遙感技術(shù)在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用非常廣泛，我們可以借助遙感數(shù)據(jù)對巴西的甘蔗產(chǎn)量進(jìn)行預(yù)估。另外，巴西的產(chǎn)糖量還取決于制糖比例，結(jié)合甘蔗產(chǎn)量與制糖比，可以測算巴西的食糖產(chǎn)量。巴西是世界上重要的產(chǎn)糖國，本文通過不同的遙感產(chǎn)品來分析遙感數(shù)據(jù)與巴西甘蔗產(chǎn)量的關(guān)系，主要目的是希望能夠在新榨季開始前利用植被指數(shù)對巴西食糖產(chǎn)量做出有效的預(yù)估。
基于MODIS遙感數(shù)據(jù)測算的甘蔗產(chǎn)量
遙感技術(shù)指從人造衛(wèi)星或飛機(jī)對地面觀測，通過電磁波的傳播與接收，感知目標(biāo)的某些特性并加以分析。在實(shí)際應(yīng)用中，遙感技術(shù)被廣泛應(yīng)用于資源調(diào)查、地表環(huán)境監(jiān)測、人類活動監(jiān)測等多個方面。遙感數(shù)據(jù)在農(nóng)業(yè)中也大有可為，可以通過遙感數(shù)據(jù)來監(jiān)測農(nóng)作物的長勢、估計農(nóng)作物的種植面積、監(jiān)測病蟲害等。
(相關(guān)資料圖)
NDVI是一種常用的遙感數(shù)據(jù)指標(biāo)，是通過近紅外波段與紅外波段反射率經(jīng)計算得出的數(shù)據(jù)，是公認(rèn)表征植被變化最有效的參數(shù)之一，可較好地反映植被綠度變化。
美國航空航天局(NASA)分別于1999年和2002年發(fā)射了TERRA和AQUA衛(wèi)星，用來遙測地球環(huán)境，MODIS是搭載在衛(wèi)星上的一個重要的傳感器，波長范圍為0.4—14.4微米，包含可見光到紅外波段。影像分辨率在250米至1公里，1—2日可完整掃描地球表面一次。本文分析基于兩個數(shù)據(jù)：MOD13Q1與MCD12Q1，其中MOD13Q1提供植被指數(shù)EVI，數(shù)據(jù)頻率為每16天一次；MCD12Q1是土地類型數(shù)據(jù)，對土地進(jìn)行分類，我們選用其中的“農(nóng)田”土地類型，分析“農(nóng)田”的遙感數(shù)據(jù)與甘蔗產(chǎn)量的關(guān)系。
我們選擇的觀察區(qū)域?yàn)榘臀魇ケＡ_州，該州是巴西甘蔗主產(chǎn)區(qū)，甘蔗產(chǎn)量占巴西中南部甘蔗總產(chǎn)量的60%以上。我們把得到的EVI數(shù)據(jù)與巴西圣保羅州的甘蔗產(chǎn)量進(jìn)行比較。時間上，我們選擇了2012年1月至2022年6月。
進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后，我們得到時間序列進(jìn)行季節(jié)性分析，可以發(fā)現(xiàn)，EVI中值的季節(jié)性和巴西中南部甘蔗的生產(chǎn)情況比較符合。巴西中南部每年4月開始收割甘蔗，而EVI在一季度達(dá)到最大值，隨后開始下降，一直到10月前后見底，然后開始回升。另外，計算每個月的EVI與產(chǎn)量的相關(guān)系數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)，相關(guān)性最高的是11月、12月；進(jìn)入次年1月之后相關(guān)性很差。
基于Sentinel-2數(shù)據(jù)測算的甘蔗產(chǎn)量
我們還可以使用Sentinel-2衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，和上文使用的MODIS傳感器相比，Sentinel-2的分辨率更高。衛(wèi)星的分辨率決定了遙感影像數(shù)據(jù)的清晰度，分辨率越高清晰度越高，用分辨率更高的Sentinel-2數(shù)據(jù)有助于我們識別農(nóng)作物。
首先，我們選擇巴西圣保羅州的一塊區(qū)域，通過此區(qū)域內(nèi)的Sentinel-2遙感數(shù)據(jù)計算一年內(nèi)的NDVI值。其次，通過查找文獻(xiàn)，可以得到巴西甘蔗的大致NDVI曲線特征。最后，通過比較研究區(qū)域內(nèi)各個點(diǎn)的NDVI曲線與巴西甘蔗的曲線特征，篩選出符合甘蔗曲線特征的區(qū)域。
在選定的區(qū)域內(nèi)，利用Harmonized Landsat Sentinel-2 (HLS)產(chǎn)品進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。HLS是從NASA/USGS Landsat 8和ESA(歐洲航天局)Sentinel-2聯(lián)合獲取輸入數(shù)據(jù)，生成協(xié)調(diào)的、可用于分析的表面反射率數(shù)據(jù)產(chǎn)品，2—3天進(jìn)行一次觀測。集合而成的HLS可以收集30米空間分辨率的地表觀測數(shù)據(jù)，周期為2—3天。我們利用HLS產(chǎn)品計算EVI，并計算其與產(chǎn)量的相關(guān)性。
為了得到巴西甘蔗NDVI曲線的特征，我們查找了一些文獻(xiàn)，文獻(xiàn)顯示：一是巴西甘蔗收割時間跨度較長，中南部地區(qū)的收割從每年的4月開始一直持續(xù)至12月，因此存在不同的平行曲線，表示在不同時間點(diǎn)收割的甘蔗。二是NDVI曲線最大值與最小值的差可以作為甘蔗曲線的特征值。三是甘蔗的生長周期為12—18個月，明顯長于其他作物。四是收割后甘蔗的NDVI會出現(xiàn)斷崖式下跌。
根據(jù)以上得到的曲線特征，可以在巴西圣保羅選取一處符合標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)域作為研究區(qū)域。我們選取2013—2021年的數(shù)據(jù)，計算每個月EVI的平均值并與巴西產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性分析，可以看到相關(guān)性有顯著的提升。這個方法也有不足，主要是選定區(qū)域比較小，不能反映全域的生長情況，另外，樣本區(qū)域的選擇主觀性較強(qiáng)。我們可以用同樣的方法選擇多個區(qū)域，擴(kuò)大樣本數(shù)量，有助于反映整體的生長情況。在預(yù)測新榨季產(chǎn)量的時候，可以利用多個區(qū)域內(nèi)的NDVI均值來進(jìn)行分析，這樣能大致反映巴西主產(chǎn)區(qū)的甘蔗生長情況，從而對新榨季的甘蔗產(chǎn)量有一個預(yù)估。
從最新的11月巴西甘蔗種植數(shù)據(jù)來看，目前甘蔗的NDVI指標(biāo)回歸到了歷史平均水平附近。從歷史數(shù)據(jù)看，和當(dāng)前NDVI值比較相近的年份是2014年和2016年，這兩年中巴西中南部的甘蔗產(chǎn)量分別達(dá)到了5.73億噸和6.07億噸，因此我們預(yù)計明年巴西中南部的甘蔗產(chǎn)量將會達(dá)到5.7億噸。
另外，目前甘蔗的蔗齡比較低，而且今年巴西的天氣情況較好，主產(chǎn)區(qū)降雨充沛，也沒有出現(xiàn)霜凍情況，預(yù)計明年單產(chǎn)會有顯著提升。這和遙感數(shù)據(jù)得到的結(jié)果是相呼應(yīng)的。
遙感指標(biāo)對巴西新榨季糖產(chǎn)量的預(yù)估
巴西甘蔗不僅產(chǎn)糖，還可以制乙醇。巴西純乙醇與混合動力汽車的市場份額為93%，巴西汽油中必須添加27%的無水乙醇。2021年，巴西乙醇大約提供巴西7%的能源供應(yīng)。從這一系列數(shù)據(jù)中我們可以看出甘蔗對于巴西能源系統(tǒng)的重要性，這種重要性反過來又作用在糖價上。巴西汽車燃料市場通過影響乙醇市場，進(jìn)而影響糖廠的制糖比選擇，再傳導(dǎo)到巴西食糖產(chǎn)量，最終對國際糖價產(chǎn)生重要影響。
今年巴西含水乙醇的總銷量偏差，本榨季的累計銷量同比減少了4.18%。含水乙醇銷量差的主要原因是乙醇相對于汽油的性價比較低，消費(fèi)者更愿意消費(fèi)汽油而不是乙醇。
比較巴西歷史制糖比與含水乙醇的市場份額可以發(fā)現(xiàn)，乙醇市場份額的下降幾乎都伴隨著制糖比的抬升。這不是偶然的，乙醇市場份額下降后，利潤降低使得糖廠更愿意生產(chǎn)糖，從而提高制糖比例。因此，如果巴西乙醇的市場維持低迷，明年的制糖比將維持高位。
從糖醇比看，預(yù)計明年制糖比維持高位。而糖醇比價是美糖價格的重要影響因素，當(dāng)糖醇比價比較高的時候，甘蔗制糖的收益更高，巴西糖廠會把更多的甘蔗用來制糖，從而增加國際市場供給，導(dǎo)致糖價下跌。反之，當(dāng)糖醇比價較低的時候，糖價上漲的動力較足。
從歷史上看，糖醇比價與美糖期貨價格有較強(qiáng)的正相關(guān)性。特別是當(dāng)糖醇比價處于高位的時候，往往是糖價的中長期高點(diǎn)。糖醇比價是一個反映糖價相對于乙醇價格溢價程度的指標(biāo)，當(dāng)糖醇比價達(dá)到歷史高點(diǎn)的時候，表明糖價相對于能源價格出現(xiàn)超漲。
比如在2016年年底的時候，美糖價格達(dá)到26美分/磅，糖醇比價達(dá)到歷史高點(diǎn)，隨后開始的新榨季巴西大幅調(diào)高制糖比例，美糖見頂。2020年年初的時候，糖醇比價也較高，但這更多是由于原油價格超跌導(dǎo)致的。
總體來看，遙感指標(biāo)與甘蔗產(chǎn)量之間具有較好的相關(guān)性，時間段為每年年初前后，我們可以通過遙感指標(biāo)對巴西新榨季糖產(chǎn)量進(jìn)行有效預(yù)估。11月的遙感數(shù)據(jù)顯示，目前甘蔗的NDVI水平回歸到了歷史平均水平附近，預(yù)計明年巴西中南部的甘蔗產(chǎn)量將達(dá)到5.7億噸。另外，由于目前糖醇比價較高，預(yù)計明年巴西的制糖比例將繼續(xù)維持在較高水平。綜合測算，預(yù)計明年巴西中南部地區(qū)產(chǎn)糖量增加200萬噸左右。(作者單位：國投安信期貨)
（文章來源：期貨日報）
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