新工具利用卫星数据防治橄榄果蝇
研究人员开发了一种利用卫星数据的工具，用于在气候变化背景下防治橄榄果蝇的侵害。
在意大利弗拉斯卡蒂欧洲航天局最近举办的一次会议上，研究人员展示了一种工具，该工具有助于在气候变化的背景下防治橄榄果蝇的侵害。
该项目源于将橄榄树和橄榄果蝇的生物周期与相关卫星数据相结合。
“我们应将该项目视为对当前害虫防治工作的新贡献，”意大利国家新技术、能源和可持续经济发展局的研究员路易吉·庞蒂告诉《橄榄油时报》。
“你不可能在整个普利亚大区进行长达十年的田间试验。但这个模型让你能在几分钟内完成虚拟模拟。”
该项目的重要数据来源来自美国宇航局（NASA）“特拉”（Terra）和“阿夸”（Aqua）两颗卫星上搭载的中分辨率成像光谱辐射计（MODIS）传感器所进行的卫星观测。
在过去的二十年里，这些传感器测量了多种地表变量，例如植被指数，同时还提供了高度可靠的陆地表面温度数据。
“它们从太空以每日时间分辨率测量地表温度，并凭借其过境时间，还记录了每日的大致最高和最低温度，” 庞蒂说道。
另见：破解橄榄果蝇的共生之谜该项目德国合作伙伴Mundialis公司的创始人马库斯·内特勒（Markus Neteler）此前曾开展研究，设计了一种从卫星观测数据中提取温度的方法。
此外，研究团队还开发了一种基于统计学和空间信息的方法，用于填补因云层覆盖造成的观测空白，因为MODIS传感器无法穿透云层。
Ponti 及其同事所提出的研究旨在将这一庞大的数据集与一种源自 MODIS 的植被指数（即归一化植被指数，NDVI）联系起来。
MODIS NDVI 测量地球表面绿色植被的数量，提供全年土地覆盖信息。这些信息可用于增强从 MODIS 卫星衍生的温度数据。
该方法的有效性基于以色列科学家团队的早期研究，该团队开发了一种利用 NDVI 数据校准 MODIS 衍生的地表温度的方法。
“他们在橄榄树冠内安装了温度计，发现一旦使用 MODIS NDVI 进行校正，MODIS 卫星衍生的温度对树冠温度的估计比最近的气象站还要准确，”Ponti 说道。
得益于这些数据，我们可以估算植物和橄榄果蝇所经历的温度。
“如果我们要产生真正的农业影响，就需要观察每天发生的事情，因为植物和相互作用的生物就是这样运作的，”庞蒂指出。
对农业生态系统高度精确信息的需求，促成了与非-非营利性科学联盟CASAS Global合作开发了基于生理学的橄榄农生态系统种群模型。
该模型的输出结果是对橄榄树和橄榄果蝇生命周期（包括它们之间的相互作用）的详细且真实的生物学呈现。
这种建模方法将自上而下的方法（利用卫星数据）与自下而上的方法（生物学机制）相结合， 既克服了二者各自的局限，又为农业管理中的战略分析提供了强有力的工具。
卫星观测、 生物建模以及开源地理信息工具，使研究人员能够以前所未有的时间（每日）和空间 （250米）分辨率，对动态过程进行可视化和分析。
“对于植物，[该模型]模拟了叶片种群、枝条种群和根系种群。利用同一基础模型，它还能模拟植物器官或昆虫各发育阶段的出生、生长、衰老和死亡，”庞蒂说道。
“因此，在我们的橄榄-橄榄果蝇系统中，我们使用同一个模型来描述昆虫和植物，”他补充道。
“对于植物而言，主要资源是太阳辐射中的能量，以及来自土壤的养分和水分。对于果蝇而言，资源则是其取食的植物：它能找到多少橄榄来产卵。其生命活动速率（生长、繁殖）取决于橄榄的供应量。”
“这使模型具有一定的生物学真实性，因为它们受限于生物体在现实世界中面临的资源限制，”庞蒂说道。
“如果果蝇找不到橄榄，它就会进入生殖休眠状态，就像在自然界中一样。 因此，这并非一种能精确‘预测’虫害爆发的工具，但它能告诉你，在特定条件下，环境是否适合虫害发生，”他解释道。
“你不能说‘果蝇明天就会到来’，但你可以说‘该地区目前的条件有利于果蝇的发育’，”庞蒂补充道。
就像天气预报一样，生物预报也是一项艰巨的任务。天气预报本身被认为在超过三天左右的短期预测期之外就不可靠了。
“尽管如此，我们仍将气象数据作为生物模型的输入，因此不确定性进一步加剧，”庞蒂说道。“我们的模型所提供的，是战略性信息。”
预报可以指出何时采取行动，但无法解释为何会发生某些情况，也无法说明在气候变化背景下如何更有效地做好准备。
“这需要理解田间环境中的机制和动态，”庞蒂说。“关键在于： 如果橄榄果蝇是主要害虫，我们如何在经济和操作层面更好地管理它，特别是在气候变化的背景下——此时关于气候的假设已过时，相应的管理规则可能不再适用？”
另见：研究人员开发算法，利用气候数据预测收成潜力“我们在安达卢西亚的研究中清楚地证明了这一点，”他补充道。 “例如，在某些地区，低温时数已不足以诱导橄榄开花。而在较温暖的地区，由于气温接近或超过果蝇的耐热阈值，果蝇种群数量会保持在阈值以下。”
利用更精确的气候和植被信息，有助于政策制定者调整害虫防治策略。
安达卢西亚等地区的针对性干预措施和政策（例如，综合防治组织进行监测并开具治疗方案）依赖于对历史数据的分析。
“例如，监测工作通常在 5 月开始，但如果冬季较暖，那么提前开始可能会更有效，”Ponti 说道。
橄榄果蝇种群增长迅速，其生命周期与橄榄树紧密同步，只要橄榄果实和气候条件适宜，便能全年繁殖。这使其成为全球橄榄作物的重要害虫。
“如果不尽早监测和控制，情况很快就会失控，”庞蒂说。“因此，最好的方法可能是即使在‘平静’的季节——即冬末或早春——也要进行监测。鉴于未来的气候趋势，采取主动措施将至关重要。”
随着天气变得越来越难以预测，极端事件也日益频繁，甚至已不再是特例，农业机构在规划有效的保护服务方面面临着越来越大的挑战。
“这个建模工具能让你真实地了解田间的情况，这是通过田间观测在如此大的规模和如此长的周期内无法获得的，”庞蒂说道。
“在普利亚大区，得益于意大利合作伙伴Recube提供的云计算支持，我们以250米的分辨率，针对数十万个地点，在每日时间尺度上模拟了20年的橄榄树与果蝇的动态变化，” 他补充道。
“若通过实地观测获取同类数据，根本是不可能的。这种系统基本上能免费为你提供这种田间层面的洞察，”庞蒂继续说道。
由于气候对植物和昆虫的影响不同，它们之间的相互作用和平衡也会发生变化。
“这一点很重要。你可以模拟不同的管理方案，例如更早的干预，并评估其效益，”庞蒂说道。
“你不可能在整个普利亚大区进行为期十年的田间试验。但这个模型让你能在几分钟内虚拟地完成这一切，”他补充道。 “因此，虽然它不适用于短期预报——因为这需要极其详细的实时生物和气候数据——但它非常适合进行战略性描述和规划。”
美国宇航局（NASA）的“水”号（Aqua）和“陆”号（Terra）卫星即将退役。因此，研究人员已着手利用其他搭载类似传感器的卫星，例如欧洲气象卫星开发组织（Eumetsat）和欧洲航天局（ESA）发射的卫星。
该机构新一代“哨兵”卫星具有高空间分辨率，能够观测地表温度。
“但它们目前尚不具备每日时间分辨率，尽管未来‘哨兵’任务计划达到每日分辨率，”庞蒂说道。
“这意味着它们无法提供每日最高和最低温度，而这些数据对于昼夜节律——即调节地球生命的自然周期——至关重要，”他解释道。
卫星和其他来源的气候数据，结合基于生理学的人口统计模型信息，在未来几年可能至关重要，不仅对橄榄园如此，对研究人员已经研究的许多农作物也是如此。
该项目是在 TEBAKA 项目的框架内开展的，并基于 Med-Gold 项目开发的信息通信技术基础设施，这两个项目均由欧盟资助。
为了将这些数据用于制定战略，公共机构和区域组织必须采取行动。
“目前缺失的是研究和项目资源，这些资源既要支持所需的云计算，又要维护和扩展我们所用数据集的时间序列——该数据集涵盖了从 2003 年到 2023 年的约 20 年时间。这是一个漫长而宝贵的时期，”庞蒂说道。
“气候变化并非本世纪末才会发生的事情。它正在当下发生，”他总结道。 “对特定地区过去发生情况的统计分析虽是极好的工具，但已不再足够，因为气候正在迅速变化。”