干旱是一個(gè)古老的敵人，它導(dǎo)致作物歉收和饑荒，甚至使帝國(guó)覆滅(https://eos.org/articles/megadrought-helped-topple-the-assyrian-empire)。但衛(wèi)星和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)正在改寫這個(gè)故事，給人類帶來(lái)希望：將這個(gè)持續(xù)了幾個(gè)世紀(jì)的災(zāi)禍轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)可控的挑戰(zhàn)。

　　IEEE會(huì)員Euclides Chuma稱：“植物對(duì)人類廣泛的需求至關(guān)重要，包括食物、制衣用的纖維、動(dòng)物飼料，甚至能源。氣候變化正在威脅這些需求。”

　　Chuma還補(bǔ)充道：“植物對(duì)人類可持續(xù)的生活方式至關(guān)重要。因此，干旱監(jiān)測(cè)至關(guān)重要，這樣人類就能了解氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)的影響，并有時(shí)間采取行動(dòng)減輕干旱影響。”

　　從太空監(jiān)測(cè)干旱

　　衛(wèi)星可通過(guò)兩種主要方式用于監(jiān)測(cè)干旱。首先，它們可以用特殊的攝像頭提供高質(zhì)量的圖像。

　　IEEE高級(jí)會(huì)員Shawn Chandler說(shuō)：“衛(wèi)星測(cè)量電磁頻譜的不同波長(zhǎng)以分析地面狀況和大氣天氣。衛(wèi)星通過(guò)評(píng)估諸如紅外線、微波和可見光等不同波長(zhǎng)能量的吸收和發(fā)射來(lái)發(fā)揮作用。”

　　Chandler解釋說(shuō)，利用可見光感應(yīng)技術(shù)，衛(wèi)星能夠監(jiān)測(cè)湖泊和河流的水位，并確定大片陸地區(qū)域的植被覆蓋量，以此作為干旱的指標(biāo)。衛(wèi)星還能監(jiān)測(cè)降水量、溫度，并有助于評(píng)估短期天氣模式，這有助于了解土壤濕度水平。使用微波感應(yīng)技術(shù)的衛(wèi)星能夠通過(guò)水的散射效應(yīng)觀測(cè)土壤濕度，并且基于已知的作物類型，有助于確定作物健康方面的異常情況和威脅。

　　低軌道衛(wèi)星的新興用途為干旱監(jiān)測(cè)提供了第二種途徑，因?yàn)樗鼈優(yōu)槠h(yuǎn)地區(qū)提供互聯(lián)網(wǎng)連接。農(nóng)田的全球連接使農(nóng)民能夠使用智能傳感器將土壤和植物狀況的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心，在那里高性能計(jì)算機(jī)可以處理這些信息。衛(wèi)星圖像和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備的整合為干旱管理提供了一種全面的方法。

　　農(nóng)場(chǎng)中這種聯(lián)網(wǎng)智能傳感器的整合通常被稱為精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)，其目的是為植物找到一個(gè)“適宜區(qū)”——既不會(huì)因水分過(guò)多而蒸發(fā)浪費(fèi)，也不會(huì)因水分過(guò)少而影響植物生長(zhǎng)。

　　Chuma說(shuō)：“無(wú)處不在的互聯(lián)網(wǎng)連接和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將提供大量精準(zhǔn)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可與人工智能算法結(jié)合使用，從而比現(xiàn)在更有效地識(shí)別農(nóng)場(chǎng)中的干旱情況。”

　　展望未來(lái)：利用蜂窩基礎(chǔ)設(shè)施監(jiān)測(cè)干旱

　　利用衛(wèi)星監(jiān)測(cè)干旱的一個(gè)原因是，地球上沒(méi)有足夠多地方安裝足夠的傳感器來(lái)充分完成這項(xiàng)工作。然而，近年來(lái)，人們對(duì)使用原本并非用于監(jiān)測(cè)天氣的系統(tǒng)或技術(shù)的數(shù)據(jù)的興趣日益濃厚。

　　這種做法被稱為機(jī)會(huì)性傳感。一種已經(jīng)受到關(guān)注的方法是依靠手機(jī)信號(hào)塔的數(shù)據(jù)來(lái)監(jiān)測(cè)降雨——或者降雨的缺乏。這個(gè)想法基于這樣一個(gè)事實(shí)：蜂窩技術(shù)已經(jīng)無(wú)處不在。哪里有人，哪里就有蜂窩信號(hào)塔。2006年，IEEE終身會(huì)士Hagit Messer和一組研究人員意識(shí)到，蜂窩信號(hào)塔中的信號(hào)會(huì)隨著不同的天氣模式而變化，這些數(shù)據(jù)可用于環(huán)境監(jiān)測(cè)。Messer因其這項(xiàng)研究獲得了2024年IEEE環(huán)境與安全技術(shù)獎(jiǎng)?wù)拢髞?lái)他還表明該系統(tǒng)也可用于早期洪水預(yù)警(https://corporate-awards.ieee.org/recipient/hagit-messer-yaron/)。