用遥感数据评估巴西产糖量

本文源自：期货日报

预计明年中南部地区增加200万吨左右

遥感技术在农业中的应用非常广泛，我们可以借助遥感数据对巴西的甘蔗产量进行预估。另外，巴西的产糖量还取决于制糖比例，结合甘蔗产量与制糖比，可以测算巴西的食糖产量。巴西是世界上重要的产糖国，本文通过不同的遥感产品来分析遥感数据与巴西甘蔗产量的关系，主要目的是希望能够在新榨季开始前利用植被指数对巴西食糖产量做出有效的预估。

　　基于MODIS遥感数据测算的甘蔗产量

遥感技术指从人造卫星或飞机对地面观测，通过电磁波的传播与接收，感知目标的某些特性并加以分析。在实际应用中，遥感技术被广泛应用于资源调查、地表环境监测、人类活动监测等多个方面。遥感数据在农业中也大有可为，可以通过遥感数据来监测农作物的长势、估计农作物的种植面积、监测病虫害等。

NDVI是一种常用的遥感数据指标，是通过近红外波段与红外波段反射率经计算得出的数据，是公认表征植被变化最有效的参数之一，可较好地反映植被绿度变化。

美国航空航天局（NASA）分别于1999年和2002年发射了TERRA和AQUA卫星，用来遥测地球环境，MODIS是搭载在卫星上的一个重要的传感器，波长范围为0.4—14.4微米，包含可见光到红外波段。影像分辨率在250米至1公里，1—2日可完整扫描地球表面一次。本文分析基于两个数据：MOD13Q1与MCD12Q1，其中MOD13Q1提供植被指数EVI，数据频率为每16天一次；MCD12Q1是土地类型数据，对土地进行分类，我们选用其中的“农田”土地类型，分析“农田”的遥感数据与甘蔗产量的关系。

图为EVI中值季节性

我们选择的观察区域为巴西圣保罗州，该州是巴西甘蔗主产区，甘蔗产量占巴西中南部甘蔗总产量的60%以上。我们把得到的EVI数据与巴西圣保罗州的甘蔗产量进行比较。时间上，我们选择了2012年1月至2022年6月。

进行数据处理后，我们得到时间序列进行季节性分析，可以发现，EVI中值的季节性和巴西中南部甘蔗的生产情况比较符合。巴西中南部每年4月开始收割甘蔗，而EVI在一季度达到最大值，随后开始下降，一直到10月前后见底，然后开始回升。另外，计算每个月的EVI与产量的相关系数，可以发现，相关性最高的是11月、12月；进入次年1月之后相关性很差。

表为各月EVI与产量的相关系数

　　基于Sentinel-2数据测算的甘蔗产量

我们还可以使用Sentinel-2卫星遥感数据，和上文使用的MODIS传感器相比，Sentinel-2的分辨率更高。卫星的分辨率决定了遥感影像数据的清晰度，分辨率越高清晰度越高，用分辨率更高的Sentinel-2数据有助于我们识别农作物。

首先，我们选择巴西圣保罗州的一块区域，通过此区域内的Sentinel-2遥感数据计算一年内的NDVI值。其次，通过查找文献，可以得到巴西甘蔗的大致NDVI曲线特征。最后，通过比较研究区域内各个点的NDVI曲线与巴西甘蔗的曲线特征，筛选出符合甘蔗曲线特征的区域。

在选定的区域内，利用Harmonized Landsat Sentinel-2 (HLS)产品进行数据分析。HLS是从NASA/USGS Landsat 8和ESA（欧洲航天局）Sentinel-2联合获取输入数据，生成协调的、可用于分析的表面反射率数据产品，2—3天进行一次观测。集合而成的HLS可以收集30米空间分辨率的地表观测数据，周期为2—3天。我们利用HLS产品计算EVI，并计算其与产量的相关性。

为了得到巴西甘蔗NDVI曲线的特征，我们查找了一些文献，文献显示：一是巴西甘蔗收割时间跨度较长，中南部地区的收割从每年的4月开始一直持续至12月，因此存在不同的平行曲线，表示在不同时间点收割的甘蔗。二是NDVI曲线最大值与最小值的差可以作为甘蔗曲线的特征值。三是甘蔗的生长周期为12—18个月，明显长于其他作物。四是收割后甘蔗的NDVI会出现断崖式下跌。

根据以上得到的曲线特征，可以在巴西圣保罗选取一处符合标准的区域作为研究区域。我们选取2013—2021年的数据，计算每个月EVI的平均值并与巴西产量进行相关性分析，可以看到相关性有显著的提升。这个方法也有不足，主要是选定区域比较小，不能反映全域的生长情况，另外，样本区域的选择主观性较强。我们可以用同样的方法选择多个区域，扩大样本数量，有助于反映整体的生长情况。在预测新榨季产量的时候，可以利用多个区域内的NDVI均值来进行分析，这样能大致反映巴西主产区的甘蔗生长情况，从而对新榨季的甘蔗产量有一个预估。

表为巴西甘蔗产量与月平均EVI的关系

　　从最新的11月巴西甘蔗种植数据来看，目前甘蔗的NDVI指标回归到了历史平均水平附近。从历史数据看，和当前NDVI值比较相近的年份是2014年和2016年，这两年中巴西中南部的甘蔗产量分别达到了5.73亿吨和6.07亿吨，因此我们预计明年巴西中南部的甘蔗产量将会达到5.7亿吨。

另外，目前甘蔗的蔗龄比较低，而且今年巴西的天气情况较好，主产区降雨充沛，也没有出现霜冻情况，预计明年单产会有显著提升。这和遥感数据得到的结果是相呼应的。

图为基于HLS的EVI中值

遥感指标对巴西新榨季糖产量的预估

巴西甘蔗不仅产糖，还可以制乙醇。巴西纯乙醇与混合动力汽车的市场份额为93%，巴西汽油中必须添加27%的无水乙醇。2021年，巴西乙醇大约提供巴西7%的能源供应。从这一系列数据中我们可以看出甘蔗对于巴西能源系统的重要性，这种重要性反过来又作用在糖价上。巴西汽车燃料市场通过影响乙醇市场，进而影响糖厂的制糖比选择，再传导到巴西食糖产量，最终对国际糖价产生重要影响。

今年巴西含水乙醇的总销量偏差，本榨季的累计销量同比减少了4.18%。含水乙醇销量差的主要原因是乙醇相对于汽油的性价比较低，消费者更愿意消费汽油而不是乙醇。

比较巴西历史制糖比与含水乙醇的市场份额可以发现，乙醇市场份额的下降几乎都伴随着制糖比的抬升。这不是偶然的，乙醇市场份额下降后，利润降低使得糖厂更愿意生产糖，从而提高制糖比例。因此，如果巴西乙醇的市场维持低迷，明年的制糖比将维持高位。

从糖醇比看，预计明年制糖比维持高位。而糖醇比价是美糖价格的重要影响因素，当糖醇比价比较高的时候，甘蔗制糖的收益更高，巴西糖厂会把更多的甘蔗用来制糖，从而增加国际市场供给，导致糖价下跌。反之，当糖醇比价较低的时候，糖价上涨的动力较足。

从历史上看，糖醇比价与美糖期货价格有较强的正相关性。特别是当糖醇比价处于高位的时候，往往是糖价的中长期高点。糖醇比价是一个反映糖价相对于乙醇价格溢价程度的指标，当糖醇比价达到历史高点的时候，表明糖价相对于能源价格出现超涨。

比如在2016年年底的时候，美糖价格达到26美分/磅，糖醇比价达到历史高点，随后开始的新榨季巴西大幅调高制糖比例，美糖见顶。2020年年初的时候，糖醇比价也较高，但这更多是由于原油价格超跌导致的。

总体来看，遥感指标与甘蔗产量之间具有较好的相关性，时间段为每年年初前后，我们可以通过遥感指标对巴西新榨季糖产量进行有效预估。11月的遥感数据显示，目前甘蔗的NDVI水平回归到了历史平均水平附近，预计明年巴西中南部的甘蔗产量将达到5.7亿吨。另外，由于目前糖醇比价较高，预计明年巴西的制糖比例将继续维持在较高水平。综合测算，预计明年巴西中南部地区产糖量增加200万吨左右。