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俄乌冲突背后:科学家衡量战争对“全球粮仓”的影响

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2022-07-05 20:12浙江

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美国国家航空航天局(NASA)农业收获部门的科学家们利用卫星观测和经济数据来追踪俄乌冲突是如何扰乱全球粮食系统的。当乌克兰的农民在2021年秋天种植小麦、油菜、大麦和黑麦时,他们的担心是相对常规的:干燥的天气或不断上涨的化肥价格会不会削减他们的产量和利润?当这些冬季作物在2022年春天从休眠状态中出现时,乌克兰的生活已经完全被俄罗斯颠覆了。

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俄罗斯入侵了乌克兰,伴随着战争,坦克在田野上碾压,农田里布满了地雷,炮弹雨点般落在庄稼上。燃料和化肥价格暴涨。劳动力越来越少。一些农民离开去参加战斗;另一些人在他们的村庄被轰炸后身亡或逃离。即使是远离前线的农民也眼睁睁地看着数千万吨粮食和其他农产品因俄罗斯海军的封锁而在粮仓和港口沉睡。随着战斗的进行,甚至粮食和植物油储存设施也成为目标。

"世界的粮仓正处于战争之中,"美国宇航局丰收项目主任Inbal Becker-Reshef说。根据美国对外农业局的数据,战争前,乌克兰提供了全球葵花籽油出口的46%,小麦出口的9%,大麦的17%,以及全球市场上玉米的12%。(乌克兰和俄罗斯共占葵花籽油出口的73%,小麦的33%,大麦的27%)。过去几个月的战争行动极大地扰乱了这种粮食的流动。

Becker-Reshef说:"我们正处于一场滚动的粮食危机的开始阶段,它可能会以某种方式影响到地球上的每个国家和个人。对于一些人来说,这可能意味着价格上涨或在杂货店买到的物品更少。对其他人来说,历史表明它可能意味着更严重的粮食短缺。"

2022年5月20日,Landsat 8图像显示,在Mykolaiv州Shyrokolanivka附近的油菜花正在盛开

十多年来,Becker-Reshef和其他NASA资助的科学家一直在开发基于卫星的创新技术,以监测乌克兰的商品作物,如小麦和玉米。这个跨学科小组收集和分析环境、经济和社会科学数据,以改善世界各地的农业相关决策。随着战争的到来,这种工具可以在预测和避免粮食短缺和饥荒方面发挥关键作用。

本页顶部的地图基于来自Planet Labs卫星和欧洲航天局哥白尼哨兵-2任务的数据,由NASA收获部处理和分析--显示了截至2022年6月13日乌克兰的夏季和冬季作物的分布。该地图还显示了哪里的农民在自由耕作,哪里的土地在俄罗斯的控制之下。根据NASA收获部的分析,乌克兰大约22%的农田--包括28%的冬季作物和18%的夏季作物处于俄罗斯的控制之下。夏季作物,主要是玉米和向日葵在乌克兰北部和西部的种植比冬季作物更广泛。(有关土地占用的数据来自战争研究所和美国企业研究所的关键威胁项目)。

NASA收获团队与来自GEO全球农业监测(GEOGLAM)计划的国际合作伙伴一起测量多种环境因素--包括降水、土壤湿度和温度,以评估作物的健康状况并预测季末的产量。Becker-Reshef说:"在春季由于干燥的天气和寒流导致的缓慢开始之后,生长条件大多情况下是有利的,作物很好地赶上了。"

卫星对作物"绿色"的测量--归一化植被指数(NDVI)--对NASA Harvest的分析非常重要。下图是乌克兰最大的小麦生产国和出口国之一的Mykolaiv州的生长条件的快照。

研究人员还开发了一些模型,如农业遥感产量算法(ARYA),通过将NDVI的测量与NASA的MERRA-2再分析数据集中有关生长季节的环境条件的数据相融合来预测产量。这些模型还包括基于MODIS、Sentinel-2和Landsat观测并经田间调查验证的详细作物地图。

Becker-Reshef说:"考虑到所有这些,数据表明乌克兰的冬小麦产量有望达到每公顷4.1公吨左右。这还没有达到2021年破纪录的小麦产量,但是考虑到当时的情况,这仍然是一个可观的产量。"下面的照片显示了2022年6月切尔尼戈夫附近的冬小麦。

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研究人员还开发了一些模型,如农业遥感产量算法(ARYA),通过将NDVI的测量与NASA的MERRA-2再分析数据集中有关生长季节的环境条件的数据相融合来预测产量。这些模型还包括基于MODIS、Sentinel-2和Landsat观测并经田间调查验证的详细作物地图。

Becker-Reshef说:"考虑到所有这些,数据表明乌克兰的冬小麦产量有望达到每公顷4.1公吨左右。这还没有达到2021年破纪录的小麦产量,但是考虑到当时的情况,这仍然是一个可观的产量。"下面的照片显示了2022年6月切尔尼戈夫附近的冬小麦。

然而,地里的作物健康生长并不能保证最终作物会被收割并送入市场。在乌克兰长大并在乌克兰空间研究所工作多年的美国国家航空航天局和马里兰大学研究员Sergii Skakun解释说,海军的封锁已经阻止了乌克兰通过船只出口货物,停止了该国大部分的粮食销售能力。自2014年爆发战斗以来,Skakun一直在研究军事冲突如何影响乌克兰东部顿巴斯地区的农民和农田。

"在一些地区,未爆弹药和地雷可能使农业在短期内无法进行,"Skakun说。"在未被占领的地区,海军对港口的封锁和飙升的燃料价格对即将到来的收成构成了巨大的挑战。"

由于COVID-19大流行病造成的供应链中断和对粮食需求的增加,全球粮食价格在战前已经迅速上升。尽管最近几个月有所缓解,但根据联合国粮食及农业组织的数据,几种关键作物的价格上涨速度一直在加快,特别是谷物。(谷物包括小麦、玉米、大麦和大米)小麦价格在2022年上涨了10%以上,自2019年以来几乎翻了一番。肥料价格也急剧上升,这意味着农民可能使用更少的肥料,并可能看到产量下降。

7月至10月之间的几个月,通常是乌克兰农民最繁忙的几个月。冬季作物--包括小麦、大麦和油菜已经准备好收获,春季种植的作物也需要收获。明年的冬季作物必须在11月前播种。

"今年在战争中,所有这些都会发生吗?没有人知道这将如何发展,但我确实知道美国宇航局的收获团队将密切跟踪收获季节。鉴于地面上的所有危险,卫星是监测乌克兰农作物的最佳方式之一。"

本文上方的Landsat 8图像显示了2022年5月20日在Shyrokolanivka附近的Mykolaiv州的油菜花田正在绽放。米科拉伊夫是乌克兰粮食产量最高的港口,通常处理约40%的出口。(其他主要的粮食出口港口包括乔尔诺莫尔斯克、尤日内和敖德萨。)船舶历来承担着乌克兰97%的粮食出口,因此今年所有港口的出口量都大幅下降。

"港口是必不可少的,"美国宇航局丰收顾问和分析员加里-艾勒茨说,他专门负责开发粮食短缺和饥荒的预警系统。"乌克兰正在尽力通过火车或卡车出口更多的货物,但这些其他模式只能处理田间地头的一小部分,而且需要收割。"

避免粮食供应中断的关键是及时获得有关作物前景以及关键货物的价格和分配的数据。NASA收获部正在与乌克兰农业部和欧空局世界谷物联盟直接合作,帮助分析作物的种植、收获和产量。他们还开发了简化的工具--如Agmet地球观测指标和Harvest2Market门户网站--使全世界的分析人员都能获得相关的作物和经济数据。

NASA Harvest的作物数据也流向了几个伙伴组织,这些组织监测和应对新出现的粮食短缺和饥荒。合作伙伴包括饥荒预警系统网络(FEWS NET)、农产品市场信息系统(AMIS)和联合国粮食及农业组织。

来自乌克兰和俄罗斯的生产和货物分配的中断已经对全球粮食系统造成了冲击。已经陷入冲突并面临严重粮食短缺的国家是最脆弱的国家之一。大约30个非洲、中东和南亚国家--其中一些国家长期处于粮食不安全状态--至少有20%的农产品进口来自乌克兰或俄罗斯。

"就目前而言,在大多数地方,'生活成本'危机比粮食短缺危机更明显,"Eilerts在最近的一篇博文中指出。但是,如果乌克兰的商品不进入全球市场,或者主要谷物生产国的收成不好,这种情况可能会改变。"我们正处于可能是长期混乱的开始"。

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