[英國] M.穆里根

氣候變化對非洲旱地及進出口商品流動的影響

[英國] M.穆里根

運用“水世界政策支持系統(tǒng)”，結合全球商品流動數(shù)據(jù)庫，研究AR4 SRES氣候變化預設情景對非洲旱地和商品流動的影響。研究結果表明，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-水供應產(chǎn)生重大影響。氣候變化的地理分布與供應鏈相關的氣候變化分布對比結果顯示，受氣候變化影響的食品-水供應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口比例。氣候變化導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。糧食短缺國家食品依賴進口，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鏈的供應端。

2 目 標

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氣候變化預設情景對非洲旱地及其出口商品流動的影響。假設非洲旱地氣候變化將導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)預測氣候變化的地理分布相關的商品產(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鏈中對食品-水和能源的影響。

水世界模型是一個復雜的水平衡模型，它能模擬氣候變化預設情景對世界任何地區(qū)基礎水平衡的影響。2013年，學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氣候基準相關的三角法，將分辨率縮小到1 km，將其基本氣候條件同SRES A2a氣候方案進行對比。SRES A2a預設情景代表的是氣溫上升較快，1990～2100年間上升3.50 ℃。將該預設結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行研究。因為只需對降雨變化進行研究，所以模型中假設全球商品流量、人口和土地利用均維持在基礎水平附近。對于非洲，1 km的分辨率意味著對每幅地圖進行7 800萬像素以上的計算。盡管存在挑戰(zhàn)，但考慮到復雜和詳細的地理格局、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)對旱地進行分類。先將非洲這些標準指標與提供備選評估旱地分布的新指標進行比較。相比季節(jié)性指標，年度總指標更受到關注。最干旱土地是關注的重點，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(P/PET<0.2)，則干旱面積為1 600萬km2，旱地進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行測量，目前尚未看到有人使用云頻率進行測量。云頻率可能與干旱有關，較低云頻率意味著降雨概率更小，而相應的太陽直射負荷更高。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)域的觀測結果后發(fā)現(xiàn)，北非、撒哈拉、撒哈拉以南非洲，其標準干燥指數(shù)與云量呈類似分布，但在非洲南部、馬達加斯加西南部、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，進行大量灌溉或較大霧水等補償性環(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。研究結果顯示，干物質(zhì)生產(chǎn)力水平同標準干旱指數(shù)分布(覆蓋面積大約1 700萬km2)明顯相似。本文將繼續(xù)使用標準干旱指標，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(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?shù)鼐用駭?shù)量展開了調(diào)查。2008年，拉瑪古迪等學者，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(占非洲總人口的13%)。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的全球人口數(shù)據(jù)庫。

非洲干旱區(qū)牧場面積達690萬km2(占總面積的23%)，人口1.185億(占非洲總人口的14%)。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，甚至對依賴進口糧食、食品及水資源和能源的邊遠地區(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 預設情景由5個GCM模塊組成，包括CCCMA_CGCM31、CSIRO_MK30、IPSL_CM4、MPI_ECHAM5 和UKMO_HADCM3。A2a是SRES高排放源預設情景，預測到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，存在弱相關關系。研究發(fā)現(xiàn)，較高的氣溫確實在空間上對應更高的實測E，氣溫平均升高1℃，導致E增加19 mm。這意味著全球氣溫上升1 ℃～3 ℃，可導致E每年最大上升60 mm。這明顯小于多數(shù)非洲區(qū)域所預測的降雨增加量。理想情況下，可以對整個非洲進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地位(與E相比)，所以僅對降雨進行研究。

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，但研究結果完全取決于所使用的氣候情景和GCM，反映了預測變化的中心趨勢。GCM單個模型結果可能遠離中心趨勢，不同氣候情景對應不同的未來降雨。GCM降雨量預測結果尤其在量級、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行了研究。結果顯示，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+81 mm，其中95%區(qū)域為降雨量增加，而5%區(qū)域為減少。預測結果表明，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?？傊瑲夂蜃兓瘜σ陨系貐^(qū)水資源、食品和能源產(chǎn)生正面影響，而它與本地的、下游的和沿線供應鏈間存在潛在的利益關系。氣候變化是否會導致生產(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)濟因素。將非洲旱地預測條件與整個非洲氣候變化情景進行比較，通過了解旱地氣候變化程度，反映整個大陸預測情景的變化。

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)域年均降雨量預計增加32 mm，其中64%區(qū)域增加，36%減少。牧場年均降雨量預計增加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，與預測的ET變化近似，從而可能會抵消這些變化。預計大壩集水區(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，預計降雨量減少?？傮w而言，在氣候變化下，預計非洲大壩集水區(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)生更多的泥沙進入水庫，則這可能減少庫容和損壞發(fā)電機，從而抵消了預期的發(fā)電量增加所帶來的效益。

4.1 降雨量預測

鑒于以上降雨量增加不同于先前使用其他GCM模型、預設情景和旱地定義的研究成果，本文對其他GCM效果和排放方案進行了研究，以了解5個GCM總平均值的異常程度。研究結果顯示，最干旱地區(qū)的所有模型預測結果為降雨量增加。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)預測為降雨量減少。根據(jù)使用的排放方案，預計旱地居住區(qū)降雨增加或減少。

4.2 非洲旱地降雨變化沿食品-水-能源供應鏈的傳播

使用水世界供應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)與水相關的商品間的潛在影響間的遠程聯(lián)系。遠程聯(lián)系是一個變量或多個變量遠距離間的關系，通常有數(shù)千千米。水世界供應鏈模型使用聯(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)相關土地分布，計算出口比例。對于Comtrade中的“出口”，按國家進行統(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，重新配置進口需求。假設未來降雨變化的模式和幅度都維持現(xiàn)狀，則只需關注與流域相關的氣候變化，氣候風險的傳播是通過商品供應鏈反映出來的。

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、塞內(nèi)加爾、南非、西班牙、蘇丹、坦桑尼亞、多哥、突尼斯、烏干達、也門、贊比亞和津巴布韋。首先研究了當前非洲干旱地基本降雨量，及支撐那些地區(qū)當前不斷增長的大宗商品供應鏈，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。在了解了當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?shù)睾艽笠徊糠志用瘛夂蜃兓瘜⒂绊懛侵?。這種影響可通過雨量的增加達到可利用水量的增加。與普遍認為的情況相反，雨量增加可導致非洲當?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。當進行降雨預測時，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鏈可認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。結合氣候變化影響，通過水-食品-能源商品供應鏈，探索商品進出國間的遠程聯(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進出口量；②非洲旱地商品出口范圍；③商品出口的路徑；④GCM預測的降雨量變化同商品流動路徑的重疊；⑤ 國家商品進口量和氣候變化預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?shù)睾腿蚴称?水-能源供應鏈的影響。研究結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?shù)?、鄰國及遠方的遠程聯(lián)系的范圍以及支持生產(chǎn)力的雨量有關。本文分析了氣候變化是如何影響遠程聯(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降雨量增加預測的準確性；②商品分布地圖及用來表示當前和未來商品分布的出口數(shù)據(jù)的準確性；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。有些氣候模型預測結果表明，這些地區(qū)將會發(fā)生重大干旱；有些預測結果顯示，不會發(fā)生明顯變化；還有些預測結果則認為會變得更加濕潤。預測的地理模式變化是復雜的。盡管所有預測結果表明，非洲旱地將會變暖，年總降水量預測結果不確定性很大，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困難，為此必須適應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-食品加工政策應更加一體化，應做好充分準備迎接未來的挑戰(zhàn)。目前還沒有任何行之有效的預測未來氣候的方法，因此必須進一步適應氣候的變化。

邱訓平 郭重汕 譯

(編輯：朱曉紅)

2016-07-20

1006-0081(2016)12-0021-04

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