Spektrální indexy

Spektrální charakteristiky Obecný průběh spektrální odrazivosti vody (1), vegetace (2), suché půdy (3) a vlhké půdy (4).

Jak vnímáme barvy, jak je vnímá družice? chlorofyl karoten, xanthofyl

Chlorofyl silně absorbuje viditelné záření (0. 4 to 0 Chlorofyl silně absorbuje viditelné záření (0.4 to 0.7 μm) Buněčná struktura silně odráží blízké infračervené záření N-IR (0.7 – 1.1 μm)

Spektrální / vegetační indexy aritmetické operace s dvěma či více pásmy cíl – na základě znalosti spektrální odrazivosti zvýraznit vegetační složku a její vlastnosti Rozdělení indexů Poměrové Ortogonální – vzniklé lineární kombinací spektrálních pásem

Vegetační indexy NDVI NDVI – Normalized Difference Vegetation Index NDVI = (TM4 - TM3) / (TM4 + TM3) hodnoty v intervalu [ -1; +1] využití v systémech Landsat TM (TM3,4) NOAA AVHRR (pásmo 1,2) přehledové mapování stavu vegetace

NDVI (viz. http://earthobservatory.nasa.gov)

Vegetační indexy NDVI Typické hodnoty (AVHRR, podle Williams, 1995) Povrch NDVI Velmi hustá vegetace 0.500 Středně hustá vegetace 0.140 Řídká vegetace 0.090 Holá půda 0.025 Oblačnost 0.002 Sníh a led -0.046 Voda -0.257

NDVI 20-ti leté časové řady měsíčních hodnot NDVI severně od 40 stupně s.z.š. dochází k postupnému nárůstu hodnot vegetačního indexu a také k pozvolnému prodlužování délky vegetačního období, které od počátku 80. let 20. století činí již několik dní výraznějšímu růstu hodnot vegetačního indexu dochází v oblasti Euroasie, k pozvolnějšímu v oblasti Severní Ameriky Nárůst hodnot indexu NDVI souvisí především s růstem hustoty vegetačního krytu ( s nárůstem váhy biomasy), prozatím nedochází k patrnému plošnému nárůstu. Tato skutečnost může souviset s postupným zesilováním skleníkového efektu a vzrůstem globálních teplot

Snímek ukazuje oblast severně 30 rovnoběžky severní polokoule a barevná škála indikuje nárůst množství zelené hmoty ve srovnání s počátkem 80. let

Vegetační indexy obecně Maximalizují citlivost na biofyzikální parametry rostlin tak, aby z výsledku bylo možno hodnotit stav a vegetační podmínky. Eliminují rušivý vliv externích činitelů – atmosféry, půdy aj. Pro validaci jsou navázány na některý z měřitelných parametrů vegetace (obsah chlorofylu, celková biomasa aj.)

Příklady poměrových indexů SR – Simple Ratio SR = TM4 / TM3 první používaný vegetační index Infrared index (Hardisky et al., 1983) II = (TM4-TM5) / (TM4+TM5) citlivější na změny biomasy rostlin a vodní stres vegetace než NDVI Mid IR index (Musick & Pelletier, 1988) Mid IR = TM5 / TM7 vysoká korelace s obsahem půdní vláhy

Další indexy Moisture stress index (Rock et al., 1986) Leaf Water Content Index (Hunt et al., 1986) Crist, 1985

Perpendicular Vegetation Index (PVI)

Tasseled Cap Kauth & Thomas – transformace pásem Landsat MSS do čtyř nových, obsahující odvozenou tematickou informaci: Soil Brightness Index Greeness Vegetation Index Yellow Stuff Index Non-such (rovnice viz Jensen, 2000; Dobrovolný, 1998)

Tasseled Cap TC1 (brightness) – odrazivost půdy Na odrazivosti se podílí holá půda – vysoká hodnota indexu - světlé oblasti, vegetace a vodní plochy – nízký index – tmavé TC2 (Greenness) – vegetační index Nejvyšší hodnoty a nejsvětlejší tóny patří oblastem s rozvinutým vegetačním krytem TC3 (Wetness) – vodní obsah Nejvyšší hodnoty – vodní plochy, holá půda a vegetace tmavé – téměř opak TC1 (viz Dobrovolný, 1998)

Čepice Santa Clause Etapy vegetačního cyklu 1 – odrazivost holé půdy 2 – rozvoj vegetace 3 – odumírání vegetace – nárůst půdního substrátu

Modifikace Tasseled Cap pro Landsat TM Brightness, Greeness, Wetness Crist, 1985

Brightness index

Greeness index

Wetness index

Vegetační indexy na webu http://www.osdpd.noaa.gov/PSB/IMAGES/gvi.html

Mapování vegetace v globálním měřítku je věnována velká pozornost i v rámci projektu EOS (Earth Observing Systém). http://terra.nasa.gov/ http://vegetation.cnes.fr/ SPOT4 http://free.vgt.vito.be/

Stav vegetace – internetové zdroje http://directory.eoportal.org/info_DLRVegetationIndexNDVINOAAAVHRRdailymaps.html http://orbit-net.nesdis.noaa.gov/crad/sat/surf/vci/index.html

Jižní Amerika - NDVI Normalized Difference Vegetation Index Hodnoty od -0.1 do +0.703 NDVI<0—vodní plochy, mraky, déšť, sníh 0<NDVI<0.1—skály, holá půda, pouště NDVI>0.1—vegetace s biomasou úměrnou NDVI 0.0 0.1

Normalizovaný NDVI - fractional Normalizovaný NDVI, převedený lineárně na rozsah 0-1: NDVI≤0.070.0 fraction NDVI≥0.571.0 fraction

Stav vegetace - příklad Comparison for Africa for 05 October 2002 and 2003