作为美国宇航局“收获非洲”项目的负责人，助理教授凯瑟琳·纳卡伦贝（Catherine Nakalembe）将实地情报与卫星的地球观测相结合，帮助预测农作物产量，并预测非洲农业将如何应对极端天气事件。
拍摄者： John T. Consoli
2014年，一个闷热的蓝天，阿瑟琳·纳卡伦贝（ATHERINE NAKALEMBE）站在乌干达东部的一条河流中央，从宽边帽下向外张望，打量着眼前的农田。作为一名地理科学助理教授和卫星遥感专家，她以前从太空看过这个领域。在大约350英里高的地方，卫星可以捕捉到构成非洲农业景观的棕色和绿色的拼凑挂毯。但是他们传回的图像无法告诉纳卡伦贝，她面前的作物是玉米还是小麦。
作为美国宇航局（NASA）的非洲项目负责人，美国宇航局（NASA）委托马里兰大学（University of Maryland）领导的国际财团“收获”（Harvest）项目负责人，这些细节对她的工作至关重要。在不知道作物类型的情况下，计算机模型无法监测它在温度飙升或预计的雨季中的表现，也无法盘点该地区正在生长的作物。因此，从2010年到2016年，每年7月和8月，纳卡伦贝都会走遍东非的小农场，每个农场通常不超过三英亩，以记录其田地。
“我走了这么多英里，我的状态非常好，”她说。“这很耗时，也很辛苦，但这正是我们所需要的。”
她说，纳卡伦贝自己的大部分轨道都是由命运的遭遇、人和时机塑造的：从她前往UMD的旅程到她回家对抗非洲粮食危机的道路。随着环绕地球的卫星堆积如山的数据，她知道她不能单枪匹马地教他们通过越野跋涉“看到”非洲农业。这需要另一个偶然事件——而且是真正的全球范围——才能真正推动她的团队找到解决方案。
“我生活中发生的很多事情都是偶然的，”她说。“但也许机会只是加起来。”
在此之前的两年，即2018年，两场飓风席卷了横跨沙特阿拉伯、也门和阿曼的贫瘠地带“空旷地带”的沙漠，唤醒了一代又一代的蝗虫繁殖和发动一场贪婪的运动。震耳欲聋的蜂群延伸到地平线，摧毁了东非六个国家的农作物和牧场，使本已粮食不安全的地区陷入危机。
几个世纪以来，蝗灾和其他极端事件，从洪水到干旱，都重创了非洲的农业，加剧了该国的高饥饿率，并加剧了经济和政治不稳定。但这种持续到 2022 年的空气传播瘟疫源于印度洋的不规则环流和温度模式，可能是由气候变化引起的。
随着全球变暖的持续，预计极端事件将会增加，这将带来深远的社会经济打击。根据咨询集团麦肯锡公司（McKinsey and Co.）的数据，农业是非洲最大的经济部门，每年超过1000亿美元，雇用了非洲大陆一半以上的工人。与此同时，近8亿非洲人（约占人口的60%）处于粮食不安全状态。2022年，在遭受干旱的东非，每36秒就有一人死亡。
Nakalembe的工作对于UMD推进使用遥感和人工智能（AI）来监测和保护全球粮食安全的努力至关重要。在非洲，她已经确立了自己作为开拓者的地位：在过去的14年里，她将自己的地理专业知识与要求苛刻的、通常是即兴的实地工作相结合，为政府提供工具，以了解什么在哪里生长，以及应对和阻止危机的能力，在这个大陆上，致命的粮食短缺经常发生，令人麻木。
“这项研究是为了在一些最糟糕的事件之前走出来，”自2010年以来一直与Nakalembe合作的地理科学名誉教授Christopher Justice说。“这是关于向需要的人提供快速、可操作的信息，以尽量减少对人口的影响。在这方面，凯瑟琳抓住了公牛的角。
二十年前 纳卡伦贝将卫星指向非洲，她对非洲多样化的生态环境很感兴趣，她每天在学校和乌干达首都坎帕拉郊外整洁的泥屋之间散步。与一位在坎帕拉马克雷雷大学工作的家庭朋友的一次偶然交谈，以及她在地理和数学方面的诀窍，帮助她在新的环境科学项目中获得了全额资助的名额。本科学位毕业后，她的姐姐鼓励她申请美国的研究生院。每周，她都会从家里跋涉四英里到当地美国大使馆的图书馆，去研究学校并参加模拟考试。
在家人、朋友、熟人和大学管理人员的帮助下，她在约翰霍普金斯大学攻读硕士学位，然后在马里兰州获得博士学位。在她第一学期的一次教师活动中，她遇到了 Justice;他刚刚在非洲启动了UMD的地球观测小组全球农业监测计划（GEOGLAM），该计划在NASA Harvest之前应用遥感来制定有关农业和全球粮食安全的政策。当时，纳卡伦贝的农业知识仅限于在父母家外种植玉米，但她的地理专业知识，加上对祖国的了解，是该计划所需的缺失部分。
在他们第一次谈话的三句话中，后来成为她的博士生导师的贾斯蒂斯问她，“你想怎么回乌干达？
2010年，Nakalembe开始在乌干达撰写论文，并在马里、埃塞俄比亚和肯尼亚等国开展GEOGLAM项目。在盖茨家庭基金会等组织的资助下，她与政府各部委合作开发农业风险分析和作物监测系统框架。然而，她很快了解到，在肯尼亚行得通的方法在坦桑尼亚可能行不通;除了田间种植的作物之外，政府结构也千差万别。
但与其说是重新发明轮子，不如说是重新排列辐条。随着 2018 年 NASA Harvest 的启动，Nakalembe 综合了她在该领域工作多年的所有工作和经验教训，开始开发公共和私人组织已经提供的工具、计算机模型和数据目录，这些工具、计算机模型和数据以不同的组合方式可以满足每个国家的特定需求。
纳卡伦贝与东非各部委合作，向他们提供从土地使用到降雨量等关键信息。他们第一次对非洲农业的健康状况有了前所未有的看法，但不是一个完整的画面。
让 NAKALEMBE 获得她需要的知名度的是让世界关闭的事件：COVID-19。由于无法出差或进行现场研究，她在实地工作多年所建立的广泛的实地人际网络——包括农民、实地代理人、人道主义团体和事工利益相关者——被证明是获得购买和分发 GoPro 摄像机的赠款的关键，任何愿意寄回他们拍摄的照片的非洲农民或外勤人员都可以免费获得。
这些安装在汽车和摩托车上的摄像机以每小时40英里左右的速度对景观进行扫描，可以快速生成农作物的照片并记录每个位置。这些图像被输入机器学习系统，将数据从“街道”转换为“卫星”，创建卫星就绪标签，使人工智能最终能够识别来自太空的农作物。
当她的团队在 2020 年 12 月进行第一次试验时，它能够在两周内覆盖肯尼亚西部 30-40% 的地区。到目前为止，它已经在整个非洲大陆生成了超过500万张图像，这些数据对于跟踪作物类型和生长条件，同时警告潜在的干旱、洪水和疾病。该团队现在正在努力完善产量预测。
“这种实时信息使各部委能够在危机成为危机之前尽早确定应对工作的优先次序，”东非政府间发展管理局的农业监测和预警专家肯尼思·姆旺吉（Kenneth Mwangi）说，他与纳卡伦贝合作了六年。“这就是我们真正从UMD，Catherine和NASA Harvest所做的一些工作中受益的方式。
问纳卡伦贝 成功是什么样子的，她回避了她在国际舞台上获得的认可，包括2022年她与一位共同获奖者分享的100万美元的Al-Sumait非洲发展奖和2020年的非洲粮食奖。相反，她会指出她最近在WhatsApp上读到的肯尼亚作物监测小组的对话。一篇新闻报道宣布，该部将向一个产量明显减少的地区运送化肥。
“这是为了让你知道，你所做的所有工作都会导致这些类型的决定，”一位部委官员的评论中写道。
纳卡伦贝说，让各国掌握自己的命运是扭转粮食危机的关键。她认为 Harvest 的作用是建立和支持这些系统，但政府有责任提供运行这些系统的人力，产生导致政策的沟通并进行跨境合作。
“这比任何遥感都更强大，”她说。“这是一粒种子，然后产生这种联系，并有一个地方可以展示，’这就是正在发生的事情’。
赠款帮助 Nakalembe 和她的团队收集了初始数据;但是，在多年内收集这些数据将帮助他们建立更好的模型，这将为非洲带来更好的结果。这将需要更多的钱。与此同时，她将从办公室将另一箱 GoPro 带回家——那里的箱子覆盖了每个表面——供她的双胞胎儿子组装。她将继续提供所需的东西。
“她利用自己的技能影响她的祖国这一事实特别有意义，但对她来说，我认为这带来了一些责任，”贾斯蒂斯说。“你必须找到想要有所作为的好人，凯瑟琳就是其中之一。
新闻旨在传播有益信息，英文版原文来自https://today.umd.edu/growing-resilience-from-the-ground-up