Stanford-forskare har utvecklat ett nytt sätt att uppskatta skördar från rymden, med högupplösta foton tagna av en ny våg av kompakta satelliter.

Tillvägagångssättet, detaljerad i 13 februari numret av tidskriften av Förfaranden från National Academy of Sciences , skulle kunna användas för att uppskatta jordbrukets produktivitet och testa interventionsstrategier i fattiga regioner i världen där data för närvarande är extremt knappa.

"Att förbättra jordbruksproduktiviteten kommer att bli ett av de viktigaste sätten att minska hungern och förbättra försörjningen i fattiga delar av världen, " sa studie-medförfattare Marshall Burke, en biträdande professor vid avdelningen för Earth System Science vid Stanford's School of Earth, Energi- och miljövetenskap. "Men för att förbättra jordbrukets produktivitet, vi måste först mäta det, och tyvärr görs detta inte på de flesta gårdar runt om i världen."

Jordobservationssatelliter har funnits i över tre decennier, men de flesta bilderna som de fångar har inte varit tillräckligt högupplösta för att visualisera de mycket små jordbruksfält som är typiska i utvecklingsländer. Nyligen, dock, satelliter har krympt i både storlek och kostnad samtidigt som de har förbättrats i upplösning, och idag finns det flera företag som tävlar om att skjuta upp satelliter i storleken kylskåp och skokartonger ut i rymden som tar högupplösta bilder av jorden.

"Du kan få många av dem där uppe, alla fångar mycket små delar av landytan med mycket hög upplösning, " sa studie-medförfattare David Lobell, en docent vid institutionen för geosystemvetenskap. "Varje satellit ger dig inte särskilt mycket information, men konstellationen av dem betyder faktiskt att du täcker större delen av världen med mycket hög upplösning och till mycket låg kostnad. Det är något vi aldrig riktigt hade ens för några år sedan."

I den nya studien, Burke och Lobell gav sig i kast med att testa om bilderna från denna nya våg av satelliter är tillräckligt bra för att uppskatta skörden på ett tillförlitligt sätt. Paret fokuserade på ett område i västra Kenya där det finns många småbrukare som odlar majs, eller majs, på små, halva tunnland eller en tunnland tomter. "Det här var ett område där det redan fanns mycket fältarbete, " Sa Lobell. "Det var en idealisk plats att testa vårt tillvägagångssätt."

Forskarna jämförde två olika metoder för att uppskatta jordbrukets produktivitetsavkastning med hjälp av satellitbilder. Det första tillvägagångssättet involverade "marksanning, " eller utföra markundersökningar för att kontrollera noggrannheten hos avkastningsuppskattningar som beräknats med hjälp av satellitdata, som skänkts av företaget Terra Bella. För denna del av studien, Burke och hans fältteam tillbringade veckor med att genomföra hus-till-hus-undersökningar med sin personal, prata med lantbrukare och samla information om enskilda gårdar.

"Vi får mycket bra data, men det är otroligt tidskrävande och ganska dyrt, vilket betyder att vi bara kan undersöka högst tusen eller så bönder under en kampanj, " sa Burke. "Om du vill skala upp vår verksamhet, du vill inte behöva komma ihåg markundersökningsdata överallt i världen."

Av denna anledning, teamet testade också en alternativ "okalibrerad" metod som inte var beroende av markundersökningsdata för att göra förutsägelser. Istället, den använder en datormodell av hur grödor växer, tillsammans med information om lokala väderförhållanden, för att hjälpa till att tolka satellitbilder och förutsäga avkastning.

"Bara att kombinera bilderna med datorbaserade beskärningsmodeller gör det möjligt för oss att göra förvånansvärt exakta förutsägelser, bara baserat på bilderna enbart, av faktisk produktivitet på fältet, sa Burke.

Forskarna har planer på att skala upp sitt projekt och testa sitt tillvägagångssätt över mer av Afrika. "Vår strävan är att göra exakta säsongsbetonade förutsägelser om jordbrukets produktivitet för varje hörn av Afrika söder om Sahara, "Burke sa." Vår förhoppning är att detta tillvägagångssätt som vi har utvecklat med hjälp av satelliter kan möjliggöra ett stort steg i vår förmåga att förstå och förbättra jordbruksproduktiviteten i fattiga delar av världen. "

Lobell är också biträdande direktör för Stanfords Center on Food Security and the Environment och Senior Fellow vid Stanford Woods Institute for the Environment.