陶 雯,田貴良

(河海大學(xué)商學(xué)院,江蘇 南京 211100)

大量觀測結(jié)果證實,近百年來,以全球變暖為主要特征的氣候變化已成為事實[1-2]。氣候變化的實質(zhì)不僅是反映單一要素的變化特征,同時也反映了整個氣候系統(tǒng)的變化過程,而氣候變化帶來的氣候資源的重新分配更值得關(guān)注[3]。全球變暖加劇了中緯度地區(qū)的干旱化趨勢,由于降雨減少和溫度升高的共同作用,近年來全球干旱面積擴大了一倍[4]。由于氣候變化加劇,而氣溫和降雨作為最主要的氣候要素,其時空分布模式的改變將引起水資源的時空分布發(fā)生變化[5],使得降雨周期性發(fā)生改變,對各國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)產(chǎn)生影響。尤其是降雨周期性變化對干旱區(qū)域的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)會產(chǎn)生較大的影響。

1 降雨量的最小周期與干旱地區(qū)虛擬水貿(mào)易

1.1 降雨量關(guān)于時間序列的周期性及其最小正周期的存在性

有學(xué)者指出降雨量存在變化的周期性,他將相當(dāng)均勻地散布在我國不同氣候區(qū)域的42個代表測站及我國鄰近地區(qū)有較長降雨量觀測記錄的20個觀測站連續(xù)觀測,結(jié)果表明,不同季節(jié)、不同主成分顯著周期各不相同,表明了降雨年際變化規(guī)律隨時間、地點不同而改變的復(fù)雜特點。但是, 在另一方面, 各季各主成分方差譜估計值達顯著標(biāo)準的頻率又有相對集中出現(xiàn)在若干頻率段內(nèi)的趨勢,表明了某些帶有普遍意義的降雨周期性的存在，從而肯定了我國大范圍降雨量變化周期性的存在[6]。一些研究結(jié)果也表明,我國不少地區(qū)的降雨量序列中,有著顯著的36年左右的周期分量。但是因為36年周期振動的方差貢獻因時、因地而異,序列與相應(yīng)的主成分的相關(guān)符號也不一樣,加上其他周期分量和隨機因素的影響,36年左右的周期振動,在有些地區(qū)表現(xiàn)很清楚,有些地區(qū)則較難直觀地分辨出來[7]。

1.2 干旱地區(qū)應(yīng)對缺水的對策

田貴良在《虛擬水貿(mào)易論》一書中指出:干旱地區(qū)除了在傳統(tǒng)上依靠取調(diào)水設(shè)施、推廣節(jié)水技術(shù)、重視技術(shù)解決水資源問題的同時,應(yīng)采取更有效的管理方法,全方位、多層次地強化管理在合理開發(fā)、有效利用、節(jié)約和保護水資源中的作用和地位,從而實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用。應(yīng)實施虛擬水貿(mào)易應(yīng)對降雨周期性變化帶來的干旱問題。干旱區(qū),特別是西部干旱的內(nèi)陸河地區(qū),水資源開發(fā)利用的程度已經(jīng)很高,如果在水資源開發(fā)利用上沒有大的突破,在管理上不能適應(yīng)這種殘酷的現(xiàn)實,水資源將很難適應(yīng)國民經(jīng)濟迅速發(fā)展的需求,水資源危機將成為所有資源問題中最為嚴重的問題。對水資源的開發(fā)利用方式必須實施戰(zhàn)略性轉(zhuǎn)變。水資源不僅是一個生態(tài)環(huán)境問題,也是一個經(jīng)濟問題、社會問題和政治問題,直接關(guān)系到國家和地區(qū)安全[8]。

1.3 干旱地區(qū)的虛擬水貿(mào)易可行性

傳統(tǒng)上,人們對水和糧食習(xí)慣于在問題發(fā)生的區(qū)域范圍內(nèi)尋找解決問題的方案,而虛擬水則從系統(tǒng)的角度出發(fā),運用系統(tǒng)思考的方法尋找與問題相關(guān)的各種各樣的影響因素,從問題發(fā)生的范圍之外尋找解決問題的應(yīng)對策略。產(chǎn)品和服務(wù)生產(chǎn)過程中所需要的水資源的總量稱之為“虛擬水”。虛擬水戰(zhàn)略是指缺水國家(地區(qū))將虛擬水的思想應(yīng)用于生產(chǎn)和貿(mào)易策略的制定,在水資源稟賦條件下設(shè)置合理的用水結(jié)構(gòu),進行恰當(dāng)?shù)馁Q(mào)易選擇,從而在保障經(jīng)濟發(fā)展和改善人們生活的前提下,實現(xiàn)水資源的有效節(jié)約和高效配置,進而實現(xiàn)水安全的目標(biāo)。虛擬水戰(zhàn)略是水資源需求管理領(lǐng)域重要的理論創(chuàng)新,在傳統(tǒng)的跨區(qū)域調(diào)水、節(jié)水工程和節(jié)水技術(shù)外,為缺水地區(qū)實現(xiàn)水資源的可持續(xù)發(fā)展提供了全新的發(fā)展思路。虛擬水戰(zhàn)略的實施源于區(qū)域的資源條件,水資源貧乏而耕地資源也缺乏競爭優(yōu)勢時,區(qū)域可以考慮實施虛擬水戰(zhàn)略。同時,區(qū)域必須具備一定的經(jīng)濟條件、社會調(diào)適能力和環(huán)境容納性,以應(yīng)對虛擬水戰(zhàn)略可能帶來的一系列經(jīng)濟、社會和環(huán)境問題。虛擬水戰(zhàn)略的基本結(jié)論是在不考慮其他因素條件下,水資源豐富的國家或地區(qū)將出口水資源密集型產(chǎn)品,同時,水資源短缺的國家或地區(qū)則進口水資源密集型產(chǎn)品。謝衛(wèi)奇等[9]認為虛擬水戰(zhàn)略最適宜在缺水地區(qū)實施。

2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水資源量函數(shù)的周期性

作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所必需的最重要的資源之一,水資源已經(jīng)受到政府的重視。尤其是農(nóng)業(yè)用水資源已經(jīng)成為保衛(wèi)國家糧食安全的重要因素。

根據(jù)已有的資料分析,我國水資源的供給具有周期性。我國水資源供給的主要方式是降雨。在以往的研究中,研究者通過小波技術(shù)[10]、時間序列-馬爾科夫預(yù)報模型[11]等技術(shù)和方法討論降雨量的周期性,證明了降雨量在一定的時間序列內(nèi)具有周期性且存在最小周期。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的主要來源是降雨。在這里,設(shè)時間為x,降雨量φ(x)是關(guān)于時間x的一元一次函數(shù),通過以往的證明,可知φ(x)是一個周期函數(shù)且具有最小周期。再設(shè)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水資源量f(φ)是關(guān)于降雨量φ(x)的一元一次函數(shù),且f(φ)與降雨量φ(x)正相關(guān)。則根據(jù)周期函數(shù)的性質(zhì):設(shè)φ(x)是以T為周期的周期函數(shù),f(x)是任意函數(shù),則復(fù)合函數(shù)f[φ(x)]也是以T為周期的周期函數(shù)?？梢缘贸鲛r(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水資源量f[φ(x)]也是關(guān)于時間序列x的一個周期函數(shù),且存在最小正周期。

在T時段內(nèi),存在著枯水期和豐水期。令x=x0時,φ(x0)處于降雨量的最小值;令x=xt時,φ(xt)處于降雨量的最大值;則當(dāng)x∈[x0,xt]時,φ(x)是遞增的,當(dāng)x∈[xt,T]時,φ(x)是遞減的。也就是說,當(dāng)x處于x=xt的附近時,降雨量充沛,該地區(qū)處于豐水期;當(dāng)x處于x=x0和x=T的附近時,降雨量不足,該地區(qū)處于枯水期。當(dāng)某地區(qū)處于豐水期時,該地的糧食作物生長較好,產(chǎn)量大,容易獲得豐收;當(dāng)某地區(qū)處于枯水期時,該地的糧食作物生長較差,產(chǎn)量小,出現(xiàn)糧食的歉收。

3 基于周期函數(shù)的區(qū)域虛擬水貿(mào)易

我國的農(nóng)業(yè)主要集中在北方,但是我國的南方水多、北方水少,這成為制約我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵要素。根據(jù)木桶原理,北方地區(qū)的缺水是限制我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的短板。為了實現(xiàn)區(qū)域間的虛擬水貿(mào)易平衡,考慮一定的時間段內(nèi)2個不同的區(qū)域:區(qū)域甲的降雨量最小正周期為M,區(qū)域乙的降雨量最小正周期為N。設(shè)當(dāng)x=xt1時,甲地區(qū)處于豐水期的某一時段,此時農(nóng)作物生長良好,獲得豐收。設(shè)當(dāng)x=xt2時,乙地區(qū)處于枯水期的某一時段,此時農(nóng)作物生長不良,糧食歉收。則?m,n(>0)s.t.mxt1=nxt2。這就是說必?m,n(>0)使得甲地區(qū)的豐水期與乙地區(qū)的枯水期處于同一時刻,即t=mxt1或者t=nxt2時。在t=mxt1或者t=nxt2時,甲地區(qū)豐收的糧食可以運往糧食歉收的乙地區(qū),實現(xiàn)區(qū)域間以糧食為載體的虛擬水貿(mào)易平衡。從國家的糧食安全方面來考慮,區(qū)域間的虛擬水貿(mào)易平衡有助于維護國家內(nèi)部或者區(qū)域間人們對糧食需求的平穩(wěn)。同時,考慮到各地農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的差異,可以用區(qū)際間的貿(mào)易來實現(xiàn)干旱區(qū)域的虛擬水貿(mào)易平衡,規(guī)避干旱區(qū)域的缺水風(fēng)險。

4 實例分析

通過小波分析,新安江流域黃山地區(qū)年降水序列存在6年和19年左右的周期。新安江流域黃山地區(qū)全年降雨量距平過程[10],如圖1所示。

圖1 黃山地區(qū)全年降雨量距平過程

唐秦區(qū)域(即唐山和秦皇島兩市) 位于河北省最東部。為更好地反映該區(qū)域降水特性,選用唐秦區(qū)域7個雨量站同年的年降雨量資料進行算術(shù)平均,并用該算術(shù)平均值代表該區(qū)域當(dāng)年的年平均降雨量,從而獲得唐秦區(qū)域1908—2009年間的年平均降雨量系列。該區(qū)域年平均降雨量年際變化情況見圖2。

圖2 唐秦區(qū)域年平均降雨量變化情況

經(jīng)過消噪和濾波處理根據(jù)滑動分析,唐秦區(qū)域降水具有周期性。1991—2006年夏糧播種面積、旱災(zāi)產(chǎn)量損失情況如圖3所示[13]。

圖3 唐山地區(qū)夏糧播種面積與產(chǎn)量損失

通過觀察,在1997年,唐秦地區(qū)處于枯水期,黃山地區(qū)處于豐水期。唐秦地區(qū)的糧食減產(chǎn)量達到一個波峰,為較大值。這說明在1997年,在糧食播種面積增加的情況下,唐秦地區(qū)由于降雨量的減少導(dǎo)致了糧食的歉收。同一期,根據(jù)糧食產(chǎn)量與降雨量呈正相關(guān)的關(guān)系,黃山地區(qū)處于豐水期,其糧食產(chǎn)量會增加。為了實現(xiàn)區(qū)域間虛擬水貿(mào)易的平衡,這2個地區(qū)可以進行農(nóng)作物貿(mào)易,規(guī)避處于枯水期唐秦地區(qū)的缺水風(fēng)險。

5 結(jié) 語

a. 通過考察不同區(qū)域間降雨量隨時間變化的周期性,得出具有不同降雨量周期的區(qū)域可以進行糧食貿(mào)易,進而達到2個區(qū)域間整體的虛擬水平衡。這種貿(mào)易措施對于規(guī)避干旱地區(qū)在枯水期的缺水風(fēng)險提出了一種新的思考方式。在干旱地區(qū)枯水期,農(nóng)作物的產(chǎn)量減少,不能滿足人們對糧食的需求。通過貿(mào)易的手段,將此時處于豐水期、糧食豐收地區(qū)的農(nóng)作物與之貿(mào)易,實現(xiàn)了資源的有效配置,也實現(xiàn)了參與雙方的雙贏。這在傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水方法上,跳出了固有的思維定式,以虛擬水貿(mào)易為指導(dǎo)思想,思考重點從用水技術(shù)轉(zhuǎn)移到水資源貿(mào)易,可以在一定程度上促進農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)的商業(yè)、貿(mào)易發(fā)展。

b. 利用降雨量隨著時間序列的最小正周期在不同地區(qū)的差異發(fā)展虛擬水貿(mào)易,可以實現(xiàn)區(qū)域間(干旱區(qū)域和豐水區(qū)域之間)的虛擬水貿(mào)易平衡,在不同地區(qū)的稟賦差異下達到資源的有效和優(yōu)化配置。這種貿(mào)易使得不同區(qū)域的比較優(yōu)勢得以發(fā)揮,進而實現(xiàn)貿(mào)易雙方的雙贏局面。

c. 區(qū)域間的虛擬水貿(mào)易保證了多個區(qū)域整體的糧食安全,即沒有大幅度的糧食供給變化。糧食作為關(guān)乎國計民生的重要產(chǎn)品,突然或是較大的供給沖擊都是不利于糧食市場穩(wěn)定的,而且,這種不穩(wěn)定會影響一個國家的政治穩(wěn)定和社會穩(wěn)定。因此不主張進行國際虛擬水貿(mào)易,大量的國際糧食貿(mào)易或是以糧食為載體的虛擬水貿(mào)易可能會對一個國家的糧食供給造成突然或重大的沖擊,不利于一個國家的糧食安全、政治安全和社會穩(wěn)定。而同一個國家區(qū)域間的糧食貿(mào)易或是以糧食為載體的虛擬水貿(mào)易則不會對該國造成糧食供給的不利沖擊,也不會導(dǎo)致該國的糧食危機、政治危機和社會危機。而且,一個國家糧食供應(yīng)的平穩(wěn)為社會的有序發(fā)展提供了保障。

對于我國而言,我國幅員遼闊,各個地區(qū)的氣候條件迥異,很容易找到在氣候或是降雨上能互補的區(qū)域?？梢詫夂蚧蚴墙涤晟夏芑パa的區(qū)域進行氣候和降雨量分析,掌握其規(guī)律,進行區(qū)域間的虛擬水貿(mào)易。接下來,在證實了區(qū)域間可以進行虛擬水貿(mào)易之后,考慮如何設(shè)計虛擬水貿(mào)易的合約,以期權(quán)或期貨的方式進行虛擬水貿(mào)易。

參考文獻：

[1] KARL T R,KNIGHT R W. Secular trends of precipitation amount,frequency and intensity in the USA[J].Bulletin of the American Meteorological Society,1998,79: 231-241.

[2] JONESP D,MOBERG A.Hemispheric and large-scale surface air temperature variations: an extensive revision and an update to 2001[J].Journal of Climate,2003(16): 206-223.

[3] IPCC.Climate change 2007: impacts,adaptation and vulnerability[R].Cambridge,UK: Cambridge University Press,2007.

[4] 王冀,江志紅,張海東,等.1957—2000年東北地區(qū)春季極端氣溫變化及其與北極濤動的關(guān)系[J].氣候變化研究進展,2007,3(1):41-45.

[5] 劉勤,嚴昌榮,張燕卿,等.近50 年黃河流域氣溫和降水量變化特征分析[J].中國農(nóng)業(yè)氣象,2012,33(4):475-480.

[6] 屠其璞.近百年來我國降水量的變化[J].南京氣象學(xué)院學(xué)報,1987,10(2):177-187.

[7] 王紹武,趙宗慈.我國旱澇36 年周期及其產(chǎn)生機制[J].氣象學(xué)報,1979,1(37),64-73.

[8] 田貴良.虛擬水貿(mào)易論[M].北京:中國水利水電出版社,2010:2-5.

[9] 謝衛(wèi)奇,田貴良,謝文軒.虛擬水戰(zhàn)略適應(yīng)性評價的指標(biāo)體系研究[J].水利經(jīng)濟,2010,28(2):12-30

[10] 衡彤,王文圣,丁晶.降水量時間序列變化的小波特征[J].長江流域資源與環(huán)境,2002,11(5):466-470.

[11] 錢家忠,朱學(xué)愚,吳劍鋒.地下水資源評價中降水量的時間序列馬爾可夫模型[J].地理科學(xué),2001,21(4):350-353.

[12] 朱穎元,石凝.福州市一百年來(1900—1999年)年降水量序列統(tǒng)計特性分析[J].水文,2002,22(3):22-25.

[13] 何瑪峰.唐秦區(qū)域降水周期性分析[J].水資源研究,2011,32(1):40-42.