丑潔明 董文杰 , 徐洪 涂鋼

1 北京師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)部，北京100875

2 南方海洋科學(xué)與工程廣東省實驗室（珠海），廣東珠海519000

3 中山大學(xué)大氣科學(xué)學(xué)院，廣東珠海519002

4 吉林省氣象科學(xué)研究所長白山氣象與氣候變化吉林省重點實驗室，長春130062

1 引言

以氣候變暖為主要特征的全球氣候變化給地球自然系統(tǒng)和人類經(jīng)濟社會發(fā)展帶來了嚴(yán)重影響 （IPCC, 2013; 黃建平等, 2019）。從2020年至21世紀(jì)中葉，中國將實現(xiàn)從小康社會向社會主義現(xiàn)代化強國的巨大跨越，作為世界上最大的糧食生產(chǎn)國、消費國和進口國（王新華, 2013），我國的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)尤其是糧食生產(chǎn)和糧食安全面臨著氣候變化影響的現(xiàn)實風(fēng)險與挑戰(zhàn)。氣候變化（未來30年）對中國的糧食生產(chǎn)將造成怎樣的影響，關(guān)系到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)濟貿(mào)易、糧食安全乃至于社會穩(wěn)定和國家安全等一系列重大戰(zhàn)略問題。這一問題的解決，需要多學(xué)科的科研合作和長時間的持續(xù)攻關(guān)。

關(guān)于氣候變化對農(nóng)業(yè)系統(tǒng)和糧食安全的影響與風(fēng)險，國內(nèi)外已有較多學(xué)者開展了研究評估 （Darwin, 1999; Cantelaube et al., 2004; Tubiello et al.,2007; Battisti and Naylor, 2009; Piao et al., 2010; 覃志豪等, 2013; 王新華, 2013; Chen and Hsu, 2014; 崔明明和聶常虹, 2019）。研究表明，氣候變化所造成的溫度、降水、光照等氣象因素變化，氣候變化帶來的極端事件以及CO2排放、病蟲害等間接因素，都會影響糧食生產(chǎn)的過程和結(jié)果，甚至影響到農(nóng)業(yè)這個受氣候變化影響最為敏感的行業(yè)，導(dǎo)致糧食生產(chǎn)的脆弱性增加，糧食的承載能力減弱。這些研究成果對把握糧食產(chǎn)量在未來氣候情景下的變化趨勢，進而對中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)決策和評估氣候變化風(fēng)險應(yīng)對氣候變化具有重要意義。但已有的研究，在選擇的作物品種、研究區(qū)域、所考慮的影響因素以及氣候變化情景設(shè)定等都存在差異，它們在研究視角、研究內(nèi)容、研究方法方面各有特點，各有所長。然而，不同的預(yù)測方法和研究過程，導(dǎo)致不同的評估結(jié)果；不同的預(yù)測結(jié)果，增加了決策選擇的困難（覃志豪等, 2013; 周景博和劉亮, 2018）。

鑒于氣候變化影響糧食安全問題的特殊性和復(fù)雜性，本文試圖從自然科學(xué)和社會科學(xué)的交叉研究入手，提出一種新的研究思路和方法，即：運用計量經(jīng)濟學(xué)模型對氣候變化數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，使用計量經(jīng)濟學(xué)方法來評估氣候這一外部驅(qū)動因素引發(fā)的社會經(jīng)濟系統(tǒng)變化與觀測到的氣候變化引發(fā)的社會經(jīng)濟系統(tǒng)變化之間的關(guān)系，以厘清“氣候變化影響量”對糧食產(chǎn)量的影響，預(yù)估我國未來30年特別是經(jīng)濟社會發(fā)展兩個關(guān)鍵節(jié)點2035年和2050年的氣候變化風(fēng)險。氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響研究是氣候變化與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟交叉研究的一個重要領(lǐng)域。作者在這個方向上多年耕耘，獲得了些微成果，主要是研究視角的確立，方法的探索以及從行業(yè)、地域影響評估角度出發(fā)的初步研究和方法驗證。本文與以往的研究不同，它立意于介紹新的研究構(gòu)思和研究設(shè)計，主要給出了研究思想、研究方法、思路步驟以及未來展望。提出的創(chuàng)新點主要有:

（1）在堅持氣候變化科學(xué)和經(jīng)濟學(xué)相結(jié)合的交叉融合研究的基礎(chǔ)上，集中研究我國糧食生產(chǎn)的氣候變化風(fēng)險，拓展研究范圍，提高了研究的系統(tǒng)性。

（2）以中國糧食生產(chǎn)主產(chǎn)區(qū)為空間范圍，厘清“氣候變化影響量”對糧食產(chǎn)量的影響，預(yù)測不同氣候情景下近中期（2020～2035年、2020～2050年）糧食產(chǎn)量的氣候變化風(fēng)險和持續(xù)性影響。研究的時間尺度與中國經(jīng)濟發(fā)展中長期規(guī)劃同步，體現(xiàn)研究的有效性和實用性，將是交叉融合研究的一項重要進展。

（3）運 用“經(jīng) 濟—氣 候（Cobb Douglas-Climate, C-D-C）模型”，并以“氣候產(chǎn)出彈性”和“氣候變化影響率”作為風(fēng)險評估的兩個指標(biāo)，推進運用計量經(jīng)濟學(xué)模型對氣候變化數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的研究，實現(xiàn)模型法和統(tǒng)計方法的有機結(jié)合。

2 研究狀況述評與創(chuàng)新方向

2.1 堅持氣候變化科學(xué)和經(jīng)濟學(xué)相結(jié)合的交叉科學(xué)研究視角

從氣候變化對生態(tài)環(huán)境和經(jīng)濟系統(tǒng)雙重影響的角度看，糧食產(chǎn)量是受氣候因素和經(jīng)濟條件的共同作用形成的，但從交叉科學(xué)的角度進行的研究卻非常少。

對于糧食安全受氣候變化影響的評估和預(yù)測，農(nóng)業(yè)科學(xué)家和氣象科學(xué)家目前的研究重點和工作進展，主要有：氣候變化直接導(dǎo)致的我國主要農(nóng)區(qū)水資源和熱量資源時空分布格局變化（覃志豪等,2013; 張人禾等, 2017; 張煦庭等, 2017）；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所依賴的土壤肥力和作物品種資源及其抗逆性也會在氣候變化的作用下發(fā)生變化（張玉良, 1983; Dai et al., 2016）；氣候變化直接導(dǎo)致局部地區(qū)農(nóng)業(yè)氣候災(zāi)害和農(nóng)業(yè)病蟲害頻度與強度加?。ɡ畹t君等,2010; 覃志豪等, 2013）；在氣候變化作用下，我國農(nóng)業(yè)作物種植制度、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和地區(qū)布局將會發(fā)生相應(yīng)的變化，導(dǎo)致我國糧食產(chǎn)量波動變化，甚至影響到國家糧食安全（覃志豪等, 2013; 周廣勝,2015）。這些研究一般運用作物模型開展模擬，所運用的模型主要以小尺度的實驗室和嚴(yán)格的假設(shè)限定為條件，表現(xiàn)出較高的專業(yè)視角和深度，但經(jīng)濟因素往往不被看重甚至被忽略了。

基于經(jīng)濟學(xué)視角研究氣候變化對糧食生產(chǎn)影響的研究，一類集中在簡單的統(tǒng)計表述，統(tǒng)計主要體現(xiàn)在集中運用面板數(shù)據(jù)和生產(chǎn)函數(shù)進行區(qū)域分析（許吟隆等, 2007, 2014; 黃嘉佑和李慶祥, 2015）；還有一類是采用動態(tài)多區(qū)域農(nóng)業(yè)一般均衡模型GCM或者RCM（金之慶等, 1996; 王馥棠, 2003; 黃德林和李新興, 2016; 黃德林等, 2016），研究氣候變化對我國糧食生產(chǎn)、消費及其經(jīng)濟增長的影響。國外學(xué)者普遍采用李嘉圖（RICARDIAN）模型方法探討氣候變化對糧食生產(chǎn)的影響，Mendelsohn et al. （1994, 1996）和Darwin（1999）利用李嘉圖模型評估了氣候?qū)ν恋貎r格的經(jīng)濟影響以及預(yù)測簡單的氣候變暖情景對農(nóng)業(yè)的影響，這種方法重點考慮了社會經(jīng)濟因子的作用，另外還考慮到農(nóng)民適應(yīng)氣候變化的調(diào)整結(jié)果，得到了較為普遍的應(yīng)用（Wang et al.,2009; Chen et al., 2013），結(jié)果有發(fā)現(xiàn)氣溫升高和降水增多會對中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總體產(chǎn)生積極影響。國內(nèi)經(jīng)濟學(xué)界關(guān)注較多的是糧食的供給和需求，進出口貿(mào)易、糧食的種植結(jié)構(gòu)以及市場的糧食價格，其觀察和研究的角度，以經(jīng)濟系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)為基礎(chǔ)條件，表現(xiàn)出很高的經(jīng)濟學(xué)語境和氛圍。這些工作由于對氣候變化本身缺乏應(yīng)有的研究，往往只是將其視為既定條件一帶而過。

隨著對氣候變化問題的認(rèn)識逐漸加深，人們越來越清楚地認(rèn)識到，氣候變化影響問題不僅是自然科學(xué)問題，也是環(huán)境、社會、經(jīng)濟和政治問題（丑潔明和葉篤正, 2006; 丁一匯和王會軍, 2016）。深入開展氣候變化對我國農(nóng)業(yè)和糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的影響機理及適應(yīng)機制研究，科學(xué)地評估氣候變化對糧食生產(chǎn)帶來的風(fēng)險，需要自然科學(xué)和社會科學(xué)的交叉研究，需要定性與定量研究的結(jié)合，需要科學(xué)預(yù)測和政策實施的統(tǒng)一。

目前已有的許多研究報告和成果，開展了一些未來氣候變化對中國糧食生產(chǎn)影響、風(fēng)險和預(yù)測研究，但是對氣候變化因素和經(jīng)濟發(fā)展因素共同對糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的作用機制還了解甚少，自然科學(xué)家重點關(guān)注的是氣候變化帶來的作物生長以及收成產(chǎn)量方面的變化，但忽視了經(jīng)濟學(xué)意義下的經(jīng)濟系統(tǒng)的完整性，經(jīng)濟學(xué)界關(guān)注未來糧食產(chǎn)生的供給需求和人文風(fēng)險因素，卻忽略了氣候變化的影響。本研究正是一種交叉融合的研究，希望能彌補雙方的偏頗研究帶來的漏洞，構(gòu)架起一座氣候變化研究和經(jīng)濟學(xué)研究的橋梁。

2.2 實現(xiàn)模型法和統(tǒng)計方法有機結(jié)合的研究方法

氣候變化對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響最直接、最明顯的反映在糧食產(chǎn)量上?？茖W(xué)家們關(guān)于氣候變化對糧食產(chǎn)量影響的研究，從研究方法角度看主要歸為兩類，一類是非模型分析，另一類是模型分析。

非模型分析，即統(tǒng)計學(xué)方法分析。Lobell et al. （2008）、Chen et al.（2015）和Wang et al.（2015）都采用多元回歸方法分析了南亞和南部非洲、中國等地區(qū)的氣候變化對糧食作物產(chǎn)量的影響，并都發(fā)現(xiàn)了氣候變化會造成糧食產(chǎn)量的區(qū)域差異性。Ghahramani et al.（2015） 以1980～1999年為基準(zhǔn)期，利用尺度推移的方法研究澳大利亞氣候變化對小麥產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)2030年氣候變暖使得全國小麥增產(chǎn)1%。國內(nèi)一些學(xué)者在這方面也做了大量工作，丑潔明等（2004）采用非線性回歸方法提出了考慮了影響糧食產(chǎn)量的主要氣候要素的氣候變化產(chǎn)量改進方法，方修琦等（2004）用這種方法評價了黑龍江1951～2000年氣候變化對水稻產(chǎn)量的影響。劉穎杰和林而達(dá)（2007）采用逐步回歸方法分析了1984～2003年溫度變化與糧食總產(chǎn)的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了中國大部分地區(qū)在增暖趨勢顯著的條件下各地糧食產(chǎn)量波動較大。吳普特和趙西寧（2010）采用統(tǒng)計學(xué)方法分析1949～2005年單位面積糧食產(chǎn)量和干旱指數(shù)的關(guān)系，定量評估氣候變化對糧食產(chǎn)量的影響。

模型分析，目前主要模型有作物模型、計量經(jīng)濟模型和李嘉圖模型。作物模型一般是在實驗室或田里模擬各種氣候情景，測算氣候條件對糧食作物產(chǎn)量的影響大小和程度。Rosenzweig and Tubiello （1996）利用CERES-Wheat模型評估1951～1980年溫度變化對美國中部未來小麥產(chǎn)量影響。Peng et al. （2004）利用間接作物模型分析了1979～2003年溫度變化與全球水稻產(chǎn)量的關(guān)系，定量評估氣候變化對作物生長和產(chǎn)量的影響。Tao et al.（2008）利用CERES-Rice模型模擬評估全球變暖對中國水稻生產(chǎn)和產(chǎn)量的影響。國內(nèi)學(xué)者在這方面也做了大量工作，比如利用CARES模型結(jié)合降尺度預(yù)報方法模擬不同情景分析未來氣候變化對糧食作物的影響，得到了很多有意義的結(jié)果（陳麗娟等, 2003; 熊偉等, 2008）。宋艷玲（2007）、張建平等（2012）利用荷蘭作物模型WOFOST評估了未來氣候變化對我國不同地區(qū)冬小麥生長發(fā)育和產(chǎn)量的影響。陶生才等（2011）利用區(qū)域氣候模式PRECIS模型評估了氣候變化對吉林敦化玉米產(chǎn)量及產(chǎn)量波動性的影響。中國農(nóng)科研究院的科學(xué)家在全國對動植物活動進行監(jiān)測采樣，建立起 “農(nóng)作物影響模式”等數(shù)字模型，可預(yù)測幾年乃至幾十年后氣候變化對農(nóng)業(yè)的影響。

近年來，運用計量經(jīng)濟學(xué)模型對氣候變化數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的研究越來越受到學(xué)者們的關(guān)注。許多研究使用計量經(jīng)濟學(xué)方法來評估經(jīng)濟系統(tǒng)的氣候驅(qū)動因素與觀測到的氣候變化作為驅(qū)動因素之間的因果關(guān)系。這些方法的優(yōu)勢在于不依賴于復(fù)雜的全球氣候模型的準(zhǔn)確性，但卻必須在特定的計量方法的模型假設(shè)下進行。我國科學(xué)家利用經(jīng)濟模型研究氣候變化對農(nóng)業(yè)影響的工作有：適應(yīng)氣候變化的我國區(qū)域糧食生產(chǎn)安全問題研究——基于多區(qū)域動態(tài)CGE（General Counterpoise Model）均衡模型一文（黃德林等, 2016），采用動態(tài)多區(qū)域農(nóng)業(yè)一般均衡模型，將A2氣候變化情景和B2氣候變化情景導(dǎo)致糧食產(chǎn)量變化作為政策模擬條件，研究了氣候變化對我國糧食生產(chǎn)、消費及其經(jīng)濟增長的影響；為研究氣候變化對糧食生產(chǎn)、消費及經(jīng)濟增長影響，將氣候變化影響糧食產(chǎn)量的研究結(jié)果作為一般均衡模型的政策模擬方案，通過構(gòu)建的基期模擬預(yù)測研究了到2050年中國糧食生產(chǎn)、消費及其經(jīng)濟增長兩個方面的內(nèi)容；采用局部均衡模型RCM（Regional Counterpoise Model）研究區(qū)域和行業(yè)層面的糧食安全問題。

目前評估氣候變化對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響的經(jīng)濟模型還有生產(chǎn)函數(shù)法。為實現(xiàn)葉篤正等首先提出的開展氣象學(xué)和經(jīng)濟學(xué)交叉研究（丑潔明等, 2004），丑潔明和葉篤正（2006）基于傳統(tǒng)生產(chǎn)函數(shù)（C-D）模型，引入氣候因子構(gòu)建了“經(jīng)濟—氣候（C-D-C）模型”，并實證分析發(fā)現(xiàn)這個模型優(yōu)于C-D模型。此后，C-D-C模型廣泛應(yīng)用到各個領(lǐng)域（周曙東和朱紅根, 2010; 符琳等, 2011; 王太祥和董舒婷, 2018）。Dong et al. （2007）、丑潔明等（2011）又提出了 “氣候變化產(chǎn)量（YICC）”和“氣候變化影響率”的經(jīng)濟評價指標(biāo)，便于預(yù)測和評估氣候變化對糧食作物產(chǎn)量影響，并應(yīng)用于中國八大農(nóng)業(yè)產(chǎn)區(qū)的實證分析。

在目前中國的氣候變化影響研究中，氣候變化風(fēng)險特別是糧食生產(chǎn)的氣候變化風(fēng)險這一交叉領(lǐng)域研究進展比較緩慢。本研究將利用經(jīng)濟—氣候（C-DC）模型，明確“氣候產(chǎn)出彈性”和“氣候變化影響率”作為風(fēng)險評估的兩個指標(biāo)。氣候產(chǎn)出彈性可作為脆弱性衡量的指標(biāo)，氣候變化影響率可作為不同氣候情景的可能性的指標(biāo)，兩者共同作用和反映氣候變化風(fēng)險程度。以此推進運用計量經(jīng)濟學(xué)模型對氣候變化數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析的研究，進一步實現(xiàn)模型法和統(tǒng)計方法的有機結(jié)合。

2.3 構(gòu)建與中國經(jīng)濟發(fā)展中長期規(guī)劃相匹配的氣候變化情景的研究對象

從整體上研究氣候變化對我國糧食生產(chǎn)的影響和預(yù)估風(fēng)險，首先需要明確這種研究的空間范圍和時間尺度，即從氣候變化和經(jīng)濟社會發(fā)展兩個角度看，如何確定研究的時空范圍更為合理。

在全球氣候變暖的大背景下，科學(xué)家們普遍認(rèn)為，氣候變化有明顯的區(qū)域差異性（IPCC, 2013;黃建平等, 2019），不同區(qū)域或地區(qū)的氣候變化的響應(yīng)是不相同的，整體的氣候變化趨勢可能不是由某個區(qū)域或地區(qū)所代表和決定的。因此，在氣候變化研究中，需要區(qū)分不同區(qū)域?qū)夂蜃兓捻憫?yīng)情況，也就是敏感性，并劃分出敏感區(qū)和非敏感區(qū)。很多科學(xué)家對氣候變化敏感性和氣候變化敏感區(qū)做了探索性研究，代表性成果如：Giorgi（2006）基于區(qū)域平均降水變化和溫度變化及其年際變化建立了一個能識別對氣候變化敏感的地區(qū)的指標(biāo)——區(qū)域氣候變化指數(shù)（RCCI），研究發(fā)現(xiàn)地中海和東歐地區(qū)是主要的氣候變化敏感區(qū)。Xu et al. （2009）、梁玉蓮等（2016）分別利用CMIP3和CMIP5排放情景數(shù)據(jù)分析不同區(qū)域?qū)CCI的影響，都發(fā)現(xiàn)中國西北和東北地區(qū)比較敏感。吳浩等 （2012）基于溫度、降水、極端溫度、極端降水的變化定義了一個能反映區(qū)域?qū)夂蜃兓拿舾行灾笜?biāo)——綜合氣候變化指數(shù)（CCI），以此評估了中國近50年的氣候變化及其區(qū)域敏感性。李依嬋等 （2018）認(rèn)為，氣候類型比單一氣候要素攜帶的信息更豐富，能進一步研究氣候變化對生態(tài)系統(tǒng)的影響問題，提出了一種新的具有綜合性和系統(tǒng)性優(yōu)勢的氣候變化敏感區(qū)定義方法，即選取柯本氣候分類法以某一區(qū)域柯本氣候型變化頻率為氣候變化敏感區(qū)指標(biāo)，劃分了中國氣候變化敏感區(qū)，發(fā)現(xiàn)中國氣候變化最敏感的區(qū)域分布在黑河騰沖線附近、秦嶺淮河一線、青藏高原西部和天山以北部分地區(qū)。

21世紀(jì)以來，隨著地球系統(tǒng)科學(xué)和可持續(xù)發(fā)展研究的深入，結(jié)合自然與社會經(jīng)濟要素的綜合性區(qū)劃是目前及未來發(fā)展的一個熱點問題，但是國內(nèi)相關(guān)研究較少。早期，黃秉維（1958）結(jié)合了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與地域系統(tǒng)關(guān)系建立了中國綜合自然區(qū)劃體系。目前，氣候變化問題日益凸顯，氣候變化作用于自然環(huán)境與社會經(jīng)濟系統(tǒng)產(chǎn)生了一系列影響和風(fēng)險，因此對區(qū)域敏感區(qū)的劃分需要結(jié)合多方面、多角度、多領(lǐng)域、多學(xué)科綜合分析和系統(tǒng)表達(dá)，幫助決策者制定合理有效的相關(guān)政策，能更好地適應(yīng)氣候變化。吳紹洪等（2017）以氣溫平均變化速率和降水變化趨勢劃分出全國8個氣候變化敏感區(qū)，再結(jié)合了人口、經(jīng)濟、糧食、生態(tài)風(fēng)險與自然地貌和地形等自然科學(xué)和社會科學(xué)的多指標(biāo)綜合風(fēng)險評估，以此建立了中國未來綜合氣候變化風(fēng)險區(qū)劃體系（2021～2050年），為國家或地方應(yīng)對氣候變化及氣候變化風(fēng)險管理提供科技支撐。由于糧食作物受氣候變化影響是比較嚴(yán)重的，氣候變化敏感區(qū)能反映氣候要素變化趨勢和速率的空間格局，是驅(qū)動糧食生產(chǎn)影響和風(fēng)險生成的主要動力，如果能建立糧食生產(chǎn)與氣候變化的關(guān)系，劃分出氣候敏感糧食區(qū)，那么對于國家或地方適應(yīng)氣候變化是有重要意義的。

我國新時代經(jīng)濟和社會發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)是：從2020～2035年，在全面建成小康社會的基礎(chǔ)上，基本實現(xiàn)社會主義現(xiàn)代化。從2035年到21世紀(jì)中葉，在基本實現(xiàn)現(xiàn)代化的基礎(chǔ)上，再奮斗15年，把我國建成富強民主文明和諧美麗的社會主義現(xiàn)代化強國。與之相適應(yīng)，我國的人均GDP將迅速提高，達(dá)到高收入國家乃至于發(fā)達(dá)國家的水平，這對我國的糧食生產(chǎn)和糧食安全不斷提出更高的要求。而在氣候變化研究中，2035年與2050年也是重要的時間節(jié)點。2015年達(dá)成的《巴黎協(xié)定》確立了全球合作應(yīng)對氣候變化的新機制，開啟了氣候變化全球治理的新階段，中國到2035年要基本實現(xiàn)現(xiàn)代化，到2050年要建成現(xiàn)代化強國，在這兩個時間節(jié)點下，中國要向低碳經(jīng)濟發(fā)展，經(jīng)濟結(jié)構(gòu)、技術(shù)支撐和區(qū)域配置等都是重點考慮的方向。有研究指出，如果各國政府再不采取積極措施來防止地球繼續(xù)變暖的趨勢，那么將來可能就無法再阻止環(huán)境的繼續(xù)惡化，到2035年，氣候的惡化將無法逆轉(zhuǎn)，在這個節(jié)點后，人類將不太可能阻止地球溫度上升2℃ （3.6℉），并會觸發(fā)全球性災(zāi)難（Aengenheyster et al.,2018）。世界銀行發(fā)布報告稱，各國若不采取緊急行動遏制全球變暖，并幫助民眾適應(yīng)環(huán)境，2050年之前，非洲、拉丁美洲與南亞將有超過1.4億人為逃離日益嚴(yán)重的氣候變遷被迫遷徙。2035年和2050年，我國社會經(jīng)濟發(fā)展戰(zhàn)略的時間節(jié)點和氣候變化風(fēng)險關(guān)鍵節(jié)點的這種契合，使我們有理由將二者結(jié)合起來，探討氣候變化給我國糧食生產(chǎn)帶來的風(fēng)險與應(yīng)對措施，以及綠色農(nóng)業(yè)如何更好地貢獻(xiàn)于“雙碳”目標(biāo)。

本研究選擇的空間范圍，主要是糧食生產(chǎn)的氣候變化敏感區(qū)，時間范圍為未來30年，即2020～2050年。本研究將以上述時空范圍為前提，以經(jīng)濟—氣候（C-D-C）模型為基礎(chǔ)，結(jié)合風(fēng)險評估模型和第六次國際耦合模式比較計劃（CMIP6）的全球模式（BCC-CSM2-MR）資料（趙宗慈等, 2018），預(yù)測中國不同氣候情景下近中期（2020～2035年、2020～2050年）糧食產(chǎn)量，分析氣候變化對糧食產(chǎn)量的影響；同時定義可持續(xù)發(fā)展指數(shù)，為我國糧食主產(chǎn)區(qū)的糧食生產(chǎn)提供充分的風(fēng)險信息和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿?，以便為未來可能會發(fā)生的風(fēng)險提供預(yù)警。

3 研究內(nèi)容

3.1 中國糧食生產(chǎn)氣候變化風(fēng)險區(qū)域敏感性分析

本研究在以往中國糧食產(chǎn)區(qū)區(qū)劃的基礎(chǔ)上 （Dong et al., 2007），主要研究糧食生產(chǎn)集中度較高的省份，并以糧食集中度在3.0%以上（即1981～2016年平均糧食年產(chǎn)超過1415.5萬噸）的13個省份作為中國糧食主產(chǎn)區(qū)，首先以綜合氣候因子（Comprehensive Climate Factor, CCF）變化速率為劃分標(biāo)準(zhǔn)（Chou et al., 2019），劃分出中國農(nóng)業(yè)區(qū)域的氣候敏感糧食區(qū)；再以氣候變化產(chǎn)出彈性指標(biāo)為劃分依據(jù)，進一步劃分出中國糧食主產(chǎn)區(qū)的氣候產(chǎn)出敏感域（注：“產(chǎn)出彈性”概念是經(jīng)濟學(xué)的一個專業(yè)術(shù)語，是表達(dá)從經(jīng)濟學(xué)角度理解為當(dāng)其他生產(chǎn)要素不變時，該要素增加的百分比與產(chǎn)出量增加的百分比的比例）；最后進行對比分析，并利用地理探測器從空間分異性的角度對敏感區(qū)劃分的合理性和科學(xué)性進行驗證，以期能更加客觀地準(zhǔn)確地反映出敏感區(qū)的氣候變化特征差異和地理學(xué)意義。利用C-D-C模型中“氣候產(chǎn)出彈性”的敏感性意義，將綜合氣候因子指標(biāo)和經(jīng)濟要素指標(biāo)引入模型中模擬，通過綜合氣候因子產(chǎn)出彈性變化識別糧食生產(chǎn)系統(tǒng)對綜合氣候因子的響應(yīng)程度。在糧食生產(chǎn)系統(tǒng)的暴露度、敏感性和可能性的評估基礎(chǔ)上，基于氣候變化風(fēng)險評估模型對中國糧食主產(chǎn)區(qū)的不同區(qū)域的氣候變化風(fēng)險進行評估，并開展不同時段、不同氣候情景、不同區(qū)域的氣候變化風(fēng)險區(qū)劃工作，區(qū)劃可利用地理探測器方法進行合理性驗證。

3.2 未來不同氣候變化情景下糧食產(chǎn)量的區(qū)域差異性評估和可持續(xù)性預(yù)估

本研究主要依據(jù)1979年以來氣象數(shù)據(jù)和經(jīng)濟數(shù)據(jù)，構(gòu)建新的綜合氣候因子指標(biāo)，引入C-D-C模型（丑潔明和葉篤正, 2006）中，評估氣候變化對我國重點糧食區(qū)域的糧食產(chǎn)量影響。具體內(nèi)容是：采用主成分分析法將生長期內(nèi)氣溫、降水和光照時數(shù)3個氣候因子構(gòu)建成一個綜合氣候因子CCF指標(biāo)，分析CCF變化規(guī)律（Chou et al., 2019）。將綜合氣候因子和經(jīng)濟因素引入C-D-C模型中，分析1979年以來我國重點糧食區(qū)域的糧食產(chǎn)量對各種投入要素的產(chǎn)出彈性。引入“氣候變化影響率”概念，此概念是基于C-D-C模型推導(dǎo)出來的一個定量評估氣候變化影響量的指標(biāo)，利用“氣候變化影響率”概念，基于CMIP6氣候模式的模擬結(jié)果，選擇SSP-RCP組合排放情景，對我國重點糧食區(qū)域的糧食產(chǎn)量在未來一段時間（2020～2035年及2035～2050年）的“氣候變化產(chǎn)量率”進行可持續(xù)性預(yù)估分析。

3.3 中國糧食生產(chǎn)氣候變化風(fēng)險適應(yīng)與管理

氣候變化風(fēng)險適應(yīng)和提供措施建議，是依據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果，結(jié)合各種社會經(jīng)濟及其他因素對風(fēng)險進行適應(yīng)性分析并提出相應(yīng)措施建議的過程。本研究在中國區(qū)域內(nèi)，將我國主要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)區(qū)域按照氣候條件相似性、糧食產(chǎn)量差異性、農(nóng)業(yè)區(qū)域空間異質(zhì)性劃分為八大農(nóng)業(yè)區(qū)域及其南北板塊和糧食主產(chǎn)區(qū)及其南北區(qū)，分別在全國和區(qū)域范圍內(nèi)多角度多方面基于C-D-C模型研究歷史氣候變化對我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響，定量評估我國糧食生產(chǎn)過程中氣候和經(jīng)濟要素的影響力。預(yù)測未來一段時間我國農(nóng)業(yè)在不同區(qū)域劃分下的氣候變化對糧食生產(chǎn)的作用情況，最后利用綜合氣候因子和產(chǎn)出彈性指標(biāo)劃分中國氣候敏感糧食區(qū)。基于敏感區(qū)的分化和可持續(xù)性指標(biāo)的度量，給出中國各個糧食區(qū)域國家政策導(dǎo)向建議和地方政府及相關(guān)部門制定因地制宜政府合理的農(nóng)業(yè)和糧食生產(chǎn)政策，采取有效的適應(yīng)措施應(yīng)對氣候變化。

3.4 結(jié)合氣候變化風(fēng)險評估模型，將自主研發(fā)的C-D-C模型，推廣應(yīng)用到糧食生產(chǎn)氣候變化風(fēng)險領(lǐng)域

葉篤正、丑潔明等構(gòu)建了經(jīng)濟—氣候模型（CD-C 模型）、進行了實證分析并在一定范圍內(nèi)推廣運 用（丑 潔明和 葉篤 正, 2006; Chou et al., 2010;Dong et al., 2007）。在C-D-C模型中，首次提出了“氣候產(chǎn)出彈性”的概念，反映了糧食產(chǎn)量對氣候變化的敏感性程度。以此為基礎(chǔ)，進而創(chuàng)新提出了“氣候變化產(chǎn)量”概念（Dong et al., 2007; 丑潔明等, 2011），考慮了氣候變化長期的趨勢變化，用來估算未來氣候變化對糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率。本研究將C-D-C模型進一步推廣應(yīng)用到氣候變化對糧食產(chǎn)量的風(fēng)險評估上，結(jié)合氣候變化風(fēng)險評估模型進行糧食生產(chǎn)的氣候變化風(fēng)險模擬分析。本研究的目的之一，要結(jié)合已有的氣候變化風(fēng)險評估模型，評估氣候變化對我國糧食生產(chǎn)的影響，建立氣候變化風(fēng)險彈性指數(shù)，對中國糧食生產(chǎn)的風(fēng)險從可持續(xù)性發(fā)展角度做出科學(xué)評估和預(yù)測模擬，同時也進一步驗證C-D-C模型的科學(xué)思想和普適性。

4 研究方法

本研究以氣候變化科學(xué)、經(jīng)濟學(xué)、以及統(tǒng)計學(xué)等多學(xué)科理論為基礎(chǔ)，通過定性與定量相結(jié)合、模型與統(tǒng)計相結(jié)合的多角度多方法運用，輸出氣候變化與糧食生產(chǎn)過程中主要影響機理的結(jié)果。

4.1 經(jīng)濟—氣候模型

經(jīng)濟—氣候（C-D-C）模型所定義的氣候產(chǎn)出彈性的特性，使得該模型極易評估氣候變化對社會經(jīng)濟產(chǎn)出的影響情況。設(shè)反映氣候因素的參數(shù)為C，模型表達(dá)式為

其中，Y為產(chǎn)出量；X1、X2、X3分別為勞動力、播種面積、肥料等投入要素； β1、 β2、 β3為各要素的產(chǎn)出彈性；C為氣候要素投入；γ為氣候要素C的產(chǎn)出彈性，反映的是投入要素每變化1%，就會帶來γ%糧食產(chǎn)量的變化；Nc可稱為非氣候因子對糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。利用C-D-C模型計算產(chǎn)出，進行氣候變化產(chǎn)出彈性評估時，首先將公式（1）對數(shù)化得到線性方程：

再利用多元回歸獲取μ、 γ 、 β1、 β2、 β3等產(chǎn)出彈性值。某要素的產(chǎn)出彈性從經(jīng)濟學(xué)角度理解為當(dāng)其他生產(chǎn)要素不變時，該要素增加的百分比與產(chǎn)出量增加的百分比的比例，也可理解為在其他條件不變的情況下，要素增加1%，產(chǎn)出增加γ%，說明它是從動態(tài)變化的角度衡量生產(chǎn)要素投入與產(chǎn)出之間經(jīng)濟效益的指標(biāo)?！皻夂虍a(chǎn)出彈性”反映糧食產(chǎn)量對氣候變化的敏感性程度。

研究在運用C-D-C模型過程中，要對模型的時間尺度和綜合氣候要素的選取進行改進和完善。

4.2 “氣候變化影響率”評估指標(biāo)模型

“氣候變化影響率”概念考慮了氣候變化長期的趨勢變化，用來估算未來氣候變化對糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率。以C-D-C模型為基礎(chǔ)，定義并推導(dǎo)出來的“氣候變化影響率”指標(biāo)。

“氣候變化影響量”在糧食產(chǎn)量影響評估中可定義為：“在氣候變化作用下的作物產(chǎn)量與假設(shè)氣候不變條件下的作物產(chǎn)量之差”。由于預(yù)估氣候變化產(chǎn)量的過程中，無法得知未來的糧食產(chǎn)量，因此定義“某一時段內(nèi)氣候變化占糧食產(chǎn)量的比重”為 “氣候變化影響率”，反映未來氣候變化的影響在實際產(chǎn)出中所占的分量。假設(shè)未來m年和過去n年時間段，未來m年糧食產(chǎn)量Y、非氣候因子對經(jīng)濟產(chǎn)出的貢獻(xiàn)值和氣候要素投入C的平均狀況記為，氣候產(chǎn)出彈性為γ1；過去n年Y、Nc和C的平均狀況記為Y2、Ne1、C2，氣候產(chǎn)出彈性為 γ2，則氣候變化影響率表達(dá)式為

其中，R表示以過去n年的氣候狀況為基準(zhǔn)，未來m年由于氣候變化引起的糧食產(chǎn)量變化情況占糧食產(chǎn)量的比重，由C2、C1、γ1決定。R越大，氣候變化對產(chǎn)量變化的影響越大（丑潔明等, 2011）。

“ 氣候變化影響率”作為用于風(fēng)險評估和可持續(xù)發(fā)展?jié)摿υu估的指標(biāo)，是一個新的確定動態(tài)閾值范圍的論證和運用的嘗試。

4.3 氣候變化風(fēng)險評估模型

氣候變化風(fēng)險是由于氣候變化影響超過某一閾值所引起的社會經(jīng)濟或資源環(huán)境的可能損失（吳紹洪等, 2017）。氣候變化風(fēng)險包括兩個基本要素：氣候變化對系統(tǒng)的損害程度即不利影響的程度，以及損失發(fā)生的可能性。其中，不利影響的程度主要由系統(tǒng)對氣候變化的敏感性和系統(tǒng)暴露程度決定。因此，氣候變化風(fēng)險評估模型可以表達(dá)為

其中，RCC為系統(tǒng)的氣候變化風(fēng)險，S為系統(tǒng)響應(yīng)氣候變化的敏感性，E為系統(tǒng)暴露程度，P為損失發(fā)生的可能性。敏感性是指系統(tǒng)對氣候變化的響應(yīng)程度或敏感程度。一般地，敏感性越高，則系統(tǒng)越容易受到氣候變化的不利影響，其風(fēng)險可能越大。暴露程度是指區(qū)域或系統(tǒng)暴露于氣候變化的程度。暴露程度越高，則其受到氣候變化不利影響的風(fēng)險越大?？赡苄允侵笟夂蜃兓焕录l(fā)生的概率。在評估氣候變化風(fēng)險時，按照風(fēng)險評估步驟選取和獲得相關(guān)指標(biāo)和數(shù)據(jù)，確定評估指標(biāo)和權(quán)重，構(gòu)建風(fēng)險評估模型，由于有著不同量綱的數(shù)據(jù)源不具備可比性，所以在評估之前必須對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理及標(biāo)準(zhǔn)化。

研究主要是利用C-D-C模型和“氣候變化影響率”進行氣候變化對糧食生產(chǎn)的敏感性和可能性 （不確定性）分析，最后結(jié)合氣候變化風(fēng)險評估模型和氣候變化情景設(shè)計，進行糧食生產(chǎn)的氣候變化風(fēng)險和可持續(xù)性潛力分析。

4.4 統(tǒng)計方法

（1）利用氣候變化趨勢系數(shù)和傾向率進行氣候要素變化的特征分析。

（2）利用主成分分析方法（PCA）將氣溫、降水、日照時數(shù)等多個氣候因子構(gòu)建成一個綜合氣候因子，綜合反映氣候變化特征。

（3）利用地理探測器檢測劃分區(qū)域的空間異質(zhì)性，并檢測劃分的氣候敏感糧食區(qū)的合理性和科學(xué)性。

5 完成步驟與工作展望

在建立數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，著重從敏感性分析、風(fēng)險評估以及可持續(xù)性研究等環(huán)節(jié)，逐步深入開展研究工作。

第一步：建立數(shù)據(jù)庫，搜集整理相關(guān)的氣候變化和社會經(jīng)濟方面的數(shù)據(jù)。按照氣候變化對中國糧食生產(chǎn)區(qū)的影響受時空尺度制約，分區(qū)域分時段整理資料，使之符合研究的需要。

第二步：基于C-D-C模型評價氣候變化對中國糧食生產(chǎn)的敏感性和可能性（不確定性），評估和劃分出氣候變化對糧食生產(chǎn)要素影響的敏感性和風(fēng)險區(qū)域的圖譜。利用構(gòu)建的關(guān)鍵性評估指標(biāo)：暴露度指標(biāo)、脆弱性指標(biāo)、風(fēng)險可能性指標(biāo)等，找到科學(xué)的糧食安全的氣候變化風(fēng)險表征指標(biāo)及控制因子。

第三步：評估氣候變化風(fēng)險對中國自給自足的糧食生產(chǎn)供給和需求影響。選擇利用已有的風(fēng)險評估模型，并依據(jù)參數(shù)需要構(gòu)建相應(yīng)的糧食生產(chǎn)風(fēng)險評估模型，評估中國糧食生產(chǎn)的自給自足受氣候變化影響的風(fēng)險性區(qū)域范圍。

風(fēng)險研究主要分為兩種思路，即自上而下演繹法和自下而上歸納法。自上而下演繹法一般基于分析對象主體邏輯，通過分析公開信息，并輔以其他方式做出是否存在風(fēng)險的判斷。

自下而上歸納法則根據(jù)歷史數(shù)據(jù)找出存在風(fēng)險的共性特征。這是一種基于歷史統(tǒng)計規(guī)律，形成了 “先猜想再檢驗”的基于規(guī)則庫的研究思路。

我們將經(jīng)濟風(fēng)險分析邏輯和數(shù)理統(tǒng)計檢驗相結(jié)合，希望將以上兩種思路結(jié)合，先從分析的對象主體邏輯出發(fā)，找到一些描述風(fēng)險的“規(guī)則”，然后再使用量化的方法，通過“回測”對這些規(guī)則進行定量驗證。最后我們希望能找到合適的完善農(nóng)業(yè)種植制度，適應(yīng)氣候變化風(fēng)險的糧食安全對策。

第四步：運用國際CMIP6集合模式，預(yù)估不同氣候變化情景下中國糧食產(chǎn)量變化的區(qū)域性差異和可持續(xù)性分析。研究方法及技術(shù)路線見圖1。

圖1 研究方法及技術(shù)路線圖Fig. 1 Research methods and technical routes

經(jīng)過上述工作，期望能夠達(dá)成的目標(biāo)是：

（1）借用經(jīng)濟學(xué)專業(yè)的“彈性”概念，用綜合氣候變化因子（CCF）的“氣候產(chǎn)出彈性”評估氣候變化對糧食產(chǎn)量的時空敏感性，用“氣候變化影響率”評估氣候變化的影響的風(fēng)險區(qū)域和糧食生產(chǎn)的可持續(xù)性發(fā)展?jié)摿?，給出未來30年（2020～2035年以及2020～2050年）內(nèi)全國糧食生產(chǎn)區(qū)域的氣候變化影響的可持續(xù)性評估。

（2）運用自主研發(fā)的經(jīng)濟-氣候模型（C-D-C模型）和“氣候變化影響量”算法，結(jié)合風(fēng)險評估模型和大數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，綜合考慮糧食區(qū)域的需求和供給因素，可以對中國糧食生產(chǎn)區(qū)域的氣候變化影響的敏感性、風(fēng)險性和可持續(xù)性進行評估，從氣候變化科學(xué)和經(jīng)濟學(xué)交叉角度研究問題，體現(xiàn)出科學(xué)性與現(xiàn)實經(jīng)濟需求相結(jié)合的特色。

（3）利用豐富的空間場和高度場觀測資料以及權(quán)威的國家經(jīng)濟統(tǒng)計資料，研究中國70年來氣候變化和糧食系統(tǒng)之區(qū)域和層次變化的時空特征，揭示氣候變化和對中國糧食生產(chǎn)影響變化特征和演變趨勢，結(jié)合國家宏觀經(jīng)濟規(guī)劃步驟的時間尺度，進而提出如何應(yīng)對的政策建議，使情景設(shè)計的預(yù)期結(jié)果與中國經(jīng)濟社會規(guī)劃同步，增強研究工作的現(xiàn)實意義和應(yīng)用前景。