中国农情遥感监测研究

中图科李矛完院刊万方数据中国农情遥感监测月开究＊吴炳方（遥感应用研究所北京１００１０１）摘要本文简介了“全球农情遥感速报系统”的基本情况，包括作物长势监测、主要作物产量预测、粮食产量预测、时空结构监测和粮食供需平衡预誉等五个子系统。具体介绍了该系统提供的信息产品的应用，包括国内外农作物长势监测、作物和粮食产量估算、种植结构监测、复种指数监测以及旱情监测等内容；同时就系统应用时存在的问题提出了建议。关镇词中国，农情，遥感监测，研究意义２．，作物长势监测系统我国是一个农产品生产大国、消费大国和贸易　　　　　　作物长势指作物苗情的生长状况及其变化。农　　　　　　大国。农作物长势与产量是国家社会经济基础信作物长势监测是农情遥感监测与估产的核心部分，息，关系国计民生，对于制定国家和区域社会经济其本质是在作物生长早期阶段就能反映出作物产发展规划，制定农产品进出口计划，确保国家粮食量的丰欠趋势，通过实时的动态监测逐渐逼近实际安全，指导和宏观的种植业结构调整，提高相的作物产量。作物长势监测系统主要包括生成标准关企业与农户经营管理水平和效益具有重要价值。化遥感数据产品、实时作物长势监测、作物生长过欧美均有庞大的农作物遥感监测计划［　　　　ｏｒｌ，每年程分析、作物旱情遥感监测、作物长势综合分析等投人上亿美元开展全球范围的作物长势监测与不五个方面的内容。系统在全球和全国两个监测层面同品种的产量估算。中国科学院于１９９８年建成“中的基础上，增加了作物重点省份和作物主产区的作国农情遥感速报系统”，２００２年初步建成“全球农情物长势监测，发展成为包括四个监测层面的多元监遥感速报系统”。系统投人运行以来，满足了国家重测模式。大需求，形成以国家、国家粮食局、农业部、２．２主要作物产ｆ预测国家统计局为主的２３个用户部门，取得了显著的主要作物产量预测包括冬小麦、春小麦、早稻、　　　　　　社会效益。中稻、晚稻、春玉米、夏玉米、大豆等８类作物，监测２系统简介范围是该类作物在全国范围内的种植区，基础统计单元是县级行政单元，然后逐渐汇总到省级行政单“中国农情遥感速报系统”包括作物长势监测、　　　　　　元。作物产量遥感预测采用总产＝单产ｘ种植面积主要作物产量预测、粮食产量预测、时空结构监测的思路，并以农作物遥感估产区划为基础，分别通和粮食供需平衡预警五个子系统。监测范围从１９９８过农作物种植面积的多级采样估算和分区单产模年的中国东部逐步拓展到全国，２００１年开始走出国型的预测来实现。门，开展全球性农情遥感监测，包括Ｊ匕美、南美、澳大利亚、泰国的作物长势、粮食总产和水稻面积估２．３粮食产ｆ估算系统算。夏粮和秋粮的产量估算通过前一年的粮食产　　　　　　量与当年产量变幅来完成。种植面积的变幅是基于＊收稿日期：２００４年４月２９日２０２　　２００４年・第１９卷・第３期中国农情遥感监洲研究万方数据整群抽样技术通过两年间的遥感影像分类监测对比得到。单产变幅通过建立基于遥感参数的粮食单产预测模型获得。对于不同地区的不同作物类型，利用不同的遥感参数及过程线参数（过程线峰值、上升速率、下降速率等），建立具有较高相关性的粮食产量预测模型［３，４１表１　１９９９－２００３年全国粮食产ｆ及变幅年份作物遥感总产变化值增减幅度统计总产变化值增减幅度（万吨）　　　　　　　　　　　　（万吨）（％）（万吨）（万吨）（％）　　　　　　夏粮１１　８４９１１　８５０早稻　　　　　　４　０９５４　０９７１９９９秋粮３４　９１１３４　８９２总产　　　　　　５０　８５６５０　８３９　　　　　　夏粮１１　４２３－４２６　　－３．６　　　　　　１０　６７９一１　１７１、卜卯　　　　　　早稻３　８５４－２４２　　－５．９　　　　　　　３　７５２（冗月，２０００秋粮３４　３３０－　　５８１一１．７　　　　　　３１　７８６０八ｎ，　　　　　　总产４９　６０７一１　２４９－２．５　　　　　　４６　２１８ｎｙ１　　　　　　夏粮１１　４３３　　　　　　１０ｎ１．　　１０　１７３　　　　５６０４－　　　　　　早稻３　９７６１２２　　　　，、，｝…￣３６４８３０ｌ２００１秋粮３４　４７１１４１　　　　０４７２６０６－　　　　　　总产４９　８８０２７３　　　　０乙Ｕ４５　２６４４５９　　　　　　夏粮１１４３０－３　　　　　　０．　　０　　　　　　９　８６２１３－３．１早稻　　　　　　３　５６５－４１１　　一１０．３　　　　　　３　０２９：３１０刀２００２秋粮３３　６５３－８１８　　－　　２．４　　　　　３２　８１６９０气、４，　　　　　　　　　　　　总产４８　６４８一１　２３２－２．　　５　　　　　４５　７１１４．．．０．　　　　　　夏粮１１　０９９－３３１　　－２．９　　　　　　９　６２２２０４－２４早稻　　　　　　３　４６３一１０２　　－２．９　　　　　　２　９４４名５－２Ｘ｛Ｕ２００３秋粮３２　９８８－６６４　　－２．０　　　　　　３０　５０１　　－２３１５－７．１总产　　　　　　４７　５５０－１　０９８－２．３　　　　　　４３　０６７　　－２６４４一５名注：统计数据来源于《中国农村统计年鉴》（２００２），国家统计局从表１中可以看出，　　　　　　２０００年和２００１年的统计产量连续减少，而且幅度很大，但粮食收购量的减少幅度不大，粮食市场价格没有相应大幅度上涨，相反２００２年粮食价格普遍有所下降。遥感信息是利用遥感资料，按照一套科学的标　　　　准化、规范化的操作流程生成的，因而具有客观性。与统一计信息相比，遥感信息受人为因素的干扰较小，反映数据的本来面目。从２０００年和２００１年的遥感粮食产量数据来看，与市场、消费和库存数据之间没有太大的矛盾。２．４作物时空结构监测作物时空结构的监测包括两方面内容：一是农　　　　　　作物种植结构及其变化的监测（空间结构），二是复种指数及其变化监测（时间轮作）。系统采用样条采样框架技术与ＧＶＧ农情调查系统，通过野外调查的方式进行农作物种植结构监测，采用时间序列ＮＤＶＩ曲线监测复种指数。２．５粮食供需平衡预普区域粮食供需平衡是国家粮食宏观的重　　　　　　要内容，及时准确的区域粮食供需信息是宏观的基础。遥感估产信息作为国家粮食供需平衡分析的信息源，与统计数据相比，遥感监测信息可以更加客观、及时地对粮食生产进行预测，在粮食供需平衡预测中可以克服统计数据获取滞后的缺点。加上遥感监测数据具有空间分布特性和分作物品种监测的特点，因此利用遥感估产数据，结合统计数据进行粮食供需平衡预测分析比单纯使用统计数据具有更大的优点，使得供需平衡分析可以采用国家、省甚至于县级尺度，能够有效提高国家粮食宏观决策的水平。３系统应用“中国农情遥感速报系统”在为国家、　　　　　　农业部、国家粮食局等有关部门提供服务的同时，不断进行技术革新，扩大监测范围和监测内容，逐渐形成了具有中国特色的农情遥感监测技术体系，形成了比较规范的运行流程，并逐步完成了系统化转变。截至目前，提供的信息产品包括国内的农作物长势监测、作物和粮食产量估算、种植结构监测、复种指数监测以及早情监测等内容；同时也开展了北美、南美、澳大利亚、泰国的农情遥感监测。１９９８年以来，“中国农情遥感速报系统”在服务　　　　　　内容、质量、范围和频率上实现一年一大步，６年来共发布长势监测通报７７期，旱情监测通报６３期，２００４年・第１９卷・第３期２０３月匕翻Ｉｔ－１９应用产量通报１４期，中国农情遥感速报２０期，在作物法，正在形成完善的质量控制和检验体系。生长期的每月的第一周提供给包括国家和国家粮食局在内的主要用户，同时通过Ｉｎｔｅｒｎｅｔ在内网公布，稍后在公共网上公布。４问题和建议虽然“中国农情遥感速报系统”的监测结果为　　　　　　中办、国办、国家、国家粮食局等２０多个国监测结果多次被院刊物《中国科学院专　　　　报信息》采用，并上报中办和国办。每年参加农业部每年两次的“全国农业和农村形势”会商会和国家粮食局主持的每年“全国粮食形势”会商会。＂２００１家部门提供了服务，每年两次参加全国农业夏粮和秋粮工作会商会，但仍有许多经验教训。例如，　　　　２００３年第四季度，我国粮食和棉花价格万方数据年全国粮食减产３％，２００１年基本持平”的监测结论为国家粮食决策提供了重要依据，受到了国家领导人的表扬。“中国农情遥感速报系统”在农作物长势遥感　　　　　　监测方面，通过建立系统化的监测体系，使农作物长势监测由定性逐步走向定量。在农作物种植面积遥感监测方面，中美欧三方均采用遥感技术与抽样技术相结合的方法，欧盟使用的是面积抽样框架［１１１，美国采用系统抽样框架［５），中国则由于地块破碎，种植结构复杂，插花种植现象明显，创新性地提出了以样条（线状）采样框架为核心的、适用于中国特点的基于二级抽样的农作物种植面积监测技术，该体系具有效率高、费用低、灵活性强、简单易用和多用途等特点，可以对主要作物进行面积估算，精度可达到９５％以上。配合样条采样框架开发的ＧＶＧ农情采样系统具有自主知识产权。在作物单产预测方面，则通过借用前人的预测模型，经膨化处理后，选取部分代表性点进行估计，然后通过空间外推到整个作物生产区。该系统还发展了农作物时空结构、粮食产量预测方面的监测技术。２０００年“中美欧遥感估产高峰会”在北京的召　　　　　　开，表明中国遥感估产在世界上处于三足鼎立的地位，其技术水平处于世界领先水平。目前，“中国农情遥感速报系统”一方面在进一　　　　　　步加强监测技术规范化、标准化和系统化，采用新的遥感数据源，不断改进监测技术方法，提高监测精度和可靠性，细化、丰富监测内容，扩大监测范围。另一方面，伴随技术革新，系统发展的质量控制与过程检验体系也逐步建立起来，从２００１年开始布设地面实验样地以来，不断革新和完善检验方２０４　　　　２００４年・第１９卷・第３期上升，引起国家领导人的高度关注。尤其是大豆价格的上升违背了市场供求规律。在我国东北地区大豆增产、美国减产很少、印度和欧洲少量减产的供应情况下，我国大豆价格的大幅度上升是不正常的。到２００３年１１月底，大豆价格下跌１０％左右，粮油企业每吨亏损１００－２００元，２００３年的大豆进口至少多花了３０多亿元。如果我们有更好的综合分析能力，能够及时发　　　　　　布预警，并且有良好的信息服务机制来保证监测信息及时提供给粮食企业，特别是进出口企业，则可以避免粮食企业在进口上的盲目跟从，减少亏损。目前，“中国农情遥感速报系统”已得到中国科　　　　　　学家及国家相关部委的高度重视。２００３年１月２９日，国家粮食局组织有关专家和领导对“国家粮食监测遥感辅助决策系统”建设方案进行了论证，并得到国家“８６３”计划的支持。建议国家采用大科学工程的方式，把我国科学　　　　　　家历经十几年的努力形成的农情遥感监测技术集成起来，建成覆盖全球的农作物产量遥感监测业务系统，提高我国对全球农情的遥感监测能力和业务运行能力，使之更好地服务于国家粮食市场。主要参考文献　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　１刘海启等．美国农业遥感技术应用状况概述．中国农业资源与区划，　　１９９９，２０（２）：５６－６０．２刘海启等．欧盟ＭＡＲＳ计划简介与我国农业遥感应用思路．　　中国农业资源与区划，１９９９，２０（３）：５５－５７．３　Ｐａｕｌ　Ｃ　Ｄｏｒａｉｓｗａｍｙ，Ｐａｕｌ　Ｗ　Ｃｏｏｋ．Ｓｐｒｉｎｇ　ｗｈｅａｔ勇ｅｌｄａｓｓ　　ｅｓｓｍｅｎｔ　ｕｓｉｎｇ　ＮＯＡＡ　ＡＶＨＲＲ　ｄａｔａ．　Ｃａｎａｄｉａｎ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＲｅｍｏｔ　　ｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ，　２１（１）：４３－５１．４　Ｐａｕｌ　Ｒ　Ｂｕｌｌｏｃｋ．Ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｅｓｔｉｍａｔｅｓ　ｏｆ　ｗｅｓｔｅｒｎ　Ｃａｎａｄｉａｎ中国农情遥感监渊研究ｇｒａｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ＮＯＡＡ　ＡＶＨＲＲ　ＬＡＣ　ｄａｔａ．　Ｃａｎａｄｉａｎｓｅｎｓｉｎｇ　ａｎｄ　ａｒｅａ　ｒｆａｍｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ．　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆＡｐｐｌｉｅｄ　Ｅａｒｔｈ　Ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｇｅｏｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，　２００１，３（１）：８６－９２．Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ，　１８（４）：２３－２８．５　Ｓｕｓｈｉｌ　Ｐｒａｄｈａｎ．　Ｃｒｏｐ　ａｒｅａ　ｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ　ｕｓｉｎｇ　ＧＩＳ，　ｒｅｍｏｔｅＣｈｉ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　ｎａ　Ｃｒｏｐ　Ｗａｔｃｈ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｗｉｔｈ　Ｒｅｍｏｔｅ　ＳｅｎｓｉｎｇＷｕ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｂｉｎｇｆａｎｇ万方数据（　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，　ＣＡＳ，　１００１０１　Ｂｅｉｊｉｎｇ）Ｗｅ　　　　　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅ　ｔｈｅ　５　ｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　Ｃｒｏｐ　Ｗａｔｃｈ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｓｅｎｓｉｎｇ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ．　Ｔｈｅｙ　ａｒｅ　Ｃｒｏｐ　ｇｒｏｗｔｈ　ｓｔａｔｕｓｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，　Ｍａｉｎ　ｃｒｏｐ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｅｄｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，　Ｇｒａｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｅｄｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ，　Ｃｒｏｐ　ｔｅｍｐｏｒａｌ　ａｎｄ　ｓｐａｔｉａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｎｄ　Ｇｒａｉｎ　ｂａｌａｎｃｅ　ａｎｄ　ｅａｒｌｙ　ｗａｒｎｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ工ｈｅ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＣＣＷＳ　ｉｎｃｌｕｄｅ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｃｒｏｐ　ｇｒｏｗｔｈｓｔａｔｕｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，　ｃｒｏｐ　ａｎｄ　ｇｒａｉｎ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｅｄｉｃａｔｉｏｎ，　ｃｒｏｐ　ｓｐａｔｉａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，　ｃｒｏｐｐｉｎｇ　ｉｎｄｅｘ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｎｄ　ｄｒｏｕｇｈｔｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ．　Ｆｒｏｍ　１９９８　ｔｏ　２００３，　ＣＣＷＳ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ａｒｅａ　ｈａｓ　ｅｘｐａｎｄｅｄ　ｒｆｏｍ　ｅａｓｔ　ｃｈｉｎａ　ｔｏ　ａｌｌ　ｏｖｅｒ　ｃｈｉｎａ，　ｔｏ　Ｎｏｒｔｈ　Ａｍｅｒｉｃａａｎｄ　Ｓｏｕｔｈ　Ａｍｅｒｉｃａ，　ｔｏ　Ａｕｓｔｒａｌｉａ　ａｎｄ　Ｔｈａｉｌａｎｄ．　ｗｅ　ｐｒｏｐｏｓｅ　ｔｏ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｇｏｖｅｎｒｍｅｎｔ　ｔｏ　ｉｎｔｅｇｒａｔｅ　ｔｈｅ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｏｆ　ｃｒｏｐ　ｗａｔｃｈ　ｗｉｔｈ　ＲＳｗｈｉｃｈ　ｃｏｍｅ　ｒｆｏｍ　ｔｈｅ　ｅｆｏｒｔｓ　ｏｆ　Ｃｈｉｎｅｓｅ　ｓｃｉｅｎｔｉｓｔｓ　ｉｎ　ｌａｓｔ　ｄｅｃａｄｅｓ，　　ａｎｄ　ｔｏ　ｂｕｉｌｔ　ｔｈｅ　ｗｏｒｌｄ　ｃｒｏｐ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｗｉｔｈｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　ｃｒｏｐ　ｇｒｏｗｔｈ　ｓｔａｔｕｓ　ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ，　ｒｅｍｏｔｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ，　ｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌ　ｓｙｓｔｅｍ吴炳方　　　　男，遥感应用研究所研究员。１９６２年７月出生，江西省玉山县人。１９８９年获清华大学工学博士。研究方向：遥感应用、地理信息系统、数字摄影测童、环境工程、水资源。遥感应用研究所农业与生态环晚遥惑领域首席科学家，中国ＩＧＢＰ国家委员会一遥感／信息系统工作组成员，中国地理学会遥感分会、中国地理信息系统协会和中国水利学会会员，世界银行、亚洲银行、ＵＮＤＰ／ＦＡＯ，　ＵＮＤＰ／ＥＳＣＡＰ项目咨询顾问。发表论文４０余篇，报告１９篇，其中ＳＣＩ　２篇；获国家发明专利２项。（相关图片请见彩插四）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２００４年・第１９卷・第３期２０５