因素。將非洲旱地預(yù)測條件與整個非洲氣候變化情景進(jìn)行比較，通過了解旱地氣候變化程度，反映整個大陸預(yù)測情景的變化。

4 整個非洲的降雨變化

旱地氣候變化影響反映了非洲降雨量增加的總體模式。整個非洲農(nóng)田區(qū)域年均降雨量預(yù)計增加32 mm，其中64%區(qū)域增加，36%減少。牧場年均降雨量預(yù)計增加64 mm，其中64%區(qū)域增加，36%區(qū)域減少。居住區(qū)年均降雨量增加32mm，其中70%地區(qū)增加，直接影響人口5.9億人，29%區(qū)域減少，直接影響人口2.7億人。

非洲大壩集水區(qū)每年降雨量增加33 mm，其中85%區(qū)域增加，15%區(qū)域減少。最大的盆地降雨量增加很小，與預(yù)測的ET變化近似，從而可能會抵消這些變化。預(yù)計大壩集水區(qū)降雨增加最大的為加納的艾卡索博(Akasombo)大壩系統(tǒng)，而對于位于非洲中西部和東南部的大壩，預(yù)計降雨量減少?？傮w而言，在氣候變化下，預(yù)計非洲大壩集水區(qū)每年會產(chǎn)生更多的徑流，電站發(fā)電量會因此增加。降雨量增加的季節(jié)性和強(qiáng)度很重要，尤其是如果這些變化意味著大壩集水區(qū)會產(chǎn)生更多的泥沙進(jìn)入水庫，則這可能減少庫容和損壞發(fā)電機(jī)，從而抵消了預(yù)期的發(fā)電量增加所帶來的效益。

4.1 降雨量預(yù)測

鑒于以上降雨量增加不同于先前使用其他GCM模型、預(yù)設(shè)情景和旱地定義的研究成果，本文對其他GCM效果和排放方案進(jìn)行了研究，以了解5個GCM總平均值的異常程度。研究結(jié)果顯示，最干旱地區(qū)的所有模型預(yù)測結(jié)果為降雨量增加。A1b方案不確定性更大，在過度干旱地區(qū)和非洲之角，多數(shù)GCM預(yù)測為降雨量增加，但在北非沿海為降雨量減少，在非洲西南部，多數(shù)預(yù)測為降雨量減少。根據(jù)使用的排放方案，預(yù)計旱地居住區(qū)降雨增加或減少。

4.2 非洲旱地降雨變化沿食品-水-能源供應(yīng)鏈的傳播

使用水世界供應(yīng)鏈模型來研究非洲旱地氣候變化及其對這些地區(qū)生產(chǎn)與水相關(guān)的商品間的潛在影響間的遠(yuǎn)程聯(lián)系。遠(yuǎn)程聯(lián)系是一個變量或多個變量遠(yuǎn)距離間的關(guān)系，通常有數(shù)千千米。水世界供應(yīng)鏈模型使用聯(lián)合國商品貿(mào)易(Comtrade)統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫2007～2011年間出口數(shù)據(jù)庫來描繪非洲旱地農(nóng)產(chǎn)品主要商品流。根據(jù)相關(guān)土地分布，計算出口比例。對于Comtrade中的“出口”，按國家進(jìn)行統(tǒng)計；但對于特定商品，使用支持不同商品流的土地分布進(jìn)行統(tǒng)計。使用農(nóng)田作為Comtrade中的農(nóng)作物，牧場作為Comtrade中的肉類產(chǎn)品和乳制品，農(nóng)田和牧場作為Comtrade食品，谷物作為Comtrade谷物，大壩集水區(qū)(包括“水世界政策支持系統(tǒng)”提到的露天礦山、石油和天然氣)作為電力。在本研究中，這些區(qū)域被定義為旱地。在這樣的土地分布下，根據(jù)預(yù)計的旱地年總降雨量變化，重新調(diào)整出口額。本研究得出了維持商品流動所需的基礎(chǔ)總雨量和變化方案。如果未來國家間商品流動情況與現(xiàn)狀相似，則雨量變化可能影響這些國家從旱地進(jìn)口商品的數(shù)量，通過供給變化或?qū)ふ移渌镔Y，重新配置進(jìn)口需求。假設(shè)未來降雨變化的模式和幅度都維持現(xiàn)狀，則只需關(guān)注與流域相關(guān)的氣候變化，氣候風(fēng)險的傳播是通過商品供應(yīng)鏈反映出來的。

本研究基于以下國家的商品貿(mào)易數(shù)據(jù)：阿爾及利亞、布基納法索、布隆迪、中非共和國、科特迪瓦、吉布提、埃及、阿拉伯共和國、埃塞俄比亞、岡比亞、加納、意大利、肯尼亞、馬達(dá)加斯加、馬拉維、毛里塔尼亞、納米比亞、尼日爾、尼日利亞、盧旺達(dá)、塞內(nèi)加爾、南非、西班牙、蘇丹、坦桑尼亞、多哥、突尼斯、烏干達(dá)、也門、贊比亞和津巴布韋。首先研究了當(dāng)前非洲干旱地基本降雨量，及支撐那些地區(qū)當(dāng)前不斷增長的大宗商品供應(yīng)鏈，由此得到非洲旱地現(xiàn)狀降雨情況下的主要受益國家。其次，對受益國在設(shè)想的氣候變化下會發(fā)生的各種變化展開了研究。

5 維持非洲旱地徑流的基值

5.1 全部商品

從非洲旱地到其他國家，所有商品的支持性降雨徑流量每5 a從4 900萬m3上升到377.246 765萬億m3，鄰國是主要受益者，包括非洲的北部和西部、南歐、中東、南美和澳大利亞。

然而，不同商品間降雨遠(yuǎn)程聯(lián)系存在顯著差異。食物產(chǎn)品大量流向非洲和歐洲南部，農(nóng)作物主要出口到亞洲和東歐，某些谷物主要在非洲和中東地區(qū)內(nèi)部流動。

假定乳制品和肉類都產(chǎn)自同一地點(這是由草原分布決定的)，但獲支持性水流最多的國家存在不同的商品等級，這是因為進(jìn)口國獲得肉類和乳制品的國家不同。就電力而言，給非洲和中東國家提供的降雨徑流是最多的；流至中國境內(nèi)的商品可能與中國在非洲的電力投資有關(guān)。在了解了當(dāng)前條件下非洲旱地受益于降雨支持性商品的國家后，分析了氣候變化對這些國家利益可能產(chǎn)生的影響。

5.2 所有商品的支持性降雨徑流變化

根據(jù)非洲旱地總體較高的雨量預(yù)測，其出口所有商品所需的徑流凈變化大約為9.876萬億m3，而旱地商品出口到非洲和南歐國家，所需的徑流增幅尤其高。研究結(jié)果顯示，在非洲旱地氣候變化下，幾乎所有商品出口國都有更多的支持性降雨，只有一些很小的地區(qū)降雨較少，這說明出口到這些國家的商品數(shù)量和體積均較小，這與旱地降雨減少的有限區(qū)域不謀而合。

6 討論與結(jié)論

非洲旱地所占非洲大陸面積的比例很大，農(nóng)田和牧場豐富，養(yǎng)育著當(dāng)?shù)睾艽笠徊糠志用?。氣候變化將影響非洲。這種影響可通過雨量的增加達(dá)到可利用水量的增加。與普遍認(rèn)為的情況相反，雨量增加可導(dǎo)致非洲當(dāng)?shù)匚磥砑Z食更安全，并使其成為重要的產(chǎn)糧區(qū)。這對非洲未來的發(fā)展是有利的，但降雨增加抵消了氣候變暖引起的E上升，使得GCM不確定性更加靈敏。當(dāng)進(jìn)行降雨預(yù)測時，GCM不確定性更高，所以用多模型綜合系統(tǒng)來捕獲和減少降雨預(yù)測的不確定性；但在不同的排放情景下，仍存在重大的不確定性。

通過非洲旱地商品供應(yīng)鏈可認(rèn)識到降雨增加對全球帶來的效益，商品不同，效益也不同。氣候變化對某一國家的影響，是直接影響。結(jié)合氣候變化影響，通過水-食品-能源商品供應(yīng)鏈，探索商品進(jìn)出國間的遠(yuǎn)程聯(lián)系。非洲旱地未來降雨變化引起的弊端，對全球各國將會不同。各國獲益程度取決于：①進(jìn)出口量；②非洲旱地商品出口范圍；③商品出口的路徑；④GCM預(yù)測的降雨量變化同商品流動路徑的重疊；⑤ 國家商品進(jìn)口量和氣候變化預(yù)測模式下的商品來源分布。

本研究首次繪制非洲未來氣候地圖，其中包括其對當(dāng)?shù)睾腿蚴称?水-能源供應(yīng)鏈的影響。研究結(jié)果說明了非洲旱地食品-水-能源的相對生產(chǎn)力，這一生產(chǎn)力與當(dāng)?shù)?、鄰國及遠(yuǎn)方的遠(yuǎn)程聯(lián)系的范圍以及支持生產(chǎn)力的雨量有關(guān)。本文分析了氣候變化是如何影響遠(yuǎn)程聯(lián)系的，而且在某些排放情景下，非洲有可能成為越來越重要的食品-水-能源商品來源國。其程度將取決于：①降雨量增加預(yù)測的準(zhǔn)確性；②商品分布地圖及用來表示當(dāng)前和未來商品分布的出口數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性；③本地和外國的直接投資是否能提升非洲農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力，充分利用增加的雨量，并避免土壤和其他因素對生產(chǎn)力的制約。

非洲旱地面臨巨大的氣候不確定性。非洲干旱和半干旱地區(qū)人口大約1.42億人，農(nóng)田270萬km2，牧場690萬km2。有些氣候模型預(yù)測結(jié)果表明，這些地區(qū)將會發(fā)生重大干旱；有些預(yù)測結(jié)果顯示，不會發(fā)生明顯變化；還有些預(yù)測結(jié)果則認(rèn)為會變得更加濕潤。預(yù)測的地理模式變化是復(fù)雜的。盡管所有預(yù)測結(jié)果表明，非洲旱地將會變暖，年總降水量預(yù)測結(jié)果不確定性很大，但如果檢查季節(jié)性雨量，則不確定性更大，而季節(jié)性雨量與年度總降雨量對糧食生產(chǎn)同等重要。如何把握未來氣候變化確實相當(dāng)困難，為此必須適應(yīng)未來各種氣候的變化：氣候干燥、氣候濕潤、氣候先干后濕、氣候先濕后干等。非洲旱地食品-水-能源系統(tǒng)應(yīng)該更多樣、更高效、更可持續(xù)和更連貫，水-能源-食品加工政策應(yīng)更加一體化，應(yīng)做好充分準(zhǔn)備迎接未來的挑戰(zhàn)。目前還沒有任何行之有效的預(yù)測未來氣候的方法，因此必須進(jìn)一步適應(yīng)氣候的變化。

邱訓(xùn)平 郭重汕 譯

(編輯：朱曉紅)

2016-07-20

1006-0081(2016)12-0021-04

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