Ugrás a tartalomhoz

Műholdakról távérzékelt adatok feldolgozása és hasznosítása

Mika János, Utasi Zoltán, Biró Csaba, Pénzesné Kónya Erika (2011)

EKF TTK

2. Vegetációs index fogalma. Vegetációs index csoportok

2. Vegetációs index fogalma. Vegetációs index csoportok

A vegetációs index, NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) egy dimenziómentes mérőszám, amely egy adott terület vegetációs aktivitását fejezi ki. Értékét a növényzet által a közeli infravörös (NIR) és a látható vörös (RED) sugárzási tartományban visszavert intenzitások különbségének és összegének hányadosa szolgáltatja, A NDVI korrelál a területet takaró növényzet fajlagos klorofill tartalmával.

Egy adott terület növényekkel való borítottságának meghatározása, vagy a vegetációs stádium megállapítása a különböző hullámhossz-tartományokban visszaverődő fényintenzitások mérését igényli. Amikor például napfény ér valamilyen tárgyat, az bizonyos hullámhosszokon elnyeli, más hullámhosszokon pedig visszaveri a fényt. A növényi levelekben található klorofill a fotoszintézis során nagymértékben elnyeli a látható fényenergiát (400-700 nm). Ugyanakkor a levelek a sejtfelépítésüknek köszönhetően nagymértékben visszaverik a közeli infravörös fényt (700-1100 nm) . Így a növények levelei nagyon jó hatásfokúak. A levél felszínére beeső sugárzás egy kis része közvetlenül visszaverődik a kutikuláris viaszról (5), sőt még az hypodermális és oszlopos paliszád rétegekből is (3). Nagyobb része bevezetődik a levél belsejébe (4). Az epidermisz és a paliszád parenchima között a sugárzás szétszóródik az összefutó sejtfalak és a különböző refrakciós indexszel rendelkező protoplazmatikus összetevők révén.

További szétszóródás következik be a szivacsos mezofillumban, amikor a sugárzás az intercelluláris üregekkel érintkezésbe lép(1a). Ennek a sugárzásnak nagy része a sejtbeli összetevők által közvetlenül visszavert sugárzással együtt visszaverődik (1b).A megmaradó sugárzás keresztülhatol a levélen, ahol már átalakult sugárzásnak kell felfogni. A pigment molekulák (klorofill, karotin, xantofill) a beérkező sugárzásból közvetlenül energiát nyelnek el. A fő elnyelés spektrális tartományai a kék és a vörös (2).

A közeli infravörös tartományt magas visszaverődés és átvitel jellemzi. A visszaverődés azoktól a refraktív index -folytonossági hiányoktól függ, amelyek a levélen belül és a levélmorfológiában mutatkoznak. A középső infravörös tartományban az elnyelést-visszaverődést a levélen belüli víz elnyelése (víz elnyelési sávok: l = 1450, 1950. 2500 nm) határozza meg. A távoli (termális) infravörös tartományban a levelek mint feketetestek működnek, az elnyelt sugárzást kibocsátják. A kibocsátás főképpen a levél hőmérsékletétől függ. Infravörös tükörként is működnek (11.2 ábra).

11.2 ábra A levél szöveti szerkezete és a visszaverődés (reflektancia) összefüggései (Kalapos T., 2005 nyomán,)

A bioszféra fiziológiás állapotáról képet szolgáltató vegetációs indexet a nagy felbontású, többcsatornás műholdképek megjelenése és a távérzékelési módszerek fejlődése során dolgozták ki. Ha a mérésre műholdon elhelyezett multispektrális érzékelőt használnak, úgy egy adott területről visszaverődő látható vörös és közeli infravörös fénymennyiségének alapján osztályozhatjuk a terület fotoszintetikus kapacitását.

Ha egy terület fényvisszaverése a közeli infravörös tartományban sokkal nagyobb, mint a látható vörös tartományban, akkor a terület növényzete valószínűleg sűrű, és tartalmaz valamilyen erdőt. Ha a különbség kisebb, akkor a vegetáció valószínűleg ritkább, valamilyen füves terület, esetleg tundra vagy sivatag lehet.

A vegetációs indexek a növényi tulajdonságok szempontjából meghatározó reflektancia tartományokon belül felvett két vagy több hullámhossz különböző matematikai kombinációjával számíthatóak. A szakirodalom több mint 150 vegetációs indexet publikál, amelyek elsősorban a 400 és 2500 nm közötti spektrum adatait használják fel.

11.3 ábra A spektrális reflektancia időbeni változása talajon, növényzet hatására, aktuális LAI értékekkel (Kalapos T. 2005)

A legújabb hiperspektrális szenzorok megjelenésével ezeket az indexeket a választott hullámhossz intervallum alapján is csoportosíthatjuk széles (broadband), ill. keskeny (narrow band) csatornaszélességű indexekként. Ugyanakkor a különböző növényi tulajdonságok alapján is csoportosíthatjuk ezeket az indexeket:

  1. Fotoszintetikus Hatékonyság (Light Use Efficiency),

  2. Növényi Borítás Nitrogén Tartalma (Canopy Nitrogen),

  3. Száraz vagy Elhalt Növényi Széntartalom (Dryor Senescent Carbon),

  4. Levél Pigment Tartalom (Leaf Pigments),

  5. Növényi Borítás Víztartalom (Canopy Water Content) indexei.

Ezekbe az index csoportokba különböző számítási eljárásokkal készült indexeket sorolhatunk be, amelyek közül a meghatározóak az alábbiak:

  1. Szélescsatornájú Zöldességi Indexek csoportja (Broadband Greenness):

  1. Normalizált Vegetációs Index (Normalized Difference Vegetation Index),

NDVI=(RNIR-RRED)/(RNIR+RRED),

- a vörös (RED, 600-700 nm) tartományban jelentős a klorofill elnyelése- mérsékelt reflektancia (RRED),

- a közeli infravörösben (NIR, 700-800 nm) pigment nem nyel el, sőt a celluláris struktúra fényt szór -magas RNIR.

  1. Egyszerű Arány Index (Simple Ratio Index),

Az Egyszerű Arány Index egy másik régi, jól ismert vegetációs index. A legmagasabb reflektancia aránya; a klorofill abszorpciós csatornái teszik hatékonnyá különböző körülmények között is.

Az index értéke a 0-tól több mint 30-ig terjed. Zöld vegetáció esetében az értéke 2 és 8 között változik.

  1. Javított Vegetációs Index (Enhanced Vegetation Index),

  2. Atmoszférikus Ellenállás Vegetációs Index (Atmospherically Resistant Vegetation Index, ARVI)

Ezt az indexet olyan helyek vegetációjának vizsgálatára lehet alkalmazni, amelynél fontos, hogy az index rezisztens legyen más környezeti faktorokra, mint pl. az aeroszolok mennyisége.

  1. Összes Zöldesség Index (Sum Green Index)

Az Összes Zöldesség Index egyike azon legegyszerűbb vegetációs indexeknek, amelyeket a vegetáció zöldességi változásának meghatározására használnak. Mivel ebben a spektrum tartományban a zöld vegetáció erősen abszorbeálja a fényt, ez az index igen érzékeny a növényi borítás zártságában bekövetkező legkisebb változásra is. Az Összes Zöldesség Index az 500 és 600 nm közötti spektrum reflektancia-átlaga. Az index értéke 0-tól valamivel több mint 50-ig terjed (%-os reflektancia egységben). A zöld vegetáció értéke 10-25 % reflektancia.

  1. Keskenycsatornájú Zöldességi Indexek csoportja (Narrowband Greenness)

  1. Vörös Él Normalizált Vegetációs Index (Red Edge Normalized Difference Vegetation Index),

  2. Módosított Vörös Él Egyszerű Arány Index (Modified Red Edge Simple RatioIndex),

  3. Vogelmann-féle Vörös Él Index1-2-3 (Vogelmann Red Edge Index1-2-3),

  4. Vörös Él Pozíció Index (Red Edge Position Index).

  5. Fotoszintetikus Hatékonysági Indexek csoportja (Light Use Efficiency)

  6. Fotokémiai Reflektancia Index (Photochemical Reflectance Index),

  7. Fotoszintetikusan Inaktív Pigmentek Indexe (Structure Intensive Pigment Index),

  8. Vörös-Zöld Arány Index (Red Green Ratio Index).

  9. Növényi Borítás Nitrogén Index (Canopy Nitrogen)

  10. Normalizált Nitrogéntartalom Különbség Index (Normalized Difference Nitrogen Index).

  11. Száraz- és elhalt növényi széntartalom Indexek csoportja (Dryor Senescent Carbon):

  12. Normalizált lignintartalom Különbség Index (Normalized Difference Lignin Index),

  13. Cellulóz Abszorpciós Index (Cellulose Absorption Index),

  14. Elhalt Növényi Reflektancia Index (Plant Senescence Reflectance Index).

  15. Levél Pigment-tartalom Indexek csoportja (Leaf Pigments)

  16. Karotin Reflektancia Index1-2 (Carotenoid Reflectance Index 1-2),

  17. AntociánReflektancia Index1-2 (Anthocyanin Reflectance Index1-2).

  18. Növényi Borítás Víztartalom Indexek csoportja (Canopy Water Content)

  19. Víz Index (Water Band Index),

  20. Normalizált Víztartalom Index (Normalized Difference Water Index),

  21. Vízstressz Index (Moisture Stress Index),

  22. Normalizált Infravörös Index (Normalized Difference Infrared Index).