农民早已习惯与天气打交道，但气候变化正使这项工作变得更加困难，它改变了气温和降雨的规律，例如今年美国中部异常凉爽湿润的春季就是一例。在一项最近发表的研究中，我与其他科学家合作，以探究气候变化是否已对可测量的作物生产力和全球粮食安全产生影响。
为分析这些问题，由明尼苏达大学“环境研究所”（Institute on the Environment）牵头的一支研究团队环境研究所历时四年，收集了全球各地的作物生产力信息。我们重点关注了提供大部分可供消费食物热量的十种全球主要作物：玉米、水稻、小麦、大豆、油棕、甘蔗、大麦、油菜籽（加拿大油菜）、木薯和高粱。大约83%的可供消费食物热量仅来自这十种作物。除木薯和油棕外，其余作物均是美国的重要作物。
我们发现，气候变化已在许多地方影响了产量。并非所有变化都是负面的：一些地区的作物产量有所增加。然而总体而言，气候变化正在减少水稻和小麦等主粮的全球产量。当我们把作物产量换算为可供消费的热量（即人们餐桌上的实际食物）时，我们发现，气候变化已经在缩减粮食供应，在粮食不安全的发展中国家尤为明显。
汇总地方趋势
我们首先需要了解的是，气温和降水如何在许多地区影响作物生产力。为此，我们分析了全球多达20000个县和地区的数据，以观察各地作物产量如何随降水和气温变化而波动。
一旦我们建立起将作物产量与各地天气变化联系起来的经验模型，就可以用它来评估：如果平均天气模式未发生变化，产量本应呈现怎样的变化，并据此计算实际变化幅度。依据反事实天气所预测的结果与实际发生的结果之间的差异，即反映了气候变化的影响。
我们的分析表明，气候变化已经影响了全球各地的作物产量。不同地点和作物之间存在差异，但将所有这些不同结果加总后，我们发现一些重要全球主粮的产量已经在下降。例如，我们估算，气候变化平均每年使全球水稻产量减少0.3%，小麦产量减少0.9%。
与之相反，一些更耐旱的作物则从气候变化中受益。高粱是发展中国家许多人用作主粮的谷物，自1970年代以来，受气候变化影响，撒哈拉以南非洲的高粱产量增加了0.7%，亚洲西部、南部和东南部则每年增加0.9%。
美国的复杂图景
在美国，玉米和大豆是重要的经济作物，2017年两者的合计价值超过900亿美元。我们发现，气候变化使这些作物的产量出现小幅净增长，平均每年分别约增长0.1%和3.7%。
但这些数字既反映了收益，也反映了损失。在印第安纳州和伊利诺伊州等部分玉米带州，气候变化使每年玉米产量减少高达8%。与此同时，它使爱荷华州和明尼苏达州的年产量提高了约2.8%。这四个州的玉米生长季如今都略微变暖变湿，但与爱荷华州和明尼苏达州相比，印第安纳州和伊利诺伊州的升温幅度更大，湿度增幅则较小。
我们的地图可精确到县一级。在爱荷华州东部、伊利诺伊州和印第安纳州，气候变化一直在减少玉米产量，而在明尼苏达州和北达科他州等西北部地区，气候变化却在提高产量。大豆种植也呈现类似规律：减产区域正从美国南部和东部向北推进，这些地区的升温幅度略高于更北部的各州。气候变化还在减少小麦和大麦等其他重要作物的总体产量。
从收成到餐桌
尽管这些对作物产量的影响本身就十分显著，但我们还需更进一步，以理解它们如何影响全球粮食安全。人类食用的是食物，而非作物产量，因此我们需要确定气候变化如何影响可供消费的食物热量供应。在其最新的评估报告中，政府间气候变化专门委员会认识到，这一问题尚未得到解答，而这对于构建有力的气候行动依据至关重要。
我们的研究表明，气候变化每年使全球十种主要作物可供消费的食物热量减少约1%。这一比例看似不大，但每年相当于约35万亿卡路里。这些热量足以为超过5000万人提供每日超过1800卡路里的膳食——联合国粮农组织将这一水平确定为“避免食物匮乏或营养不足所必需”的标准避免食物匮乏或营养不足所必需。
此外，我们发现，在全球约一半的粮食不安全国家中，可供消费的食物热量已经在减少。这些国家营养不良率高、儿童发育迟缓和消瘦率高，且因食物供应不足导致的5岁以下儿童死亡率高。例如，印度的年食物热量已每年减少0.8%，尼泊尔则每年减少2.2%。
南部非洲国家也出现了减产，包括马拉维、莫桑比克和津巴布韦。我们甚至发现，一些富裕的工业化国家也出现了损失，例如澳大利亚、法国和德国。
富裕国家可以通过进口粮食摆脱食物热量短缺的困境，但较贫穷的国家可能需要援助。短期策略可包括利用我们的研究结果培育或扩大种植那些能够抵御甚至受益于气候变化的作物。农业技术和农业政策也可以帮助小农户提高作物产量。
世界饥饿人口在经历了十年的下降后重新开始上升，这一事实令人警醒。从长远来看，富裕国家和发展中国家都必须设法在气候变化的背景下进行粮食生产。我希望这将促使人们重新思考整个食物体系，从饮食习惯到食物浪费，并推动采用更可持续的技术来养活世界。
