针对各大洲粮食主产区以及中国粮食主产区，综合利用环境指标和农情指标（最佳植被状况指数、种植耕地比例和复种指数）分析作物种植强度与胁迫在作物生长季节的变化特点，阐述与其相关的影响因子。
　　对降水、温度和植被健康指数采用了时间序列聚类方法，得到每一类的空间分布和过程线。过程线是2013年指标值与2001～2012年平均水平的差值时间变化曲线：0表示正常（无偏差），正值表示状态优于平均水平，负值表示状态比平均水平差。考虑到农业活动对社会、生态环境（如环境胁迫）的动态响应，最佳植被状况指数、耕地作物种植比例和复种指数等三个农情指标的参照期为近5年（2008～2012年）。
　　作物长势的季节发展与变化可以利用NDVI过程线与上年同一季节、近5年平均水平对比来评估。复种指数按年计算，每个像元值表示种植作物的次数，从100%（一季作物）到200%（典型的冬季和夏季作物轮作）和最大300%（如同一地块的三季水稻）。

　　全球大宗粮油作物主产区主要包括：非洲西部、南美洲、北美洲、南亚与东南亚、欧洲西部、欧洲中部与俄罗斯西部以及澳大利亚。图3-1至图3-7显示了各个地区作物长势的信息。这些信息包括：（a）NDVI 背景值（1999～2012年NDVI平均值）；（b）VHI与2008～2012年平均水平差值空间聚类图；（c）VHI差值空间聚类过程线；（d）旬降水量与2001～2012年平均水平差值空间聚类图；（e）降水差值空间聚类过程线；（f）旬平均温度与2001～2012年平均水平差值空间聚类图；（g）旬平均温度差值空间聚类过程线；（h）四个监测期的最佳植被指数；（i） 四个监测期的耕地作物种植比例和（j）复种指数。
　　3.1.1 非洲西部
　　2013年1月非洲大部分地区温度低于多年平均值（图3-1），尤其是塞拉利昂，但尼日利亚中南部以东却在2013年初出现了高温。在4月至8月，几内亚西部、几内亚比绍和尼日利亚北部受到了低温影响；在5月至10月，全区温度变化较大，整体低于多年平均值，使得处于主要生长期的玉米和水稻受到影响，只有加纳东北部、多哥北部和贝宁中部整个季风期累积积温与多年平均值持平。
　　西部气温偏低区域降水条件较正常，而其它大部分地区都显示出不同程度的水分亏缺，尤其是中东部，包括尼日利亚东南部（阿夸伊伯母州、阿南布拉州、贝努埃州东南和塔拉巴州南部），降水的亏缺影响了玉米和水稻的种植。在第三季度，非洲西部降水低于12年平均水平约13%（表3-1），降水从9月开始回归正常水平，部分地区甚至出现降水过多的情况。在12月初，非洲西部经历了有利的降水条件。与温度和降水相对照，VHI和其他基于NDVI的指数很好的体现了降水和温度的综合影响。低于平均水平的作物长势发生在上半年的西南部，尤其是6-7月萨赫勒地区位于科特迪瓦的部分、尼日利亚中东部（阿达马瓦和塔拉巴州东北部）。作物长势好的区域集中在尼日利亚中部，包括年底种植的小麦种植区，整个地区10月VHI低于平均水平。
　　在大部分南部以及西部区域，最佳植被指数、耕地种植比例和复种指数与非洲西部降水双峰分布的季风特点表现出很高的一致性。在尼日利亚北部年底耕地种植比例显著降低（表3-2），可能是由于国内动乱影响了北部小麦的种植。

　　3.1.2 南美洲
　　植被健康指数空间聚类过程线（图3-2）显示，南美洲主产区内大部分地区作物生长条件良好，但阿根廷最北部以及巴西圣卡塔琳娜和巴拉那州沿海区域的作物生长条件较差，原因是该区域冬季气温偏高，2013年9月、11月和2014年1月份的异常高温天气抑制了作物生长。9月至11月期间，阿根廷大豆主产区（主要包括布宜诺斯艾利斯省西部、科尔多瓦和圣太菲南部地区）的持续高温天气对作物生长发育不利。2月至6月期间，南美洲主产区最北部地区的作物生长状况不如近五年平均水平。旬降水量和平均温度距平聚类过程线显示，2013年内降水量与温度变化剧烈，但基本呈现以月为周期的周期性变化。总的来说，冬季和9月之后偏高的气温主导了主产区内作物的生长发育（表3-3）。
　　根据最佳植被状况指数分析（表3-4），主产区内阿根廷和巴西两国作物长势差异显著。7月至10月期间，阿根廷境内除布宜诺斯艾利斯省东南部外，大部分地区最佳植被状况指数偏低，高出平均温度5℃的异常高温直接导致了这一现象；布宜诺斯艾利斯省西部和拉潘帕省东部地区的降水量偏少，土壤墒情较差，严重的旱情导致部分作物受损。2014年1月份的降水补充了土壤水分，一定程度上缓解了布宜诺斯艾利斯省西部和拉潘帕省东部地区的旱情，玉米和大豆开始恢复生长。在巴西境内，由于降水明显偏少，7月至10月期间的主产区最北部、10月至2014年1月期间的圣保罗州及其北部地区和马托格罗索州北部地区植被状况指数偏低。
　　主产区内4月至7月、7月至10月以及10月至2014年1月三个时段的最佳植被状况指数均值较过去五年平均水平有不同程度的提高（1～9%），但部分地区的玉米和大豆生长仍受到降水偏少的制约，未来还需要更多的降水才能使受到干旱和炎热天气影响的作物彻底恢复。
　　南美洲主产区的耕地种植比例总体很高。1月至4月期间，几乎所有的耕地种有作物，其余三个监测时段的耕地种植比例分别为0.98、0.95和0.99，较过去五年平均水平有小幅下降，但降幅不超过1%。未种植耕地主要分布在阿根廷的布兰卡港西北部至拉潘帕省会圣罗莎，并一直向北延伸到萨尔塔省，且集中出现在7月至10月期间，该时期未种植耕地约占主产区耕地面积的5%，占主产区内阿根廷耕地面积的14%。
　　南美主产区内约一半的耕地为双季作物轮作种植模式，全区复种指数为144，较近5年平均复种指数提高5%。巴西境内的双季作物轮作种植区与10月至2014年1月期间的最佳植被状况指数较高区域几乎相同，而阿根廷境内的双季作物轮作种植区与7月至10月期间最佳植被状况指数较高的区域分布态势基本一致，反映了两个地区物候的差异。

　　3.1.3 北美洲
　　2013年北美粮食主产区的植被健康指数聚类分布与NDVI背景值的空间分布一致（图3-3）。VHI呈现两级分化的现象，占主产区总面积20%的西部地区受2月至6月异常低温的影响，作物生长状况不如过去5年平均水平，VHI小于5年平均值；与此相反，东部与南部地区自3月以来风调雨顺，作物生长状况好于过去5年平均水平，VHI大于5年平均值。10月至2014年1月间，北美粮食主产区的降水时间过程线表明该时间段的降水量与过去12年的平均水平基本持平（表3-5）。与此相反，温度过程线呈现不同的变化类型。2月下旬到5月上旬，西部主产区的温度低于同期多年平均水平，此时正值冬小麦生长与春小麦播种的关键时期，异常低温抑制了冬小麦的正常生长，延误了春小麦的播种。7月至9月，是玉米、大豆与春小麦生长的关键时节，除7月温度突降之外，其余时间温度适宜，有利于作物的生长。
　　2013年初的最佳植被状况指数表明作物生长状况不佳，佐证了异常低温对作物生长的不利影响。4至5月之后，主产区北部地区的VCIx高于平均值，但是西南地区VCIx持续在低位徘徊（表3-6）。7月至10月是夏季作物生长与收割的关键时期，VCIx高于平均值。10月至2014年1月，夏季作物已经收割，冬季作物完成播种，强暴风雪抑制了德克萨斯州与五大湖区域的冬季作物生长，VCIx低于平均水平，而其他区域的VCIx与平均水平持平。
　　耕地种植面积比例与物候关系紧密。1月至4月间，受异常低温的影响，加拿大南部与美国西北部地区的春季作物播种推迟，导致CALF偏小。4月至7月，温度逐步回升，有利于春季作物播种，CALF值显著增大，未种植耕地面积主要集中在德克萨斯州地区。7月至10月，尽管冬小麦已经收割，但是由于夏季作物的轮作，CALF与4月至7月持平。9月之后，夏季作物陆续收割，未种植耕地面积逐渐扩大。
　　作物复种指数与气候条件密切相关。北美粮食主产区的CI指数较5年平均减少1.38%，呈由北向南递增分布。由于气候偏冷，北部地区以单季种植为主，而南部地区，温度较高，作物种植以“冬小麦-夏玉米”轮作为主。

　　3.1.4 南亚与东南亚
　　南亚与东南亚农业主产区（不包括东南亚诸岛）是种植特征高度异质的区域。作物种植区主要分布在印度、孟加拉、缅甸的伊洛瓦底三角洲、越南的红河三角洲和湄公河三角洲、洞里萨湖地区以及泰国中部和东北地区。水稻是该区的主要作物，小麦和玉米主要种植在印度和缅甸。
　　所有国家的夏季作物通常在年底收获（种植期从2月一直到6月），冬季作物一般在9至12月种植，5至8月收获，种植期的差异取决于生长周期的长度、农事活动以及当地条件。大部分国家降水条件与多年平均水平持平，而孟加拉国由于“马哈森”热带气旋的影响使得降水在5月高于平均水平。大的季风降水导致缅甸沿海和伊洛瓦底三角洲地区在7～8月发生洪水。9月中旬的热带低气压也导致越南中部引发洪水。通过环境指标的分析，年初温度低于平均水平的区域发生在印度西部、缅甸中部和孟加拉国。孟加拉国甚至出现了历史最低气温值3℃（表3-7）。1月中旬和3月，越南和泰国温度高于平均水平，而在12月出现了异常低温，泰国北部和东北部遭受寒潮，许多区域成为灾区。同时，寒流还袭击了越南北部、中南部沿海省份，尤其是老街省和河江省。
　　2013年该农业主产区的复种指数高达181.87，高出5年平均水平的11%（表3-8）。三角洲地区由于全年有利的降水条件，其复种指数值最高。与5年平均水平相比，2013年最佳植被指数在1月至4月降低了1.7%，与VHI聚类结果一致。最佳植被指数低值区出现在泰国中部和东北部、缅甸旱作区和印度南部区域。整个农业主产区在其它三个监测时期的VCIx高于平均水平2～8%（4月至7月、7月至10月和10月至2014年1月）。1月至4月、7月至10月，几乎所有的耕地像往年一样种植；4月至7月期间，未种植耕地区主要分布在印度的中央邦、安得拉邦和拉贾斯坦邦北部以及缅甸的旱作区（小麦是主要作物）。10月至2014年1月，未种植耕地比例约低于5年平均值2.1%，这些区域主要位于印度的拉贾斯坦邦北部。
　　在印度的中央邦，VHI结果表明植被长势高于平均水平，冬季和夏季尤为显著（图3-4）。夏季之后，由于过多的季风降水，中央邦的VHI突然下降到低于平均水平，对大豆作物造成了损害。7月至10月，最佳植被指数也指示出中央邦的植被长势出现低值。印度泰米尔纳德邦的VHI一直低于平均水平，直到6月才开始逐渐好转，数值与平均水平持平，这个时期正好是夏季作物（西南季风）的重要种植期。

　　3.1.5 欧洲西部
　　该主产区与近12年平均水平相比，至少有3个月的温度偏离平均值。2月底在西班牙、法国西南部、德国、意大利的波河流域、捷克和奥地利东部的温度比平均值低7.5℃，其它区域（尤其是匈牙利、捷克东部和斯洛伐克南部）3月底的温度也偏低。短暂的或持续的高温峰值主要发生在4～5月、6月中旬和8月。许多地区12月的温度又出现了高出平均水平的情况（约2.5℃）。
　　与温度变化的特点不同，降水的变化过程没有明显的规律性。大部分地区降水在6月前高于平均水平，7月和8月低于平均水平（农业主产区降水降低8%，潜在生物量降低5%，而PAR增加1%），11月和12月东部降水都比较低（表3-9）。
　　植被健康指数显示不同地域植被状况不同（图3-5）。英国和丹麦部分区域在5月（夏季作物种植期）长势较差；德国和奥地利部分区域在夏季作物生长受到胁迫；西班牙东部在玉米收获期间环境条件较好。
　　1月至4月，该地区的VCIx值低于近5年平均水平的1.1%，在7月至10月和10月至2014年1月分别高出平均水平的6.2%和9.7%（表3-10），但是在少数地区仍然出现低值，如匈牙利东部（豪伊杜-比豪尔州和包尔绍德-奥包乌伊-曾普伦州）、西班牙（阿拉贡和卡斯蒂利亚-拉曼恰）、英国部分区域（林肯郡）、德国（不来梅）、意大利（普利亚北部）和法国（布列塔尼东部、卢瓦尔河地区北部、比利牛斯中部部分区域和朗格多克-鲁西永）。1月至4月的耕地种植比例高出5年平均水平的1.5%，10月至2014年1月却低于平均水平的0.5%，这主要是由于西班牙的耕地种植比例降低造成的。

　　3.1.6 欧洲中部与俄罗斯西部
　　该主产区大部分为一季作物，两季作物仅分布在俄罗斯的克拉斯诺达尔边疆区、斯塔夫罗波尔边疆区以及达吉斯坦共和国。区内冬季作物（主要为冬小麦）通常在8月种植，来年7月收割；夏季作物（主要为玉米）通常在5月种植，9-11月收割。10月至来年4月期间处于夏季作物收割后和冬季作物播种初期，未播种耕地比例较高。
　　1月至4月和10月至2014年1月耕地种植比例相对其他时期较低，分别为0.72和0.84，尤其是10月至2014年1月，耕地种植比例降幅达11.7%。由于大部分未种植耕地都在俄罗斯境内（图3-6），10月至2014年1月期间耕地种植比例的下降预示着俄罗斯2014年冬小麦种植面积的减少。4月至7月和7月至10月耕地种植比例分别为1.00和0.99，耕地基本得到利用。
　　俄罗斯的伏尔加河、乌拉尔山以及西伯利亚区域降水充沛，2013全年降水大于历史平均水平（表3-11）；罗马尼亚和乌克兰西南部7月至8月间降水稀少；乌克兰的顿涅茨克州、扎波罗热州南部以及俄罗斯境内的车臣共和国、印古什共和国、北地群岛、北奥塞梯-阿兰共和国、卡巴尔达-巴尔卡尔共和国、克拉斯诺达尔边疆区和罗斯托夫州西部，尤其是卡拉恰伊-切尔克斯共和国在2013年2月、5月、10月和12月降水低于5年平均水平。该主产区在1月、3月、7月、10月初和11月末经历了5次寒潮，但在7月的寒潮中，波兰温度却高于平均水平；另外，在2月和10月末主产区也经历了两次显著升温。
　　1月至4月，主产区的平均最佳植被状况指数为0.76，与近5年平均相比增长了11.2%（表3-12）。乌克兰尼古拉耶夫州到俄罗斯中部区域和伏尔加河南部区在1到3月植被状况显著低于平均水平，在VHI距平聚类空间分布图中呈现一条东北走向的条带。
　　4月至7月，主产区的平均最佳植被状况指数为0.85，与近5年平均相比降低0.3%，作物长势较差区主要分布于俄罗斯境内的罗斯托夫州和卡尔梅克共和国以及乌克兰的卢甘斯克州。
　　7月至10月，主产区的最佳植被状况指数为0.81，与近5年平均相比增长1.7%。但是俄罗斯境内的基洛夫州、克拉斯诺达尔边疆区和斯塔夫罗波尔边疆区以及乌克兰的顿涅茨克州、赫尔松州植被状况显著低于5年平均水平，在乌克兰东部和俄罗斯南部区域较大范围内作物长势较差。
　　10月至2014年1月，主产区的最佳植被状况指数为0.81，相比近5年平均水平显著增长12.4%。主产区内大部分地区植被状况显著高于平均水平，但波兰境内的滨海省、库亚维-波美拉尼亚省、马佐夫舍省和瓦尔米亚-马祖里省等个别区域例外。作物长势良好区域主要分布在波兰的西南部和东南部、乌克兰西北部以及俄罗斯的乌拉尔山和西伯利亚地区。11月至12月间，白俄罗斯大部分地区以及俄罗斯的科斯特罗马州北部和彼尔姆州土壤墒情较好，有利于来年的作物生长。　

　　3.1.7 澳大利亚
　　2013年的全年植被健康指数表明澳大利亚的整体农业形势较好，但昆士兰州的东南部和新南威尔士州北部的小片区域的植被健康指数低于近5年平均水平。维多利亚州南部和南澳大利亚州东南部的植被健康指数在9月之前也低于近5年平均水平，9月之后有所增加，表明该区植被仍有健康生长的潜力（图3-7）。
　　2013年的降水量总体上与近12年平均值相当（表3-13）。昆士兰州东南部1月中下旬和10月中下旬至12月有超过50毫米相对丰沛的降水，年底的降雨有利于小麦生长。温度在整个2013年里虽然波动较大，但整体上接近12年的平均水平。西澳大利亚州西南部的温度稍低于平均水平，可能会减缓作物生长。
　　1月至4月最佳植被状况指数绝大部分地区低于0.7（表3-14），由于这段时间不是澳大利亚主要的生长季，因此耕地种植比例相应较低。4月至7月小麦播种并开始生长，7～9月是重要的生长季，整个农业区的最佳植被状况指数在4月至7月迅速增长，在7月至10月保持基本稳定。耕地种植比例也呈现类似的变化趋势，表明澳大利亚2013年的农业活动正常。最佳植被状况指数和耕地种植比例在10月至2014年1月份的收割季节均呈现整体性降低。
　　西澳大利亚州小麦带的东北部、新南威尔士州的中部和东部地区以及维多利亚州北部的复种指数为200，其他地区耕地的复种指数为100。整个澳大利亚的复种指数比近5年的均值下降2.83%。

　　3.1.8 小结
　　非洲西部主产区：2013年该主产区西南部作物长势上半年低于平均水平。在南部大部分区域以及西部区域，最佳植被指数、耕地作物种植比例和复种指数与主产区降水双峰分布的季风特点表现出很高的一致性。尼日利亚中南部的玉米和水稻受温度较大波动影响，作物长势好的区域集中在尼日利亚中部，包括年底种植的小麦种植区。
　　南美洲主产区：2013年该主产区耕地利用强度增加，复种指数较近5年平均水平提高5%，全年耕地种植比例保持稳定。主产区内作物生长状况总体比近五年平均水平稍好，但4月至7月和9月后高温少雨天气抑制了主产区内作物的正常生长发育。
　　北美主产区：2013年2月至5月，受低温的影响，加拿大南部的萨斯喀彻温省、埃尔伯塔省与美国北部北达科他州、明尼苏达州和南达科他州的冬季作物生长受到抑制，夏季作物播种延迟。7月至9月，气温逐步回升至正常水平，风调雨顺，夏季作物生长形势好于往年同期水平。10月后，五大湖流域、德克萨斯与阿肯色州遭遇暴风雪的影响，冬季作物生长受到抑制。
　　南亚与东南亚主产区：2013年该主产区复种指数全球最高，1月至4月以及7月至10月间该区耕地几乎全部播种。除1月至4月外，其余时期作物整体长势优于近5年平均水平。印度中央邦的大豆由于该区的过量降水遭受到一定损失。
　　欧洲西部主产区：2013年1月至4月该主产区的VCIx值低于近5年平均水平。VCIx值在7月至10月和10月至2014年1月分别增长6.2%和9.7%，但是在少数地区仍然出现低值。1月至4月的种植耕地比例高于5年平均水平；但由于西班牙的高复种指数区域的耕地种植比例降低，10月至2014年1月又低于平均水平。
　　欧洲中部与俄罗斯西部主产区：2013年该主产区作物长势整体好于历史平均水平。10月至2014年1月主产区气温较近12年平均升高1℃，耕地种植比例为0.84，相比近5年平均水平下降了11.7%，预示着俄罗斯2014年冬小麦种植面积的减少。
　　澳大利亚主产区：2013年该主产区降水量与近12年平均水平相当，温度接近12年平均水平。在作物生长期内（4～10月）耕地种植比例保持稳定，最佳植被状况指数呈现增长态势，植被健康指数表明总体作物产量形势较好。