专题报告:厄尔尼诺与白糖的前世今生

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楼主 2020-11-20 12:05:26
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近几年,气象学中最高频的热词就是“厄尔尼诺”,根据国家气候中心综合评估,2014年持续至今的厄尔尼诺事件,是20世纪有观测以来最强的,真正意义上称为百年最强完全不过分。“厄尔尼诺”这个我们熟悉而陌生的词汇再次映入我的眼帘,而后又再次离去。




文|  影香居士

发布 | 对冲研投  



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厄尔尼诺事件



1.1.  “圣婴”与“圣女”


我们在深入了解“厄尔尼诺”之前首先要知道它的由来。厄尔尼诺取自西班语El Nio,意思是“圣婴”,也可以译作“上帝之子”。起源于19世纪的秘鲁,当地的渔民发现每到圣诞节前后,沿岸海域都会有一股向南的流动的神秘暖洋出现,这股暖洋取代了往常他们捕鱼时向北流动的冷洋流,这是鱼群就会减少,一般持续一两个月,由于无法解释这种现象,便把他与圣诞节联系起来,称之为“厄尔尼诺”。但是这里的的厄尔尼诺仅仅是南美局部的季节性增暖现象,不会引起全球性气候异常或大范围自然灾害。


因此现在这个词汇已经发生了根本变化,“厄尔尼诺”是指赤道中、东太平洋异常增暖事件。另外,需要注意的是“厄尔尼诺现象”与“厄尔尼诺事件”的本质区别,只有当这种增暖现象持续超过3个月才真正认定为发生了“厄尔尼诺事件”。现在气象学家所说的“厄尔尼诺”是指在赤道中、东太平洋隔几年才发生一次、持续时间超过半年以上的大范围海表温度异常增暖现象。


中国古代有一门著名的学问叫做易学,易学思维讲究阴阳。阴阳哲理自身具有三个特点:对立、互化和统一。自然界的阴阳哲理有很多,天气现象也存在阴阳之说,世间的事物总是成双成对出现的,有冷就有暖,有小男孩就有小女孩,有“厄尔尼诺”自然就有了“反厄尔尼诺”,称之为“拉尼娜”。拉尼娜是西班牙语“La Nia”,也就是“小女孩,圣女”的意思。它是指赤道中、东太平洋持续异常偏冷事件。由于拉尼娜更温和一点,因此关注度稍逊于厄尔尼诺。


1.2.  沃克环流与“厄尔尼诺-拉尼娜”


在西太平洋,较暖洋面使得这里的空气温暖而潮湿,从而形成一股上升气流,导致这里对流活动极其旺盛,也使得这里成为太平洋降水最为丰富的地区。而由于东太平洋为冷水域,使得上方空气变冷而密度增大,水汽难以抬升,形成了一股下行气流,多晴朗少云雨。在正常年份,太平洋大气底层东部气压高,西部气压低,从东部来的空气流到西部补偿了因上升而流失的空气,而高空又和底层恰恰相反。这样就在赤道地区形成一个闭合的环流圈,这就是“沃克环流”。

 

 

图1.2-1:沃克环流

数据来源:公开资料 南华期货研究所


但是,当沃尔克环流中的东风减弱甚至变为西风时,就会造成赤道东太平洋地区的冷水上翻减少或者停止,造成东太平洋海面温度高于正常沃克循环下的海面温度,形成大范围的海水温度异常增高,即形成厄尔尼诺。反之,当沃克环流变得异常强烈,则会造成东太平洋地区的冷水上翻加速,从而使得东太平洋地区海水异常寒冷,形成拉尼娜。厄尔尼诺和拉尼娜通常是交替发生的。


1.3.  厄尔尼诺-拉尼娜对全球气候的影响


大气总是以其特有的规律不停地运动,如果某个地方发生了异常,大气环流就好将这种信息由近及远的传播出去,异常程度越大,范围越广,影响的区域也就越大。厄尔尼诺发生时,把热带地区的大地、海洋的这种异常信号传导到其他地区的中、高纬度地区,甚至影响全球气候。


厄尔尼诺通常始发与5-8月,持续时间在半年以上,常常导致一系列的气候异常,主要影响区域是东南亚、澳大利亚、巴西、印度和中国。在南美,南美太平洋沿岸地区变得暴雨频发,而巴西东北部及中美洲却变得异常干旱;在太平洋西部,印度尼西亚等东南亚国家和澳大利亚东部则变得干旱;在非洲,南部非洲干旱严重而东非则多雨;在北美,加拿大西南部和美国北部则迎来了暖冬,美国南部则变得潮湿多雨;另外,太平洋和大西洋上会形成很多的热带风暴。


而在我国则会形成北旱南涝的局面,此外在我国东北地区夏季冷空气加强会形成冷夏,当然还有东南沿海频发的热带风暴和台风。




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气候主导糖产量变化




2.1.  食糖主产区的气候环境


我们要研究极端天气现象对食糖主产区的影响,首先就需要了解主产区的气候环境。由于甘蔗和甜菜均可以生产食糖,因此全球食糖产区分布较广,不过由于甜菜糖产量相对较少,不能与甘蔗糖产量相提并论,因此我们在这里只列出甘蔗主产区的气候环境。


巴西是目前世界第一产糖国,也是世界最大的食糖出口国,其产量占据全世界的25%,出口量占据世界的40%。巴西食糖产区主要集中在中南部和东北部,期中中南部糖占比达到90%。巴西中南部为亚热带季风气候,夏季高温多雨,冬季温和少雨,雨热同期的天气环境以及耕地较多的肥沃红土非常适合甘蔗生长。因此,中南部甘蔗压榨的的时间大致为5月至12月。东北部为热带草原气候,全年高温,分干湿两季,夏季多雨,冬季干旱。因此东北部甘蔗压榨时间大致为9月至翌年4月。


图2.1-1:巴西产区分布图


数据来源:UNICA 南华期货研究所


泰国位于亚洲中南半岛的中南部,虽然其仅为世界第六大生产国,但是却是全球第二大食糖出口国。泰国呈现的气候特征为热带季风气候,全年高温,降水季节差异很大,分干季和雨季。泰国的制糖期比较短,仅为11月至次年1月。


印度是全球第二大产糖国,甘蔗是印度的最重要的经济作物之一,主要种植在境内亚热带和热带地区。和泰国一样,印度的气候同样为热带季风气候,非常适合甘蔗生长。不过由于饮食习惯的原因,印度本国对食糖的需求量很大,是世界第一大食糖消费国。


相比较而言,我国的糖生产情况相对要复杂一些。由于我国南北跨度较大,北方气候与南方气候差异性显著,因此形成了北方甜菜南方甘蔗的糖产区结构,北方主产区新疆、内蒙等地区的气候特征为温带大陆性气候,而南方主产区广西、云南、广东、海南则为亚热带季风气候。不过我国糖产量主要集中在南方地区(占比超过90%)。


图2.1-2:全球主要产糖区甘蔗生长时间表


数据来源:南华期货研究所

 

2.2.  甘蔗生长的气候条件


作为农产品来说,气候条件的变化对甘蔗的种植、生长以及后续压榨具有决定性作用。简单的来说,全年气温>10℃,积温为5500℃-6500℃,日照1400小时以上,年降雨量1200毫米以上的地方才适合种植甘蔗。甘蔗的一生从种苗下种至蔗茎成熟收获,可分为萌芽、成苗、分蘖、茎伸长期、成熟期五个时期。甘蔗生长的快慢,产量的高低和含糖量的多少,与气候条件有密切的关系,尤其以温度和水分条件的影响最大。


对于最终产品糖而言,其产量主要取决于甘蔗的单产和出糖率,其中甘蔗的单产则取决于茎数、茎径和茎长三个要素。茎数取决于在萌芽、成苗以及分蘖时期甘蔗的生长情况,此时甘蔗需要水分、高温和光照。而在茎伸长期,茎径和茎长的要求更高,此时需要更多的水分,以保障其生长。而当甘蔗长成后,需要有一个积累糖分的过程,称之为成熟期,干冷的天气有利于甘蔗减少糖分的消耗,而阴雨天气则不利于糖分沉淀,这个时期决定了甘蔗的出糖率。


图2.2-1:甘蔗的生长


数据来源:公开资料  南华期货研究所




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历史上极端天气对糖市的影响举例



3.1.  历史上的ENSO事件


厄尔尼诺由来已久,不过有正式记录的最早追溯到1949年,直到现在,厄尔尼诺事件总共发生了18次,拉尼娜事件则是13次。虽然这些事件有一定的规律性,但是并没有固定的周期,一般来说厄尔尼诺2-7年发生一次,并常与拉尼娜交替发生。从1980年代以来,厄尔尼诺事件发生非常频繁,82/83、97/98、14/16这三次被称为20世纪最强的厄尔尼诺事件,而且在1991-1995年间还连续发生了3次强度不等的厄尔尼诺事件。而拉尼娜事件相对较少,2000年以来令人印象最深的要数2008年。


3.2.  97/98年的极端天气


97/98年厄尔尼诺事件与82/83年事件的强度都非常大,发生、发展及结束过程很雷同,但是97/98事件强度更大,破坏力也更强。1997年初时,赤道东太平洋海水还处于异常偏冷状态,而4月厄尔尼诺就爆发了,海温距平指数从1月开始连续12个月一直持续上升,这在1951年以来的其它ENSO过程中还未曾有过。


到1997年12月,赤道中、东太平洋海域平均海表温度距平达到了2.8℃的极高值。虽然这次事件持续时间只有13个月,比1982/83年要短,但其海温异常的程度却超过了1982/83年,成为一个多世纪以来海温距平指数峰值最高、强度最大的一次厄尔尼诺事件。


经历过那次事件的中国人应该对98年的抗洪抢险印象深刻。而除了中国长江流域、嫩江和松花江流域引发的特大洪水以外,全球其他地区也遭受着各类灾害。在东非,1997年10月至1998年前期暴雨导致的洪灾侵袭了多个国家,引发了多次严重洪水,而在南非初夏则遭到了热浪袭击。热带西太平洋及沿岸地区干旱横行,中美洲严重高温干旱,大西洋热带风暴减少,而东北太平洋飓风灾害严重。


图3.2-1:巴西甘蔗产量


数据来源:巴西甘蔗协会  南华期货研究所

 

那么对于甘蔗产区有什么影响呢?整个南美多国暴雨洪水不断,但是巴西南部却持续异常高温,里约热内卢初春9月气温高达42℃,仅比1988年盛夏最高气温低1℃,1月气温超过49℃,创20年来最高纪录。


而东北部发生了近15年来最严重的干旱,受灾人口多达一千万。实际上,由于巴西97/98榨季的产量还是增产的,当然中南部糖产量确实下降了2.3%,但东北部上涨了10%。至于糖分方面,97/98年度是大幅提升的。为什么呢?我们回到甘蔗的生长条件来看,甘蔗压榨时节最怕的不是热,而是雨,中南部确实因为高温导致了甘蔗部分枯死,但是糖分积累较多,同样的东北部仅仅只是干旱而已,自然也就增产了。


3.3.  09/10年的极端天气


我们再把时间拉近一些,去看看时间窗口相对接近一些的时候。2009年7月-2010年4月发生了一次中等的厄尔尼诺事件,这次事件不如82/83以及97/98这么严重。因此在此我们仅仅讨论对当时糖市的影响。


图3.2-2:巴西糖产量


数据来源:巴西甘蔗协会  南华期货研究所


在巴西,受厄尔尼诺影响,大面积的降雨导致甘蔗的出糖率下降并且影响了甘蔗的生产节奏,2011年和2012年的产量均出现了明显下滑。


在印度,09/10的厄尔尼诺使得印度的降水偏少,导致甘蔗单产下滑严重。很明显可以看到厄尔尼诺对印度甘蔗产量的影响要远大于巴西。

 




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百年来最大厄尔尼诺对全球糖产量的影响




4.1.  巴西晴朗天气与压榨


从历史的情况我们可以看到,厄尔尼诺对巴西食糖的产量并不完全是有害的,反而在一些年份略有增长。那么回过头来,结合当下的巴西状况,我们也能够验证这一结论。14/16年间被称为百年来最大的厄尔尼诺,在全球减产的格局下巴西并没有减产,反而是增产的。


由于巴西东北部和中南部的气候环境是不同的,因此两者的生产周期也是不同的。巴西东北部的压榨期大致在9月至翌年4月。而15/16年间这个时候东北部地区受厄尔尼诺影响总体是高温少雨的,这有利于甘蔗的压榨的,东北部也自然顺势增产了。


16年1季度中南部的高温天比往常要更热一些,此时甘蔗处于生长期,不过由于降雨还是比较正常的,因此产量基本持平。总体而言,本次厄尔尼诺对巴西糖产量的影响并不大,而15/16榨季巴西糖产量大增的原因主要还是全球供应缺口使得糖价上涨引发的巴西的糖厂将更多的甘蔗去压榨糖而非乙醇,这是结构调整导致的结果。

 

图4.1-1:2015年9月-11月气候异常图


数据来源:日本气象厅  南华期货研究所


实际上,纵观历史上重大的厄尔尼诺事件我们可以看到,并不是所有时候对巴西的影响都是不利的,97/98年度实际上和15/16年度的厄尔尼诺很相似(美国国家大气研究中心(NCAR)视觉化实验室马特-瑞海姆(MattRehme)制作过97/98年和15/16年的厄尔尼诺现象的视频的对比,其数据信息来自于国家海洋和大气管理局),但是09/10年则完全不同。


图4.1-2:97/98与15/16厄尔尼诺对比


数据来源:NCAR  南华期货研究所

 

4.2.  泰国与大干旱


作为香米之乡的泰国相当倚重于农业,泰国70%以上的糖都用于出口,因此泰国糖产量对世界糖供应的影响可想而知。厄尔尼诺事件对这个亚洲最大的糖出口国相当不留情面。我们采用日本气象厅的全球异常气象发生图可以看到2016年3月-5月包括泰国在内的东南亚大部分地区被高温笼罩。15/16年的超级厄尔尼诺导致了泰国20年一遇的干旱,大量的宿根蔗枯死,使得泰国可能连续两年的糖产量均不过超过千万吨,出口量则足足损失了20%,仅为710万吨。


图4.2-1:2016年3月-5月气候异常图


数据来源:日本气象厅南华期货研究所


4.3.  印度可能转变为净进口国


虽然印度是净出口国,但是由于印度国内消费量巨大,主要还是供应给国内为主。上面我们也提到,印度的气候条件和泰国相似,因此干旱同样发生在印度。大面积的干旱使得农田缺乏灌溉,大片的甘蔗枯萎死亡,很多人都住在牛棚里,不少蔗农放弃了甘蔗地养起了牛,因为养牛政府会定期提供水源。

 

图4.3-1:2015年6月-8月气候异常图


数据来源:日本气象厅南华期货研究所


我们在这里仍采用日本气象厅的全球异常气象发生图可以看到,早在2015年的上半年热浪一直侵袭着印度,高温天一直持续到16年的6月才得到缓解。由于干旱导致的供应短缺,印度国内糖价一路高涨,印度政府则不得不对糖厂库存进行限制,要求其在9月和10月的持有量分别不得超过总供应量的37%和24%。


此后印度政府表示可能再度延长库存限制到11月,并且明确表态国内的库存足够度过供应危机,并且对进口嗤之以鼻。干旱灾害还严重影响了16/17榨季的产量,印度新一年糖产量恐要减少7%,印度政府预计新榨季产量在2300-2400万吨之间,一些当地机构甚至预估印度产量在2250-2300万吨之间,而此前印度已经产量连续多年超过2500万吨。


图4.3-2:2016年6月-8月气候异常图

数据来源:日本气象厅南华期货研究所


4.4. 中国的洪水和台风

最后,我们还是要回到国内看一看这次厄尔尼诺的影响到底有多大。事实上历史上每次中等及以上的厄尔尼诺事件发生后,我国均会有洪水发生,虽然影响洪水发生的因素有很多,但是这并不是偶然。


上面我们在讨论巴西问题的时候说过97/98年的厄尔尼诺事件与15/16年的厄尔尼诺事件极为相似,事实上在我国也是如此。97/98年的超强厄尔尼诺事件,导致1998年夏季我国长江流域和嫩江、松花江流域发生特大洪涝灾害。


2016年与1998年同为极强厄尔尼诺次年,又具有副热带高压异常强大、前汛期降雨偏多等相似的天气特点。另据公开气象资料显示,15/16年的冬季气温较常年偏高0.3℃,这与1997/1998年完全一致;2016年寒潮活动较为频繁,在3月出现了两次寒潮天气过程,而1998年3月也出现了两次。不过由于本次厄尔尼诺事件从2014年9月开始发展,至2016年5月结束,时间跨度有20个月之久,因此是史无前例的超强厄尔尼诺。与98年相比,2016年南方地区的强降雨范围更广、强度更大,这次洪水使得26省1192个县受灾。


此外,97/98年的厄尔尼诺事件使得此后的两年时间国内食糖产量有较明显的减产迹象,不过第三年产量开始恢复。14/16年间的厄尔尼诺事件导致了同样导致了连续两年减产,从目前来看第三年的产量恢复也是大概率事件。


图4.4-1:中国食糖产量


数据来源:wind南华期货研究所


虽然2016年全国各地发生了洪灾,但是对白糖主产区广西、云南等地的影响并不太大,影响较大的反而是台风而不是洪涝。厄尔尼诺年里,赤道东太平洋海温偏高、西太平洋海温相对偏低,于是西太平洋这边的热量和水汽都在减少,提供给大气的能量也在减少。而台风需要强对流活动,要消耗大量热量。当西太平洋能量偏少的时候,台风动力不足、精神不济,活动就会减弱。因此2016年中国直到5月底依旧没有台风登陆。不过下半年台风开始增多,这也是厄尔尼诺的转拉尼娜的一个侧面的印证。


因为在拉尼娜年,西太平洋海温偏高,水汽充沛热量多,供应给大气的能量充足,台风营养过剩,自然就更有活力。今年的强台风“莎莉嘉”就对广西和云南主产区产生了比较大的影响,“莎莉嘉”的到来很好的缓解了此前少雨的旱情,不过也使得很多地方的甘蔗发生倒伏的现象。


事实上,对厄尔尼诺和拉尼娜现象的争论还在持续,比如2016下半年人们一直讨论的拉尼娜是否存在以及厄尔尼诺明年可能重来的探讨也存在很多不确定性。人类尽管已经非常强大了,但是也仍旧无法去征服自然,我们只能去敬畏自然,从科学的角度去探索自然的奥秘,减少不必要的损失。



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