新工具利用卫星数据对抗橄榄果蝇

在最近于意大利弗拉斯卡蒂欧洲航天局举行的一次会议上，研究人员 展示 一种可以帮助打击和预防的工具 橄榄果蝇 面对感染 气候变化.

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。

“我们应该将这个项目视为对正在进行的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研究员 Luigi Ponti 告诉 Olive Oil Times.

该项目的一个重要数据来源是使用安装在两颗 NASA 卫星 Terra 和 Aqua 上的中分辨率成像光谱仪 (MODIS) 传感器进行的卫星观测。

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地表温度数据。

“他们从太空测量了地表温度，具有每日时间分辨率，同时由于它们的飞越时间，还捕捉到了大约的每日最高和最低温度，”庞蒂说。 

该项目的德国合作公司 Mundialis 的创始人 Markus Neteler 之前的研究设计了一种从卫星观测中提取温度数据的方法。

此外，还开发了一种基于统计和空间信息的方法来填补云层覆盖造成的空白，因为 MODIS 传感器无法透过云层观察。

庞蒂和他的同事提出的研究旨在将这个广泛的数据集与 MODIS 衍生的植被指数（称为归一化差异植被指数 (NDVI)）联系起来。

MODIS NDVI 测量地球表面的绿色植被数量，提供全年土地覆盖的信息。这些信息可用于增强 MODIS 卫星获取的温度数据。

该方法的有效性建立在以色列科学家团队早期的研究基础之上，他们开发了一种使用 NDVI 数据校准 MODIS 得出的陆地表面温度的方法。

“他们在橄榄树冠层内安装了温度计，发现使用 MODIS NDVI 进行校正后，MODIS 卫星测得的温度比最近的气象站更能准确估算树冠温度，”庞蒂说。

通过这些数据，我们能够估算植物和橄榄果蝇所经历的温度。

“如果我们想要真正的农业影响，我们需要观察每天发生的事情，因为这就是植物和相互作用的生物体的运作方式，”庞蒂指出。

对农业生态系统高度精确信息的需求促使我们与非营利性科学联盟 CASAS Global 合作开发了基于生理的橄榄农业生态系统人口模型。

该模型的输出是橄榄树和橄榄果蝇生命周期的详细而真实的生物学表示，包括它们之间的相互作用。

这种建模方法将自上而下的方法（使用卫星数据）与自下而上的方法（生物机制）相结合，克服了两者的局限性，为农业管理的战略分析提供了强有力的工具。

卫星观测、生物建模和开源地理信息工具的结合，使研究人员能够以前所未有的时间（每日）和空间（250 米）分辨率来可视化和分析动态。

““对于植物来说，[该模型]模拟了叶片群体、枝条群体和根群体。使用相同的基础模型，它可以模拟植物器官或昆虫各个阶段的诞生、生长、衰老和死亡，”庞蒂说。

“因此，我们使用相同的模型来描述橄榄 - 橄榄果蝇系统中的昆虫和植物，”他补充道。

对于植物来说，主要资源是太阳辐射的能量，以及土壤中的养分和水分。对于苍蝇来说，资源是它赖以生存的植物：它能找到多少颗橄榄来产卵。苍蝇的生命速率（生长、繁殖）取决于橄榄的供应量。

“这使得模型具有一定程度的生物真实感，因为它们受到生物体面临的现实世界资源限制的制约，”庞蒂说。

“如果苍蝇找不到橄榄，它就会进入生殖休眠期，就像自然界一样。所以，它不是一个 ““它不能准确预测虫害发生，但它可以告诉你，在某些条件下，环境适合虫害发生，”他解释道。

“你不能说 “苍蝇明天就会到，但你可以说 “该地区目前的条件适合苍蝇的生长，”庞蒂补充道。

就像天气预报一样，生物预报也具有挑战性。天气预报本身被认为在三天左右的短时间内不可靠。

“不过，我们使用天气数据作为生物模型的输入，因此不确定性会增加，”庞蒂说。 “我们的模型添加的是战略信息。” 

预测可以指示何时采取行动，但无法告诉您某件事发生的原因或如何在不断变化的气候中更有效地做好准备。

“这需要了解该领域的机制和动态，”庞蒂说。 “这就是重点：如果橄榄蝇是一种主要害虫，我们如何才能在经济和运营上更好地管理它，特别是在气候变化的情况下，关于气候的假设已经过时，随之而来的管理规则可能不再适用？” 

“我们在安达卢西亚的工作中清楚地展示了这一点，”他补充道。 “例如，在某些地区， 冷却时间不足 诱导橄榄开花的作用已经减弱。在较温暖的地区，由于高温接近或超过了苍蝇的热耐受能力，苍蝇的数量会保持在阈值以下。 

使用更精确的气候和植物信息可以帮助政策制定者重塑害虫控制策略。

特定地区的干预措施和政策，例如安达卢西亚的干预措施和政策，依赖于分析过去的数据，在那里综合控制组织负责监测和规定治疗方法。

“例如，监测通常可能在五月开始，但如果冬天比较暖和，那么早点开始可能会更有用，”庞蒂说。

橄榄果蝇种群增长迅速，与橄榄树的生命周期高度同步，只要橄榄果实成熟且气候适宜，便可全年繁殖。这使得它成为全球橄榄作物的重要害虫。

“如果不及早监测和控制，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，无论是冬末还是初春。鉴于未来的气候趋势，积极主动至关重要。”

随着天气变得越来越难以预测， 极端事件 变得越来越普遍，以至于它们不再是例外，农业机构发现规划有效的保护服务变得越来越具有挑战性。

“这种建模工具可以让你真实地了解现场发生的情况，这是通过这种规模、这种持续时间的实地观察永远无法获得的，”庞蒂说。

“在普利亚大区，我们以 20 米的分辨率在每日时间尺度上模拟了数十万个地点的橄榄树和苍蝇 250 年的动态，这要归功于意大利合作伙伴 Recube 提供的云计算，”他补充道。

““从实地观察中获取相同类型的数据根本不可能。这种系统几乎免费地为你提供实地层面的洞察，”庞蒂继续说道。

由于气候对植物和昆虫的影响不同，它们的相互作用和平衡也会发生变化。

““了解这一点很重要。你可以模拟不同的管理方案，比如早期干预，并评估其益处，”庞蒂说。

““你不可能在整个普利亚地区进行长达十年的实地试验。但这个模型可以让你在几分钟内几乎完成。”他补充道。 “因此，虽然它不适用于短期预测，因为这需要非常详细的实时生物和气候数据，但它非常适合战略性地描述和规划。”

美国宇航局的Aqua和Terra卫星即将退役。因此，研究人员已经开始研究利用其他搭载类似传感器的卫星，例如欧洲气象卫星组织（Eumetsat）和欧洲航天局发射的卫星。

该机构的新一代哨兵卫星具有很高的空间分辨率，可以观测地表温度。

“但它们目前还没有每日时间分辨率，尽管计划在未来的哨兵任务中达到每日分辨率，”庞蒂说。

“这意味着它们无法提供每日最高和最低温度，而这对于昼夜节律（调节地球生命的自然循环）至关重要，”他解释道。

卫星数据和其他气候数据，结合基于生理的人口模型情报，在未来几年可能至关重要，不仅对橄榄树，而且对研究人员已经研究过的许多作物也是如此。

该项目是在TEBAKA项目框架内开展的，并以Med-Gold项目开发的ICT基础设施为基础，这两个项目均由欧盟资助。

为了利用这些数据来指导战略，公共机构和区域组织必须采取行动。

““缺少的是支持所需云计算的研究和项目资源，同时维护和扩展我们使用的数据集的时间序列，该序列涵盖约 20 年，从 2003 年到 2023 年。这是一个漫长而宝贵的时期，”庞蒂说。

““气候变化不是本世纪末才会发生的事情。而是现在正在发生的事情。”他总结道。 “对特定区域过去发生的事情进行统计分析是一个很好的工具，但这已经不够了，因为气候正在迅速变化。”