评估极端气候对加纳农业生产的影响：气候适应战略和气候缓解战略的作用

发布时间：2020-11-01 06:09

　　 尽管农业对加纳经济的贡献前景乐观,但历史上由于易受洪水、风暴、暴雨、干旱和海啸(水文气象灾害)以及丛林火灾等极端气候的影响,该部门的增长率似乎正在下降。这些因素的影响以及中小农户的脆弱性使政府和利益相关者感到沮丧。该部门的特点是人均产出增长率低、生产率低、文盲普遍、机构静态欠发达、市场限制和不进步的政策立场或政策不一致。在作物生长的关键阶段,气候的合理变化对产量有重要影响。虽然投入成本、使用的工具类型、灌溉水的可用性、降雨和商品价格等因素也会导致产量变化,但预计导致自然灾害的严重气候变化已危及该国农业生产的增长。这些后果通常是由于物质资本和基础设施的损失而产生的,并可能导致农民生活成本增加。此外,认识到极端情况发生率不断上升,甚至认识到这是真实的,并与气候变化有关,这主要是通过改变消费模式和影响保险制度,从而潜在影响加纳的经济。人们普遍认为,这些感知变化的聚集效应是储蓄的增加和消费的减少,导致经济中需求结构的不同组成,并影响区域竞争力。为了有助于全面了解本研究,制定了8个具体目标,以帮助实现总体目标:评估极端气候对农业生产的影响以及加纳气候适应和缓解战略的作用。本研究的第一个目标是进行严格的统计分析以揭示极端气候的变化趋势。第二个目标是通过详尽的统计分析,检测灾难性气候的风险。第三个具体目标是分析极端气候与农业生产的关系。第四个目标是探讨气候适应战略在极端气候与农业生产之间的调节效应。第五个目标是分析气候适应战略与农业生产之间的直接关系。第六个具体目标是确定气候适应与气候缓解战略之间的直接关系。第七个目标是评价气候缓解战略对农业生产的直接关系。第八个目标是探讨气候缓解战略在极端气候与农业生产之间的调节效应。这些目标的实现是通过从加纳气象局(气候数据)和粮食及农业组织(农业生产指数)获得的数据实现的。本研究认为降雨和温度是天气的主要决定因素,也构成了独立变量。本研究的其余建构包括:气候适应战略(适应气候的农业系统、适应气候的基础设施性和气候适应性教育),以及气候缓解战略(减排:二氧化碳、甲烷和一氧化二氮,能源的可替代来源,农场盈利能力和遗传改良)作为调节变量;农业生产(谷物、牲畜、可可、食品和作物)作为因变量。本研究采用从1961年到2018年的农业生产指数,从1960年1月到2018年7月的天气指数。第一个任务是使用增强的Dickey-Fuller(ADF)测试天气变量的平稳性和使用Mann-Kendall季节性测试以识别重要趋势。此外,曼恩-肯德尔(Mann-Kendall)试验用于计算年月降水异常,以消除季节效应,而不是小波分析。下一步是在广义极值分布下,利用区块极值法建立极端天气条件下的天气指标模型。两种方法的应用是:要么是拟合该数据的极小值的广义极值分布,要么是求反的数据,拟合极大值的广义极值分布。采用后一种方法是因为极值工具箱不包括直接估计极小值的广义极值分布的程序。区块极大值法是极值理论的一种参数化方法,作为风险度量,用于估计风险价值和收益水平。此外,还采用PLS-SEM模型进行气候适应和缓解战略对农业生产的路径分析和调节效应分析测试。因此,在通过所采用的方法实现了研究的既定目标之后,研究的理由在于,寻求拓展极端气候对农业生产的文献,并扩大在当前研究领域的应用范围。换言之,通过气候适应和缓解战略,这种考虑理由是基于背景、理论和方法三个焦点维度。在背景维上,选择加纳是因为它正日益面临生态挑战,这引起了政府和农业利益相关者的关注。加纳适应气候变化的长期目标是通过改进可持续发展提高气候弹性和减少脆弱性,而缓解目标是到2030年无条件减少温室气体排放15%,平均二氧化碳排放量为7395万吨。加纳对气候变化的脆弱性为探索气候适应和缓解战略对脆弱性(含社会、经济和环境),是如何作为一个框架加强农业生产的提供了机会。在加纳开展这项研究的另一个理由是,农业部门对加纳经济有着重要贡献。本研究基于气候变化减缓理论和公平投资回报理论,在适应战略方面,考察了与教育、农业系统和相关基础设施的气候适应性,以及它们在极端气候与农业生产关系中各自的调节效应。这些也是建立在组织学习理论、变革理论和风险文化理论基础上的。结果表明,全国年降水量在900~1900mm之间,西南部降水量很高,年降水量在1500~1900mm之间,稀树草原和东部沿海降水量很少,年降水量900~1200mm。季节趋势分析的结果还显示:除了稀树草原地区外,99%置信水平下所有农业生态区域降水量在12月-1月-2月的季节均显著下降,表明Hammatan增强。沿海地区四季平均降水量最低,其中3月、4月、5月最高,为150mm。此外,森林地区在所有季节都有很高的降水量,6月和7月的降水量约为200 mm,3月、4月、5月的降水量约为170mm。但是,过渡带所有季节的降水量的记录值大致相同(在120-170mm之间),除了在12月、1月和2月,平均降水量下降约50 mm。稀树草原地区12月-2月的降水量最低,约为6毫米,6月-7月降水量最高,为173.99mm。该值明显高于同一季节森林地区的记录值(173.52 mm)。然而,稀树草原地区在7月和8月的降雨量最多,而森林地区6月的降雨量最多。在10年尺度上,除1901-1940年期间出现高于平均降雨量的稀树草原地区外,所有农业生态区在1901-1920年间和1980-2010年间的降雨量都在正常范围内。类似地,1930年至1980年间,所有农业生态区的降水量均高于自然值。这些变化证实了活跃的西南季风对该地区的影响。此外,通过对目标2进行长时间尺度分析,结果表明极值理论(EVT)是一种可靠的极端气候情景构建工具,而极大似然法支持对极端天气分布参数的估计。广义极值模型被认为是最合适的模型,能够满足风险价值的所有统计选择标准。本研究建立了模型的回归水平(风险估计),以预测未来长期的极端气候。在接下来的100年里,极端气候通常会从5年、10年、25年持续增加。关于目标3,从结果中得出的证据表明,极端最大降雨量对谷物和可可产量有不利影响。当降雨分布良好且不是集中在几个月内(而其他月份几乎没有降雨)情况下,谷物和可可生长良好。最高极端温度对所有考虑中的指标都有积极作用。除可可生产外,最低极端温度对其余指标也有积极影响。关于目标4和目标5,气候适应和缓解战略的实证结果表明,极端气候对农业生产有不利影响。因此,这表明农业部门需要采取适应战略,以帮助减轻极端气候对农业生产的不利影响。结果进一步表明,适应气候的农业系统通过抑制极端气候的负面影响,缓和了极端气候与农业生产的关系。与有利条件相关的饲料和牲畜种类/品种的改变提高了牲畜的生产力。因为,高温对牲畜养殖有害,这可能会降低牲畜的生产水平。一些淡水渔业利用天然鱼类种群,这代表着管理对气候变化的适应性。这种努力可能同时提高鱼类种群对气候变化的适应能力。控制破坏林木的昆虫的适应策略包括计划的烧除以减少森林脆弱性和调整收割计划,使那些最容易遭受昆虫落叶的林木优先收获。在野外放牧的牲畜的适应性需要额外的注意,以持续地将库存率与牧草生产相匹配,改变牧场的轮作,改变放牧时间,以及繁殖时间,改变饲料和牲畜种类/品种,改变混合牲畜/作物系统内的整合,包括使用适应的饲料作物,重新评估肥料的使用,注意确保充足的水供应,以及补充饲料和浓缩物的使用。关于调节效应,研究结果表明,气候适应性教育通过削弱极端气候对农业生产的负面影响,积极地缓和了极端气候与农业生产的关系。这暗示农业教育在促进加纳农业生产中起着关键作用。这项研究表明,极端气候的教育可以通过更多地关注当地和国际研究,使农业生产受益。通过这一点,关于改良种子的相关想法、检测极端气候信号以及其他相关气候灾害的技术得到披露。捐助方伙伴对气候变化进行了大量投资,但受援国在减缓气候变化或气候科学方面的知识和技能在所有层面上普遍不足。因此,需要对正规和非正规部门进行培训的国家政策。关于目标6,研究发现,适应和缓解之间存在显著的协同作用。气候制度下适应和缓解之间有着明确的联系,被理解为“因果”相互作用。如果缓解可以导致在较低水平上的成功影响,适应可以成功地应对更多因而产生的影响。此外,研究结果表明,虽然缓解的需求是为了全球利益,但也可以是局部的,因为超过适应性能力的时候和地方,缓解的需求将是最高的,而且缓解能力的供应肯定是局部的。关于目标7和目标8,实证结果表明,气候缓解战略显著减少极端气候对农业生产的负面影响。因此,极端气候、气候适应和气候缓解战略对农业生产产生了影响。本研究证明了气候适应和气候缓解战略作为减轻极端气候对农业生产影响的驱动力的重要作用。此外,本研究揭示了气候缓解战略作为减弱极端气候的主要驱动力,从而导致加纳农业产量显著增加的有力证据。创新在学术研究中起着核心作用,意味着现有研究的新发展不同于以往的研究。基于此,本研究的主要创新点集中在范围(背景)、理论和方法上。在研究范围上,与单点气候序列分析不同,本文采用空间参数化方案的极值模型研究了加纳极端气候的区域过程。此外,与简单的观测研究不同,本文从加纳气候条件的趋势分析入手。就农业部门,极端气候对加纳的农产品造成了不可估量的损害。值得注意的是,现有文献主要集中在发达国家,忽略了加纳极端气候对农业的影响。针对这一点,作为注入创新的一部分,本研究指出气候适应和缓解战略在极端气候对加纳农业生产影响中的作用,现有研究者没有对此重视。本研究主要针对加纳,因为它揭示了与该国农业生产的社会、经济和环境脆弱性相关的极端气候适应程度和缓解战略。在理论层面上,极端气候对农业生产的影响主要集中在对气候脆弱性的理论上,主要围绕一个群体或社区对气候变化影响脆弱性的集体性质,涉及一系列复杂的因素,包括为应对灾害的制度安排,更多的涉及集体脆弱性的社会因素包括性别、种族和其他导致脆弱性差异的因素。同样,其他的文献也关注公平理论(分配公正,包括后代)、社会合法性理论(程序公正)和可持续性理论(包括物种间公正),以及温室气体排放增加的风险,这些被作为对气候变化的积极反馈。通过对现有文献的回顾发现,在气候适应和缓解战略方面缺乏对农业直接或间接影响的理论,没有研究这些战略如何调节极端气候与农业生产之间的关系。鉴于此,本研究将气候缓解视为减少温室气体(碳、甲烷、一氧化二氮等)排放,采用替代能源、基因改良和提高农场盈利能力的一种工具,共同缓和极端气候与农业生产之间的关系。因此,这是建立在减缓气候变化和公平投资回报的理论基础上的。在适应战略方面,本研究进一步考察了教育、农业系统和基础设施的气候适应性及其在极端气候与农业生产关系中各自的调节作用。不同于现有研究,这些都是建立在组织学习理论、变革理论和风险文化理论的基础上的。在此背景下,本研究设想引入气候适应和缓解战略及其在农业生产中的作用,是一个重要的理论创新点。在方法维度上,本研究运用EVT模型和PLS-SEM回归对罕见天气事件及对农业生产的影响进行了实证检验和比较,有助于对极值理论的理解。因此,从实证的角度来看,极值理论(EVT)的应用可以对极端气候中的风险产生新的见解,从而极大地拓展这一领域的研究,为丰富环境管理方案和分析提供了有用的信息。本研究进一步探讨了如何对极值理论和PLS-SEM回归更好地估计,从而提供了对极端气候与农业生产的适应和缓解战略相结合的洞见。必须强调的是,以往关于极端气候的研究未能分析气候适应战略和缓解战略对农业生产的综合调节效应。因此,这一尝试代表了当前研究的创新。EVT在极端气候时空分布中的应用,采用极值模型来估计未来的气候风险。研究过程的目的是从极值的时空依赖性角度研究极端事件的分布特征和潜在机制。从反映动力学特性的随机分布的角度讨论了极值的可预测性。通过这样做,本研究提供了深入的实证研究,以便更好地理解指标之间的关系:农业生产(牲畜生产,食品生产,谷物生产,可可生产和作物生产),气候适应战略(适应气候的农业系统、适应气候的农业基础设施和气候适应性教育)。此外,本研究还考虑了气候缓解战略,以减少二氧化碳、N2O和CH4等排放量。本研究针对极端气候对农业生产的影响,以及气候适应性战略和气候缓解战略对二者的调节效应的实证分析结果,详细地讨论了相关政策建议。
【学位单位】：江苏大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：S162;F323
【文章目录】：
ABSTRACT
摘要
CHAPTER1:INTRODUCTION
    1.1 BACKGROUND OF THE ST UDY
    1.2 ST ATEMENT OF THE PROBLEM
    1.3 JUST IFICATION OF THE ST UDY
    1.4 SPECIFIC OBJECTIVE
    1.5 RESEARCH QUEST IONS
    1.6 LIT ERATURE REVIEW
        1.6.1 Climate Change and Variability in Ghana
        1.6.2 Seasonal Changes of Precipitation and Te mperature
        1.6.3 The trend of Climate Change in Ghana
        1.6.4 Climate e xtre mes and Agriculture production
        1.6.5 Climate adaptation strategies and agriculture
        1.6.6 Climate mitigation strategies and Agricultural production
    1.7 INNOVAT IONS OF T HE STUDY
    1.8 THE MAIN CONTENT OF THE DISSERTATION
    1.9 DEFINITION OF TERMS
CHAPTER2:RELATED C RITICAL THEORIES
    2.1 EXT REME VALUE THEORY（EVT）
        2.1.1 Classical e xtre me value analysis
        2.1.2 Climate of Extre mes
    2.2 CLIMATE CHANGE MITIGAT ION AND ADAPTATION THEORIES
        2.2.1 Prospect Theory（PT）
        2.2.2 Theory of Change（To C）
        2.2.3 Signaling Theory（ST）
        2.2.4 Organization Learn ing Theory（OLT）
CHAPTER3:CONCEPTUAL FRAMEWO RK AND HYPOTHESIS
    3.1 CONCEPTUAL FRAMEWORK
    3.2 DEVELOPMENT OF THE RESEARCH MODEL AND HYP OTHESIS
        3.2.1 Hypothesis based on climate change theory
        3.2.2 Hypotheses based on agriculture production theory
        3.2.3 Hypotheses base on climate change and climate adaptation strategies theories
        3.2.4 Climate Mit igation and Agricultural Production
CHAPTER4:DATA COLLECTION AND RESEARCH METHODOLO GY
    4.1 PROFILE OF STUDY AREA
    4.2 SOURCE OF DATA
    4.3 Preliminary Test
        4.3.1 Test for Stationarity and Seasonality
        4.3.2 Structural Equation Modeling（SEM）-Regression analysis
    4.4 THE GENERALIZED EXT REME VALUE DIST RIBUTION（GEVD）
        4.4.1 Maximu m Like lihood Estimation for GEVD
        4.4.2 Block ma xima method（BMM）
        4.4.3 The R-la rgest order statistics model
    4.5 PEAKS-OVER-T HRESHOLD（POT）/POINT PROCESS（PP）APPROACH
    4.6 MODEL CHECKING FOR GEVD
        4.6.1 Quantile-Quantile Plot（QQ）and Probability-Probability Plot（PP）
        4.6.2 Density Plot（DP）
        4.6.3 Return-leve l Return Period Plot（RR）
        4.6.4 The goodness of fit test
        4.6.5 Likelihood ratio test（LRT）
    4.7 RET URN PERIOD OR LEVEL EST IMATES
CHAPTER5:PRELIMIN ARY RESULTS
    5.1 PRELIMINARY RESULT S ON THE CLIMATE VARIABILITY
        5.1.1 Trend analysis of rainfa ll over Ghana
        5.1.2 Annual Rainfa ll Va riability in Ghana
        5.1.3 Seasonal rainfa ll variab ility over Ghana
    5.2 ST ATIONARITY TEST AND T REND ANALYSIS FOR THE WEAT HER INDICATORS
    5.3 ASSESSING T HE RISK OF CLIMATE EXT REMES BY EXT REME VALUE THEORY
        5.3.1 GEVD mode l for Ext re me Ma ximu m Ra infa ll
        5.3.2 GEVD Model for Extre me Ma ximu m Te mperature
        5.3.3 GEVD mode l for e xt re me min imu m te mperature
        5.3.4 Return Level
    5.4 THE FORMATIVE MEASUREMENT MODEL EVALUATION
        5.4.1 Assessing the convergent validity of the constructs
        5.4.2 Assessing the collinearity of indicators
        5.4.3 Measure of discriminant validity
CHAPTER6:EMPIRICAL RESULTS AND DISCUSSION
    6.1 THE RELATIONSHIP OF EXTREME WEATHER T O AGRICULTURE PRODUCT ION
        6.1.1 The Re lationship between ma ximu m ra infa ll and composite agricu lture
        6.1.2 The Re lationship between Maximu m Te mperature and Co mposite Agriculture Inde xes
        6.1.3 The relationship between min imu m te mperature and agriculture production
    6.2 ST RUCTURAL ASSESSMENT OF T HE ROLE OF CLIMATE ADAPTATION AND MITIGATION ST RATEGIES
        6.2.1 The moderation analysis of adaptation and mit igation strategies
        6.2.2 The interaction effect of climate resilient agricu lture systems
        6.2.3 The interaction effect of adaptation with education
        6.2.4 The interaction effect of climate resilient to agriculture infrastructure
        6.2.5 Hypothesis testing and structural re lationship
CHAPTER7:CONCLUSION,POLICY IMPLICATIONS AND LIMITATION OF THE STUDY
    7.1 CONCLUSION
    7.2 THE POLICY IMPLICATION OF THE RESEARCH ST UDY
    7.3 LIMIT ATIONS OF T HE ST UDY
    7.4 FUTURE RESEARCH
REFERENCE
ACKNOWLEDGEMENT
LIST OF PUBLICATIONS
APPENDIX
    APPENDIX A:FUT URE PROJECT ION OF CLIMATE OF GHANA


本文编号：2865131