农业遥感的技术（卫星遥感视角下的欧洲高温及农业影响）

来源：华泰期货研究院

内容摘要

随着全球变暖加剧，极端气候频发，欧洲遭遇了500年来罕见的高温袭击，不仅高温极值突破往年，而且持续在6月、7月和8月三次来袭，强度和时间都创下历史之最。华泰期货研究院农产品组利用卫星遥感技术，从高温的程度、高温的缘由、高温对农产品的影响程度以及未来高温的发展的方向四个角度出发，以时空的视角对欧洲高温及其影响进行了深入解读。

1欧洲高温频袭

入夏以来，全球环北纬30-60度带的欧洲、美国和中国均经受了极端高温袭击。连续遭遇6月、7月和8月三波高温浪潮冲击下欧洲尤甚，全境气温大幅高于往年同期。

法国三分之二地区处于干旱危机警戒状态，截止8月已有100个村庄遭遇用水短缺，大部分城市开始限制用水，缺水也引起核电站冷却用水不足，从而限定了核电产能；德国莱茵河水位一度在8月下降至30厘米；罗马尼亚、西班牙和葡萄牙也出现旱情，部分地区开始定量配给供水；英国在高温影响下14个地区中的8个地区用水受到波及，其中部分水库处于25年来低位，威胁到电力供应；希腊一天200多个地方超过40℃，并引发野火，这一现象也并非个例，根据VIIRS夜间灯光卫星影像监测到欧洲野火发生近期十分频繁。

欧洲本身的气候特点使得高温对民众影响更是雪上加霜。欧洲气候主要分为西欧温带海洋性气候，南欧地中海气候，东欧中欧及其他大部的温带大陆性气候，除南部地中海气候带夏季平均温度21～27℃，偶尔达到40℃外，大部分区域处于北温带，气候温和湿润，以英国为代表的温带海洋性气候带，冬暖夏凉，最热月平均气温在25摄氏度以下，年温差小，因此空调装机率仅有5％，同时俄乌冲突带来的能源危机使得居民用电成本激增也加剧了这一影响，以德国为例，2021年每度电价为0.30欧元，2022年初则涨至0.35欧元，今年7月更是达到0.44欧元，是我国电价的6倍之多。

2欧洲高温原因探究

究竟是何原因产生了此次极端高温？首先是全球变化暖的大环境。据联合国气象组织数据，截止2019年全球气温较工业化前上升1.03℃，欧洲气温的上升水平显著高于世界平均值，于2010年就达到1.70℃，并在2019年创下1.90℃的新高。

这一数值已经逼近2015年达成的遏制全球变暖协议《巴黎协定》中：“把全球平均气温升幅控制在工业革命前水平以上低于2℃之内，并努力将气温升幅限制在工业化前水平以上1.5℃之内”的目标，2℃界限是由全球气候变化专家设立的，突破该值全球气候平衡将被打破，极端气候会愈演愈烈，严重威胁人类生存和发展。

2015年联合国气候峰会后，欧洲各国虽然出台了一系列的措施来控制温室气体排放，如减少化石能源使用，积极发展新能源，成立土地利用变化和林业部门推进优化农业土地利用来降低温室气体排放，以及限制工业生产中氢氟碳化合物、甲烷、二氧化碳等气体的排放量。虽然这些方面取得了一定的成果，但是作为重要碳排放源的一些行业，如航运碳排放却不受《巴黎协定》的约束。

同时欧洲气温变化已经处于高位，区域尾大不掉的状态在气候全球背景下很难独善其身，无论内部控制多么严格，外部的微小增加落到该区域都可能会产生极大环境效应。事实上这些影响也已经逐步显现，1979-2020年间，北极海冰每年减少33.00平方公里，夏季能达到79.00平方公里，波罗的海冰融也在加速，并加剧海平面上升，同时CMIP5气象模型显示，欧洲571个城市发生洪水、热浪和干旱的频率都在随全球变暖而增加。

其次，欧洲极端高温的直接原因是全球变暖影响下的西风带波动和副热带高压的变化。地球在冷热不均和地转偏向力的作用下形成了四大气压带和三大风带，从而形成三圈环流的大结构，又在太阳直射点变化和海陆热力差异作用下形成季风环流和海陆间环流等小结构。

盛行西风带对于欧洲气候的形成具有极为重要的影响，欧洲西临大西洋，而北半球盛行西风带的风向主要为西南风，由西往东把大西洋的湿润空气往欧洲输送，除去北纬40°以南的地中海沿岸地区，夏季受副热带高气压带控制，盛行下沉气流，气候炎热干燥外，通常可以带来持续稳定的降水。

但今年6-8月切断低压长期盘踞在大西洋与欧洲大陆的边缘的直布罗陀海域，一方面使得控制欧洲大陆的高压北移，跨过阿尔卑斯山脉，导致欧洲大陆天气晴朗，降水减少，另一方面将非洲高温气流运到欧洲，从而形成了火上浇油的局面。

3欧洲高温对农作物的影响

农作物的生长发育依赖于外部的生态环境，温度的升高在一定范围内会促进植被生长，但超过一定阈值会迅速对作物产生不良影响，主要体现在三个方面：高温会导致光合作用减弱，影响物质积累，进而降低作物产量；高温也会导致植物新陈代谢失调，从而破坏植株体内的水分平衡，进而植物出现萎蔫干枯，甚至死亡；最后高温会加速作物的生长发育，缩短全生育期，使作物提前成熟，提前衰老，影响产量。

此次欧洲高温对于区域农作物的影响究竟有多大，农产品组利用ESA的Sentinel卫星数据提取的欧洲整个区域的耕地信息如图12所示，欧洲耕地主要集中在法国、德国等西欧区域，乌克兰、俄罗斯等东欧区域和阿尔卑斯山脉附近的中欧区域。

进而在耕地基础上利用Landsat卫星影像反演了欧洲整个耕地区域从2017年1月1日至2022年8月12日的归一化植被指数（NDVI），如图13所示，以及该区域近20年来Modis卫星反演的NDVI变化情况，该指数被广泛应用于植被长势监测和产量预估模型。

结果显示，从时间维度整个欧洲2022年8月12日的作物长势指标NDVI全区域均值要低于往年同期，相较过去20年的同期区域均值下降4.01％，该数值与7月8日欧盟委员会预计 2022/23 年度欧洲粮食产量将达2.864 亿吨，比 2021 年度下降2.5％的预测相近，但值得注意的是，相比过去5年同期区域均值，今年的下降幅度高达9.47％，鉴于近5年的指标更能反应当前的生产能力，因此欧洲全域粮食产量的降幅将远超之前预测的2.5％，NDVI虽无法直接表达农作物的产量，但对比同期数值，在一定程度上可以有效估测农作物产量的变化幅度，因此今年欧洲总体减产幅度将大概率维持在4.01％~9.47％之间，并趋近于9.47％，该数据与USDA预测欧盟2022/23年度玉米的产量预计为6,000万吨，较5年平均水平低10％结果基本保持一致。

从空间维度，此次欧洲农作物遭受的影响呈现明显的地域差异，对近5年同期的NDVI均值与今年做对比，其变化程度如图15所示，红框区域为重点衰退区域，主要集中在法国西部、德国中东部、意大利北部、匈牙利、塞尔维亚和黑海沿岸。对重点区域进一步监测，其中德国农作物NDVI整体衰退5.25％，法国NDVI整体衰退26.47％，罗马尼亚NDVI整体衰退11.88％，匈牙利NDVI整体衰退19.21％，意大利NDVI整体衰退14.40％，保加利亚NDVI整体衰退4.95％，如图18-23所示。

同时这些受高温波及严重的国家在欧洲的粮食生产中扮演着重要的角色，法国承担着欧洲21.00％的葵花籽、22.00％的大麦、26％的玉米、33.00％的油菜籽以及31.00％的小麦产量；德国贡献了欧洲21.00％的大麦、8.00％的玉米、32.00％的油菜籽19.00％的小麦；意大利主要是玉米和小麦的产地，分别占比欧洲15.00％和5.00％的产量；保加利亚则是葵花籽的重要产区生产了全欧洲18.00％的葵花籽；罗马尼亚出产17.00％的葵花籽、16.00％的玉米以及5.00％的小麦。

因此从农作物品类的维度估算产量可以更直观的了解高温对不同农作物的产量的影响。所以农产品组根据边际逻辑，利用主要减产区域的综合衰退情况和各产区的产量权重核算主要作物的减产幅度。由于此次高温主要发生在6-8月，因此对于生长期不在该时期的商品影响有限，根据重点区域的作物生长物候信息（图24所示），玉米和葵花籽是此次潜在受波及最严重的品种，对此进行进一步测算。

结果显示，各品种在重灾区综合减产幅度为15.00％左右，预测全欧洲减产幅度在10.00％左右，其中玉米减产幅度最大，为14.05％，根据USDA报告2021/22年度的产量，对2022/23年度的各品种产量进行了进一步预估计算，并与USDA的8月报告数据进行了对比，基本维持一致，所有结果如表1所示。

4欧洲高温未来走向

欧洲的高温已经持续三个月，未来三个月根据气候模型CFS预测（图25-26所示），欧洲的高温的天气依然会持续，大部分区域较往年高2度左右，但随着太阳直射点的南移，绝对温度会有所下降；与此同时降水也会逐步进入欧洲大陆，法国、德国的旱情会有所缓解，但中南部大部分区域，尤其地中海、黑海沿岸依然会持续干旱，值得注意的是，处于战争之中的乌克兰也受到一定的波及。

对于农作物，欧洲8月底基本进入春季作物生长周期的末期，因此后续的干旱高温对于欧洲春季作物的影响将会大幅减少，但9月以后各国家会进入冬季作物的播种阶段，持续干旱的地表对来年作物构成潜在风险，甚至形成雪上加霜的局面，将影响从今年的春季作物扩展到冬季作物，值得持续关注。

本文源自金融界