美国大豆县级单产预测模型

2025年6月30日 黄玉萍资深分析师（农产品）从业资格号：F3079233投资咨询号：Z0015897Tel：63325888-3907Email：yuping.huang@orientfutures.com mmary]★遥感指数与单产、优良率的相关性分析 本报告在深度报告《遥感指数预测大豆单产相关性探究》的基础上，进一步细化研究范围至县级尺度（county-level），显著扩充了数据量，深入探究了增强型植被指数（EVI）、叶片面积指数（LAI）、归一化植被指数（NDVI）和净初级生产力（NPP）与大豆年单产的相关性。结论如下：（1）时间规律：相关性峰值时间随纬度变化。低纬度地区因温度等因素导致大豆种植周期提前，其遥感指数与单产的相关性峰值主要出现在6月与7月；而高纬度地区的相关性峰值则普遍延迟至8月与10月。（2）空间规律：相关性强度受地形影响显著。在气候适宜、地形平坦的主要大豆种植区（平原），遥感指数与单产表现出更强的相关性；相比之下，在地形复杂的山地、丘陵地区，相关性显著低于平原地区。（3）指数效果比较：NDVI与EVI指示性最佳。在研究的指数中，NDVI和EVI对单产的指示性效果最好，NPP次之，LAI与单产的相关性最弱。因此，进行单产预估时，应重点依据不 同 纬 度 区 域 的 最 佳 时 间 段 （ 如 低 纬 度6-7月 、 高 纬 度8-10月），优先关注NDVI、EVI和NPP数据，特别是在各大豆主产州。 联系人 黄佩琪助理分析师（行业研究）从业资格号：F03134254Email：peiqi.huang@orientfutures.com ★单产预测模型 在现有遥感指数基础上，本研究进一步整合了月均温度、月均降水、干旱指数及经纬度数据，构建了基于XGBoost和LSTM的县级 （county-level） 大 豆 单 产 预 测 模 型 。XGBoost模 型 的R方为0.8453，MAE为3.2367，RMSE为4.2740；LSTM模 型 的R方为0.8562，MAE为3.1119，RMSE为4.1149，对单产的预测偏差大多在3.1蒲/英亩内。结果显示，LSTM模型性能略优于XGBoost，但两者均能有效利用6~10月的遥感与气候数据对当年大豆单产进行高精度预测。 ★7、8月的NDVI、EVI数值需重点观测 特征重要性分析进一步揭示：7月和8月的NDVI值、7月的EVI值以及地理位置（经纬度）是预测模型中贡献度最高的关键变量，需重点关注。 ★风险提示 模型效果随训练数据变化，带有不确定性。 目录 1、遥感指数相关性分析...........................................................................................................................................................62、县级（county-level）单产预估.........................................................................................................................................112.1、参与计算特征变量..........................................................................................................................................................112.2、预测方法..........................................................................................................................................................................122.2.1、主成分分析...................................................................................................................................................................122.2.2、极端梯度提升XGBoost................................................................................................................................................122.2.3、长短时记忆神经网络LSTM.........................................................................................................................................122.3、模型预测效果..................................................................................................................................................................123、特征重要性分析.................................................................................................................................................................134、结论与局限性.....................................................................................................................................................................155、风险提示.............................................................................................................................................................................156、附录1：大豆种植主产州遥感指数和单产之间的相关性热力图（除NorthDakota州和Mississippi州外）..........167、附录2：各月份遥感指数和单产之间的相关性分布图..................................................................................................32 图表目录 图表1：NorthDakota州EVI和单产之间的相关性.....................................................................................................................................7图表2：NorthDakota州LAI和单产之间的相关性.....................................................................................................................................7图表3：NorthDakota州NDVI和单产之间的相关性.................................................................................................................................7图表4：NorthDakota州NPP和单产之间的相关性....................................................................................................................................7图表5：Mississippi州EVI和单产之间的相关性..........................................................................................................................................8图表6：Mississippi州LAI和单产之间的相关性..........................................................................................................................................8图表7：Mississippi州NDVI和单产之间的相关性......................................................................................................................................8图表8：Mississippi州NPP和单产之间的相关性.........................................................................................................................................8图表9：相关性最高值分布（EVI）.............................................................................................................................................................9图表10：相关性最高值对应月份（EVI）...................................................................................................................................................9图表11：相关性最高值分布（LAI）...........................................................................................................................................................