印度百年高温产量影响几何——基于卫星遥感监(2)

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本文源自华泰期货研究院

持续异常的印度气温到底会对作物的哪些方面产生影响？研究小组本着全面监测的态度，对作物的生长发育过程和最后的产出做了详细研究分析。首先，作物长势的监测通常采用归一化植被指数（NDVI），增强型植被指数（EVI），植被状态指数（VCI），叶面积指数（LAI）等指标，其中NDVI和EVI具有较高的可靠性，被广泛应用于美国农业部（USDA）、联合国粮农组织（FAO）等组织机构。

摘要

印度异常高温波及范围广、影响时间长，但要影响农作物必须同时满足以下两个条件：该区域有异常高温且存在处于重要生长期的农作物。

进而将旁遮普邦、哈里亚纳邦、北方邦、拉贾斯坦邦、古吉拉特邦、中央邦、比哈尔邦和西孟加拉邦8个邦（图3）划定为重点监测区域。结合GADM行政矢量范围和欧空局（ESA）Sentinel系列卫星数据的深度学习土地分类结果，精准的提取8个重点邦内部的耕地区域（图4绿色区域），进而开展下一步研究。

其中光能利用率的模型逻辑高效，数据可以通过卫星遥感技术获取，被广泛应用于农业监测。其机理为：太阳光经过大气达到植被冠层表面后，经过反射和透射，最终有一部分被叶片光合作用利用，这部分光能是作物产生糖类的主要能量，而糖类又是作物产量的物质来源。通过对这个过程的监测，可以从光能利用的角度对作物干物质的积累过程进行测算。

其次，作物产量的估测仍是学术界一大前沿课题，通常精度为68.1％到95.5％之间，平均精度为83.9％，目前作物估产模型达上百种之多，其理论基础和侧重点各不相同，粗分为经验统计模型、作物生长模型、光能利用率模型和耦合模型四大类。

相同长势的作物并不意味着产量一致。因为在作物中后期，气候指标的变化更多的是对作物的生化反应产生影响。即对灌浆以及光合作用强度产生不同程度的影响，这些生化反应直接影响作物的产量。因此研究从光能利用角度引入GPP指标对区域农作物进行监测，具体反演了从2017年11月1日到2022年5月9日期间每8天间隔的GPP值，反应了作物在生长发育过程中每8天在单位时间内，单位面积上，通过光合作用途径所固定有机物质总量或有机碳总量。

因此，根据联合国粮农组织（FAO）基于SPOT卫星NDVI的长时间序列分析结果（图1和图2），印度在3月份处于生长中后期的冬季作物主要集中在北部和西北部的8个邦，该区域也是温度异常的典型区域。

4 基于GPP法人作物产量分析

进一步量化各个邦主要作物的产量规模。据USDA数据，印度四大粮食作物中只有玉米和小麦出口处于全球前十位，其中小麦为冬季作物，研究区内的旁遮普邦、哈里亚纳邦、北方邦、拉贾斯坦邦和中央邦贡献全印度将近90％的小麦产量（如图13所示），同时大麦也集中种植在拉贾斯坦邦和北方邦（如图14所示）。因此结合USDA对于高温前对于印度小麦和大麦的产量估测和研究的各个区域的减产幅度，对小麦和大麦两个品类在各主产邦的产量进行进一步估算（表1可知USDA对于高温影响前小麦2021/ 22年的产量估测为千吨。大麦估测为1656千吨）。

1 主要监测方法及指标介绍

如图7所示，过去4年GPP的值呈现一定的规律性波动，数值呈现大小年的特征，但在今年3月出现了剧烈的震荡。

测算结果显示：印度小麦各邦产量如图15所示，5个邦总估测产量为：84395.47千吨，USDA高温前估测产量为：96435.68千吨。依据区域小麦产量占比88％估算，假设其余区域保持稳定，全国总产量为：95903.94千吨，小麦减产幅度为12.48％。但南部小麦产区如按照高温前长势，则会有一定比例增产，所以总体减产量大概率会小幅低于该比例。大麦两个主产区总产量为：1321.71千吨，USDA高温前预估区域产量为：1424.16千吨，按照产区所占比例86％预测全国产量为：1536.88千吨，总体减产幅度为7.19％。

第一净生产力（NPP）和总初级生产力（GPP）是两个表征光能利用有机物积累情况的重要指标。GPP指单位时间、单位面积内植物把无机物合成为有机物的总量或固定的总能量。该指标是生态学中表征植被生物特征的重要指标，在国际上也有广泛应用。

但有占总面积27％的区域下降显著，这些区域受高温影响较大，这些区域分布于8个邦域，但主要集中在旁遮普邦（Punjub）、哈里亚纳邦（Haryana）、北方邦（Uttar Pradesh）以及古吉拉特邦（Gujarat）等。

随着全球变暖加剧，极端气候频发，区域粮食产量不确定性持续增多。今年3月以来，印度遭受百年未有之高温袭击，尤其北部和西北区域，创下近122年来同期最高温度记录，此时正值印度冬季作物灌浆收获的关键时期，势必会对作物单产产生一定影响，进而影响总体产量。各大机构从不同角度阐述分析了印度高温对作物产量的影响，华泰期货研究院农产品组，基于客观的卫星遥感大数据，并结合多种指标，从时空角度对印度高温导致的作物产量的潜在变化进行了详细的监测和量化分析。

文章来源：《遥感学报》网址: http://www.ygxbzz.cn/zonghexinwen/2022/0607/1142.html

印度百年高温 产量影响几何——基于卫星遥感监(2)