引言
全球农业环境遥感监测
全球主产区种植状况遥感监测
全球大宗粮油作物产量遥感监测与供应形势分析
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中国科学院遥感与数字地球研究所 张宁
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中国大宗粮油作物主产区
中国大宗粮油作物主产区主要包括:东北地区、内蒙古中部地区、黄淮海地区、黄土高原地区、长江中下游地区、西南地区以及华南地区。图3-8至图3-14显示了各个地区作物长势的信息:(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;(j)复种指数和(k)NDVI作物生长过程线。
3.2.1 东北地区
与近12年平均水平相比,2013年4月至2014年1月东北地区降水异常,增加了26%(表3-15)。1月和4月温度异常,低于平均水平5.0℃。PAR正常,但在2013年的最后4个月比平均水平增加了6%。由于降水充足和温度适宜,从4月至2014年1月的三个时期,该区潜在生物量较历史水平均高14%。
1月至4月受低温影响,耕地种植比例与5年平均水平相比大幅下滑(表3-16)。4月至10月作物生长良好,大部分区域最佳植被状况指数高于0.9。10月至2014年1月受强降水影响,耕地种植比例明显下降(图3-8)。
4月的低温对作物的播种有不利影响,导致大豆种植面积下降;8月中旬的低温抑制了作物的生长,同时吉林省西南部和辽宁省东部地区遭受强降水的影响,作物生长受到危害。其它地区,在2013年的大部分时间内,作物长势好于近5年平均水平。
虽然2013年4月前的低温改变了作物种植结构、抑制了作物长势,但随后充足的降水和适宜的温度促进了作物的生长,作物产量稳定,而8月后的降雨使粮食储藏面临风险。
3.2.2 内蒙古中部地区
内蒙古中部地区经历了数次环境因子异常,4月至10月的降水高出近12年平均35%,10月至2014年1月PAR高出近12年7%(表3-17)。2013年,这一区域的温度处于正常水平,4月至年底,三个时期的潜在生物量增幅大于20%。
与近5年平均相比,4月至12月的耕地种植比例和最佳植被状况指数均高于平均水平,作物生长状态良好(最佳植被状况指数在大部分区域高于0.9,尤其是辽宁省北部)。1月至4月间,耕地种植比例是0.04(表3-18),这表明由于天气寒冷,这个地区几乎没有作物生长。
该区降水在大部分时间里都高于近12年的平均水平,有利于作物的生长。1~3月间该区降水变化平缓(东部地区除外),之后降水变化非常剧烈。与降水相比,温度在年初的几个月内变化很大,这一地区在12月上旬遭受高温,东北部地区尤为严重。2013年初,作物长势受到胁迫,但随后由于降水充足,温度适宜,作物长势转为良好(图3-9)。
3.2.3 黄淮海地区
2013年黄淮海地区降水低于近12年平均水平,尤其是1月至4月,降水减少了34%,导致了作物生长状况变差,这一时期的NDVI曲线和潜在生物量同样证明了这一点(图3-10)。尽管温度正常,但10月至2014年1月降水减少17%,导致潜在生物量降低8%(表3-19)。
与近5年平均相比,耕地种植比例和最佳植被状况指数均有所下降,但最佳植被状况指数在4月至7月增加2.3%(表3-20)。虽然该主产区作物长势不如近5年平均水平,但在4~10月山东省中部地区的最佳植被状况指数高于0.9,表明其作物生长状况良好。与平均水平相比,主产区的复种指数几乎没有变化。
该区2月份温度异常偏高,随后温度降低,使河南东部和安徽省北部地区的作物生长受到抑制。降水能够满足该地区夏季作物的生长,6月至8月间,作物长势良好。11月上旬的降水为2014年种植的冬小麦提供了良好的生长条件。
3.2.4 黄土高原地区
黄土高原地区2013年经历了多次环境因子异常,1月至4月的降雨量减少了21%,4月至7月降水量高出平均水平57%,10月至2014年1月间的光合有效辐射高出平均水平11%(表3-21)。1月至4月由于干旱天气造成潜在生物量的大幅下降,下降幅度达20%,之后由于充足的降水和适宜的温度,潜在生物量得以恢复,高出均值23%。
1月至4月和10月至2014年1月,该地区的耕地种植比例与近5年平均相比分别降低11.6%和16.6%(表3-22),表明冬季作物种植面积下降。4月至10月,充足的降水、适宜的温度和光合有效辐射使最佳植被状况指数增加10%以上,但该区复种指数减少了3.72%。
8月份整个地区遭受少雨天气,不利于玉米和其它作物的生长。全年温度变化剧烈,其中河南省西北部8月份和10月份遭受高温,特别是10月份的高温对冬小麦的播种有不利影响。
1月至4月降水稀少,作物长势低于平均水平(图3-11),但在甘肃中部和宁夏回族自治区全年大部分时间作物生长良好。
3.2.5 长江中下游地区
长江中下游地区,尤其是江苏省、安徽省南部和浙江省,1~9月降水量与近12年平均相比偏低,但温度和光合有效辐射基本与近12年平均水平保持一致。这些环境要素特点导致该地区前三个监测期内,潜在生物量与近12年相比分别偏低9%、3%和12%。10月至2014年1月,长江中下游地区降水和光照条件充足(尤其在广西北部与湖南省东南部相邻地区),温度与近12年平均相比稍高(表3-23)。
2013年大部分时间长江中下游地区耕地种植比例均高于0.95,但总体低于近5年平均水平。上半年该地区作物生长好于近5年平均水平,下半年最佳植被状况指数与近5年平均相比偏低5%。长江中下游地区复种指数在所监测的7个地区中位居第二,接近240,比近5年平均水平高2%,表明该地区农田耕种效率较高(表3-24)。NDVI作物生长曲线表明,长江中下游地区全年作物长势不如近5年平均水平,这与潜在生物量监测的结果相一致(图3-12)。
3.2.6 西南地区
2013年该地区温度和光合有效辐射高于近12年平均水平,1~10月降水量偏低,其中1~8月重庆和湖北省西南部降水明显偏低。1月至4月较高的温度和偏低的降水量抑制了作物生长,累计潜在生物量与近12年平均水平相比偏低10%,植被健康指数也验证了这一点(图3-13)。10~12月该地区降水偏多,高出近12年平均水平22%,降水明显偏多的地区包括贵州省西南部和广西省西北部,温度和光合有效辐射也偏高。11月中旬之前作物生长明显受到环境条件胁迫,之后充足的降水、适宜的温度和光照条件加速了作物生长,到2014年1月该地区潜在生物量累积高出近12年平均水平的5%(表3-25)。
该地区耕地种植比例较高,2013年上半年与近5年平均水平保持一致,下半年略有下降。该地区上半年作物生长略好于近5年平均水平,下半年作物生长状况略差。复种指数与近5年保持一致,表明该地区耕地利用强度较稳定(表3-26)。
3.2.7 华南地区
该地区除4~6月之外,全年降水充沛。4~6月广东和广西两省降水偏少也导致了该时间段内该地区作物生长状况处于全年最差。4~12月,华南地区温度低于近12年平均水平。年初,华南地区光合有效辐射与历史同期持平,随后4月至7月以及7月至10月的光合有效辐射分别低于同期12年平均2%和3%,10月至2014年1月,华南地区光合有效辐射有所恢复,高出近12年平均水平5%(表3-27)。4-10月较低的温度和光照条件抑制了作物生长。
华南地区的复种指数位居全国首位,是中国耕地利用强度最高的地区。2013年复种指数达280,高出近5年平均水平4%。2013年华南地区耕地种植比例略低于近5年平均水平,并且表现出持续下降的趋势。上半年作物生长好于近5年同期平均水平,下半年作物生长状况变差,作物生长低于近5年平均水平。最大植被状况指数表明,广西省全年作物生长好于华南其他地区(图3-14)。10月至2014年1月,福建省东南部和广东省作物生长较差,最大植被状况指数低于0.7,作物生长低于近5年平均水平(表3-28),这可能是由于11月台风“海燕”带来的过多降水以及2014年年初的低温导致。
3.2.8 小结
与近12年相比,1月至4月中国降水减少6%,之后降水增加,高于平均水平,特别是10月至2014年1月高出平均水平23%。在全国尺度上,全年温度总体没有变化,但局部地区有显著变化。光合有效辐射在10月份之前接近平均水平,在随后几个月内增加8%。由于降水充足,温度和光合有效辐射适宜,潜在生物量自4月份到年底均高于平均水平。
4月至10月东北大部分地区、四川东部、贵州西部和甘肃南部以及山东中部地区,作物长势好于近5年平均水平。内蒙古中部地区全年的耕地种植比例均高于平均水平,表明这一地区的耕地种植面积有所增加。在其它地区,如东北地区、黄淮海地区和长江中下游地区,耕地种植比例与近5年平均相比降低。除黄土高原地区外,中国其它6个区的复种指数与近5年平均相比均有所增加,其中南方地区的复种指数涨幅最大,达到4.15%。