11

References:Al Tarawneh, W.M., 2014. Urban sprawl on agricultural land (literature survey of causes, effects, relationship with land use planning and environment) a case study from Jordan (Shihan municipality areas). Journal of Environment and Earth Science, 4(20), pp.97-124.ASEAN Sustainable Agrifood Systems, 2014. RIICE - Remote Sensing-based Information and Insurance for Crops in Emerging Economies. [online] Available at: http://www.asean-agrifood.org/riice-remote-sensing-based-information-and-insurance-for-crops-in-emerging-economies/ [Accessed 4 February 2016].Burney, J. and Ramanathan, V., 2014. Recent climate and air pollution impacts on Indian agriculture. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 111(46), pp.16319-16324.Doorenbos, J., Kassam, A. H. and Bentvelsen, C.I.M., 1979. Yield response to water. Rome: FAO.IPCC, 2014. Climate Change 2014: Synthesis Report. [pdf] Geneva: IPCC. Available at: https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar5/syr/SYR_AR5_FINAL_full_wcover.pdf [Accessed 30 January].Kite, G.W. and Pietroniro, A., 1996. Remote sensing applications in hydrological modelling. Hydrological Sciences – Journal des Sciences Hydrologiques, 41(4), pp.563-591.Matuschke, I., 2009. Rapid urbanization and food security: using food density maps to identify future food security hotspots. In: International Association of Agricultural Economists (IAAE), 27th IAAE Conference: the new landscape of global agriculture. Beijing, China, 16-22 August, 2009. Milwaukee: IAAE.Mina, U., Singh, R. and Chakrabarti, B, 2013. Agricultural production and air quality: an emerging challenge. International Journal of Environmental Science: Development and Monitoring, 4(2), pp.80-85.UNISDR, 2015. The Human Cost of Weather Related Disasters 1995-2015. [pdf] Geneva: UNISDR. Available at: http://www.unisdr.org/2015/docs/climatechange/COP21_WeatherDisastersReport_2015_FINAL.pdf [Accessed 2 February 2016].United Nations, 2014. World urbanization prospects, the 2014 revision. [pdf] New York: UN. Available at: http://esa.un.org/unpd/wup/Publications/Files/WUP2014-Report.pdf [Accessed 27 January 2016].UN-Water, 2013. UN-Water Analytical Brief on Water Security and the Global Water Agenda, 2013. [pdf] Ontario: United Nations University. Available at: http://www.unwater.org/downloads/watersecurity_analyticalbrief.pdf [Accessed 3 February 2016].Usali, N. and Ismail, M.H., 2010. Use of remote sensing and GIS in monitoring water quality. Journal of Sustainable Development, 3(3), pp.228-238.World Health Organization. Trade, foreign policy, diplomacy and health. Food Security. [online] Available at: http://www.who.int/trade/glossary/story028/en/ [Accessed 8 February 2016].WWAP (United Nations World Water Assessment Programme), 2015. The United Nations World Water De-velopment Report 2015: Water for a Sustainable World. [pdf] Paris: UNESCO. Available at: http://unesdoc.unesco.org/images/0023/002318/231823E.pdf [Accessed 30 January 2016].

本文作者们对以下人员在撰写本文过程中给予的无私指导、支持与帮助表示诚挚的感谢。

John Connolly International Space University/NASAMichael Davis International Space University /University of South AustraliaRay Williamson International Space UniversityNoel Siemon International Space UniversityDavid Bruce University of South AustraliaCarol Carnett International Space UniversityBill Cowley University of South AustraliaJean-Jacques Favier International Space UniversityLesley Grady University of South AustraliaWalter Peeters International Space UniversityJoseph Pelton George Washington University Michael Simpson Secure World FoundationJosh Richards International Space UniversityRobert Hunt Perth Observatory Sarah Fitzjohn International Space UniversityShripathi Hadigal Qreatin TechnologiesMark Mackay KiwiSpace Foundation

本文作者们同时感谢为项目作出贡献和指导写作方向的人们。

2016年国际空间大学（ISU）南半球暑期班在澳大利亚阿德莱德南澳大学莫森湖校区举办。 尽管全程协助准备该报告，国际空间大学和南澳大学不对该报告内容的准确性负责。

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书，请联系：http://isulibrary.isunet.edu/

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acknowledgement is given to ISU and UniSA.

特别鸣谢

任务使命

“加强南方国家间国际合作，综合利用航天资源和传统地面资源，发展并强化粮食和水资源安全战略。”

“水安全是指人类群体能够持续获得足够、可靠水资源，维持生计、人类幸福和社会经济发展的保障能力”。 (UN-Water ,2013)

“粮食安全是指所有人，任何时间，都可以获取并且能够负担得起，日常所需的足够的、安全的以及有营养的粮食，过上积极健康的生活”（世界粮食峰会，1996）。但是全球八分之一的人口还达不到这个标准，缺乏足够的有营养的粮食。（FAO，2012）。

2

前言充足的粮食和淡水是生活的必需

品，两者均需有足量供应才能维持人的健康。但是，在这个世界上，并不是每个人都能得到这些基本的条件。原因多种多样，或是政策制定和执行不到位，或是基础设施薄弱，或是政治，或是经济等。

无论原因如何，有一点是明确的：我们需要行动起来。我们需要生产人们负担得起的、健康的粮食，并配给给大家。粮食的有效配给需要更好、更有效的全球农业资源管理，以及相关政策来执行。

同时，我们也需要确保获得充足的淡水资源，以满足人类正常生活和庄稼生长所需。因为水资源与粮食生产是紧密联系的，国际社会需要在人们生活用水与粮食生产用水之间做出平衡。航天技术有助于明确这些需求。

本报告中，“南方国家”一词指跨越北回归线及其以南国家，主要包括四个区域：非洲、亚洲、大洋洲和中南美洲，涉及世界上约三分之二的国家。

虽然这些地区在经济发展水平、气候和环境条件、政治、语言和文化等方面各不相同，但都面临三个威胁粮食和水安全的关键问题，即气候变化、人口增长和极端天气。

各国均需制定各自的资源管理计划，来应对粮食与水安全问题。理论上，这些政策措施应该包括创新性的技术解决方案。

本白皮书帮助决策者了解，面临上述挑战，在研究和执行加强局地和区域性粮食与水安全的跨领域战略时，天基信息的重要性。特别是，在粮食与水安全方面，结合地面技术资源，我们探讨了航天技术的应用，如遥感、气象、导航与通讯技术。

对于南方国家，当前在局地或区域性地面临为本国国民提供足够、安全、有营养的粮食这个挑战。虽然试图找出单一方案来解决所有国家面临的这个问题是不现实的，但综合运用各种现有资源，包括航天技术相关的，是有用的。

本白皮书以提高南方国家粮食和水安全能力为目的，提出建议，帮助决策者制定跨领域的战略解决方案，倡议加强国际协调和国际合作。

执行摘要

3

城市化和人口增长

全球城市人口比例目前为54%，到2050

年将达到66%(联合国，2014)。随着城市

人口增加，水资源需求随之增加，破坏

了自然水循环过程，降低了城市水资源

安全(WWAP, 2015)。

人口增长和工业化产生了大量的

污染物，如黑炭、一氧化氮、臭氧和二

氧化硫。这些物质已被证明将对农作物

产生广泛的有害影响，包括使农作物缺

乏日照以及使它们过度遭受毒害。研究

表明遭受空气污染的农作物的产量将明

显低于没有遭受污染的农作物(Mina et

al., 2013; Burney and Ramanathan,

2014)。

不断扩大的城市化过程减少了可耕种

土地面积 (Matuschke, 2009)。这种现

象在尼罗河三角洲地区尤其明显，最近

200年内城市化不断侵吞着可耕种土地

面积(Al Tarawneh, 2014)。城市化过

程威胁着南方国家的农业耕地，包括

中国、印度尼西亚、智利(Matuschke,

2009)。城市化过程进一步降低水资源

的可获取性和降低水资源对农业生产和

国内应用的质量而影响农业生产。

基于航天技术的解决方案，如遥感

系统能够为城市规划和管理提供低成本

的、有效的建议。例如遥感卫星系统能

够监测城市化对水资源可获得性和水资

源质量的影响。遥感技术已经用来监测

水体中的悬浮颗粒物，一类重要污染源

(Usali and Ismail, 2010)。结合卫星遥

感系统和地面敏感器网络，有可能实现

对空气和水污染事件的实时监测并及时

采取相应措施。

此外，对地观测系统在验证城市规

划的水文模型中发挥重要作用。通过减

少不透明表面的数量，有可能使城市化

对水资源循环的影响减到最低(Kite and

Pietroniro, 1996)。

执行摘要

图1：1985年1月9日、2010年1月30日由Landsat 5卫星拍摄的智利圣地亚哥市的人口增长情况。图像包含红外和可见光两个谱段，其中红色部分为植被覆盖地区，褐色部分为裸露或植被稀疏地区，暗银色为城市地区。图片源于NASA

图2: 国际空间站Epedition 30乘组拍摄的夜间上海的图片，上海人口从2000年的1640万增加到2010年的2300万，增长了28%。 图片源于NASA。

4

气候变化在过去150年中全球气温稳步升

高，到目前为止没有超过2摄氏度(IPCC,

2014)。科学家认为这种温升高产生了广

泛的影响，包括干旱、风暴、洪水和海

平面升高。所有这些影响统称为“气候

变化”，对农业生产，特别是农业用水

需求，形成了挑战。

随着气候变化，天气变得越来越

难预测，农民们对收成也越来越没有把

握。农作物歉收情况越来越频繁，总产

量趋于减少。为了适应各个季节气温升

高，受影响地区农民不得不调整传统种

植计划。

航天技术(如地球观测和通信卫星)

可用来远距离有效监测环境变化。为了

获取与传播观测数据，国际地球观测组

织(GEO)正在致力于建成一个全球综合

地球观测系统(GEOSS)，已经与80个国

家政府和52个国际组织建立了合作伙伴

关系，联合建设对地观测、信息共享和

信息处理系统，以提高地球监测能力。

通过GEO获得的数据可用于改进农业生

产和指导政策制定。

执行摘要

图3:“我们将无能为力，大堡礁会在大约20年内消失。一旦二氧化碳浓度达到2030年到2060年期间预估水平，所有珊瑚礁注定灭绝。这将是世界上第一个崩溃的全球生态系统。我的观点得到每一名珊瑚礁科学家、每一个研究组织的认同，我与每个人都交流过，这个危机十分严重，是事实。” Charlie Veron，澳大利亚海洋科学研究院前首席科学家。图片源于NASA。

图4:NASATerra卫星的先进星载热发射和反射辐射仪（ASTER）在2010年8月18日拍摄的高分辨率彩色图像。上图显示印度河Sukkur地区处于极高的热辐射水平，下图显示Sukkur地区2001年8月13日情况。图片源于NASA。

图5:这张航天员拍摄的照片的巴西Matto Grasso的Xinggu河沿岸烧毁森林、开垦耕地的图片。这张照片与2011年9月17日在国际空间站上拍摄。图片源于NASA。

5

洪水和干旱 水和干旱对粮食和水安全造成严重

威胁，对南方国家更是如此。洪水破坏

农业和粮食供应，污染水源；同时，摧

毁基础设施，进一步加剧了南方国家的

营养不良问题(UNISDR，2015)。洪水侵

蚀地表土壤，严重破坏可耕种土地。很

多南方国家在应对洪水问题方面显得力

量不足(UNISDR，2015)。

目前，依靠遥感卫星等航天技术，

人类可以监测洪水泛滥情况、水面高

度、土壤湿度以及作物生长情况。结合

地理信息系统(GIS)数据库，水文模型

可以监测潜在的洪水水位，提供三维地

图，预测哪里洪水会积聚，哪里洪水能

够排掉。卫星可以探测土壤水分含量，

既可以预测洪灾中的排水情况，也可以

预测旱灾时粮食生产情况(Doorenbos et

al., 1979)。航天多光谱遥感技术可以

进行近乎全球区域的农作物产量预测（

如可通过GEO全球农业监测(GEOGLAM)门

户网站实现）。这项技术对于实地测量

困难、费用高昂的地区尤其重要，可进

一步定位风险区域。

应建立信息及管理系统，用于处理

数据和及时响应。例如，RIICE(新兴经

济体农作物遥感信息与预防系统)就是

一个活跃在东南亚的项目，处理水稻遥

感数据，提供产量评估意见和自然灾害

造成的定量损失。(ASEAN SAS, 2014)

图7：2008年9月拍摄，左图显示澳大利亚首都堪培拉正遭受干旱。由Landsat 5 卫星在当月24日获得。右图在2010年10月19日拍摄。这两张自然光成像图片展示了降雨量不同造成的鲜明区别。图片源于NASA。

执行摘要

图6: 该系列图像由NASA Terra卫星的中等分辨率成像光谱仪（MODIS）拍摄，记录了咸海2014年（左图）相比2000年（右图）的变化情况。咸海曾经是世界第四大湖泊，但北部地区长期灌溉，将沙漠改用于种植棉花和其他作物，因此对咸海造成了巨大破坏。

6

相关建议总结

2016年，国际空间大学和南澳大利亚大

学联合举办了2016年南半球航天学习项

目，参加成员包括来自11个国家的专家、

老师和学生。针对任务使命，项目团队提

出如下建议：

建议一：国际数据共享合作

国际合作应关注实际空间获取的数

据交换和共享分析系统和分析技术。为我

们这个星球上的所有人提供足够的粮食和

水，我们必须共享我们集体的能力和工

具。这需要不同国家和民族之间应分享信

息、经验和其它信息资源。应充分利用航

天技术获取信息，例如对地观测卫星。应

在国际层面提高信息分享能力，提高农业

生产信息的及时性和准确性，政府和组织

应将数据直接提供给农户。

建议二：能力建设

对地观测数据应通过互联网免费使

用。但是，本可以从中受益的群体却通常

无法得到这些数据，或者没有办法分析解

读。我们建议南方国家政府扩大现有农业

教育项目范围，包括遥感信息应用和优势

方面的培训，让原始数据能够转换为有用

信息。对那些还没有开展农业教育项目的

国家，我们呼吁尽快启动。但仅有教育本

身是不够的，政府必须投资建设通信基础

设施，确保个体有获得对地观测数据的条

件。

建议三: 扩展

粮食和水安全议题涉及面广，关联因

素众多。我们建议制定跨领域政策，实施

跨领域项目，扩展对地观测体系，以整体

方式解决粮食和水安全的有关问题。

执行摘要

我们建议南方国家政府增加投资，加大

能力建设力度，支持对地观测和遥感方面

的教育和推广项目。这些项目的落实离不

开必备的通信基础设施以及相关软件、硬

件平台。同时，这些项目应制定可度量的

目标，以便于效果评估。

我们建议各国之间开放和及时地共享

地球观测数据、经验和其他有关信息资

源。这种有形的交换将有助于培育更广

泛的双边和多边合作，以提高粮食和水

安全。

扩展现有对地观测系统。在已有对

地观测系统的国家以及可以利用对地

观测系统显著改进生活质量的国家，

制定跨行业政策，实施专注于加强粮

食和水安全的项目。特别是像RIICE(

新兴经济体农作物遥感信息与预防系

统)和FEWS(饥饿早期预警系统)这些成

功项目，应进一步扩大其所覆盖的国

家数量。

2016年国际空间大学（ISU）南半球暑期班空间学习项目学员名单

Andrew Butler

Australia

Melissa Mirino

Italy

Cao Wenhai

China

Rashmi Nayar

India

Cristina Cerioni

Netherlands/Italy

Jessica Orr

Australia

Rowena Christiansen

Norway/Australia

Tristan Perkins

Australia

Bruce Clarke

United Kingdom

Matthew Richardson

Australia

Lydia Drabsch

Australia

Shi Yong

China

Fang Haijian

China

Jackie Slaviero

Australia

Bradley Farquhar

Canada

Lisa Stojanovski

Australia

Gustavo Fonseca Naranjo

Costa Rica

Wang Hui

China

Dominic Hardy

Australia

Wang Linjie

China

Hong Xin

China

Wu Yuan

China

Ishraj Inderjeet

Mauritius

Yang Hongwei

China

King Kumire

Zimbabwe

Zhang Kouli

China

Lu Shan

China

Zhao Shoujun

China

Conor MacDonald

Australia

Zou Jiangbo

China

Mei Qiang

China

2016年国际空间大学（ISU）南半球暑期班空间学习项目

在澳大利亚阿德莱德南澳大学莫森湖校区举办

执行摘要和本白皮书详见国际大学网站中找到www.shssp.education/2016

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