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摘要

(相关资料图)

以气候适宜度模型研究天气变量对经济作物产量的影响

目前对期货粮食作物、经济作物类品种的天气变量研究多为单一因子，且难以量化天气变量对作物最终产量的影响。而气候适宜度模型可以在一定程度上解决这个问题：根据已有研究确定作物适宜的温度、降水、日照和风速区间，通过隶属度函数分别建立四种适宜度模型，并通过几何平均法计算同期光温水风的综合气候适宜度，模拟四因子的协同效应。从已有研究来看，基于模糊数学理论建立的作物适宜度动态模型，基本客观反映了天气变量对作物生长发育的满足程度。

品种方面，选择经济作物橡胶树（天然橡胶）、油棕树（棕榈油）、棉花（棉花）作为代表品种。气象数据来源方面，调用某气象数据整合平台的逐月级数据，以0.5*0.5县级精度的点位，在以上提及的经济作物主要产区进行随机选择并作为样本点位，最终选择点位数为211个。该气象数据整合平台数据来源为气候预测中心、国家环境信息中心网站、美国国家海洋和大气管理局、美国国家航空航天局地球观测、欧洲中期天气预报中心等。

关于气候适宜度的计算方法、参数设置，模拟气候产量的解释，详见附录部分。

初步研究看，2023主要经济作物产区天气均不佳、潜在对价格扰动

疆棉产区：气候适宜度处于15年绝对低位，9月以后价格波动率或放大

美棉产区：7月天气波动剧烈、对价格扰动最大

云胶产区：气候干旱、开割延迟，预计产量缩减

海胶产区：物候条件基本稳定，利于胶水生产及割胶作业

泰胶产区：降水不足、橡胶产量不高

印棕产区：6-9月为气候适宜度大幅波动期，潜在对价格扰动因素

马棕产区：产量受到气候以外因素影响可能较多

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棉花

2023疆棉气候适宜度处于15年绝对低位，9月以后价格波动率或放大

基于气候适宜度模型，测算2009年到2023年的新疆棉花气候适宜度。和新疆棉花的模拟气候产量对比来看，可基本反映棉花产量变动的走势，总体线性相关性达0.71。多数年份气候相适宜度和模拟气候产量走势方向性一致，仅2017年和2019年出现例外，即天气状况较好但当年实际产量出现不及预期的情况，初步判断2017和2019年出现了温、水、光、风以外的对产量有重要影响的因素，如冰雹、虫灾等。

图1：新疆棉花气候适宜度和模拟气候产量相关性较高

来源：Wind，兴业期货投资咨询部

从月度分布看，2023年4、5、6月的气候适宜度均处于近15年以来的低位，今年新疆棉花减产成为大概率事件。

往年分布情况显示，新疆棉花气候适宜度4、5、6月波动较大，7月开始收敛，而8月气候适宜度连续15年都集中于0.58左右，9月气候波动继续放大。从4月至9月气候适宜度总体呈上升模式，可见新疆的独特气候特点。在2021年的专题报告《供需面将延续乐观结构，郑棉继续看涨至19000以上》中，基于灰色关联度分析法，我们提出8-9月受到的天气影响和最终产量的关联度比重较大、为重要的天气影响窗口期，如果出现不利天气则严重影响产量。而从气候适宜度的月度分布情况来看，新疆8月的气候适宜度非常稳定，基本不会出现异常情况。

因此对于2023年剩余棉花生长期，按规律而言气候适宜度将越来越好，到8月大概率气候适宜度将升至0.58左右，前期不利因素或有所减弱、同时市场炒作天气的动力在减弱。但综合评估来看，由于前期基础水平较低，2023年总体新疆棉花气候适宜度可能仍处于多年低位水平。

图2：新疆棉花气候适宜度月度分布情况

来源：兴业期货投资咨询部

统计郑棉期货主力合约2009-2023年4-9月的变异系数（标准差/均值）来反映月内价格的离散程度，可以看到4、5、6、9月份郑棉价格的波动较大，而7、8月份波动偏小，基本吻合上述的新疆气候规律。因此初步推断来看，按统计规律，8月郑棉价格受天气影响出现明显波动的概率较小，到9月以后可能出现较大波动及投资机会。

图3：郑棉主力合约4-9月价格变异系数

来源：Wind，兴业期货投资咨询部

美棉7月天气波动剧烈、对价格扰动最大

测算2009年到2023年的美国棉花气候适宜度，总体吻合模拟气候产量的变化情况。美国棉区主要分为西南（德克萨斯州）、中南（密西西比河流域）、东南（东南沿海）三大主要棉区，此外也有种植皮马棉的西部棉区。美国棉区气候条件各不相同，棉花物候期也有细微差异，但总体仍遵循4月开播、9月以后逐步收获的规律。

图4：美棉气候适宜度总体吻合模拟气候产量

来源：Wind，兴业期货投资咨询部

从月度分布看，美棉每年7月气候适宜度波动最剧烈；同时从一个完整生长期的运行规律看，美棉4-6月气候适宜度逐步上升，但7-8月的气候适宜度增速下降，到9月则继续快速上升。仅从气候适宜度角度而言，7-8月美棉价格可能受天气扰动较大，环比而言也多不如4-6月的上升情况，此时美棉的天气炒作可能较为顺利。

图5：美国棉花气候适宜度月度分布情况

来源：兴业期货投资咨询部

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天然橡胶

2023中国云南橡胶产量预计缩减、海南供应稳定

测算2009年到2023年的中国橡胶气候适宜度（以海南权重为2、云南权重为1计算几何平均值），与模拟气候产量的线性相关性为0.414，多数情况下可以解释模拟气候产量的变化情况。

图6：中国橡胶树气候适宜度与模拟气候产量情况

来源：Wind，兴业期货投资咨询部

一般季节规律性来看，云南产区通常于3月中下旬开割，11月中旬停割。而今年消息显示因西双版纳产区气候干旱，云南产区胶园开割比例较低，约占总开割面积的20%-25%。单独从降水适宜度也可看出2023年云南产区降水达到适宜标准的时间比往年更迟，产区开割时间延迟将导致年内割胶月份缩短，原料产出减量。

图7：中国云南橡胶树降水适宜度月度分布情况

来源：兴业期货投资咨询部

海南橡胶产区高气候适宜度时间分布在4-10月。目前2023年海南产区橡胶树无严重病虫害发生，物候条件较为正常、生长情况良好。稳定的气候利于胶水生产及割胶作业，海南新胶市场的供应将逐步增加。

图8：中国海南橡胶树气候适宜度月度分布情况

来源：兴业期货投资咨询部

2023泰国降水不足、橡胶产量不高

测算2009年到2023年的泰国橡胶气候适宜度，主产地包含北纬8°和北纬18°的两大区域，气候适宜度也按相应权重进行几何平均。气候适宜度与模拟气候产量的线性相关性为0.407，多数情况下可以解释模拟气候产量的变化情况。

图9：泰国橡胶树气候适宜度与模拟气候产量情况

来源：Wind，兴业期货投资咨询部

从泰国橡胶气候规律看，4-10月的气候适宜度高且稳定，与同为北纬18°的中国海南产区气候规律相差不大。2023年来看，前4个月泰国产区的气候适宜度偏低，进入高稳期的时间也推迟，预计对产量造成不利影响。消息面看，泰国橡胶协会认为2023年泰国全国范围内天气炎热且干旱、雨水断断续续，导致橡胶的产量不高。与气候适宜度研究结论吻合。

图10：泰国橡胶树气候适宜度月度分布情况

来源：兴业期货投资咨询部

综合中国和泰国的橡胶产区天气情况，总体气候适宜度均处于多年的相对低位，产量的预期缩减可能在供应端形成内外共振。加之2023年厄尔尼诺现象出现，对天气的炒作中长期仍可持续，仅从供应端角度，对橡胶价格的支撑比较充足。

图11：2023年厄尔尼诺预计对橡胶产区气候不利

来源：NOAA，兴业期货投资咨询部

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棕榈油

印尼：6-9月为气候适宜度大幅波动期，潜在对价格扰动因素

测算2009年到2023年的印度尼西亚油棕树气候适宜度，气候适宜度与模拟气候产量的线性相关性为0.599，多数情况下可以解释模拟气候产量的变化情况。

图12：印尼油棕树气候适宜度与模拟气候产量情况

来源：Wind，兴业期货投资咨询部

从印尼油棕气候适宜度运行规律看，往年6-9月期间的波动大幅加大，潜在天气炒作因素对价格的扰动。加之今年出现厄尔尼诺，也需关注厄尔尼诺的发展对东南亚棕榈油产量影响。

图13：印尼油棕树气候适宜度月度分布情况

来源：兴业期货投资咨询部

马来西亚油棕产量或受到气候以外因素影响较多

测算2009-2023马来西亚油棕树的年均气候适宜度情况，同时也计算，以38个月生长期移动平均的气候适宜度，结果均表明马来西亚气候适宜度和模拟气候产量之间相关性较低，前后数据难以同时解释模拟气候产量的变化情况。因此初步认定马来西亚油棕产量受到气候以外因素的影响较多，如劳工短缺问题等。

图14：以38个月生长期计算的马来西亚年均气候适宜度情况

图15：马来西亚年均气候适宜度情况

来源：Wind，兴业期货投资咨询部

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附录：气候适宜度计算方法和参数设定

以橡胶树为例，展现建立气候适宜度模型的完整过程

温度方面，月温度适宜度St计算方法如下公式所示，t为月均气温，t1、t2、t0分别为橡胶生长的最低温度、最高温度和最适温度，b为形状参数。

降水方面，由于橡胶树一般不需要灌溉，因此暂不考虑灌溉、蒸散等复杂变量对橡胶树需水量的影响。所用公式如下，r为月均降水量，R1为橡胶树月度适宜降水，取150mm。

日照方面，日照适宜度Ss计算方法如下公式所示，s为实际日照时数，b取常数5.1，S0为日照百分率为55%的月可照时数。可照时数由于公式计算复杂，本文从气象常用表（第三号）第七表的最新订正表获取数据，通过插值法，获取橡胶树主产区泰国（对南部产地北纬8°和北部产地北纬18°取均值）、中国云南南部（北纬22°）、中国海南总体（北纬18°）的月可照时数。

表1：橡胶主产区逐月可照时数

来源：《气象常用表(第三号)可照时数订正》，兴业期货投资咨询部

风速方面，橡胶树喜微风，怕强风，在不考虑强风的影响下，当平均风速＜1.0m /s时，风对橡胶树生长有良好效应；平均风速为1.0~1.9m/s时，风对橡胶树生长无影响；平均风速为2.0~2.9m/s时，风对橡胶树生长、产胶有抑制作用；平均风速≥3.0m /s时，风严重抑制橡胶树的生长和产胶。橡胶月风速适宜度Sw计算方法如下公式所示，w为平均风速，Wl=1.99m/s，Wh=2.99m/s，分别为橡胶树适宜风速的下限和上限。

月值转化为年值方面，由于橡胶是多年生落叶乔木，我国橡胶树通常在每年的3、4月份生长第一蓬叶，5月第一蓬叶生长完全稳定，6月抽第二蓬叶，8月抽第三蓬叶，9、10月第三蓬叶完全稳定。11月气温下降，橡胶自北向南逐渐进入越冬期，12月—翌年2月，橡胶树停割处于越冬期。因此，第一蓬叶期（3—4 月）的气象条件对橡胶树生长及产量形成影响最大，其次为5—11月，而越冬期（12月—翌年 2 月）气象条件对橡胶树生长及橡胶产量影响相对较小。因此按照如下公式，对各适宜度月值向适宜度年值转化。

多因子综合方面，采用几何平均和综合乘积的方法，建立橡胶割胶期综合气候适宜度模型，St、Sp、Ss、Sw分别为月温度适宜度、月降水适宜度、月光照适宜度和月风速适宜度。

棉花的气象因子选择

由于棉花种植依赖灌溉，降水因素对棉花产量的影响不及其对种植成本的影响。既有研究中，例如湖北棉花的降水适宜度模型采用了FAO方法，以参考作物蒸散量和作物系数计算出作物生理需水量临界值，并以此为适宜降水的参考值。天津棉花的降水适宜度模型，定义了一个水分消减系数k，表示土壤中所蓄积降水的蒸发损耗。因数据获取和计算难度原因，本文不考虑计算降水适宜度；加之研究表明，从各气象条件对不同物候期趋势变化的平均相对贡献来看，气温因素占到所有平均相对贡献的65%到85%，因此本文仅以气温适宜度来代表棉花的整体气候适宜度。

表2：棉花各物候期温光水适宜值

来源：《棉花生产百问百答》，兴业期货投资咨询部

图16：各气象条件对不同物候期趋势变化的平均相对贡献

来源：《气候变化对棉花生长和产量的影响》，兴业期货投资咨询部

油棕的气象因子选择

为达到油棕种植生长最佳效益，温度方面一般要求种植地多年平均最高温介于29-32℃之间，多年平均最低温介于22-24℃之间，本文采取的最高、最低、适宜温度值分别为22℃、32℃、26℃。

降水方面一般要求年降雨量达到2000mm以上（一说2500mm），且平均分布到各月，没有明显的雨、旱季，本文采取月度适宜降水值为200mm。

日照方面，年有效日照在2000小时以上的地区可以获得良好的产量和经济效益，油棕主产区马来西亚和印度尼西亚靠近赤道，当地日照可基本满足种植生长条件，因此本文不考虑计算油棕的日照适宜度。

风速方面，油棕主产地不存在台风，地形风影响也相对较小，因此本文不考虑计算油棕的风速适宜度。

天气-产量模型验证

天气对产量的影响研究中，既往的研究多数采取二次曲线的方法分离产量的趋势产量和气候产量；也有研究定义了单产丰歉年指数，即单产和过去5年平均单产的增速比率。但计算发现，分离出的气候产量、单产丰歉年指数和气候适宜度的线性相关性均表现不佳。

图17：1960-2022年泰国橡胶趋势产量和气候产量

来源：Wind，兴业期货投资咨询部

本文从面积增速角度考虑，以棉花为例，其 i 年到 i+1 年的种植面积增长速度，对 i 年棉花产量做面积增速的线性外推，其结果与 i+1 年的实际产量之差，为剔除面积变化影响的产量。由于产量结果主要由种植面积和气候影响的单产两种因素主导，因此大致可认定此为 i+1 年受气候变化影响的产量，简称为模拟气候产量。对天然橡胶则采用橡胶树开割面积、棕榈油采用油棕果的收获面积，测算模拟气候产量。

图18：1949-2022年新疆棉花模拟气候产量

来源：Wind，兴业期货投资咨询部

对比2009-2022年新疆棉花气温适宜度和模拟气候产量，除去2017年和2019年以外，其他年份二者变动方向性一致，线性相关性在0.71，可以初步认定新疆棉花气温适宜度和模拟气候产量之间的线性相关性较高。

图19：2010-2022年新疆棉花天气和产量线性相关性较高

来源：兴业期货投资咨询部

葛子远

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本文源自：金融界资讯

作者：兴业期货

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