焦点人物 农业破局:大数据成为气候农业的“决策大脑”

农业破局:大数据成为气候农业的“决策大脑”

——访第十一届全国政协常委、原农业部农业环境与气候变化重点实验室主任、中国农科院农业环境与可持续发展研究所研究员林而达。

更新时间:2017-09-11 10:36:03    作者:孙珵    来源:大数据周刊    分享到:

导语:旧有的农业模式正在被气候智能型农业所颠覆,大数据酝酿着一场农业的巨大变革。

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有数据显示,预计到2050年,全球人口将超过96亿。这预示着,我们要在短短30多年内使全球粮食产量翻倍。担子不可谓不重。然而,全球气候变化已经对农作物产量造成了显著的负面影响,农业面临全新的挑战,这个传统行业急需注入新鲜血液。


踏着新时代创新的步伐,伴着物联网、云计算、大数据的快速发展,终于迎来了“农业物联网时代”,农业发展开始向着集约化、精准化、智能化、数据化迈进。大数据将彻底渗透进农业领域,一系列强大的大数据工具正在帮助农民降低成本、提高产量和应对气候变化导致的环境新挑战,帮助农业实现跨行业、跨专业、跨业务的发展。


那么,大数据是如何解开气候迷局,又将在农业领域扮演何种角色?基于此,《大数据周刊》采访了第十一届全国政协常委、原农业部农业环境与气候变化重点实验室主任、中国农科院农业环境与可持续发展研究所研究员林而达。


他长期从事重大环境问题的科学研究, 多次出国参加国际会议,既有应邀在各种学术会议上做报告,也有作为中国代表团成员参加气候公约谈判和审议批准IPCC的各种报告,更多的是与国外同行一起执笔起草、讨论修改气候变化科学报告;他为西藏草原的保护、建设、东北天然林与湿地的保护、西南石漠化防治、中原面源污染的防治、东南沿海土地资源的保护利用等建言献策,均取得良好效果。

 

颠覆:大数据是气候农业的“拓荒者”


《大数据周刊》:近年来,极端气候越来越频繁,严重影响着人们的生产和生活。在这种大气候背景下,农业发展面临严峻挑战。众所周知,气候资源是自然资源中影响农业生产的最重要的组成部分之一,它提供的光、热、水、空气等能量和物质,直接关乎农业的生产、种植以及农、林、牧产品的数量、质量和发展远景。随着大数据时代的来临和科技的进步,如何利用大数据技术深入分析气候对农业的影响,做到提前预防农业灾害?


林而达:气候变化对农业的影响是非常重要的研究课题,人们用了大量时间搜集了大量的数据,这些数据主要分为三类。一是气象本身的数据及气象台站的观察数据。气候在过去一百年内有哪些变化,这些观测较早,积累的数据体量较大。


二是影响的数据。是指气候变化对农业影响,对环境影响,对生态系统的影响等。对此有大量的研究,但相对来说,这部分影响的数据并不像气象数据那么标准、规范。国家组织成立的“政府间气候变化专门委员会”(IPCC)公布,最近一个世纪以来,对全球各洲如美洲、欧洲、亚洲、大洋洲和非洲等各地的气候影响适应和重要性相关的科学文献的数据大量增加,这些科学文献包含很多数据。从2001年到2010年,文献数据大量增加,亚洲的文献由2821篇增加到27472篇,北美洲的文献由11898篇增加到 63983篇。另外,英文的文献由12686篇增加到61485篇,中文文献也有大量增加,从6353篇增加到22008篇。这些都是过去十年增加的文献数据,最近五、六年增加的篇数也很多,但是相比来看,亚洲对这方面的研究还处于弱势,“IPCC”对于气候变化的识别与归因,研究的资料较以前有很大的改善,但是范围广、精度高、系列长的重要研究仍是比较缺乏。根据“IPCC”第二工作组最新的报告,大部分成果是采用大数据技术监测气候变化如何影响全球获得的,或者,是用气候监测系统对气候变化的响应的关键后果的模拟得到的。分析哪些影响是归因于气候变化的,大数据就起到非常大的重要作用。


三是对气候变化的对策。这方面的研究是最重要的。人们了解了气候变化过去的影响、现在的影响,还要知道未来应采取什么措施减少不利的极端事件影响以及长期气候变化的不利影响,这些数据未来会越来越多、越来越普遍、越来越规范,将对气候农业产生深远影响。

 

创新:大数据加速气候农业转型升级


《大数据周刊》:大数据正在推动农业全产业链的转型升级,为农业的发展提供了科学指导,也为转变农业发展方式提供了新路径、新方法,目前,大数据在气候农业中的成熟应用有哪些?


林而达:目前大数据在农业中的应用主要有两部分:一方面是帮助研究气候变化的影响。随着应对气候变化影响的数据增多和研究方法的改进,“政府间气候变化专门委员会”第一次实现了沿着因果链对气候变化影响的不同阶段进行监测和归因,比如应用在森林生态系统和农业生态系统等领域。从气候变化对林业的影响来看,往往通过病虫害、干旱、森林火灾等方面逐渐影响到整个生态体系中。对农业的影响同样是通过对病虫害、高温、低温等逐渐影响整个农作物及农业生态系统的生长。


另一方面是如何适应气候变化。包括三个方面的措施,第一,针对减少暴露度和配套性的措施,有预警系统、改善民生、基础措施建设等等的数据,但是这些数据还不够规范;第二,增量调整,比如新型农作物品种标准,相关建筑的标准、改善医疗服务等都发生变化,都要有大量的数据。第三,转型类的措施,如提高整体适应性和能力而涉及的整个政治经济和社会经济的转型,但这方面需要改进的地方更大、更多。


《大数据周刊》:全球气候变暖对粮食安全的影响也很大,比如对农作物种植结构的影响、生长及产量的影响、极端天气的影响、病虫害的影响等,大数据在应对全球气候变暖方面有哪些应用?面临什么困难?


林而达:在中国,有几千个气象观测台,全世界气象观测台的数量更多,每天有大量的气候数据提供到气候中心,利用这些数据可以做短期、中期、长期的天气预报或气候分析等等。基于大量的气候分析,还能够对未来社会发展提供所需的气候信息,甚至可以做出未来30~50年气候变化趋势判断等等,这些都是发展大数据的成绩。


但是,做到精准的预测和判断还面临一些困难。目前,气候数据特别是对未来气候预估的准确性有待提高,气象台站的分布有待完善,比如,某些地区海上气象台站就比较缺乏,收集的海上气象数据较少,难以全面认识气候变化,还需要进一步的数据来补充和完善。数据的准确性对研究全球气候变化非常重要,对此要有正确的认识。

 

瞭望:气候智能型农业渐成“气候”


《大数据周刊》:气候智能型农业是对之前众多农业发展理念的融合、创新和超越,且更强调智能技术的运用。联合国粮农组织对“气候智能型农业”的定义是:能够可持续地提高工作效率、增强适应性、减少温室气体排放,并可以更高目标地实现国家粮食生产和安全的农业生产和发展模式。


作为应对全球气候变化的新型农业发展模式,气候智能型农业旨在走高产、高效、低排放的农业之路。请谈一谈气候智能型农业的发展。


林而达:气候智能型农业是在应对气候变化过程中提出来的,本义是说要增加适应气候变化的能力,应对气候变化时不能只用长期的、平均的数据,要考虑到气候变化过程中未来可能产生的变化,不仅要考虑到气候的变化,气候平均值的变化,还要考虑到气候极端值的变化,因此提出气候智能型农业。


在短短十几年中,气候智能型农业得到全世界各个国家的重视,特别是得到发展中国家的重视。客观地讲,农业发展要考虑气候变化过程中几个方面的影响,包括已有影响和未来的影响。气候的变化是很复杂的,对农业的影响也是很复杂的,不是简单的年平均值、月平均值就能代表。在同样一个月平均温度的情况下,假如发生了高温天气,在不同的地点因高温天气发生的时间不同,变率不同,对农业的影响就不同。如果正好发生在水稻扬花期,那么对水稻的不利影响就特别大,如果发生在其他时期,影响就会相对小一些。


目前,由于计算技术的发展,大数据技术已经有了很大发展,但农业数据还需进一步完善、规划和要求。对气候变化影响的细节认识,现在已经做到日平均值,未来随着科学的发展认识还会更深入、再进一步,还需要深入研究,防患于未来,才能将气候变化对农业的影响降到最低。

 

深思:气候农业的发展仍有压力


《大数据周刊》:随着物联网、云计算、移动互联网等信息技术的飞速发展,农业数据未来可能呈爆发趋势,大数据在气候变化对农业的影响中,将发挥越来越重要的影响,对此,您有什么意见和建议?


林而达:大数据在气候变化对农业的影响方面,我们国家是非常重视的。前面讲到主要有三类大数据应用应对气候变化:一是气候变化的观测;二是气候变化的影响;三是气候变化的适应。相比第一类,气候变化的影响和气候变化的适应这两方面数据还需要进一步规范和完善,尤其规范定义。


此外,中国在气候变化对农业影响的科研领域,还需要追赶世界先进水平。中国文献量虽然增加不少,发表的重要文献以及在重要刊物发表的文献,被引用率相对来说还比较低。比如,在IPCC第5次工作报告中采用的18365篇文献中,引用中国科学家提供的文献只有625篇,我们还应该多研究如何应对全球气候变化及其影响,因为气候变化问题是全球性的问题。


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