Handbook of Agrometeorology in Livestock, Poultry and Inland Fisheries sector

74 Pages·2017·1.76 MB·English

Handbook of Agrometeorology 

in Livestock, Poultry and Inland Fisheries sector 

World Meteorological Organization 

Geneva, Switzerland, 2017
Authors 

De Ruyver, Roberto1; Davison, Tom2; McGrath, Guy3; Sinachikupo, Kenneth4 
and Chattopadhyay, Chirantan5  

1 Climate and Water Institute – National Institute of Agricultural Technology – Argentina  
2 Meat & Livestock Australia  ‐ Australia 
3 Centre for Veterinary Epidemiology and Risk Analysis – University College Dublin ‐ Ireland 
4 Zambia Meteorological Department ‐ Zambia 
5 Uttar Banga Krishi Viswavidyalaya, Pundibari, Coochbehar 736165 (WB) ‐ India
Table of contents 

1.  INTRODUCTION ............................................................................................................................... 5 

2.  REVIEW OF CURRENT OPERATIONAL AGRICULTURAL METEOROLOGICAL SERVICES .................. 9 
2.1  Livestock, poultry and inland fisheries sector ............................................................................. 9 
2.1.1  Region I: Africa .................................................................................................................. 10 
2.1.2  Region II: Asia .................................................................................................................... 11 
2.1.3  Region III: South America .................................................................................................. 12 
2.1.4  Region IV: North America, Central America and the Caribbean ....................................... 13 
2.1.5  Region V: Oceania ............................................................................................................. 13 
2.1.5.1  General – Daily Forecasts and Warnings ....................................................................... 14 
2.1.5.2  National Public Weather and Warning Service ............................................................. 14 
2.1.5.3  National Agricultural Service ......................................................................................... 16 
2.1.5.4  Climate Information Service .......................................................................................... 17 
2.1.5.5  Water Information Service ............................................................................................ 20 
2.1.6  Region VI: Europe .............................................................................................................. 23 
2.1.6.1  Livestock ........................................................................................................................ 25 
2.1.6.2  Poultry ........................................................................................................................... 25 
2.1.6.3  Inland coastal and marine fisheries ............................................................................... 25 
2.2  Early warning systems for pests for animals. Risk analysis. Health support decision system .. 26 
2.3  Develop a list of requirements for operational agricultural meteorological services for the 
livestock and inland fisheries sector. .................................................................................................... 27 
2.4  Recommendations, improvements and innovations (Animal disease notification systems) ... 27 

3.  GLOBAL DESCRIPTION OF LIVESTOCK, POULTRY AND INLAND FISHERIES ................................. 30 
3.1  Livestock .................................................................................................................................... 30 
3.2  Poultry ....................................................................................................................................... 33 
3.3  Inland Fisheries .......................................................................................................................... 34 
3.3.1  Aquaculture ....................................................................................................................... 36 

4.  PESTS (including DISEASES) OF LIVESTOCK, POULTRY AND FISHERIES ....................................... 39 
4.1  General aspects ..................................................................................................................... 39
5.  METEOROLOCIAL HAZARDS AND AGROMETEOROLOGICAL FACTORS AFFECTING LIVESTOCK, 
POULTRY AND FISHERIES. ..................................................................................................................... 43 
5.1  General aspects ......................................................................................................................... 43 
5.2  Droughts .................................................................................................................................... 43 
5.3  Wild Fires ................................................................................................................................... 44 
5.4  Thermal stress ........................................................................................................................... 44 
5.5  Floods ........................................................................................................................................ 45 
5.6  Other meteorological hazards ................................................................................................... 46 

6.  AGROMETEOROLOGICAL PRODUCTS, SERVICES, EARLY WARNINGS SYSTEMS AND INDICES TO 
BE DEVELOPED. ..................................................................................................................................... 48 
6.1  CASE STUDY 1 ............................................................................................................................ 48 
THE COST OF HOT COWS AND THE ROLE OF FORECASTING ............................................................. 48 
6.2  CASE STUDY 2 ............................................................................................................................ 52 
FOOD AND MOUTH DISEASE (FMD) .................................................................................................. 52 
6.3  CASE STUDY 3 ............................................................................................................................ 54 
LIVESTOCK, CLIMATE VARIABILITY AND LEPTOSPIROSIS ................................................................... 54 
6.4  CASE STUDY 4 ............................................................................................................................ 65 
INLAND FISHERIES CASE STUDY ......................................................................................................... 65 
6.5  CASE STUDY 5 ............................................................................................................................ 67 
PASTORALIST AND PASTORALISM IN AFRICA .................................................................................... 67 

7.  CONCLUSIONS ............................................................................................................................... 74
1. INTRODUCTION 

Many different aspects are involved within agricultural meteorology, but all of them 
can  be  resumed  in  only  one  objective:  providing  agrometeorological  services  and 
information to farmers and other decision makers in agricultural production. This definition 
of agrometeorological services was given by Stigter in 2007.  

The world population follows an increasing tendency. According to United Nations 
(2015) population of the world reached 7.35 billons in 2015 and the projections suggest the 
population reaching most probably 8.5 billion in 2030 and to increase further to 9.7 billion in 
2050 and 11.2 billion in 2100. When world population growth is analyzed by regions, higher 
increase is expected to be witnessed in developing countries during next decades. 

  A wide variety of challenges wait for people in relation to many factors which could 
affect them during next coming years and decades. The list of factors could be divided in to 
two groups. The first group includes variables with more certainties to happen than variables 
in the second one. In the first group the variables are the world population growths, the 
problems  with  drinking  water  access  and  the  necessity  of  increased  food  production. 
Nobody can reject the growing tendency in these three variables and the answers must be 
found by the global community to assure a suitable life for everyone in the world. On the 
other  hand,  climatic  and  economic  variables  are  included  in  the  second  group.  Their 
behaviors  are  more  unpredictable  than  the  variables  cited  in  the  first  group.  Many 
researches show a tendency to a climate change mainly based on climatic models based on 
the assumption of a sustained increase in some greenhouse gases. These models forget to 
consider many variables from the system and the uncountable interactions among them that 
happen in the integrated atmosphere‐ocean‐soil system. In this sense, the tendency of the 
variables in the two groups, if there is one, is more certainly to happen in the first one than 
in the second. The uncertainty about climate change was precisely expressed by Rust and 
Rust (2013) about climate change uncertainty itself and its timeframes. 

In  this  scenario,  global  demand  of  livestock  products  will  continue  to  increase 
significantly during this century (Thornton et. al., 2009). According to these authors, in the 
complexity  of  livestock  systems  combined  most  of  the  time  with  crops  in  developing 
countries, a mix of technological, policy and institutional innovations will be required. They 
mentioned that in technology side a combination of factors will be considered like feed, 
nutrition, genetics, breeding, health and environmental management options. In spite of this 
unspecific comment about environment they didn´t make any particular mention to weather 
forecast and the development of tools from agrometeorological sector. From this point of 
view,  it  could  be  hypothesized  that  more  expectations  are  awaited  from  veterinary  or 
biology  sciences  than  meteorological  sciences.  Before  considering  this  aspect  like  a 
disadvantage it should be taken as a big opportunity for both a challenge to improve our 
knowledge of the atmosphere and to be creative to develop and offer new products to help 
communities to find more ways for resilience or adaptation processes. Although the answers 
from agrometeorological sector should be reached in a faster way for the most vulnerable 
communities  in  developing  countries  scientific  meteorological  community  must  offer 
solutions upon a world vision. Thornton et. al. (2009) remarked the importance of climate
change and climate variability for the next decades and the limited knowledge between the 
interactions of climate and other drivers of change in agricultural systems. They listed the 
impacts of climate change on livestock under seven categories: feeds, quantity and quality; 
heat  stress;  water;  livestock  diseases  and  disease  vectors;  biodiversity  systems  and 
livelihoods; and indirect impacts.     

  During recent decades a variety of answers were given by Agrometeorology science 
to  solve  problems  related  to  agriculture  and  livestock  productions  in  different regions. 
According  to  Stigter  (2011)  agrometeorological  services  are  integrated  by  four  support 
systems namely data, research, education/training/extension and policies. The experience 
showed that these support systems must be frequently oriented on mitigating impacts of 
disasters. Stigter (2011) showed some examples in agrometeorological services related to 
date of harvest schedule based on weather data and crops/varieties, shade of the trees to 
avoid  surface  drying,  covered  surface  to  prevent  soil  to  be  blown  away  by  winds  and 
evaporation losses from the surface in arid regions, among others. He distinguished two 
ways of operating Agrometeorological Services. On one hand they are related to National 
Meteorological  Services  that  collect  and  generate  agrometeorological  information  and 
services through applied scientists. On the other hand they may also be generated by 
agricultural research institutes, universities which should be focused as close to the farmers 
as possible. In any case, the challenge for agrometeorologists is to obtain skills effectively 
developed  and  integrated  in  operational  agricultural  meteorology  to  make  agricultural 
production systems more reliable and efficient (Motha et al., 2006).         

  It  is  not  so  difficult  to  discover  by  literature  that  there  are  few  public 
agrometeorological services in developed countries except for some aspects related to large 
scale water management (Stigter, 2011). The scarcity is still greater when a review is done to 
find  products  in  livestock,  poultry  and  inland  fisheries  from  public  agrometeorological 
services.   

  It is important to remember a recommendation that was given by Stigter (2011) at 
farm level. Many times there is a huge gap between a scientific research and its application 
in the real world. This means that so many products are unused. International organizations, 
countries  and  scientific  communities  work  hard  and  invest  too  much  resource  to  find 
answers to the field. However the process fails because a poor quality data is obtained, the 
advisories come with not enough time to react or communication channels are not correctly 
understood by farmers.       

  Fisheries  are  influenced  by  weather  conditions  through  solar  radiation  and  air 
temperature. Meteorological variables are important because they have consequences on 
fishermen  in  its  task  of  capture  both  in  his  own  safety  conditions  and  the  favorable 
environment to catch fish. Through the time aquaculture was increasing its relevance in 
fisheries. In 2004, 38.1% of total fisheries production were obtained from aquaculture while 
in the same year inland fisheries reached 10% (8.7 million t) with respect to commercial 
catch of fisheries products from the oceans (WMO, 2010). In spite of the importance of 
meteorology  in  fisheries  the  agrometeorological  services  are  not  well  developed  for 
aquaculture. During the first decades of the 21st century wild fisheries production had
fluctuations  without  a  clear  trend.  However,  meteorological  data  can  explain  observed 
changes in fisheries production (WMO, 2010). 

  The  knowledge  in  aquaculture  shows  how  meteorological  variables  and  its 
oscillations can affect this activity. Consecutive solar radiation days, days with overcast skies, 
water  temperature,  annual  precipitation,  evapotranspiration  amount  among  others  are 
related to fluctuations in fish production in any type of ponds (watershed, excavated or 
embankment). Variations in the amount of light on ponds can cause many problems related 
to algae formation and localization in the pond. The temperature of aquatic animals varies 
according to changes in water temperature. But each species has a threshold of temperature 
tolerance. Aquatic animals living near their limits of water temperature tolerance are more 
sensitive to diseases and infections and they spend more energy to survey with negative 
consequences in their growth and reproduction. The death happens when temperature 
reach values outside the range of temperature tolerance. It is also true that abnormally high 
water temperature results in low dissolved oxygen concentrations. Sometimes, a heavy rain 
from a strong cold front can causes destratification of the reservoir and this scenario reduces 
dissolved oxygen concentrations to values which trigger the death of fish. For example, this 
happened in a tilapia cage in Honduras in 2003 and the mortality was estimated to be 1,500 
t of fish (WMO, 2010). The equilibrium point in aquaculture system is very weak and highly 
variable due to meteorological conditions.     

  Most  of  the  aquaculture  ponds  in  the  world  are  located  in  Asia.  Aquaculture 
production was nearly 60 million t in 2004. The total amount of catch fish from freshwater 
reached  32  million  t  (WMO,  2010).  The  Guide  to  Agricultural  Meteorological  Practices 
(WMO, 2010) suggests the main research lines to be developed between agrometeorology 
and aquaculture: 
 To predict the influence that global climate change would have on production. 
 To improve the knowledge of the relationships among agrometeorological variables, 
water quality and production 
 The effects of wind‐induced circulation on water quality, phytoplankton and off‐
flavour in ponds. 
 Refinement of dissolved oxygen models to incorporate weather forecast information 
 The  use  of  satellite  images  and  hand‐held  spectral  reflectometers  to  measure 
phytoplankton biomass. 
 The use of weather and water quality data in predictive models of fish feeding 
behavior.  
 The effects of weekly or shorter variations in water temperature on the growth of 
culture species.         

REFERENCES 

Motha, R.P.; Sivakumar, M.V.K. and Beranardi, M. (Eds.) (2006). Strengthening Operational 
Agrometeorological  Services  at  the  National  Level.  Proceedings  of  the  Inter‐Regional
Workshop, March 22‐26, 2004, Manila, Philippines. Washington, D.C., USA: United States 
Department of Agriculture; Geneva, Switzerland: World Meteorological Organization; Rome, 
Italy: Food and Agriculture Organization of the United Nations. Technical Bulletin WAOB‐
2006‐1 and AGM‐9, WMO/TD No. 1277, 238 pp. 

Rust, J.M. and Rust, T. (2013). Climate change and livestock production: A review with 
emphasis on Africa. South African Journal of Animal Science. Vol. 43 (3), 255‐267. ISSN 222‐
4062 (online).   

Stigter, C.J. (2007). From basic agrometeorological science to agrometeorological services 
and  information  for  agricultural  decision  makers:  A  simple  conceptual  and  diagnostic 
framework. Guest editorial in Agricultural and Forest Meteorology, 142, 91‐95. 

Stigter,  C.J.  (2011).  Agrometeorological  Services:  Reaching  all  Farmers  with  Operational 
Information  Products  in  new  educational  Commities.  CAgM  Report  No.  104.  World 
Meteorological Organization. Geneva. 

Thornton, P.K.; van de Steeg, J.; Notenbaert, A. and Herrero, M. (2009). The impacts of 
climate change on livestock and livestock systems in developing countries: A review of what 
we know and what we need to know. Agricultural Systems 101, 113‐127.      

United Nations. Department of Economic and Social Affairs, Population Division (2015). 
World Population Prospects: The 2015 Revision, Key Findings and Advance Tables. Working 
Paper No. ESA/P/WP.241. 

World Meteorological Organization (2010). Guide to Agricultural Meteorological Practices 
(GAMP). WMO‐Nro. 134. 797 pg. ISBN: 978‐92‐63‐10134‐1 (Updated in 2012).
2. REVIEW  OF  CURRENT  OPERATIONAL  AGRICULTURAL 
METEOROLOGICAL SERVICES. 

  A research about the use of weather data in developed countries was made by 
Frisvold and Murugesan (2013). They collected 284 answers from a survey of farmers and 
ranchers in Arizona (USA). The sample included three categories of producers: a) Crop 
producers (37% of the sample); b) Livestock producers (50% of the sample) and c) Diversified 
producers (both crop and livestock producers, 13% of the sample). They used a multivariate 
regression analyses. The study ranked soil moisture, frost and temperature as the types of 
weather data more frequently important for farmers and ranchers. Weather data are more 
frequently used for timing irrigation first and livestock management later. They remarked 
that  livestock  producers  found  fewer  data  types  important.  However,  Frisvold  and 
Murugesan (2013) showed the answers of how weather and climate data are used by 
producer type in management decision. Four categories of fourteen were specifically related 
to livestock producers. The ranking of these four categories was:  
1) Livestock grazing (close to 68% of the livestock producers only). 
2) Moving Livestock (close to 61%). 
3) Livestock sales (close to 49%). 
4) Livestock pest control (close to 36%). 

Although  this  result  comes  from  a  unique  sample  in  a  developed  country  it  is 
interesting to know how farmers consider agrometeorological variables for using in livestock 
sector.      

Other survey of farmers was made asking about livestock production constraints 
perception in Ginchi watershed area in Ethiopia, Africa (Belay et. al. 2013). Ethiopia has a 
livestock population (cattle, sheep, goats, chickens and horses) close to 126 million heads 
and it is the largest livestock population in Africa. The four most important categories ranked 
by these farmers were: 
1) Feed shortage (100% of answers) 
2) Animal disease (73%) 
3) Water shortage during dry season (27%) 
4) Poor water quality (27%) 

2.1 Livestock, poultry and inland fisheries sector 

  Services  or  agrometeorological  products  provided  by  National  Meteorological 
Services  or  other  Institutions  could  be  resumed  by  considering  specific  products  (like 
Temperature and Humidity Index). However, there are many meteorological variables not 
primarily applied to agrometeorological activities by a specific product but related to them
through  a  spatial  meteorological  relation.  In  much  of  the  cases,  a  map  describing  a 
meteorological behaviour reveals information to be used for decision making processes. 
  An important source of data, information, products and meteorological services is 
available  through  WAMIS  (World  AgroMeteorological  Information  Service) 
http://www.wamis.org/  

  A description of Agrometeorological products and services provided to farmers to help 
their  decision  making  process  is  shown  by  World  Meteorological  Organization  (WMO) 
regions: 

2.1.1 Region I: Africa 
Table  2.1.1:  Conceptual  Framework‐National  Meteorological  and  Hydrological  Service 
Products and Services Produced 
Product  Content  Clients served 
Is the downscaled seasonal climate  • Farmers 
consensus forecast issued by SARCOF  • General public 
and NMHSs in liaison with Global  • Energy 
Production Canters (GPCs), IRI, NCEP,  • Water utilities 
UK Met Office, the European Centre for  • etc 
Medium‐Range Weather Forecasts,   
SEASONAL RAINFALL 
among other partners, at the Southern 
FORECAST 
Africa Regional Climate Outlook Forum 
(SARCOF). Forecast that give rainfall 
pattern in three categories (Normal, 
above normal, below normal terciles) 
for six months (OND, NDJ, DJF, JFM, 
FMA) 
Weather forecasts issued out to the  • Farmers 
agricultural communities and general  • General public 
public daily. Contain detailed likelihood  • Energy 
of forecasts (possibility of precipitation  • Water utilities 
DAILY WEATHER 
and temperature, etc.) for the following  etc 
FORECAST   
day in Zambia. They also include 
detailed daily weather statistics 
(usually for previous day), including 
temperature and precipitation. 
Contains information on how the  • Farmers 
weather changed during the last 7 days  • General public 
and how it is expected to change in the  • Energy 
next 7 days. The 7‐day forecasts are  • Water utilities 
7‐DAY WEATHER 
used for short term agricultural planning  etc 
FORECAST 
such as planting, drying grains, weeding, 
applying fertilizer and insecticides, 
herbicides etc. general management e.g 
poultry, forest, livestock