摘要：

俄烏戰(zhàn)事對全球重要糧食產(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)品的價格神經(jīng)。沖突發(fā)生以來，市場普遍預(yù)期烏克蘭糧食產(chǎn)量會受到較大沖擊，但究竟其程度有多深，影響有多大？研究團隊采用更加客觀的遙感大數(shù)據(jù)，以衛(wèi)星視角對烏克蘭的春耕情況進行了量化分析。

一、衛(wèi)星遙感農(nóng)情監(jiān)測介紹

衛(wèi)星遙感技術(shù)是利用衛(wèi)星平臺搭載各種傳感器以非接觸的、遠(yuǎn)距離的探測和信息獲取的技術(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)測以及農(nóng)業(yè)等方面，尤其是在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域可有效實現(xiàn)農(nóng)作物長勢監(jiān)測、產(chǎn)量估算、突發(fā)病蟲害預(yù)警等工作。

衛(wèi)星遙感農(nóng)作物監(jiān)測活動始于西方國家，主要有美國農(nóng)業(yè)部（USDA）、國家海洋大氣管理局（NOAA）、美國宇航局（NASA）和商業(yè)部合作的“大面積農(nóng)作物估產(chǎn)實驗（LACIE）”,歐盟實施的“遙感農(nóng)業(yè)監(jiān)測”項目（MARS計劃）和由20國集團發(fā)起旨在提高全球主要谷類作物和大豆生產(chǎn)及貿(mào)易信息的透明度的GeoGLAM計劃等。我國中科院空天信息研究院研究團隊也在該領(lǐng)域造詣頗豐。

該技術(shù)憑借及時、客觀和高精度的特點已經(jīng)為全球各國實施農(nóng)業(yè)補貼、農(nóng)民申報核查以及農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量測算等工作創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益。

二、主要監(jiān)測方法

衛(wèi)星遙感農(nóng)作物監(jiān)測方法多樣，常有衛(wèi)星數(shù)據(jù)反演指數(shù)監(jiān)測、影像分類監(jiān)測、作物物候信息和時序監(jiān)測、生長理化模型模擬監(jiān)測等。聯(lián)合國糧農(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USDA以及其他主要農(nóng)業(yè)監(jiān)測體系均將歸一化植被指數(shù)（NDVI）作為重要監(jiān)測指標(biāo)，該指標(biāo)主要利用農(nóng)作物在不同生長和發(fā)育階段，進行光合作用時葉片的葉綠素含量和內(nèi)部結(jié)構(gòu)差異，對不同光譜波段的吸收反射程度不同，從而光譜反映曲線也不同的原理，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)植被生長狀況的模型指數(shù)。

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

NASA的Modis中分辨率衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)具有重訪周期短、光譜范圍廣、時間序列長的特點，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)分類解譯耕地范圍，對烏克蘭截止2022年4月7日（可獲取最新影像數(shù)據(jù)）的春耕狀況進行多方位解讀。

三、烏克蘭耕地遙感識別解譯

農(nóng)作物監(jiān)測的前提是要精準(zhǔn)的識別農(nóng)田的范圍，做到只對田塊中的作物統(tǒng)計分析，才能避免森林、草原、公園等內(nèi)部的綠色植物對統(tǒng)計結(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)土地分類結(jié)果，其可以在10m分辨率上精準(zhǔn)提取烏克蘭全國耕地，并將土地分為耕地（綠色）和非耕地（紅色）兩類，研究以耕地范圍作為基礎(chǔ)展開詳細(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相去云、矯正影像，該影像空間分辨率為250m，即每個遙感像元代表地面長寬250m的空間范圍，以此影像為基礎(chǔ)，計算時間間隔為16天的EVI遙感指數(shù)。

四、時間維度看烏克蘭春耕

依據(jù)Modis數(shù)據(jù)特點，研究可以得到時間間隔為16天的EVI觀測結(jié)果，將耕地范圍內(nèi)作物的EVI按時間順序排列起來，便直觀的體現(xiàn)了作物生長的動態(tài)跡線，反映了作物從播種、出苗、抽穗到成熟收割EVI的變化過程。不同區(qū)域和植被的生長信息雖然不同，但就全國而言，其變化遵循一定的大規(guī)律，因此研究計算并統(tǒng)計了從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，由均值時間序列曲線可以看出，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開始逐漸增大，對應(yīng)為烏克蘭春耕期，該時期植被指數(shù)的變化斜率基本可以反應(yīng)烏克蘭春耕播種進展，縱觀自2014年以來，3-5月EVI均值曲線斜率均呈現(xiàn)先增大后減少的態(tài)勢，2022年截止4月7日其斜率一直較為緩慢，說明全國春耕進程較往年遲緩。

為量化對比烏克蘭全國2022年春耕進度，抽取各年間4月7日同期歷史衛(wèi)星影像分析比對，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%，全國范圍截止4月7日春耕進度僅相當(dāng)于往年八成左右，如考慮農(nóng)田雜草等因素，該值會更低。

空間維度看烏克蘭春耕

全國均值僅體現(xiàn)全國性的總體趨勢，但各個區(qū)域乃至每一個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日兩年同時期的衛(wèi)星影像對比分析農(nóng)作物的即時空間變化。

全國來看，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，這主要因為南部氣候先暖播種期較早，東部、北部部較晚；但2022年南北差異較小，北部區(qū)域因為在研究節(jié)點不論2021年還是2022年播種工作尚未完全開展，故而播種情況較往年差異不大，存在小幅波動，以待后續(xù)觀察。但南部區(qū)域兩年對比差異懸殊，2022年EVI值顯著下降，種植率較低。

通過計算對比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)計各變化等級的變化總量（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月前底無法播種，將會帶來不可逆的減產(chǎn)風(fēng)險，尤其對于大麥、小米等春耕作物。

具體按州分區(qū)統(tǒng)計從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，達到29.29%左,北部的切爾尼戈夫州（Chernihiv）耕作狀況也減少超過10%，該區(qū)域為玉米主產(chǎn)區(qū)，因而對玉米產(chǎn)量也會產(chǎn)生一定影響。

隨著戰(zhàn)爭的持續(xù)，影響烏克蘭糧食產(chǎn)量的因素也從播種狀況，擴展到農(nóng)作物生長，以及后續(xù)的收割工作。正如烏克蘭農(nóng)業(yè)政策與糧食部長索利斯基在聯(lián)合國全球饑餓問題部長級會議上講話“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)品組將會持續(xù)使用衛(wèi)星大數(shù)據(jù)追蹤監(jiān)測烏克蘭農(nóng)作物后續(xù)播種、生長狀況以及收割狀況。

（華泰期貨 鄧紹瑞）