卫星遥感视角：2023年全球气候变化趋势与农产品影响

期货研究报告|卫星农业专题2023-02-08 2023年全球气候变化趋势与农产品影响 ——卫星遥感视角 研究院农产品组 研究员 邓绍瑞 010-64405663 dengshaorui@htfc.com从业资格号：F3047125投资咨询号：Z0015474 投资咨询业务资格： 证监许可【2011】1289号 内容摘要 2022年以来全球气候变化对农产品市场产生了巨大的影响。因此农产品组利用卫星遥感数据，从高纬度、中纬度和低纬度角度，对2023年全球气候变化的特点和趋势做了详细分析，重点关注了极地涡流和厄尔尼诺南方涛动(ENSO)带来的影响，具体而言，高纬度地区，冰层和冰盖的变化加剧了极地气候变化，从而增强了今年全球气候的不确定性；中纬度地区，在北极极地漩涡冷热变化剧烈作用下，极地气流南下，形成寒潮天气，因此我国华北、东北和美国都频繁的遭受到了寒潮的袭击，尤其美国从德克萨斯州到缅因州都会迎来大范围雨雪天气，还会伴随着强风甚至龙卷风，预计未来，美国大部分地区和欧洲平均气温比正常情况下更冷，美国东部和欧洲大部分地区的降水量比平均水平更高。低纬度区域，将大概率发生拉尼娜到厄尔尼诺的转向，对全球气候格局产生重大变化。与此同时，针对2023年存在的气候风险和变化趋势，对已经或潜在产生重要影响的农产品品类展开进一步分析，预估南美巴西大豆2022/23年度产量增加幅度将达到13.51%~16.63%，总产量约为1.47~1.51亿吨，增产1700~2100万吨左右，具体幅度主要由南部产区南里奥格兰德（RioGrandedoSul）州决定，该州天气持续干旱，大豆生长发育较往年差，但比去年有所恢复，叠加南部区域大豆还在生长发育的末期，对整体产量形成拖累，如若小幅恢复则产量至少在1.47亿吨，若按现趋势发展，则产量最高可达1.51亿吨。根据1月底数据进一步测算，阿根廷大豆2022/23年度产量减产幅度将达到12.64%，总产量约为3834.93万吨，减产幅度 555.06万吨。另一方面，从拉尼娜转向的时间将会发生在6月以后，重点影响油棕 2023年下半年和2024年上半年产量，9-10月份需要特别关注。 请仔细阅读本报告最后一页的免责声明 目录 内容摘要1 2023年全球气候变化特点和趋势4 南美大豆现状及产量预估7 厄尔尼诺对棕榈油的潜在影响12 图表 图1:2022年全球43个主产国大宗作物产量同比变化幅度3 图2:1979-2023年全球海冰范围异常监测4 图3:北极极地涡旋的三维图像4 图4:极地漩涡异常对中纬度区域影响示意图5 图5:2022年底全球耕地干旱程度监测5 图6:拉尼娜海域水温异常监测6 图7:低纬度区域沃克环流示意图6 图8:多模型预测拉尼娜转厄尔尼诺进程6 图9:巴西耕地分布7 图10:阿根廷耕地分布7 图11:2023年1月底巴西耕地NDVI值分布8 图12:2016-2023年巴西大豆NDVI走势8 图13:2023年1月底巴西大豆NDVI值与近6年均值变化量9 图14:2001-2023年1月底同期巴西各州大豆NDVI值走势9 图15:2023年1月底阿根廷耕地NDVI值分布10 图16:2016-2023年阿根廷大豆总NDVI走势10 图17:2023年1月底巴西大豆NDVI值与近6年均值变化量11 图18:较2022年同期底阿根廷各州产量变化率11 图19:较2016-2021年均值阿根廷各州产量变化率11 图20:厄尔尼诺发生时6、9和12月与降水的遥相关分析12 图21:厄尔尼诺发生时6、9和12月与气温的遥相关分析13 图22:2000-2022年ENSO14 图23:2000-2023年马来和印尼逐16日NDVI值14 图24:近20年厄尔尼诺年份与正常年份NDVI均值对比14 回顾2022年，根据世界气象组织2022年全球气候临时状况报告，极端热浪、干旱和毁灭性洪水已影响数百万人并造成数十亿美元的损失。在东非，近40年来首次连续四个雨季的降水量都低于平均水平，预计有1840-1930万人在2022年6月前面临严重粮食危机。巴基斯坦在7-8月发生的大面积洪涝灾害，导致1700人死亡，790万人流离失所，3300万人受到波及。我国科技部最新全球卫星遥感监测报告显示，在极端气候和事件影响下，2022年全球大宗粮油作物产量预计为28.6708亿吨，同比减产3688万吨，减幅1.3%。 图1:2022年全球43个主产国大宗作物产量同比变化幅度 数据来源：科技部中科院华泰期货研究院 气候变化影响农业的主要方式是多样的。首先是降水模式，干旱会限制作物的可用水量，从而导致作物质量下降。相反降水增加可能导致土壤侵蚀和水土流失等问题。其次是温度，高温影响作物的生长、发育以及关键事件（如开花和结果）的时间。气温上升还可能导致害虫和疾病发生的频率和程度，进而影响作物的健康和生产力。随后是土壤质量，土壤中水分含量的变化会影响土壤的肥力，也会造成土地盐碱化。最后是生物多样性，生长环境的变化可能导致部分区域不再适合原有作物生长，反而适合其它作物生长，进而影响全球的种植结构。 因此展望2023年的全球气候变化趋势以及对农作物的影响，对于市场判断意义不言而喻。故农产品组根据多种模型和实时卫星数据，对未来潜在影响农产品的气候事件进行分析预判，并针对可能受波及较大的品种展开详细分析。同时建立了实时气候监测 机制和农作物卫星遥感监测机制，以此关注和预测气候变化的实时走势和影响。 2023年全球气候变化特点和趋势 展望2023全年，高纬度区域，在全球增温和“北极放大效应”作用下，极地环境持续快速变化。两极地区海冰面积以及冰盖面积变化是潜在影响全球气候变化的重要因素，不仅会改变冰盖结构、加速冰川运动、制造冰架崩解，还会塑造陆表景观、削弱深水对流和降低洋流翻转强度等，最终影响全球大气和海洋循环。卫星遥感监测显示，自1978年以来北极海冰面积以每年0.4%的速度减少，2002-2021年北极多年冰覆盖范围急剧减少，减少速率达到12.7km2/a，冬季多年冰在总海冰覆盖面积比重从28%下降至13%；而南极海冰年际波动剧烈，规律性较弱，但总体以每年0.17%的速度增加，且 2022年底全球范围内两极海冰异常面积达到前所未有的300万平方公里，尤其南极海冰面积创下历年最低，并持续恶化，特别是在南极的Bellingshausen和AmundsenSeas地区尤为显著。因此，极地的气候变化加剧，极大增强了今年全球气候的不确定性。 图2:1979-2023年全球海冰范围异常监测图3:北极极地涡旋的三维图像 数据来源：ZacharyLabeNSIDCSSM/I-SSMIS卫星华泰期货研究院数据来源：SEVEREWEATHERGFS华泰期货研究院 在中纬度区域，1月份以来，卫星遥感监测表明，北极的极地漩涡冷热变化也日益频繁，使得盛行西风更加猛烈。通常如果北极漩涡偏强时，北半球冷热交汇均匀、大气环流稳定，极寒冷空气难以侵入中纬度地区，但是当北极漩涡偏弱时，变化不稳定，低纬度的暖气流便会北上入侵极地，极地漩涡可能会被分割为多个冷中心，极地气流同时也会南下，形成寒潮天气。近期我国华北、东北和美国都频繁的遭受到了寒潮的袭击，尤其美国从德克萨斯州到缅因州都会迎来大范围雨雪天气，还会伴随着强风甚至龙卷风。并且根据历史气候数据，在这种气候类型发生后的一个月内，美国大部分地区和欧洲平均气温比正常情况下更冷，美国东部和欧洲大部分地区的降水量比平均水平更高。 图4:极地漩涡异常对中纬度区域影响示意图 数据来源：NOAA华泰期货研究院 在低纬度区域，市场熟知的“拉尼娜”已经持续三年，自1950年以来，这是第三次�现三峰拉尼娜现象，对全球范围内温度和降水模态都产生了极大影响，加剧了区域间的干旱和洪水风险。总体上2022年非洲南部、南美洲北部、海洋大陆和澳大利亚东部比常年更潮湿。东南亚季风带来的降雨更强、持续时间增长，巴基斯坦在7月和8月经历的破坏性降雨就与此联系密切。南美洲巴塔哥尼亚、北美洲西南部以及东非都比往年更干燥。 图5:2022年底全球耕地干旱程度监测 数据来源：FAOMODIS卫星华泰期货研究院 值得注意的是据美国国家海洋和大气管理局（NOAA）数据，虽然近期拉尼娜还在持续，但程度已经在逐渐减弱，并大概率从2023年年中开始转变为厄尔尼诺。 图6:拉尼娜海域水温异常监测图7:低纬度区域沃克环流示意图 数据来源：NOAA华泰期货研究院数据来源：NOAA华泰期货研究院 具体而言，根据卫星遥感监测从2022年12月开始，虽然低温海水在赤道东太平洋的地表附近和深处持续存在，热带太平洋上空的大气环流异常未明显减弱，受抑制的对流在热带太平洋的西部和中部持续存在，在印度尼西亚周围也还可以观察到增强的对流，但是，赤道太平洋的低海面温度（SSTs）程度有所减弱，最新的Nino3.4区域异常温度都升高至-0.8℃到-0.7℃之间，逼近-0.5℃到+0.5℃的中性区间，并且地下温度异常在持续缓和，多种气候模型预测拉尼娜将在3-5月过度到ENSO中性的概率高达 82%，且在6月之后异常温度超过+0.5℃，转变为厄尔尼诺概率超过50%。 图8:多模型预测拉尼娜转厄尔尼诺进程 数据来源：IRINOAACFSECMWF华泰期货研究院 厄尔尼诺的形成机理在此不做赘述，虽然其发生在低纬度地区，但对全球气候都会产生影响，主要体现在：沃克环流减弱甚至逆转将导致中太平洋有更多的对流、降雨和低于平均水平的表面压力，而西太平洋的对流更少、天空更晴朗、表面压力高于平均水平。具体而言，赤道中太平洋和东太平洋在北半球冬季和春季降水会增多；澳大利亚北部、印度尼西亚和菲律宾气候在在北半球的冬季和夏季会变得异常干燥；非洲东南部和巴西北部会在北半球冬季变的干燥；印度西北部受印度季风降水量偏少影响在夏季会趋于干旱；在热带南美洲西海岸以及北美洲（墨西哥湾沿岸）和南美洲（巴西南部至阿根廷中部）的亚热带纬度地区整体降水会较往常增加，同时墨西哥湾和美国东南沿海的风暴也往往更加猛烈。 因此2023年在上述区域的作物如棕榈树、甘蔗、大豆、水稻等大概率会受到影响需要重点监测。由于目前处于北半球冬季末春初，越冬作物处于休眠期，北半球其余大部分区域都还处于休耕期，因此农产品组选取目前处于关键生长期的南美大豆和未来影响较大的东南亚棕榈油展开分析。 南美大豆现状及产量预估 南美天气自2022年10月以来随着“三峰”拉尼娜的持续一直表现堪忧，尤其进入11月播种季节后，高温、干旱更是频频来袭，一度拖累了南美大豆的播种进度。12月开始南美气候�现两级分化，北部区域（巴西中部以及北部）开始�现缓和迹象，南部区域（巴西南部以及阿根廷全境）却急转直下。 图9:巴西耕地分布图10:阿根廷耕地分布 数据来源：Sentinel卫星华泰期货研究院数据来源：Sentinel卫星华泰期货研究院 为厘清此次拉尼娜对南美大豆产量造成的影响，农产品组利用ESA的Sentinel卫星数据提取南美巴西和阿根廷的耕地信息如图9、10所示，巴西大豆产区主要集中在中部 和南部区域的马托格罗索（MatoGrosso）、南马托格罗索（MatoGrossodoSul）、戈亚斯（Goias）、巴拉那（Parana）和南里奥格兰德（RioGrandedoSul）五个州；阿根廷主要集中在东北部的圣地亚哥-德尔埃斯特罗（SantiagodelEstero）、圣菲（SantaFe）、科尔多瓦（Cordoba）和布宜诺斯艾利斯（BuenosAires）四个省。 进而在耕地基础上利用Landsat卫星影像反演了巴西和阿根廷整个耕地区域从2016年1月1日至2023年2月1日的归一化植被指数（NDVI），以及该区域近20年来Modis卫星反演的NDVI变化情况，该指数被广泛应用于植被长势监测和产量预估模型。 ■巴西 从时间维度看，巴西截止2023年1月底，反应生长状况的卫星遥感指数NDVI较去年同比上升8.29%，考虑到2022年受天气干