Думка, што спадарожнік бачыць ураджай раней, чым яго збяруць, здаецца мне простай фізікай. Больш зялёнага лісця, больш зерня. Я шмат разоў з гэтым пагаджаўся і ні разу не правяраў сам. Іншыя, вядома, правяралі. Фелікс Коган у NOAA, аўтар індэксаў Vegetation Health, гадамі публікуе пабудаваныя на іх мадэлі ўраджайнасці. Дэвід Джонсан з USDA у 2014 годзе параўнаў зеляніну і тэмпературу MODIS з ураджайнасцю кукурузы па акругах. Мне хацелася меншага. Колькі спадарожнік дадае да звычайнай лініі трэнду, калі яму не дазволена зазіраць у будучыню? І як ён выглядае побач з прагнозам, які USDA публікуе ў той самы момант?
Даныя
NOAA STAR Vegetation Health публікуе тыднёвы рад па кожным штаце ЗША, усярэднены толькі па ворыўных землях, з 1982 года. У ім ёсць згладжаны NDVI, гэта значыць зеляніна. На яго аснове пабудаваныя 3 індэксы: VCI для зялёнай часткі, TCI для цеплавой і VHI, які змешвае абедзве. Па 2012 год рад ідзе са спадарожнікаў AVHRR, з 2013-га з VIIRS.
У USDA NASS Quick Stats ляжыць канчатковая ўраджайнасць кукурузы па кожным штаце і годзе ў бушалях з акра. Там жа захоўваюцца прагнозы, якія NASS публікаваў на працягу сезона. Жнівеньскі прагноз будуецца па стане на 1 жніўня і выходзіць каля 10 жніўня, гэта значыць адначасова з маімі ліпеньскімі спадарожнікавымі данымі, таму параўноўваць трэба менавіта з ім, а не з канчатковай лічбай, якая выходзіць у студзені.
Я ўзяў 12 штатаў Corn Belt, ад Ілінойса і Аёвы да абедзвюх Дакот і Канзаса, гады з 1982 па 2021. 2022 года тут няма, бо канчатковая лічба за яго выйдзе толькі ў студзені. Атрымалася 480 пар штат і год. Скрыпты займаюць каля 130 радкоў на Python з pandas і numpy.
Перш чым нешта лічыць, я запісаў, чаго чакаю. Сырая карэляцыя будзе прыкметнай, каля 0,4 або больш. Па-за выбаркай спадарожнік абгоніць лінію трэнду на 15–35%. Жнівеньскі прагноз NASS усё роўна апынецца дакладнейшым. І амаль увесь выйгрыш дасць 2012 год, засушлівы, а ў звычайныя гады спадарожнік не дадасць амаль нічога.
Сырая карэляцыя гэта ў асноўным каляндар
Калі пакласці ліпеньскую зеляніну супраць ураджайнасці па ўсіх 480 парах штат і год, карэляцыя выходзіць 0,33. Паміж годам і ўраджайнасцю яна 0,71. У 11 штатах з 12 ураджайнасць кукурузы расце прыкладна на 2 бушалі з акра за год. Выключэнне Канзас, усяго 0,26 бушаля за год. Любая прыкмета, якая дрэйфуе ў часе, атрымлівае частку гэтага росту задарма. Яшчэ частку дадае розніца паміж штатамі: Аёва зелянейшая за Паўночную Дакоту і ўраджай у яе вышэйшы, але пра дрэнны ліпень у Аёве гэта не кажа нічога.
Значыць, пытанне трэба звузіць. Бярэм трэнд ураджайнасці кожнага штата. Ці кажа ліпеньская зеляніна, наколькі вышэй або ніжэй гэтай лініі апынецца год?
Кожны прагноз выкарыстоўвае толькі мінулае. Для года Y трэнд і каэфіцыент падбіраюцца па гадах да Y. Потым год Y прадказваецца адразу для ўсіх 12 штатаў. Прыкметы гэта сярэднія за тыдні з 27 па 30, прыкладна ліпень. Усё гэта вядома да жнівеньскай справаздачы NASS. Праверачныя гады з 2000 па 2021, гэта 264 пары штат і год.
Што атрымалася
Памылка гэта RMSE у бушалях з акра на адных і тых самых 264 парах штат і год.
Адзін трэнд памыляецца на 16,4. Простая зеляніна зніжае памылку да 14,8, гэта значыць на 10%. VHI зніжае яе да 13,0, гэта значыць на 21%. Ён лепшы за трэнд у 19 гадах з 22. Бутстрэп па цэлых гадах дае выйгрыш VHI ад 13 да 26%, у зеляніны ад 5 да 15%. Жнівеньскі прагноз NASS памыляецца на 9,5, так што апытанне USDA прыкметна наперадзе. Але не кожны год: у 7 гадах з 22 VHI апынуўся бліжэй, чым NASS.
Разбіўка здзівіла мяне больш, чым вынік. Зялёны індэкс VCI дае 11%, цеплавы TCI дае 15%. Адна зеляніна апынулася самай слабой з 4 спадарожнікавых прыкмет. Свой выйгрыш VHI атрымаў толькі разам з цеплавой часткай.
2012
Па 12 штатах ураджайнасць 2012 года апынулася ў сярэднім на 36,9 бушаля ніжэй за трэнд. VHI прадказаў 11,5, прыкладна трэць сапраўднага падзення. RMSE жнівеньскага прагнозу NASS па гэтых 12 штатах была 10,3. У Ілінойсе ўраджайнасць выйшла 105, трэнд казаў 173, VHI 159, а NASS у жніўні 116.
Потым я паглядзеў на Ілінойс па тыднях. Тут я памыліўся і гэтая памылка ледзь не стала загалоўкам допісу. Першае параўнанне паказала, што ў ліпеня 2012 года зеляніна 0,492, а ў сярэдняга ліпеня з 2000 па 2011 год 0,490. У найгоршы год палі выглядалі такімі ж зялёнымі, як звычайна. Вынік мне вельмі спадабаўся. Потым я намаляваў размах ранейшых гадоў. Ён пайшоў уніз да мінус 1. Так NOAA пазначае прапушчаны тыдзень. У Ілінойсе ў 2004 годзе такіх тыдняў 8 паміж маем і вераснем. Мой базавы ўзровень усярэдніў іх як сапраўдныя значэнні. Асноўная мадэль іх адкінула. Хуткі скрыпт, які я напісаў для гэтага графіка, не.
Без прапушчаных тыдняў сярэдні ліпень роўны 0,523, а 2012 год 0,492. Значыць, ён быў бляднейшы, але ненашмат. У маі палі апярэджвалі медыяну самае большае на 2 тыдні, а да канца чэрвеня апярэджанне знікла. Далей яны спыніліся каля 0,49, тады як звычайны год працягвае расці прыкладна да 0,55. Сярод 41 ліпеня з 1982 года гэты 10-ы знізу, а ўраджайнасць пры гэтым апынулася прыкладна на 40% ніжэй за трэнд. Ліпень 1990 года быў бляднейшы, 0,460. Ілінойс у той год сабраў на 2,6 бушаля вышэй за свой трэнд, калі трэнд лічыць па ўсіх 40 гадах. 1996 і 1989 гады таксама былі бляднейшыя і скончыліся каля трэнду. Бляднейшы быў і 1988 год, але ўраджай там апынуўся на 47 бушаляў ніжэй за трэнд.
VHI за тыя самыя тыдні быў 25 супраць звычайных 58. Ніжэйшы ліпеньскі VHI у Ілінойсе за 40 гадоў быў толькі ў 1988 годзе, падчас другой вялікай засухі.
Выходзіць, я памыліўся ў чаканнях двойчы. У 2012 годзе зеляніна палепшыла трэнд усяго на 9%, прыкладна як у сярэдні год. І агульны выйгрыш ад 2012 года не залежыць. Без яго VHI усё роўна паляпшае трэнд на 19%.
Чаго я не правяраў
Маска гэта ўсе ворыўныя землі штата, а не кукурузныя палі. У Канзасе і Дакотах вялікая іх частка занятая пшаніцай і пашай. Даныя па акругах з маскай кукурузы, хутчэй за ўсё, далі б больш. Я гэтага не спрабаваў.
VCI і TCI маштабуюцца па мінімуме і максімуме за доўгі рад гадоў. VHI будуецца з іх. Якія гады ўваходзяць у гэты рад, я ў дакументацыі NOAA не знайшоў. Калі туды ўваходзяць гады пасля таго, які я прадказваю, індэксы крыху ведаюць будучыню. У простага NDVI такога маштабавання няма. Ён усё роўна дае 10%, але якая частка астатняга прыпадае на гэтую ўцечку, я не вымяраў. Згладжванне самога NDVI, верагодна, таксама бярэ суседнія тыдні, у тым ліку некалькі пасля ліпеня.
NOAA цяпер аддае перапрацаваны рад. Яго ліпеньская зеляніна па 12 штатах у сярэднім 0,487 з 2003 па 2012 год на AVHRR і 0,490 з 2013 па 2021 на VIIRS. Скачка пры змене датчыка я не бачу, але значэнні, якія NOAA аддаваў у ранейшыя гады, маглі адрознівацца ў дэталях.
Акно тыдняў я выбраў да падліку. Іншыя вокны даюць ад 13% для чэрвеня да 21% для канца ліпеня і пачатку жніўня, так што вынік не створаны выбарам акна. Але ліпень усё ж выйшаў найлепшым, на 0,2 пункта наперадзе канца ліпеня і пачатку жніўня. Кожная мадэль гэта адна прамая на прыкмету, без даных пра надвор’е. Больш прыкмет, мабыць, закрылі б частку адставання ад NASS.
Прагноз на 2022 год я не рабіў, бо канчатковая ўраджайнасць, з якой яго можна звярыць, выйдзе толькі ў студзені.