粮⻝⽣产形势与遥感技术应用

作者: 张淼等

来源: 中国科学院空天信息创新研究院

发布日期: 2023-10-16 17:01:02

本文介绍了遥感技术在粮食生产形势监测和产量预测中的应用,以及中国科学院空天信息创新研究院在全球农情遥感监测系统建设中的贡献,强调了科技在保障国家粮食安全中的重要作用。

每年10⽉16⽇是世界粮⻝⽇。“⺠以⻝为天”,粮⻝是我们最基本的⽣活必需品之⼀,也是关系国计⺠⽣和国家经济安全的重要战略物资。预测粮⻝作物的⻓势及其产量,对于国家粮⻝宏观调控与决策、实现国家粮⻝产业稳健发展、保障国家粮⻝安全具有重要意义。

遥感技术具有快速、宏观、动态、准确等优点,为粮⻝⻓势监测和产量预测提供了有效的⼿段。农作物遥感估产是通过分析卫星等多种遥感平台观测到的各种农作物不同⽣育期电磁波信号,经过数据处理与分析,实现地表农作物类型识别、作物⽣⻓状况监测和作物产量预测的⼀系列⽅法。

作物种植⾯积、⽣⻓状况和产量监测预测是农作物遥感估产的三⼤核⼼功能。其中,种植⾯积遥感监测相当于利⽤卫星对农⽥做“CT扫描”,卫星“扫描”农⽥的宏观性和快速⾼效特征使其能够便捷地在较⼤区域上确定每块农⽥种植何种作物,并测算作物种植⾯积,相当于获得了农⽥的“⾯相”。

作物⽣⻓状况监测需要⽤卫星遥感数据透过“⾯相”看“健康”状况,以正常年景的作物⽣⻓状况为标尺,判定不同⽣育期作物⻓势⽐常年好还是差,并进⼀步划分⻓势好坏等级,从⽽客观反映作物⼟壤、⽔热条件、养分供应、管理等综合作⽤结果。

作物单产遥感监测则依赖⽓象资料、⼟壤状况和遥感光谱特征等,利⽤回归模型、作物⽣⻓模型、⽣物量—收获指数模型和数据驱动模型等多种技术,实现对地表以上部分作物“体重”的测算和作物单产的监测。

按照上述⼿段,综合作物⾯积、作物单产与⽣⻓状况,便实现作物产量的遥感监测。1998年,我国遭遇特⼤洪⽔灾害,⻓江、嫩江、松花江等江河流域均遭受严重洪灾影响。

科研团队利⽤卫星遥感数据监测,从宏观尺度全⾯评估洪灾对粮⻝产量的影响:洪⽔主要导致沿江地区狭⻓地带的农作物受损严重,但对当年全国粮⻝总产量的影响有限;部分地区还出现粮⻝增产的情况,这是由于部分地区农作物被洪⽔冲毁后,农⺠及时补种,充⾜的⽔分促使作物⽣⻓状况好于常年,东北地区的⼤量降⽔也总体上滋润了⼟地,适宜的⼟壤墒情促使该地区实现粮⻝增产。这⼀监测成果为当时洪涝灾害后粮情判断发挥了重要作⽤。

⾃此,中国科学院空天信息创新研究院(空天院)持续开展遥感估产研究和系统建设,并逐步构建了中国和全球农情遥感速报系统(CropWatch),实现农作物⻓势和产量的⾃主监测。

之后,我国发⽣的2000年⼤旱、2006年川渝⾼温⼲旱、2008年初南⽅雪灾、2009年初北⽅⼲旱、2019年东北作物倒伏、2021年河南洪灾、2022年⻓江流域⾼温⼲旱等历次极端事件,农作物遥感估产技术均为粮⻝⽣产形势的准确判断提供了科学数据⽀撑。

此外,农作物遥感估产信息还可以服务国家粮⻝进出⼝预测。例如,CropWatch已实现覆盖全球⼩⻨、⽟⽶、⽔稻、⼤⾖等⼤宗粮油作物产量遥感估算,成为我国⼤宗粮油作物进出⼝量预测的基础信息源。中国农业科学院农业信息研究所利⽤遥感估产信息,预判我国⼤宗作物进出⼝数量,并提供进⼝来源、出⼝路径的建议,降低了国际粮⻝价格波动对我国粮⻝进出⼝贸易的影响。

事实上,拥有独⽴的农情监测系统、⾃主开展农情分析是发展中国家,特别是粮⻝不安全国家的迫切需求,以期降低粮⻝进出⼝⻛险,保障国家粮⻝安全。然⽽,受技术、资源与⼈⼒的限制,绝⼤多数存在粮⻝不安全问题的“⼀带⼀路”国家,缺乏农情监测系统建设所需的⼈才与资⾦,⽆⼒承担系统的建设与后期运⾏维护。

瞄准“⼀带⼀路”国家实现粮⻝安全的迫切需求,空天院科研团队研制了⾼可信度、低成本与⾼弹性的全球农情遥感监测平台,允许⾃主定义农情监测系统功能、⾃主选择监测指标和数据并参与农情监测信息分析的全过程,实现了农情监测按需定制,最⼤程度保证结果的客观性和透明度,避免信息偏差对决策的⼲扰。

例如,为莫桑⽐克定制的云平台,使得莫桑⽐克农业部可以独⽴⾃主开展该国农情监测,实现国家-省-市-县等多层级农情信息的⽆障碍获取,并在⾬季按⽉度发布莫桑⽐克农情遥感监测报告,助⼒莫桑⽐克农情监测的跨越式发展。

科研团队通过联合国机构、政府间国际组织先后在24个“⼀带⼀路”国家开展农业估产能⼒建设和科技合作,为近5亿⼈零饥饿⽬标的实现提供科技⽀撑,提⾼了发展中国家粮⻝安全预警能⼒。随着不断迭代发展,农情遥感监测技术将更好地服务于粮⻝安全规划和可持续发展⽬标,在保障国家粮⻝安全中发挥出更⼤作⽤。

值此世界粮⻝⽇,让我们再次呼吁全球各国共同努⼒,在实现联合国可持续发展的道路上,履⾏全球发展倡议,科技⽀撑服务“⼀带⼀路”粮⻝安全可持续发展,推动全球农情信息命运共同体的建⽴。

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