气候变化对宁夏农业经济影响的估算

潘 莹，李 想

（1.重庆工商大学数学与统计学院，重庆 400067；2.重庆工商大学长江上游经济研究中心，重庆 400067）

农业被认为是最易受气候影响的部门之一。粮食供应依赖于农业，我国的农业在国民经济中扮演着重要角色。气候变化导致农作物产量下降在很大程度上会降低农业部门的经济产出，从而造成农业部门的直接经济损失。另外，随着经济发展，产业链的融合逐渐加深，各经济部门的联系也越发紧密，气候变化对农业造成的影响也将不可避免地对其他领域产生经济级联效应，进而影响整体经济发展。宁夏是我国西北地区重要的农业省区之一，属于温带大陆性干旱、半干旱气候，干旱少雨是其气候的主要特点，且大部分地区是“靠天吃饭”的雨养农业，农业生产对气候变化尤为敏感。以往的研究在农业影响上以定性分析为主，并且将气候变化的影响局限在农业部门。本文将讨论气候变化对各产业及整体经济造成的影响，运用两种非参数方法分析宁夏的气候变化，并建立多部门联立方程模型，通过量化方式评估气候变化趋势及其对宁夏农业生产及各部门经济的影响。

1 数据来源及变量选取

本文选取2007—2018 年宁夏18 个县（市、区）（银川市城区、永宁县、贺兰县、灵武市、石嘴山市城区、平罗县、吴忠市城区、盐池县、同心县、青铜峡市、原州区、西吉县、隆德县、泾源县、彭阳县、沙坡头区、中宁县及海原县）为研究对象，数据均来源于《宁夏统计年鉴》。为了解决统计口径不一致等问题对数据进行了处理，包括数据对数化处理、将市内各区合并等。具体变量见表1。

表1 变量选取

2 研究方法

2.1 核密度估计

核密度估计作为一种非参数统计方法，主要是把考察对象的分布状态视作某种概率分布，然后考察其分布特征和状态[1]。假设随机变量X的密度函数为f(x)，则在点x处的概率密度按照式（1）计算：

式中，N为样本量，Xi为独立同分布的观测值，为样本均值，h为带宽，K为核函数。本文选择高斯核函数对宁夏各地区年平均降水量、年平均气温的分布动态进行研究。

2.2 M-K 突变检验

M-K 突变检验方法被广泛应用于气候、水文等时间序列的突变检验中[2]。在使用该方法检验时间序列X突变时，首先构造秩序列Sk：

然后定义统计量Uf：

Uf服从标准正态分布，给定显著性水平α，若|Uf|＞Ua/2，则表明序列存在明显的趋势变化。若Uf＞0，则表明序列呈上升趋势，反之呈下降趋势。当超过临界值时，则表明上升或下降趋势显著。Ub统计量只需将序列按逆序排列，使Ub=-Uf，k=n-k+1。若Uf和Ub两条曲线出现交点且在临界值内，那么对应的时刻即为突变开始的时刻。

2.3 面板联立方程模型

联立方程模型能够避免单方程估计时的内生性问题，因而被广泛应用于较为复杂或涉及多部门行为的经济学研究中[3]。本文参考学者们前期的模型理论，构建面板联立方程模型来描述宁夏各经济部门之间的联系，并将降水量和气温变化对粮食产量影响的行为方程也纳入模型中，如公式（7）所示[4-6]。

气温、降水量及施肥量是影响粮食产量的重要因素，因此，lnG方程考察了气温、降水量及施肥量对粮食产量的影响；由于粮食作物生产在第一产业中占据主导地位，因此lng1方程考察了粮食产量对第一产业生产总值的影响；而农产品常用作食品、纺织等部门的原材料，且农业生产中的饲料、化肥等需求为第二产业部门提供了资金收入，因此lng2方程主要考察第一产业对第二产业生产总值的影响；通过对销售和加工链及城乡居民收入的影响，服务业生产总值与一、二产业生产总值有着密切联系，因此lng3方程考察的是一、二产业对第三产业总产值的影响[7]。

3 结果与分析

3.1 宁夏各地区气候变化特征

3.1.1 宁夏各市县年平均降水和气温时空变化

采用核密度估计对2007—2018 年宁夏各市县年平均降水量和气温的时空变化特征进行分析。由图1 可知宁夏各地区年平均降水量只有一个主要波峰且波宽较窄，说明宁夏各地区降水量分布总体差别较小、聚集程度较高。峰值逐渐向200 mm 靠近，整体为逐年增加态势。由图2 可知宁夏各地区年平均温度出现两个波峰，呈现极化形态。主要峰值集中在10 ℃左右，波宽逐渐增大，说明宁夏大部分地区平均温度在逐年增高，分散程度也在增加；次要峰值集中在7 ℃左右，峰值变动幅度不大，波峰不断增高，说明宁夏少部分地区平均温度较低且基本稳定。

图1 2007—2018 宁夏各地区平均降水时空分布图

图2 2007—2018 宁夏各地区平均气温时空分布图

3.1.2 宁夏整体平均降水和气温波动特征

结合过程线和M-K 突变检验方法对2007—2018 年宁夏年平均降水量和气温波动特征进行分析。从图3（a）来看，宁夏年平均降水量整体呈“W”形，存在明显的波动周期，整体为上升趋势。从图4（a）来看，Uf统计量在2007—2011 年小于0，在2011—2018 年大于0，并于2017 年超过临界值，说明在2011 年降水量由下降趋势转变为上升趋势，并在2017 年后显著上升。Uf和Ub统计量在临界值内共有3 个交点，分别为2011 年、2014 年和2016 年，3 个突变点均出现在上升趋势内。结合降水过程线来看，2011 和2016 年为向上突变时点，2014 年为向下突变时点。总体而言，宁夏年平均降水量从2011 年之后步入上升阶段，但该阶段内仍存在短期大幅度波动现象，激增和激减并存，即呈现中长期上升，短期周期波动且波动较大的特点。

图3 2007—2018 宁夏年平均降水和气温过程线

图4 2007—2018 宁夏年平均降水和气温M-K 统计曲线

如图3（b）所示，宁夏年平均气温波动较大，但不存在明显的连续变化特征且整体呈上升趋势。从图4（b）来看，Uf统计量一直处于临界值内，在2007—2008 年、2010—2014 年区间内小于0，2008—2010 年、2014—2018 年区间内大于0，说明宁夏年平均气温下降和上升交替变化，但下降和上升的趋势并不显著。结合气温过程线来看，Uf和Ub统计量在2012 年产生一个向上的突变时点。总体而言，宁夏年平均气温波动幅度大，呈现中长期上升短期无序波动的特点。

3.2 面板联立方程模型结果分析

本文使用I3SLS 方法进行估计，结果见表2，各主要变量系数符号均显著为正，即温度和降水量及施肥量对粮食产量都具有显著的促进作用，同时粮食产量是影响第一产业产值的重要正向因素，另外第一产业产值的增加同时也会促进二、三产业产值的增加。换言之，气温的降低、降水量的减少会抑制粮食生产，同时对第一、二、三产业增加值也会产生负面影响。尽管从中长期来看，降水量增加和气温升高会提高宁夏粮食产量，但降水量和气温的短期剧烈波动依然会对宁夏农业生产造成冲击，从而影响到整体经济的稳定运行。

表2 面板联立方程模型估计结果

4 结论与讨论

基于宁夏2007—2018 年相关数据，首先探讨了宁夏各市县降水量和气温的时空变化规律及波动特征，然后建立面板联立方程模型，通过描述4 个行为方程构建了降水量、气温、作物产量及各产业增加值等变量之间的关系。主要研究结论如下。1）宁夏各地区降水量聚集程度较高，年平均降水量主要分布在200 mm附近；各地区气温出现极化趋势，出现两个聚集区域，主要聚集区域为10 ℃，次要聚集区域为7 ℃。2）宁夏近年来整体降水量和气温存在中期上升趋势，但短期内波动仍然较为明显。3）降水量减少和气温降低对宁夏粮食产量具有显著负向作用，同时会降低一、二、三产业生产总值。4）宁夏各部门经济之间存在级联效应和放大效应，即农业部门受到的气候变化冲击会传导至其他部门，并且气候变化的影响会被放大。

研究为气候变化对各部门经济的影响提供了可供参考的估算依据，以强调通过投资农业保障措施和新技术如节水技术，改变种植方式和增加农业补贴来减轻气候变化对整体经济平稳运行的影响。