作者：華泰期貨鄧紹瑞

　　摘要：俄烏戰(zhàn)事對(duì)全球重要糧食產(chǎn)區(qū)烏克蘭影響深遠(yuǎn)，烏克蘭糧食供需變化直接刺激著農(nóng)產(chǎn)品的價(jià)格神經(jīng)。沖突發(fā)生以來(lái)，市場(chǎng)普遍預(yù)期烏克蘭糧食產(chǎn)量會(huì)受到較大沖擊，但究竟其程度有多深，影響有多大？研究團(tuán)隊(duì)采用更加客觀的遙感大數(shù)據(jù)，以衛(wèi)星視角對(duì)烏克蘭的春耕情況進(jìn)行了量化分析。

　　一、衛(wèi)星遙感農(nóng)情監(jiān)測(cè)介紹

　　衛(wèi)星遙感技術(shù)是利用衛(wèi)星平臺(tái)搭載各種傳感器以非接觸的、遠(yuǎn)距離的探測(cè)和信息獲取的技術(shù)手段。該技術(shù)廣泛的應(yīng)用于城市研究、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)以及農(nóng)業(yè)等方面，尤其是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可有效實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物長(zhǎng)勢(shì)監(jiān)測(cè)、產(chǎn)量估算、突發(fā)病蟲(chóng)害預(yù)警等工作。

　　衛(wèi)星遙感農(nóng)作物監(jiān)測(cè)活動(dòng)始于西方國(guó)家，主要有美國(guó)農(nóng)業(yè)部（USDA）、國(guó)家海洋大氣管理局（NOAA）、美國(guó)宇航局（NASA）和商業(yè)部合作的“大面積農(nóng)作物估產(chǎn)實(shí)驗(yàn)（LACIE）”,歐盟實(shí)施的“遙感農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)”項(xiàng)目（MARS計(jì)劃）和由20國(guó)集團(tuán)發(fā)起旨在提高全球主要谷類(lèi)作物和大豆生產(chǎn)及貿(mào)易信息的透明度的GeoGLAM計(jì)劃等。我國(guó)中科院空天信息研究院研究團(tuán)隊(duì)也在該領(lǐng)域造詣?lì)H豐。

　　該技術(shù)憑借及時(shí)、客觀和高精度的特點(diǎn)已經(jīng)為全球各國(guó)實(shí)施農(nóng)業(yè)補(bǔ)貼、農(nóng)民申報(bào)核查以及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量測(cè)算等工作創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

　　二、主要監(jiān)測(cè)方法

　　衛(wèi)星遙感農(nóng)作物監(jiān)測(cè)方法多樣，常有衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演指數(shù)監(jiān)測(cè)、影像分類(lèi)監(jiān)測(cè)、作物物候信息和時(shí)序監(jiān)測(cè)、生長(zhǎng)理化模型模擬監(jiān)測(cè)等。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織“全球糧食和農(nóng)業(yè)信息及早期預(yù)警系統(tǒng)”（GIEWS）、美國(guó)USDA以及其他主要農(nóng)業(yè)監(jiān)測(cè)體系均將歸一化植被指數(shù)（NDVI）作為重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，該指標(biāo)主要利用農(nóng)作物在不同生長(zhǎng)和發(fā)育階段，進(jìn)行光合作用時(shí)葉片的葉綠素含量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異，對(duì)不同光譜波段的吸收反射程度不同，從而光譜反映曲線(xiàn)也不同的原理，該信息最終被衛(wèi)星傳感器捕捉記錄，最終用數(shù)理方法構(gòu)建出的有效反應(yīng)植被生長(zhǎng)狀況的模型指數(shù)。

　　增強(qiáng)型植被指數(shù)（EVI）是歸一化植被指數(shù)（NDVI）改善而來(lái)，綜合考慮了大氣分子、氣溶膠、薄云、水汽和臭氧等因素進(jìn)行全面的大氣校正，最新研究表明，EVI對(duì)比NDVI可以更好的反應(yīng)農(nóng)作物生長(zhǎng)狀況，因此該指標(biāo)也被廣泛的應(yīng)用于最新的農(nóng)情監(jiān)測(cè)體系之中。

　　NASA的Modis中分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有重訪(fǎng)周期短、光譜范圍廣、時(shí)間序列長(zhǎng)的特點(diǎn)，是農(nóng)業(yè)衛(wèi)星遙感研究的重要數(shù)據(jù)源，華泰期貨研究院農(nóng)產(chǎn)品組，以該遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，反演EVI指標(biāo)，并結(jié)合衛(wèi)星數(shù)據(jù)分類(lèi)解譯耕地范圍，對(duì)烏克蘭截止2022年4月7日（可獲取最新影像數(shù)據(jù)）的春耕狀況進(jìn)行多方位解讀。

　　三、烏克蘭耕地遙感識(shí)別解譯

　　農(nóng)作物監(jiān)測(cè)的前提是要精準(zhǔn)的識(shí)別農(nóng)田的范圍，做到只對(duì)田塊中的作物統(tǒng)計(jì)分析，才能避免森林、草原、公園等內(nèi)部的綠色植物對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果產(chǎn)生干擾。結(jié)合歐空局（ESA）Sentinel系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)以及其深度學(xué)習(xí)土地分類(lèi)結(jié)果，其可以在10m分辨率上精準(zhǔn)提取烏克蘭全國(guó)耕地，并將土地分為耕地（綠色）和非耕地（紅色）兩類(lèi)，研究以耕地范圍作為基礎(chǔ)展開(kāi)詳細(xì)分析。

　　基于Modis衛(wèi)星影像，研究小組合成了烏克蘭全境的多時(shí)相去云、矯正影像，該影像空間分辨率為250m，即每個(gè)遙感像元代表地面長(zhǎng)寬250m的空間范圍，以此影像為基礎(chǔ)，計(jì)算時(shí)間間隔為16天的EVI遙感指數(shù)。

　　四、時(shí)間維度看烏克蘭春耕

　　依據(jù)Modis數(shù)據(jù)特點(diǎn)，研究可以得到時(shí)間間隔為16天的EVI觀測(cè)結(jié)果，將耕地范圍內(nèi)作物的EVI按時(shí)間順序排列起來(lái)，便直觀的體現(xiàn)了作物生長(zhǎng)的動(dòng)態(tài)跡線(xiàn)，反映了作物從播種、出苗、抽穗到成熟收割EVI的變化過(guò)程。不同區(qū)域和植被的生長(zhǎng)信息雖然不同，但就全國(guó)而言，其變化遵循一定的大規(guī)律，因此研究計(jì)算并統(tǒng)計(jì)了從2014年1月1日到2022年4月7日衛(wèi)星影像的EVI均值、中值、最大值、最小值和方差變化情況，由均值時(shí)間序列曲線(xiàn)可以看出，烏克蘭每年11月到次年2月為休耕或冬眠期，耕地內(nèi)部植被稀少EVI值最低，3-5月EVI開(kāi)始逐漸增大，對(duì)應(yīng)為烏克蘭春耕期，該時(shí)期植被指數(shù)的變化斜率基本可以反應(yīng)烏克蘭春耕播種進(jìn)展，縱觀自2014年以來(lái)，3-5月EVI均值曲線(xiàn)斜率均呈現(xiàn)先增大后減少的態(tài)勢(shì)，2022年截止4月7日其斜率一直較為緩慢，說(shuō)明全國(guó)春耕進(jìn)程較往年遲緩。

　　為量化對(duì)比烏克蘭全國(guó)2022年春耕進(jìn)度，抽取各年間4月7日同期歷史衛(wèi)星影像分析比對(duì)，發(fā)現(xiàn)2022年植被指數(shù)均值為0.175，比2014-2021年均值0.211下降17.10%，全國(guó)范圍截止4月7日春耕進(jìn)度僅相當(dāng)于往年八成左右，如考慮農(nóng)田雜草等因素，該值會(huì)更低。

　　空間維度看烏克蘭春耕

　　全國(guó)均值僅體現(xiàn)全國(guó)性的總體趨勢(shì)，但各個(gè)區(qū)域乃至每一個(gè)田塊的耕作狀況如何？因此研究小組從空間維度深入探究，為對(duì)比今年春耕在空間上與往年的差異，選取2021年4月7日和2022年4月7日兩年同時(shí)期的衛(wèi)星影像對(duì)比分析農(nóng)作物的即時(shí)空間變化。

　　全國(guó)來(lái)看，如圖4和圖5所示，EVI往年空間分布通常呈現(xiàn)隨緯度增加而減小，西高東低的空間特征，這主要因?yàn)槟喜繗夂蛳扰シN期較早，東部、北部部較晚；但2022年南北差異較小，北部區(qū)域因?yàn)樵谘芯抗?jié)點(diǎn)不論2021年還是2022年播種工作尚未完全開(kāi)展，故而播種情況較往年差異不大，存在小幅波動(dòng)，以待后續(xù)觀察。但南部區(qū)域兩年對(duì)比差異懸殊，2022年EVI值顯著下降，種植率較低。

　　通過(guò)計(jì)算對(duì)比2021年與2022年烏克蘭全境EVI指數(shù)的空間分布情況（如圖6），并按州為行政單位分區(qū)統(tǒng)計(jì)各變化等級(jí)的變化總量（圖7），烏克蘭農(nóng)作物“極大減少（紅色區(qū)域）”和“減少（橙色區(qū)域）”保有量最多的主要有赫爾松州（Kherson）、扎波羅熱（Zaporizhia）等南部州域，指數(shù)總量減少均超過(guò)10000，與俄烏沖突邊界高度吻合，該區(qū)域存在大面的棄耕或晚耕現(xiàn)象，春耕開(kāi)展?fàn)顩r遲緩。該區(qū)域也是烏克蘭重要的糧食產(chǎn)區(qū)，如5月前底無(wú)法播種，將會(huì)帶來(lái)不可逆的減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)，尤其對(duì)于大麥、小米等春耕作物。

　　具體按州分區(qū)統(tǒng)計(jì)從2021年到2022年的同期總變化百分比如圖8所示，赫爾松州（Kherson）減少最為顯著，達(dá)到29.29%左,北部的切爾尼戈夫州（Chernihiv）耕作狀況也減少超過(guò)10%，該區(qū)域?yàn)橛衩字鳟a(chǎn)區(qū)，因而對(duì)玉米產(chǎn)量也會(huì)產(chǎn)生一定影響。

　　隨著戰(zhàn)爭(zhēng)的持續(xù)，影響烏克蘭糧食產(chǎn)量的因素也從播種狀況，擴(kuò)展到農(nóng)作物生長(zhǎng)，以及后續(xù)的收割工作。正如烏克蘭農(nóng)業(yè)政策與糧食部長(zhǎng)索利斯基在聯(lián)合國(guó)全球饑餓問(wèn)題部長(zhǎng)級(jí)會(huì)議上講話(huà)“今年的作物，我們將只能收獲一半”。華泰期貨研究院農(nóng)產(chǎn)品組將會(huì)持續(xù)使用衛(wèi)星大數(shù)據(jù)追蹤監(jiān)測(cè)烏克蘭農(nóng)作物后續(xù)播種、生長(zhǎng)狀況以及收割狀況。