在8月12日NASS公布的作物产量报告中，USDA给出了2022/23年度的第一次大豆单产预测，值为51.9蒲式耳/英亩，同比提升0.5蒲式耳/英亩。然而，在单产上调的利空背景下，CBOT大豆主力合约价格却在短暂下跌后出现反弹，这也反映出市场对于USDA美豆单产预测的不信任。截至8月底，CBOT大豆价格已收复“失地”，我们认为，价格的快速反弹说明了单产预测值与市场预期之间的差异，由于今年夏季北美地区受到极端天气干扰，美国中部的美豆主产区也遭遇干旱扰动，因此在单产报告发布前，市场普遍预计2022/23年度美豆单产或存下调风险，与同比上调的美豆单产预测出现分歧。
事实上，每年8-9月的WASDE报告都是市场关注的热点，单产对于产量的影响至关重要，每年的预测偏差都是交易的重点和方向。那么历史上USDA美豆单产是否存在系统性偏差？在出现极端天气的年份，美豆单产预估是否有一定倾向性？如何建立基于天气因素的美豆单产预测模型？本篇报告将重点围绕四个问题展开全面分析：1）1965-2021年美豆单产预测偏差检验；2）干旱年份美豆单产预估偏差检验；3）2022/23年度新季大豆单产测算；4）后市国际大豆价格走势展望。
1）1965-2021年美豆单产预估偏差检验
根据历史数据，我们得到227个误差样本点，从误差项的数据特征来看，我们发现：一是在227项历史误差项中，共有129次（p=56.93%），8-11月预测值低于定产值。从偏度及峰度来看，误差不呈现标准正态分度，平均值为-0.29蒲式耳/英亩，显著不为0。且其分布呈现一定的左偏倾向，说明与实际单产偏差较大的误差值多为显著低于实际单产；二是误差项呈现较强的一阶正向自相关。意味着上月的误差趋势可能继续延续至下个月，根据我们的计算，相邻两月误差相关性均达0.5以上，其中8月误差值与9月误差值之间相关性高达0.86，这将可能导致估计值非有效，且预测区间的精度可能降低。
2）干旱年份美豆单产预估偏差检验
为了更贴近2022/23年度的天气情况，我们将极端天气发生的年份进行单独分析。自1965年以来，美国D0-D4级别干旱面积超过50%的年份分别为1966年、1977年、1988年、2000年、2002年、2006年、2012年、2021年。我们发现：一是干旱年份USDA同样倾向于调低单产，在8个样本点中，仅有2000年8月预测高于实际单产，其余7年均为低估，低估概率达87.5%，低估平均值约为1.7蒲式耳/英亩；二是8-11月内单产低估情况呈现逐渐收敛态势，即月度单产预测大概率逐渐提高。同时我们发现，单产的月内修复不一定对应着天气好转，存在一定的数据黑箱情况。
3）2022/23年度新季大豆单产测算
我们认为，基于近月天气因素，构建一个较USDA单产预测更为有时效性的模型，对于判断真实的单产情况极为关键。通过对于天气的持续监测，我们建立了基于天气调整的单产预测模型。其中，根据大豆的生长期特性，我们主要包含的天气指标为6月降水偏离正常值（缺失量）、7、8月天气（平均降水量和平均温度）和9月天气（平均降水量和平均温度）。基于欧洲中期天气预报中心对于9月的气象预测以及NOAA6-8月的气象数据，同时结合上文我们对历史规律的总结，我们预计2022/23年度美豆单产区间为51.5-52.2蒲式耳/英亩，不排除单产仍有上调的可能性。
4）向前看：短期内，8-9月天气市支撑下，美豆价格或维持高位波动，但交易价值不断走弱；中长期来看，四季度末美豆大概率丰产上市，国际大豆价格或将显著回落，四季度末价格区间1300-1350美分/蒲式耳
USDA8月预测，2022/23年度美豆产量约为45.31亿蒲式耳，较上年度44.35亿上涨2.16%。根据中金大宗组测算，单产预估区间为51.5-52.2蒲式耳/英亩，那么新季美豆产量大概率落在44.9-45.55亿蒲式耳之间，那么较上年增幅在1.2%-2.7%，这可以保证新季美豆大概率丰产上市。
中长期来看，进入四季度，交易的重点在北美新豆销售进度和南美种植季是否顺利。我们认为，在全球经济下行压力较大、中国进口需求下滑的背景下，新季美豆出口压力较大，叠加南美丰产预期较强，我们预计留给新季美豆真正的销售窗口期仅有2-3个月。若南美顺利播种，天气情况符合预期，那么四季度末，全球大豆供给偏紧的局面将得到实质性的逆转，价格回落空间较大，回归到1300-1350美分/蒲式耳，值得期待。当然，这是建立在南美新季丰产的假设下，在四季度拉尼娜气候仍大概率延续的背景下，需要持续关注南美种植季天气。
在8月12日NASS公布的作物产量报告中，USDA给出了2022/23年度的第一次大豆单产预测，值为51.9蒲式耳/英亩，同比提升0.5蒲式耳/英亩[1]。然而，在单产上调的利空背景下，CBOT大豆主力合约价格却在短暂下跌后出现反弹，这也反映出市场对于USDA美豆单产预测的不信任。截至8月底，CBOT大豆价格已收复“失地”，我们认为，价格的快速反弹说明了单产预测值与市场预期之间的差异，由于今年夏季北美地区受到极端天气干扰，美国中部的美豆主产区也遭遇干旱扰动，因此在单产报告发布前，市场普遍预计2022/23年度美豆单产或存下调风险，与同比上调的美豆单产预测出现分歧。
事实上，每年8-9月的WASDE报告都是市场关注的热点，单产对于产量的影响至关重要，每年的预测偏差都是交易的重点和方向。本篇报告将重点围绕四个问题展开全面分析：1）1965-2021年美豆单产预测偏差检验；2）干旱年份美豆单产预估偏差测算；3）2022/23年度新季大豆单产测算；4）后市国际大豆价格走势展望。
USDA单产预测流程及方法
从每年的8-11月，USDA每个月将更新对于新季玉米、大豆的单产预测。以大豆单产预测为例，主要的单产预测数据是基于以下两种调研结果：
农作物单产问卷调查（Agricultural Yield Survey）
农作物单产问卷调查是NASS作物产量预测报告中重要的参考变量之一。在3-6月期间参与了播种面积调查的农户将继续作为样本参与农作物单产问卷调查。农户将在前一个月的25-28号之间收到电话调查问卷，来征集他们对于新作单产的预测数值。除阿拉斯加和夏威夷以外，全美其余州均将参与此项调查。在问卷调查中，天气和生长进度对于最终单产的影响程度主要是通过农户的历史经验判断得出。
田间单产调查（Objective Yield Survey）
除了对农户进行问卷调查外，NASS也将自行选取样本地进行抽样调研。大豆的OY调查主要在阿肯色州、伊利诺伊州、印第安纳州、爱荷华州等11个主产州内进行，这11个主产州产量大约共占美豆产量的80%以上。在样本地内，NASS将持续监测苗服宽度、每垄株数、每株茎数、每荚粒数、水分、粒重等指标，以此推测每英亩内的大豆单产。各州单产即为该州所有样本点单产的平均值。在收获季结束之后，NASS将重返部分样本田地，来计算收获期间的产量损失，已确定单产终值。
既然作为预测值，那么定产之前的月度估计数据与最终单产之间难免存在误差项。根据NASS对于预测流程的披露，其预测结果并不包含对于未来长期天气的预测，当月发布的单产预测值仅基于当月第一天前（不含报告发布当月）已经确定的气象条件及生长情况，因此当未来天气偏离历史情况时，便会导致预测效果出现偏差。然而，考虑到USDA单产预测对于农产品市场价格的显著影响，在NASS田野调查数据保密的条件下，其公布单产预测的客观性及可信度往往会遭到质疑。
USDA单产预测误差检验
总体样本检验
考虑到市场上对于美豆预估值的质疑，我们对历史数据进行回测。通过选取1965-2021年作为样本期，我们共可得到227个误差历史样本点数据（USDA8、9、10、11月的单产预测值与真实单产的差值）。从误差项的数据特征来看，我们发现如下规律：
在227项历史误差项中，共有129次（p=56.93%），8-11月预测值低于定产值。从偏度及峰度来看，误差不呈现标准正态分度，平均值为-0.29蒲式耳/英亩，显著不为0。且其分布呈现一定的左偏倾向，说明与实际单产偏差较大的误差值多为显著低于实际单产。
误差项呈现较强的一阶正向自相关。由于USDA月度预测值是基于上月数据进行调整，故预测值本身呈现自相关性无可非议。但误差项呈现较强的自相关性意味着上月的误差趋势可能继续延续至下个月，根据我们的计算，相邻两月误差相关性均达0.5以上，其中8月误差值与9月误差值之间相关性高达0.86，这将可能导致估计值非有效，且预测区间的精度可能降低。
图表：误差项分布情况
资料来源：USDA，中金公司研究部
图表：误差项自相关情况
资料来源：USDA，中金公司研究部
分月份作为子集，再次进行检验
在分析完整体样本后，我们将每年的同期月份作为子集再次进行检验（由于子集样本数量明显减少，故放松对于其标准正态分布的要求）。结论如下：
从均值、中位数与众数来看，每年8月的预测值倾向于低估单产，但并不能拒绝其均值为0的假设。在57个样本中，共有32次单产被低估。受2003年的outlier影响，误差分布呈现一定的右偏性，去除outlier后，模型延续左偏趋势。
与全样本的月度自相关不同，8月子集的数据为年度值，不呈现明显的自相关趋势，这说明每年的单产预测误差并不受上一年度的误差影响。
与8月预测误差数据特征基本相似，9月单产被低估趋势继续，在57个样本中，共有32次单产被低估。随着逐渐接近成熟期，虽然误差项的标准差略有缩小，但误差均值并未减少。从峰度来看，瘦尾特征变得明显，误差项更多地集中于偏离值较小的区间内。
进入十、十一月，美豆批量上市，单产不确定性较前期有所减弱，故单产误差均值及标准差均呈现逐月递减态势，且误差区间较前期也有所缩窄。但单产低估趋势并未改变，在每月的57个样本中，10月共有35次单产被低估，11月共有35次单产被低估。
整体来看，误差持续低于0（即单产持续被低估）与月度误差的自相关性是USDA单产误差呈现出的明显特征。我们认为，该现象的发生可能有如下几种原因：（1）变量的惯性作用，即每年月度单产的时间序列可能呈现周期性；（2）模型设定误差，由于USDA单产预测的调查方法以问卷调查及田间调查为主，佐以历史数据辅助参考，故单产预测可能存在一定的主观判断，对于误差趋势形成持续影响；（3）数据来源存在一定黑箱，即我们不排除USDA刻意调控单产预测数据的可能性。
图表：分月误差项分布与自相关情况
资料来源：USDA，中金公司研究部
历史上极端天气下，美豆单产预测误差检验
在检测到全样本下，美豆单产预测大概率存在低估现象后，我们认为，为了更贴近2022/23年度的天气情况，我们有必要将极端天气发生的年份进行单独分析。自1965年以来，美国D0-D4级别干旱面积超过50%的年份分别为1966年、1977年、1988年、2000年、2002年、2006年、2012年、2021年。
图表：美豆生长期旱涝面积监测
资料来源：USDA，中金公司研究部
注：D0 - Abnormally Dry，D1 - Moderate Drought，D2 - Severe Drought，D3 - Extreme Drought，D4 - Exceptional Drought，W0 - Abnormally Wet，W1 - Moderate Wet，W2 - Severe Wet，W3 - Extreme Wet，W4 - Exceptional Wet
在上述年份中，我们将8月的单产预测数据与次年1月单产数据进行对比，在8个样本点中，仅有2000年8月预测高于实际单产，其余7年均为低估，低估概率达87.5%，低估平均值约为1.7蒲式耳/英亩。
在极端天气年份内，8-11月内单产低估情况也呈现逐渐收敛态势，即月度单产预测大概率逐渐提高。在作物生长期内，气象条件是影响单产的直接因素，然而我们看到，极端天气发生的年份内，月度预测值的逐渐升高并不一定是因为气象条件的缓和。例如1966年、1988年、2002年、2012年内，干旱等级在D0以上的面积占比在8月以后依旧维持高位甚至继续恶化，但月度单产预测却有所修复。因此，8月被低估的单产数据在9-11月内修复不一定对应着天气的逐渐缓和。
以2022/23年度情况来看，市场当前认为USDA单产预测数据偏高主要是因为8月美国高温干旱天气持续，而8月单产预测并未考虑8月内的气象数据，但从历史情况看，虽然8月天气整体并未明显好转，但也不能排除9-11月将继续调高单产的可能，这可能和市场预期有所差异。
图表：极端天气年份内8月预测与实际单产对比
资料来源：USDA，中金公司研究部
图表：极端天气年份内8-11月预测误差趋势
资料来源：USDA，中金公司研究部
基于近月天气情况构建美豆单产预测模型
在观察到USDA历史单产预测的偏差后，各大机构(路透、彭博、道琼斯等)均会在USDA供需报告发布前公布其认为合理的作物单产预测。我们认为，除主观影响导致的偏差以外，未考虑当月天气数据也是USDA单产预测出现误差的主要原因之一。由于USDA每月公布的单产预测是以当月1日前为预测时间点，月内的天气变化则没有被包含在单产预测的影响因素中。
因此，我们认为，基于近月天气因素，构建一个较USDA单产预测更为有时效性的模型，就极为关键。一方面，可以对USDA单产预期进行调整和修正；另一方面，可以提前对新季产量估计进行测算，及时调整交易策略。
模型搭建
在大豆单产模型中，我们的样本区间为1999-2020年(包含了美国2012年的罕见干旱在内)。我们选取的代表州为：爱荷华州、俄亥俄州、伊利诺伊州、内布拉斯加州、密苏里州、北达科他州、南达科他州、明尼苏达州。对于自变量选取，首先要考虑由于科技革新、育种技术及栽培方法的进步，农作物单产基本呈逐年趋势上升态势。除了趋势变量外，还需加入当年的6月降水偏离正常值（缺失量）、7、8月天气（平均降水量和平均温度）和9月天气（平均降水量和平均温度）。这些变量可以帮助解释实际单产为什么偏离趋势值。选定上述变量原因如下：
7、8月天气：7-8月属于大豆生长的关键时期，气温与降水情况极大程度地影响着大豆的单产与品质。此外，大豆在7，8月内基本处于开花及结荚期，所以可以将7、8月天气情况放为一个变量，这样既符合实际情况，又减少了函数中的变量数，有利于释放自由度。
9月降水：9月，大豆进入落叶期和收割期，早霜担忧是主要的天气威胁。低温天气会使大豆延迟成熟，株矮叶小，从而影响大豆结荚数量,最终影响大豆的单产。因此，9月天气情况需要被涵盖在模型中。
6月降水缺失情况：通常情况下，6月温度较7月偏低，所以6月天气对于大豆的生长影响较小。然而，如果6月出现极端天气，与正常降水量产生较大偏差（如2012年的干旱），则会对大豆单产造成极大的影响。为了表示这种影响，该模型采用（0,1）变量，即，如果6月降水低于正常值，取缺失量为变量值；如果6月降水等于或高于正常值，此变量取0。
不论是7、8、9月气温，还是6月降水短缺（非零年份），我们都可以假设其对于大豆单产的影响为线性，即每单位的变量变化对于单产有恒定影响。然而，月度降水量却不能被简单地定义为线性变量。普遍认为，旱、涝都会对大豆单产不利，但更确切来说，大豆属于农作物当中受干旱影响最为明显的一种，干旱会对大豆的生长发育造成制约，干扰大豆生理指标，缩短玉米大豆周期，直接影响大豆产量及质量。因此，与涝相比，干旱对于大豆的影响更为严重。即，当降雨量低于平均水平时，大豆的减产的绝对值大于降雨量高于平均水平时大豆增产的绝对值。为捕捉这种非线性关系，我们在变量中，除降水的一次项外，还需加入降水的平方项。
图表：大豆单产趋势
资料来源：USDA，中金公司研究部
图表：大豆单产模型预测结果
资料来源：USDA，中金公司研究部
系数分析
我们对大豆单产预测模型内的变量系数进行分析。此处，我们需要重点关注的是7、8月的降水情况与9月降水情况对大豆单产的影响。
由图可以看出，降水量对于单产呈非线性影响。普遍情况下，低于平均值的降水会直接导致大豆减产，而如果降水高于平均值在一定程度上有助于单产增加。但是，在降水量达到二次函数顶点后，继续增加降水则会导致单产减少。因此，与预期相同，降水偏少对于大豆减产的影响大于降水偏多的影响。
图表：七八月降水对于大豆单产的影响
资料来源：USDA，中金公司研究部
图表：九月降水对于大豆单产的影响
资料来源：USDA，中金公司研究部
2022/23年度美豆单产预测
USDA2022/23年度8月单产预测值为51.9蒲式耳/英亩，而从公布的州度单产预测值来看，在8个主产州中，有5个主产州单产预测同比有所提升。具体来看，俄亥俄州由56蒲式耳/英亩同比上升至57蒲式耳/英亩，伊利诺伊州由64蒲式耳/英亩同比上升至66蒲式耳/英亩（为该州历史十年最高单产），北达科他州由25.5蒲式耳/英亩同比上升至35蒲式耳/英亩，南达科他州由40蒲式耳/英亩上升至43蒲式耳/英亩，明尼苏达州由47蒲式耳/英亩上升至59蒲式耳/英亩。
图表：美豆平均单产变化
资料来源：USDA，中金公司研究部
图表：主产州美豆单产变化
资料来源：USDA，中金公司研究部
虽然2021年北美就面临了严峻的天气考验，但2022年北美地区极端天气再现，对于农作物生长形成挑战。6-8月，美国本土平均气温创近九十年来记录，成为美国有气候记录以来最热的夏，极端气候指数（USCEI）较历史同期高出20%。根据NOAA监测，7月以来，美国南部和东北部地区气温显著上升，西雅图、波特兰及加州北部地区的近期气温可能达到去年热浪袭击以来的最高水平，并伴随着干旱与山火。
从气象监测指标来看，气温方面，今年 7、8月平均气温为74华氏度，较上一年度同期的74.9华氏度有所下降；根据欧洲中期天气预报中心预计，9月主产区平均气温将下降至69华氏度，同比下滑5.75华氏度。降水方面，7、8月周度平均降水量较去年同期有所上涨，进入九月，虽然南部地区降水量也将有明显提升，中部主产区的干旱情况也或将有所缓解，预计九月降雨均值为0.83英寸。综合指标，我们预计2022/23年度美豆单产区间为[51.5-52.2蒲式耳/英亩]，不排除单产仍有上调空间的可能性。
图表：美国未来气温情况预测
资料来源：NOAA，中金公司研究部
图表：美国未来降水情况预测
资料来源：NOAA，中金公司研究部
向前看，我们维持美豆近强远弱的判断，新季丰产预期较强，四季度末价格或显著回落
短期来看，8-9月天气市支撑下，美豆价格或维持高位波动
疫情以来，全球通胀高企，作为最重要的大豆出口国之一，美国大豆库存消费比持续走低，全球农产品市场亟需北美新作兑现丰产，带动库存显著修复，也会通胀下行注入动能，因此今年美豆生长季单产容错率较低，成为资金关注的重点。新季美豆从种植到生长，可以说一波三折，优良率持续走低，这支撑了近一个月以来的美豆价格明显反弹，我们在《三重因素扰动下，全球春耕影响几何？》《大豆：天气市下仍具交易价值》等多篇报告中提示过市场美豆的交易价格，但我们认为，单产炒作的单边上涨行情随着定产逐步临近而接近尾声，在目前的天气条件下，价格涨幅空间有限。
USDA8月预测，2022/23年度美豆产量约为45.3亿蒲式耳，较上年度44.35亿上涨2.16%。根据中金大宗组测算，单产预估区间为51.5-52.2蒲式耳/英亩，那么新季美豆产量大概率落在44.9-45.55亿蒲式耳之间，那么较上年增幅在1.2%-2.7%。这都可以保证新季大概率美豆丰产上市。
中长期来看，四季度末美豆大量上市后，国际大豆价格或将显著回落
我们认为，中长期来看，交易的重点在北美新豆销售进度和南美种植季是否顺利。我们认为，在全球经济下行压力较大、中国进口需求下滑的背景下，新季美豆出口压力较大，叠加南美丰产预期较强，我们预计留给新季美豆真正的销售窗口期仅有2-3个月。若南美顺利播种，天气情况符合预期，那么四季度末，全球大豆供给偏紧的局面将得到实质性的逆转，价格回落空间较大，回归到1300-1350美分/蒲式耳，值得期待。当然，这是建立在南美新季丰产的假设下。
图表：美豆历史产量预测及2022/23预测
资料来源：USDA，中金公司研究部
图表：CBOT大豆四季度价格区间预测
资料来源：CBOT，中金公司研究部
[1]https://downloads.usda.library.cornell.edu/usdaesmis/files/tm70mv177/n5840309g/2n49v849f/crop0822.pdf
本文摘自：2022年9月4日已经发布的《农产品：解析美豆单产系统性偏差，强现实弱预期加固》
郭朝辉 SAC 执业证书编号：S0080513070006 SFC CE Ref：BBU524
庞雨辰 SAC 执业证书编号：S0080122080153
