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科技報導

遙感技術探出沙漠蝗蟲的“飛行路徑”



自2018年下半年開始,沙漠蝗蟲逐步席捲了非洲之角和西南亞各國,嚴重危害了巴基斯坦、埃塞俄比亞、索馬里等國的農業生產和糧食安全。近期,聯合國糧食及農業組織(FAO)向全球發出預警,希望各國高度戒備正在肆虐的蝗災,並採取多國聯合防控措施以防蟲害入侵國家出現嚴重的糧食危機。

沙漠蝗蟲從哪兒來?飛過哪些地方?

中國科學院空天信息創新研究院黃文江研究員、董瑩瑩副研究員常年從事蝗蟲遙感監測與預測研究。近期,該團隊以中低分辨率衛星影像為主要遙感數據源,結合FAO發布的蝗蟲入侵與繁殖等地面調查數據、土地利用/覆蓋數據、溫度和季風等數據,對肆虐非洲之角和西南亞各國的沙漠蝗蟲繁殖、遷飛的時空分佈及印巴邊界沙漠蝗蟲遷飛入侵我國的預測路徑開展研究(見圖1)。

圖1。  2018-2020年沙漠蝗蟲主要遷飛路徑圖

圖1。  2018-2020年沙漠蝗蟲主要遷飛路徑圖

2018年,阿拉伯半島南部的強降雨為沙漠蝗蟲的孳生、繁殖提供了有利生境條件。從上圖中,可以看到2019年也門和阿曼的蝗群開始向沙特阿拉伯東部和伊朗南部入侵,之後從伊朗進入巴基斯坦西南部。與此同時,印巴邊界本土的沙漠蝗蟲也持續孵化、成群。

2020年1月至今,印巴邊界蝗群開始三代繁殖,受東北季風的影響,蝗群將向伊朗和阿曼等國遷移,進入我國的概率較小;但若到夏季,巴基斯坦和印度的沙漠蝗蟲仍得不到有效控制,且印度洋西南季風異常強勁,存在從進而進入我國的風險,威脅我國糧食安全,因此我國需加強田間蟲量監測並開展早期科學防治。

融合多項技術支撐蝗蟲監測預警

糧食安全一直以來都是國際社會關注的熱點,在全球氣候變化的大背景下,蟲害的發生範圍和流行程度有明顯的擴大和增強趨勢。蝗蟲是世界範圍內的重大遷飛性害蟲之一,對於我國來說,東亞飛蝗一直以來都是製約我國糧食安全、生態安全、農民增收和社會安定的重要因素。今年我國東亞飛蝗有兩類區域需重點關注——近年來蝗區面積和分佈區域發生變化導致蝗蟲發生頻率上升的老蝗區和由於新建水庫、水源保護地、耕作粗放、礦區坍塌形成的新增蝗區。而在非洲和西南亞等地區主要造成危害的是沙漠蝗蟲。

傳統的蟲害目測手查單點監測方法和有限站點的氣象數據預測方法只能獲取“點”上的蟲害發生信息,遠遠不能滿足“面”上對蟲害的大面積及時防控需求。而遙感相對於傳統蟲害田間調查技術手段而言,能夠高效客觀地在大尺度上對蟲害發生髮展狀況進行動態監測預警,對於高效科學防控具有重要的現實意義。

近年來對地觀測技術的快速發展為蝗蟲的大範圍監測和預警提供了有效技術手段。國產高分(GF)系列和環境減災(HJ)系列、美國MODIS和Landsat TM、歐空局Sentinel系列等衛星遙感數據正構築起一個高頻度、高空間分辨率、多譜段、全覆蓋的對地觀測系統。

此外,不斷更新加密的氣象站點數據以及由遙感、氣象數據耦合形成的面狀氣象參數產品為蝗蟲生境(蝗蟲賴以生活、生存的環境)監測提供了更為豐富的信息來源。當前,多源信息融合算法的發展有助於充分利用多源異構數據中的互補信息,形成具有更高分辨率和精度的時空連續數據集。加之隨著蝗蟲生物學特性研究的不斷深入,對其發展擴散過程和環境影響因素的認識不斷提高,使得蝗蟲的發生髮展過程能夠通過模型的方式進行刻畫和模擬,為蝗蟲監測預警等模型構建提供方法指導和技術支撐。

空天院黃文江研究員、董瑩瑩副研究員團隊多年來在蝗蟲遙感監測與預測研究領域作出了很多工作。他們建立了基於衛星遙感的病蟲害遙感監測模型,實現了大面積病蟲害遙感監測製圖;通過融合遙感、氣象、植保等星機地多源數據,並與病蟲害流行機制有機鏈接,建立了作物病蟲害大面積預測模型。該團隊以中高分辨率衛星影像為主要遙感數據源,結合土地利用/覆蓋數據、氣象數據、地面調查數據等,針對蝗蟲的發生髮展特點,定量提取並分析與蝗蟲發生分佈密切相關的關鍵因子,如地形、土壤類型、土壤濕度、地表溫度、植被類型、植被覆蓋度等,耦合害蟲生物學機理和蟲害發生擴散模型,開展蝗蟲發生髮展的遙感監測預警,並結合地面調查數據進行分析驗證。