极地涡旋屡屡“南征”美国引发极寒，拉尼娜是神助攻吗？

本文来自微信公众号“CFC农产品研究”，作者田亚雄。

据报道，俄克拉荷马州天然气价格达到每百万英热单位1250美元，比周二的999美元上涨25%，比一周前的9美元上涨了近139倍。在后疫情时代开启需求复苏的时点，自然力量导致的能源供应困局一方面加剧了短期能源商品的供需错配，引发顺周期资产再度上行，另一方面也让更多的人关注到了全球气候或正在发生一场危险的转变。 

1、寒潮形成原因

位于西半球的美国，本次就遇到最为激烈的寒潮。超级计算机的之前预测认为，到2月中旬初期，北极涡旋主力将在北美大陆南下，到2月13日北极涡旋中心将直接来到美国五大湖地区附近！寒潮是一种自然天气现象，它是指来自高纬度地区的寒冷空气，在特定的天气形势下迅速加强并向中低纬度地区侵入，造成沿途地区大范围剧烈降温、大风和雨雪天气。这种冷空气南侵达到一定标准的就称为寒潮。寒潮一般是冬半年来自极地或寒带的寒冷空气，像潮水一样大规模地向中、低纬度的侵袭活动，对工农业生产、群众生活和人体健康等都有较为严重的影响。

一般来说，寒潮有以下四种组成结构：一是极涡。北半球冬季极区对流层中上层500hPa上的绕极区气旋式涡旋，称为极涡。它是大规模极寒冷空气的象征，地面为浅薄冷高压，700hPa转为低压环流。二是极地高压。①500hPa图上有完整的反气旋环流，能分析出不少于一根闭合等高线；②有相当范围的单独的暖中心与位势高度场配合；③暖性高压主体在70°N以北；④高压维持三天以上。三是寒潮地面高压。寒潮全过程中冷锋后地面高压，多数属于热力不对称系统，高压前部有强冷平流；后部则为暖平流，中心区温度平流趋于零，少数高压始终为冷性。可表示冷空气强弱，中心移动路径可作为冷空气的移动路径。四是寒潮冷锋。在寒潮地面高压的前缘都有一条强度较强的冷锋作为寒潮的前锋，它随高度向冷空气一侧倾斜，在高空等压面上对应有很强的锋区，锋区结构上宽下窄在300hPa及以下各等压面上均有明显的冷槽和锋区。

图1：北极涡旋示意图

数据来源：NOAA，CFC农产品研究

在超级寒潮南下前，近期美国西部山区多地已经普降大雪，降雪下发生多次雪崩。上周末，在科罗拉多州一处高山滑雪场，3人因遭遇雪崩死亡。2月6日，美国西部犹他州一山区6日发生雪崩，造成4名滑雪者死亡，另有4人受伤。从目前来看，北美接下来的超级寒潮其实是北半球北极涡旋偏向北美大陆的特征，这样一来，北极涡旋便无暇顾及东亚，因此接下来美国大部将继续以偏暖为主。美国国家海洋和大气管理局解释了美国这一波极寒天气的原因，即位于北极上空的“极地涡旋”近来不稳定，导致通常聚集在北极上空的冷空气南下，侵入美国上空，在当地时间1月29日至2月1日，北美时隔五年再度遭遇“超级寒潮”！

2、影响范围

美国多地气温骤降20-30℃，其中伊利诺伊州局地出现-40℃的极端低温，明尼苏达、南北达科他州出现-45℃低温，更有一些山地区域气温低至-52℃。这次寒潮与2014年1月初袭击美国的寒潮和2016年1月下旬袭击我国的“世纪寒潮”相似，都是北极涡旋“御驾亲征”造成的。据CNN介绍，本次大寒潮将覆盖美国近86%的地区，波及2.35亿人，从当地时间本周六（6日）开始，持续10天左右。其受影响的范围主要集中在美国中北部五大湖地区，但东部和西部地区也将受到影响。美冷空气将从6日开始，潜入美国中西部地区。当天，威斯康辛州麦迪逊市的最低气温将低至零下23度，随后一周也将维持这一温度，最极端的一天当属11日，气温将低至零下27度。不仅仅是温度，狂风也是一大问题。大风之下，威斯康辛州周末晚上部分地区的体感温度可降至零下20到30度。包括威斯康辛州在内，至少有6个州6日上午的温度会降至零度以下。其中，明尼苏达、爱荷华、威斯康辛州、伊利诺伊州和南北达科他州，温度甚至会比正常温度低25至30度。芝加哥下周的最低气温可低至零下22度，一整周的最高气温也不过零下9度。当地气象部门甚至警告说，周末和下周的寒潮中，如果没有穿合适的衣服，短短30分钟内就可能冻伤。五大湖沿岸的大部分地区积雪将增加5到10厘米，由于湖泊效应，一些地区的积雪量会增加。美国国家气象局还表示：“另一股加强的冷锋，将在周日（7日）上午穿过俄亥俄州的克里夫兰地区。”从7日到11日，克里夫兰将迎来比正常温度低15至20度的温度，使其在零点以下几乎整整一周。

3、对电力以及能源的影响

由于此次“超级寒潮”，天然气井和风力涡轮机都被冻结、太阳能无法使用，德州的所有的发电来源在冬季风暴中都面临着困难。在今天的访谈当中，德州州长提到占据该州10%电力供应的太阳能受到天气影响较为严重，德州仍然需要持续依赖石化燃料的来支撑稳定的能源供给。但是相关的专家表示，太阳能等其他新能源的使用并非本次大规模停电的主要原因。德州电网独立与美国其他区域运营，严重依赖天然气才是主要原因。与此同时，ERCOT的高级主管也表示，现在大部分的发电停供主要是天然气系统的问题。

从poweroutage数据库中来看，该数据库接入全美134,343,339户用户账户（15%），高峰期受停电影响的家庭超过200万户，仅次于飓风埃尔马造成的高峰停电7,654,461户的记录。在格林威治时间18日5点36分，得克萨斯州断电用户数145万户，密西西比州17.6万户，俄勒冈州12.2万户，是最严重的三个州，另外路易斯安那州11.5万户，肯塔基周6.7万户也受损严重。一个小时之后，GMT18日6时20分左右，德州断电数下降到123万户，密西西比州上升至17.8万户，俄勒冈州仍有11.9万户没有通电。严重影响到北美中南部地区的生产生活。

图3：美国各地区断电户数

除了导致德州数百万家庭十年以来首次被迫轮流停电的影响外，此次超级寒潮使得能源市场陷入混乱。德州电网运营商预计，共有超过34吉瓦的发电产能受寒潮“摧毁”，这相当于该州预计在2020年夏天预计供给电能的40%。由于发电产能被寒潮“摧毁”，德州电价飙升至每兆瓦9000美元，而平时为德州提供大部分电力的电网价格是每兆瓦不到100美元，涨幅逾10000%。

图4：德州电网批发电价及天然气期货走势

在电气、天然气市场均遭严重破坏的现状下，德州规模庞大的炼油行业同样引发了市场的普遍担忧。目前，德州多家炼油厂已宣布关闭，每日约300万桶的产能供给可能无法得到保证。以北美最大的炼油厂Motiva Enterprises为例，由于严寒天气，该厂表示将关闭位于德州的Port Arthur炼油厂；雪佛龙菲利普斯化学公司关闭德州帕萨迪纳工厂；埃克森美孚关闭德州博蒙特炼油厂；安桥的59号线原油管道在停电后关闭了。这些工厂的关闭预示着，在未来几周，美国各地严重依赖墨西哥湾沿岸燃料的城市将出现能源供应紧张和汽油、丙烷等燃料价格上涨的局面。受此影响，油价周一飙升至约13个月来的最高水平。布兰特原油期货上涨0.87美元，或1.39%，结算价报每桶63.30美元，盘中稍早一度涨至每桶63.76美元，为去年1月22日以来的最高水平。美国原油期货(WTI)上涨0.63美元，报每桶60.10美元，涨幅1.1%，盘中稍早一度触及每桶60.95美元，为去年1月8日以来的最高水平。考虑到新冠肺炎疫情已使原油行业大幅减产，若原油中断持续数天，那么对管道燃料供应的影响可能会蔓延到德州以外的区域。

在全球极寒中，资本抱团核心资产取暖，在过去一周能源类商品领涨全球，比特币突破5万美金在北半球高纬度地区的极寒加剧之后，全球制造业突然开启疫情后的周期复苏，过去一周波罗的海干散货指数，巴拿马型运费指数等表征海运费的经济指标大幅上行35-40%，这与我们关注到的全球制造业补库景气特征一致，我们继续看好逆境中的经济韧性，也看好美国新一轮1.9万亿财政政策刺激计划对商品的拉动。

图6：春节期间国际海运费走势图

数据来源：中信建投期货

4、对物流的影响

极寒天气除了对天然气、电力等能源供应影响巨大以外，也对交通运输业造成了严重影响。据当地媒体称，在凶猛的冬季暴风雪袭击下，美国东北部包括纽约市在内的多个城市被大雪覆盖，道路积雪普遍超过30厘米，纽约部分地区积雪接近半米。猛烈的暴风雪、道路结冰及低能见度使得美国东北部多地交通陷入混乱，纽约州州长科莫宣布当地进入紧急状态，疫苗接种点和学校也因此关闭。很难下雪的西雅图突降暴雪，市区积雪近20厘米，超出当地处理能力，造成严重影响。由于大雪和降温，道路被积雪覆盖的速度比清理的速度还快，事故频发。

美国得克萨斯州受到了周末开始的冬季风暴的严重影响。整个得州的气温目前处于0摄氏度以下，南部布朗斯维尔（Brownsville）的温度为-3.9℃，而潘汉德尔（Panhandle）的温度则低至-26℃。得州东部大部分地区，包括达拉斯、圣安东尼奥、奥斯汀、休斯顿、科珀斯克里斯蒂和布朗斯维尔，仍处于冬季风暴的影响之下。上述地区的出行条件非常危险或已达到几乎不可能出行的状态。

交通运输的瘫痪，对零售业、农产品造成直接影响。

威斯康星州西部的两家啤酒分销商表示，他们将推迟或暂停啤酒的发货，原因是担心啤酒会在运输途中被冻在卡车里。据卫星图像监测公司Planalytics统计，过去袭击美国东北部的暴风雪曾令当地损失了5亿美元的销售额。

得克萨斯州农业部专员西德•米勒说，全州的奶农因为无法把牛奶送到乳品公司，每天都倒掉价值800万美元的牛奶；牲畜养殖场已经没有饲料了，而天然气的短缺已经导致一些鸡和牛犊冻死。德州柑桔互助会总裁戴尔•莫尔登（Dale Murden）表示，里奥格兰德河谷的柑橘和蔬菜农场也预计会遭受巨大损失。该地区将丢失60％的葡萄柚产量和100％的晚橙产量。

此外，交通运输对美国的进出口也产生了巨大的影响。

暴风雨席卷了美国海湾物流，加剧了不可抗力的恐惧。美国南部部分地区的大雪给美国海湾主要出口枢纽的物流带来混乱，并可能带来进一步的延误，特别是对玉米紧缩的出口计划，由于融雪提高了河水位并使装载复杂化。

极地涡旋给得克萨斯州的大部分地区带来了极端的低温和大雪，得克萨斯州的大部分地区都起源于美国，并且沿着新奥尔良海岸袭击了美国主要的出口枢纽，未来即使温度回升，随着积雪融化，河流水位（连接中西部增长地区和美国海湾出口中心的供应链中的关键组成部分）可能会上升，届时海湾地区的装船量以及沿河内的装卸物势必将受到影响。

5、展望：我们或处在全球气候的危险拐点上

目前全球能源的供应结构中，核能，水利，风力和光伏发展迅猛，可再生能源在总供应中的占比已经达到16%左右，但这类清洁能源依赖自然条件，本次全球的极寒像是给新能源的布道者提出警示，面对人类不可控的自然，传统能源对人类的意义仍旧重大，而每一次的极端天气都会强化这类认知。能源革命的天花板是人类对大自然改造的极限，拥有凌驾于自然的力量对人类而言现在看上去仍然遥不可及。

表1：全球能源供应结构

我们尝试去推断本次世纪寒潮的起因，有研究数据表明本次极寒天气堪比1899年和1903年出现的冷冬，我们曾在《Warning：NASA“创纪录低温”预警，小冰河期近在咫尺？积温-单产堪忧！》一文中指出全球或正进入新一轮的小冰河期，太阳黑子极有可能是个重要的变量。最近美国国家航空航天局（NASA）通过近地望远镜发现，太阳表面再度出现了“无黑子”现象，这意味着太阳活动减少到了最低点，即将进入第25个太阳活动周。国内外众多学者预言，第25个太阳周期会是一个温和的太阳周期。此外有学者通过对类太阳的生命历程统计，预测太阳的紫外流量未来可能减小7%，太阳表面的黑子也随着太阳辐射下降而随之变得不活跃甚至消失。

太阳将持续温和，地球会感到寒冷吗？不少科学家持肯定答案，最有利的佐证来自明朝末期。“那段时间有将近百年太阳上极少看到黑子，也确实发生了气候变冷的现象，当时农历十月份，大运河扬州段就封冻了。”王华宁说，这也是诸多专家相信这次黑子极小期也会出现“小冰期”的依据。

十九世纪下半叶，天文学家从百余年的太阳黑子记录中发现了1645年至1715年无黑子的超长70年，提出可能存在超长极小期，后通过史实考究、放射性碳同位素的测定等逐步确定存在这样一段气候异常期，被命名为“蒙德极小期”。

因此科学家们担忧，地球温度将普遍降低，从2020年开始地球或将受到太阳黑子消息的影响开启“凛冬”模式，再次进入“小冰期”。

小冰河期”发生了什么？

从十四世纪开始，东亚大陆的气温便开始急剧下降，到了十七世纪初，气温的下跌达到了一个高峰，平均气温较之几百年前下降了1.5摄氏度。可不要小瞧这小小的一度多，这足以让中国北方适宜耕种的土地的界限向南迁移100到200千米，这对于农业是个重要的打击。

不仅中国北方受到影响，就连江南，也因为气温的异常，出现了河面结冰的情形。谈迁提到，1654（顺治十一年）阳历11月，吴江运河冰厚三尺多，而且从吴江一直冻到嘉兴，要壮士凿冰，每天才能前行3-4公里。阳历11月南运河封冻，这在历史上是少有的，可见顺治年间，江南天气的寒冷。另外，当时，也出现了长江结冰的记载。

“小冰期”时代给使得明朝能够种植水稻的地方只能演变成种植小麦。热量条件的下滑，使得作物生长难以满足其积温条件。清政权建立后，随着远道而来的马铃薯、玉米等耐寒高产农作物在中国的普及，农业经济才逐渐恢复。

同时，随着气候的逐渐寒冷，低空的空气不易上升形成降水，旱灾也开始肆虐。竺可桢先生曾经考证，在1640年的5至9月，中原地区平均降水量仅为210mm，这甚至与深居内陆的戈壁滩、蒙古高原降水量无异。而在我国的南方，越来越不稳定的季风和台风带来了飓风与洪水。

黑子周期或预示小冰期的降临

图7：黑子周期图及全球气候异常

数据来源：NOAA，CFC农产品研究

太阳黑子存在周期，太阳黑子周期分为11年的施瓦贝循环、22年的海尔循环以及55年的吉村循环。太阳黑子的数量用太阳黑子相对数来衡量。太阳黑子相对数的施瓦贝循环：以太阳黑子数最少的年份开始算作一个循环，太阳黑子相对数在3-5年中增加，达到峰值，而后在5-7年中减小，达到谷值。太阳黑子相对数的海尔循环：在11年施瓦贝循环的基础上，考虑到太阳黑子磁极的S,N两极每11年变换一次，因此完整的太阳黑子周期应为22年。太阳黑子相对数的吉村循环：11年施瓦贝循环的周期和振幅之间存在55年的大周期。太阳活动活跃时，会使得地球气温升高，降雨量增多。太阳黑子活动主要通过三种方式影响地球气候：通过改变大气电离度影响气候；通过热辐射影响气候；通过地磁场的变化影响气候。太阳黑子活动与厄尔尼诺现象也有密不可分的关系。较强厄尔尼诺年发生时，太阳黑子往往不活跃。农产品的价格波动与太阳黑子的11年施瓦贝循环关系最为密切，当太阳黑子数量少，即太阳活动不活跃期间，农产品价格相对达到一个高点。太阳黑子对人类经济中最直接的影响是农业。因为太阳黑子活动会影响气温和降雨量，而这两个因素对人类农业有最直接的影响。

从黑子周期上看，地球正经历过去200年以来的太阳黑子低谷，不断降低的太阳活动从历史规律上看或将引致更低的地球温度并伴生更多的自然灾害，从2019年以来我们已经观察到了全球范围内频繁出现的极端天气现象，虽然现在的科学界仍在探索他们之间的内在逻辑，但越来越频发的事件，正在强化我们对未来的警惕。有机构提示2020年是全球气候紧急保卫战打响的“元年”，最为突出的指标是全球的气候变暖，数据表明工业革命以来，人为引起的全球气候变暖已达到0.87℃，如果按当前增暖速率，预估在2030—2052 年将达到1.5℃；而且一旦升温达2℃，自然对于人类的考验才刚刚开始。

（编辑：林喵）