Cómo los mapas satelitales ayudan a prevenir otro ‘gran robo de cereales’

Mediados de junio en Utah generalmente marca el final de la época más fértil del año para los cultivos. En un año típico, la nieve que se derritió en abril y mayo humedece el suelo, dando como resultado una explosión de flores y el crecimiento de los cultivos.

“Por lo general, en este momento tenemos un hermoso paisaje verde”, dijo el doctor Jon Meyer, climatólogo investigador del Centro Climático de Utah. “Es una de mis épocas favoritas del año porque tenemos verde durante seis semanas, y luego volvemos al marrón por el resto del año”.

Este año no fue así. La sequía se ha apoderado del oeste estadounidense y en Utah más del 92% del estado cumple con los criterios de “sequía extrema”, alimentada por lo que el doctor Meyer describió como “una combinación mortal de calor récord y sequía récord”.

En una presentación reciente sobre la sequía en el suroeste, Meyer mostró una colección de indicadores desalentadores: altas temperaturas, poca lluvia, baja humedad del suelo y, finalmente, mala salud de la cubierta vegetal.

Este último indicador se ha convertido en una medición importante para los científicos climáticos y meteorólogos que intentan comprender cómo el clima y la temperatura afectan la salud de la producción agrícola y, por extensión, la seguridad alimentaria, los precios de los alimentos y el mercado agrícola mundial.

Seguimiento de la salud de los cultivos

El Índice de Salud de la Vegetación (VHI, por sus siglas en inglés) fue creado a mediados de la década de 1990 por un científico investigador de la división de meteorología y climatología de la Oficina Nacional de Administración Oceánica y Atmosférica (NOAA, por sus siglas en inglés) llamado doctor Felix Kogan. En la última década, la cantidad de personas que usan este producto ha aumentado de unas 2.400 en 2010 a unas 69.000 en 2020, dijo Kogan.

Laura Haskell, de la División de Recursos Hídricos de Utah, coordina la recomendación oficial del estado de Utah al mapa del Monitor de Sequía de EE.UU., que muestra el estado de la sequía en cada región de Estados Unidos y juega un papel importante en la toma de decisiones relacionadas con reembolsos agrícolas y otras ayudas gubernamentales. Los datos del Índice de Salud de la Vegetación sustentan esa recomendación, indicó Haskel.

Y tiene un papel más importante que desempeñar en lo que Eric Luebehusen, meteorólogo del Departamento de Agricultura de EE.UU. (USDA, por sus siglas en inglés), llama “inteligencia de cultivos”. El USDA tiene un pequeño pero poderoso equipo de meteorólogos comprometidos en un gran esfuerzo para desarrollar estimaciones de la producción agrícola en más de 120 regiones de cultivo, que cubren 35 países. Hacen esto para los principales cultivos en hilera, como maíz, trigo, girasoles, soja, cebada, algodón y colza, y confían en el VHI para crear estas estimaciones de rendimiento.

Es más, la investigación que sustenta el VHI podría proteger el precio de nuestros comestibles. El saber cómo se desempeñan los cultivos en otros países sustenta las decisiones sobre la siembra, los precios de los alimentos y las exportaciones al mercado extranjero, explicó Mark Brusberg, jefe meteorólogo del USDA.

Por ejemplo, dijo Brusberg, quien monitorea los cultivos en Brasil, “si un área del hemisferio sur está experimentando sequía y habrá escasez de maíz, esto también podría afectar los precios en EE.UU. y los agricultores podrían decidir plantar más maíz aquí”.

Estas estimaciones se incluyen en un informe mensual, que pronostica la oferta y la demanda de los principales cultivos, llamado Estimaciones de la oferta y la demanda mundial de productos agrícolas.

“Los balances que mantiene el USDA y que rastrean la producción y el comercio no solo ayudan al mercado a establecer los precios”, dijo Brusberg, “sino que también ofrecen información valiosa a los productores estadounidenses para la toma de decisiones a nivel de granjas y ranchos”.

El gran robo de cereales

La necesidad de tener una inteligencia de cultivos se remonta a 1972. En julio de ese año, la Unión Soviética compró 15 millones de toneladas de trigo, maíz, soja y cebada a Estados Unidos a precios bajos subsidiados. Rusia sufría una sequía severa y necesitaba cereales extranjeros. Pero esta compra masiva, que tomó a Estados Unidos por sorpresa, agotó las existencias de grano del país y provocó que los precios del trigo se dispararan, lo que resultó en una crisis alimentaria interna.

Apodado más tarde como “el gran robo de cereales” por Henry M. Jackson, senador demócrata por el estado de Washington, el suceso destacó la necesidad de un monitoreo agrícola global y coincidió con un satélite que podría proporcionar precisamente eso: el Landsat 1 de la NASA.

Landsat 1 fue lanzado al espacio ese mismo mes, lo que permitió la primera vista de la sequía y las condiciones de los cultivos desde el espacio. Esta convergencia de sucesos llevó a la NASA a asociarse con el USDA y la NOAA para desarrollar, en 1974, el primer pronóstico de producción de cultivos por satélite: el Experimento de inventario de cultivos en grandes áreas (LACIE, por sus siglas en inglés).

El doctor Forrest Hall era científico de proyectos para LACIE en el Centro Espacial Johnson de la NASA y fue uno de los creadores de LACIE.

En los comienzos del Landsat 1, el equipo de Hall imprimía mapas satelitales del mundo en escala de grises, los pegaba como un mosaico en la pared de la sala de conferencias y los estudiaba, dibujando cuadrados para ubicar los campos de cultivo. Entrenaron algoritmos para distinguir entre las firmas radiométricas de cultivos individuales en los datos satelitales. Luego validaron los mapas ellos mismos, recorriendo campos de maíz, trigo y soja en Ohio e Indiana para ver si los cultivos realmente estaban creciendo como indicaban los modelos.

Un par de años después comenzó el programa LACIE, como un esfuerzo por proporcionar estimaciones globales de los rendimientos de los cultivos. Este fue considerado un proyecto de alta prioridad por el gobierno de EE.UU. y los datos eran considerados como muy sensibles. Cuando se sobreestimaba o subestimaba, esto se mostraba en los mercados.

“Informamos al presidente Ford sobre la cosecha de trigo de Rusia”, dijo Hall.

Hall agregó que era un momento emocionante y de mucho trabajo. “Pasamos muchas horas lejos de nuestras familias”.

El doctor Kogan también estaba bien preparado para la tarea de monitorear la vegetación desde el espacio. Había estado haciendo predicciones de cultivos en la Unión Soviética, empleando modelos de precipitación y temperatura. De hecho, en 1972 predijo correctamente que el rendimiento de granos estaría muy por debajo de la cantidad necesaria para satisfacer las necesidades de consumo. Se mudó a Estados Unidos porque quería hacer un trabajo similar, pero a nivel mundial, e incorporar datos satelitales.

A medida que pasaban los años y se lanzaban más satélites, la capacidad de realizar este tipo de monitoreo agrícola se volvió cada vez más importante y los productos para monitorear la salud de la vegetación se hicieron cada vez más avanzados.

Observación del crecimiento de los cultivos

Al igual que otros mapas de vegetación, el Índice de Salud de la Vegetación de Kogan utiliza una fórmula llamada Índice diferencial normalizado de vegetación (NDVI, por sus siglas en inglés). El NDVI se calcula midiendo la luz visible e infrarroja cercana que rebota en la vegetación. La clorofila de una planta absorbe la luz visible pero refleja la luz del infrarrojo cercano. Si la radiación reflejada es mayor en las longitudes de onda del infrarrojo cercano que en la visible, es probable que la vegetación en ese píxel en particular sea más verde y exuberante.

Pero el VHI es único porque combina el NDVI con la temperatura. La temperatura ofrece información sobre el calor extremo o las heladas que podrían dañar los cultivos. Debido a esto, el VHI y otros índices basados en satélites también permiten a los científicos monitorear las diferentes etapas de los cultivos a medida que crecen, lo que hace que las predicciones de rendimiento de los cultivos resultantes sean más precisas.

Los cultivos necesitan ciertas temperaturas ambientales para crecer. El trigo marzal o trigo de primavera, por ejemplo, necesita una temperatura promedio diaria de al menos 5 grados Celsius (41 grados Fahrenheit) para crecer, el maíz necesita al menos 10 grados Celsius (50 grados Fahrenheit) y el algodón no crecerá hasta que el promedio diario esté más cerca de 15,5 grados Celsius (60 grados Fahrenheit).

En 2017, Luebehusen descubrió que podía aplicar la fórmula del VHI a la etapa de cultivo en un área en particular para hacer un modelo del rendimiento: maíz en la etapa de sedación en Ucrania, por ejemplo. Esto fue algo revolucionario, dijo.

“Ahora, siempre que se sepa el momento aproximado en que se plantó el cultivo, se puede estimar con bastante precisión cuándo el cultivo entrará en las etapas clave de desarrollo donde el clima es más importante”, dijo Luebehusen.

Desde los comienzos del programa LACIE, estas estimaciones del rendimiento global surgieron de una importante asociación interinstitucional entre la NASA, la NOAA y el USDA. Esta asociación continúa con el producto VHI, ya que la NOAA y la NASA trabajan juntas para lanzar y construir el próximo satélite JPSS-2, que llevará el instrumento del Radiómetro de Imágenes en el Infrarrojo Visible (VIIRS, por sus siglas en inglés) y cuyo lanzamiento está programado para el año 2022.

“Si no tuviéramos los datos del VHI, tendríamos las manos atadas”, dijo Luebehusen. “Se ha convertido en una parte integral de nuestras operaciones”.

Por Jenny Marder, Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA

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