专题 | 厄尔尼诺及其对主要农产品的影响

厄尔尼诺-拉尼娜的周期切换对全球气候变化有着显著影响。2023年6月，全球多家机构宣布厄尔尼诺已经形 成。此外，随着全球变暖，大气能量增强，近些年全球极端异常气候频发。世界气象组织7月10日发布报告 称，今年6月是有记录以来最热的6月。 全球农作物对气候变化异常敏感，厄尔尼诺及全球变暖背景下，分布全球不同地区的主要农产品单产可能会受到明显影响。这是当前农产品期货市场的关注及交易重点。 一、厄尔尼诺的发现 世界有四大渔场，日本的北海道渔场、英国的北海渔场、加拿大的纽芬兰渔场及秘鲁的秘鲁渔场。前三者均是洋流冷暖交界处，秘鲁渔场则是由秘鲁寒流的上升流而形成。 秘鲁寒流（PeruCurrent）又称洪堡德寒流，是一支补偿流，是寒流中极为强大的一支，也是世界上最大的补偿流。 秘鲁寒流始于南纬50°左右的西风漂流，由于西风漂流受南美大陆阻挡，一部分水流北上而形成。在向北流动的过程中，由于受地转偏向力影响，加以沿岸盛行南风和东南风，表层海水向西偏离海岸，使平均每秒100米的中层冷水上泛到海面。该区域年平均水温一般为14°~16℃，比周围气温低7°~10℃。海水上泛带来了大量营养物质，促使浮游生物大量繁殖，为鱼类提供了丰富饵料。秘鲁沿岸自古以来就是著名渔场。厄尔尼诺现象的发现，就与秘鲁寒流存在密切联系。 厄尔尼诺现象至少可追溯至200万年以前，但发现却是19世纪。19世纪初，南美洲的厄瓜多尔和秘鲁等国的渔民发现，每隔几年，从10月至第二年的3月便会出现一股沿海岸南移的暖流，使表层海水温度明显升高。这股暖流一出现，会使得性喜冷水的鱼类大量死亡。由于这种现象最严重时往往在圣诞节前后，渔民将其称为“EINiño”，即上帝之子——圣婴，源自西班牙语。 二、地球的气压带、风带及洋流 1、全球气压带与风带 学过基础地理，我们知道由于地轴是倾斜的，公转时会导致太阳直射点（太阳光与地面夹角为90°的地方）在南北回归线间移动。 因此，地轴倾斜会导致地球不同维度地区单位面积接受的太阳热量辐射不同。其中，赤道地区终年受热，温度高，空气膨胀上升到高空向外扩散，导致气柱质量减少，从而低空形成低压带，称为赤道低压带。极地地区与之相反，气温低、空气冷却下沉，积聚在低空，因此形成极地高压带。 从赤道上空流向两级地区的气流在地球偏转力的作用下，流向趋于纬线方向，阻滞来自赤道上空的气流向高纬度流动，从而令此处空气质量增加下沉，形成高压带，称为副热带高压带。副热带高压带和极地高压带之间形成一个相对低压带，称为副极地低压带。从而，全球形成了7个低空纬线方向的气压带（图2）。此外，由于低空的气流从高压向低压流动、加上地球自转的作用，地球表面气流形成了六个风带。 上图可知，北半球形成东北信风，南半球形成东南信风。信风的方向很少改变，稳定出现，很讲信用，这是tradewind在中文中被翻译成“信风”的原因。南北半球上的信风带会随着季节的变化而发生有规律的南北移动。 2、洋流与洋面温度 在地球上的风带、重力、温度等因素作用下，形成了地球表面的洋流体系。 如图3所示，在地球偏转力作用下，通常北半球赤道附近吹东北信风，南半球赤道附近吹东南信风。信风带动海水自东向西流动，分别形成北赤道暖流和南赤道暖流。这两股暖流在陆地地形及西风带的影响下，进一步形成了日本暖流、北太平洋暖流及东澳大利亚暖流、北大西洋暖流、秘鲁寒流、西澳大利亚寒流等。 于东部。 如图5所示，由于信风会将赤道表面较温暖的海水，从太平洋东部吹向西部，因此通常太平洋西部海面温度高 三、厄尔尼诺的定义 厄尔尼诺现象指赤道太平洋东部和中部地区海面温度持续异常偏高的现象。通常，厄尔尼诺发生时，热带海域表面水温比平时上升0.5度以上，故一般又称为“暖事件”。 对于厄尔尼诺现象产生的原因，多数科学家认为，信风减弱可能是引起厄尔尼诺的直接原因。此外，大气季节性震荡、火山爆发、全球变暖、东亚寒潮异常甚至日食频率等，也会导致厄尔尼诺。 当厄尔尼诺现象发生时，全球极端异常的气候事件会强度增加、时长延迟、影响扩大，比如极端高温、异常干旱、毁灭性洪涝、农作物产量骤降、疾病增加等等。 根据历史数据，近120多年全球共发生过29次厄尔尼诺现象。最近一次的“强”厄尔尼诺事件发生于2014年秋季至2016年春季。2019年9月全球开始出现拉尼娜，弱到中等级别的拉尼娜持续了三年。虽然2020-2022年连续发生的拉尼娜气候对于全球变暖的趋势有一定缓和作用，但在2022年的6-7月，全球多地仍出现了大范围高温热浪，全球平均气温仍达到近143年的第六高。2023年4月ENSO短暂转为中性，但6月开始全球厄尔尼 诺的概率明显增加。 拉尼娜（LaNiña）一词源自西班牙语，原意为“小女孩”。是指赤道太平洋东部和中部地区海面温度持续异常偏冷的现象。一般伴随着厄尔尼诺减弱而出现，通常出现在厄尔尼诺现象的第二年，至少持续2至4个月，有时甚至持续两三年。气候特征上是厄尔尼诺现象的反相，也称为“反厄尔尼诺”或“冷事件”。 与厄尔尼诺相反，拉尼娜常因信风带风力增强引起。因赤道信风增强，将表面被太阳晒热的海水进一步吹向太平洋西部，致使太平洋西部比东部海平面增高将近60厘米，从而导致西部海水温度增高，气压下降，潮湿空气积累形成台风和热带风暴，而太平洋东部底层海水上翻，东太平洋海水变冷。 四、厄尔尼诺的衡量指标及当前进展 厄尔尼诺—拉尼娜，通常与相关地区的气压变化、风向变化、海温变化、海平面高度变化等相关。常见的指标主要用于衡量太平洋表面的温度（NINO）及气压变化（SOI）。由于厄尔尼诺-拉尼娜通常与南方涛动现象一起出现，也被称为ENSO（ElNiño-SouthernOscillation）现象。 1.NINO3.4指数 NINO3.4指数是基于海面温度变化的ENSO指标之一。NINO3.4主要用来衡量5°N到5°S、170°W到120°W的区域内的平均海面温度异常变化，是监测ENSO的基本监测指标。但各国的标准存在一定差异。 其中，美国以Niño3.4指数3个月滑动平均绝对值超过0.5℃、至少连续5个月即认定为厄尔尼诺/拉尼娜事件发生。中国气象局国家气候中心以Niño综合区（Niño1+2+3+4）海温距平指数为厄尔尼诺事件的标准，当海温距平指数大于等于0.5℃且持续时长6个月（期间允许1个月未达标），或者海温距平指数连续5个月大于等于0.5℃且5个月指数之和不低于4.0℃，则判定为厄尔尼诺事件。 下表可知，1990年至今，全球发生10次厄尔尼诺。其中1997-1998年、2014-2016年为超强厄尔尼诺年份， nino3.4指数峰值在2.5°C以上。 由于NINO3.4指数超过0.5°C的厄尔尼诺阈值，6月至今美国气候预测中心（CPC）、澳大利亚气象局、世界气象组织（WMO）等机构陆续宣布全球进入厄尔尼诺状态。国际主要的气候机构模型表明，热带太平洋中部和东部可能会进一步变暖，这可能将是一次强（2°C以上）厄尔尼诺，预计将持续近一年。 2.南方涛动指数（SOI） 厄尔尼诺及拉尼娜不仅表现为洋流强弱及走向的改变，更因洋流表面的温度变化等因素对全球气候产生巨大的影响。太平洋上空沃克环流的强弱变化，是导致太平洋两岸地区气候变化的重要原因，也是判断厄尔尼诺及拉尼娜现象发生的另一重要指标。 正常情况下，由于信风的存在，太平洋东部温度高于西部。太平洋东西部海洋表面温度的不同，会导致太平洋东西部地区大气气压不同。 在西太平洋，空气温暖而潮湿，盛行上升气流，成为对流活动极为旺盛的地区，也是太平洋降水最为丰富的地区。东太平洋为冷水域，冷水使其上方的空气变冷、密度增大。因此，这一带洋面上盛行下沉气流，多晴朗少云天气。 因此，太平洋东部低空大气层气压高，而西部低空气压低。太平洋低空区，空气自东向西流动，高空的情况则与低空相反。这样就在赤道地区形成了一个闭合的大气环流圈。这个在低纬度太平洋上空形成东西向流动的大气环流就是沃克环流。 科学家选取塔希提站代表东南太平洋，选取达尔文站代表印度洋与西太平洋，应用数理统计的方法将两个测站的海平面气压差值进行处理后得到了一个用于衡量两地气压强弱的指数，称为南方涛动指数SOI（SouthernOscillationIndex）。 SOI=PT-PD（PT代表赤道东太平洋海平面气压；PD代表印度尼西亚海平面气压。）通常，SOI持续低于-7表示厄尔尼诺现象，持续高于+7表示拉尼娜现象。 下图可知，在过去两周内，SOI指数回到中性区间。澳大利亚气象局尚未观察到风、云和大范围压力模式向厄尔尼诺模式的持续变化，这表明当前的太平洋和大气尚未完全耦合，当前的厄尔尼诺只是刚刚开始，对天气的影响尚不典型。2014-2016上一次超强厄尔尼诺发生期间，SOI指数进入2015年始终在-7厄尔尼诺阈值中。 3、其他指标 Nino3.4指数及SOI之外，ENSO的衡量指标还有气层顶部的长波辐射（OLR）、信风强度等。这里就不展开说明了。 五、厄尔尼诺对全球气候的影响 下图可知，厄尔尼诺发生期间，通常太平洋沿岸国家“西旱东涝”概率较高。赤道及南半球沿海国家气候受厄尔尼诺的影响更加明显，亚欧及非洲大陆内陆国家几乎没有明显的影响。 此外，厄尔尼诺对全球相关地区夏季及冬季气候的影响也不完全相同。下图分别是1982年至今，厄尔尼诺发展期北半球夏季、厄尔尼诺全盛期北半球冬季的各地降雨偏离情况，也比较符合今年厄尔尼诺的发展阶段。 美国：厄尔尼诺对美国夏季降雨影响较微弱，冬季南北降水分化，通常南多北少。厄尔尼诺通过影响北美洲上空急流（jetstream）的位置而影响美国气候。但夏季急流相对较弱并向北移动。秋冬季节，厄尔尼诺现象导致太平洋急流向南移动并进一步向东扩散，从而令美国南部降雨明显偏多。 南美：巴西南部及阿根廷北部无论夏季还是冬季都有洪涝风险。北半球冬季巴西北部及东北地区的降水减少更加明显。 东南亚：由于厄尔尼诺成熟期，沃克环流异常，会导致东南亚处于气流下沉区，从而使得印尼及马来西亚的旱季加重、时间变长。 澳大利亚：厄尔尼诺期间，在北半球夏季，澳大利亚东部及南部沿海干旱明显，北部部分地区降雨较多。厄尔尼诺对澳大利亚降雨量的影响，通常从11月开始减弱。因此，北半球冬季，澳大利亚东南部干旱消失，西南部沿海可能会有偏多的降水。 印度：厄尔尼诺经常于夏秋两季开始，印度季风也同样开始于6月。正常年份，印度季风会给印度带来充沛的降雨，但是在厄尔尼诺发生年份里，由于沃克环流异常，印度夏季风减弱，季风雨向南偏移，会造成印度中部、中南部和南部降雨明显增多，但是北部缺少季风则会面临高温少雨甚至干旱。但在冬季，印度降雨比较充沛。 泰国：也位于季风带，厄尔尼诺现象的变化会严重影响泰国季风降雨的变化，导致几乎泰国全境的气候都持久干旱。 中国：厄尔尼诺发展年夏季，我国气温易偏高。北方季风区降水可能偏少，易形成干旱。我国南方降水增加，易发生内涝灾害，尤其是云南、广西、广东等地。秋冬季厄尔尼诺全盛期，上述地区降雨偏多特征更加明显。冬季整体温度稍偏高，容易出现“暖冬”。 近三年，受拉尼娜影响，我国华南及云南地区长期偏旱。进入厄尔尼诺年后，这些地区干旱形势预计将得到有效缓解。 六、厄尔尼诺对主要农产品（期货）的影响 对于绝大多数农产品来说，降雨偏少导致的干旱会影响植物的生长及作物单产。今年7-8月正值北半球农产品生长关键期。南美巴西的大豆、一茬玉米、棉花，阿根廷大豆、棉花、玉米等已经收获完毕，巴西二茬玉米开始收获，故当前的干旱对该地区作物单产影响不大。澳大利亚冬菜籽播种完毕，正值生长季，干旱对其单产有影响。 截止7月10日，全球多地土壤含水情况不容乐观。美国中西部部分地区（大豆、玉米）、加拿大草原省（油料、谷物）都面临干旱；欧洲大部分地区、乌克兰西部（葵籽）、中国西南及京津冀地区、澳洲南部海岸线西部（菜籽）也有不同程度干旱；东南亚地区近期出现高温，