Bijvoegsel - Vegetatie-indexen (3/3)

Grondlijn

Grond heeft een bijzondere spectrale signatuur die van andere types landbedekking verschilt. In het zichtbare en nabij-infrarode bereik neemt de reflectantie toe in verhouding tot het toenemen van de golflengte. De toenamesnelheid wordt beïnvloed door veel factoren. Textuur en structuur van de grond bepalen of de grond energie terugkaatst als een diffuse of lambertiaanse reflector. Vocht en organische materie in de grond verhogen het absorptievermogen van de grond en hebben een algeheel lagere reflectantie van de grond tot gevolg.

Echter, de relatie tussen rode en nabij-infrarode reflectantie blijft relatief constant voor een specifiek grondtype met bijzondere karakteristieken. Indien we veel spectrale metingen van dezelfde grond zouden verzamelen, bij verschillende vochtgehaltes, en dan de rode reflectantie tegen nabij-infrarood reflectantie zouden uitzetten voor iedere meting, dan zouden we zoiets als de onderstaande figuur krijgen:

Soil line between red and near infrared reflectance
Voorbeeld van een grondlijn tussen rode en nabij-infrarood reflectantie

Omdat de reflectantie tussen rood en nabij-infrarood proportioneel fluctueert wanneer het vochtgehalte verandert, stelt men dat er een correlatie is tussen deze twee waarden en dat ze een lineair verband hebben. Dit wil zeggen dat wanneer één waarde verandert, de andere overeenkomstig het verband verandert dat hen verbindt. De lijn die dat verband beschrijft staat bekend als de grondlijn, die uniek is voor iedere grond.

Vegetatie-indexen zeggen iets over de grond

De "Perpendicular Vegetation Index (PVI)" (Loodrechte vegetatie-index) van Richardson en Wiegand (1977) gebruikte de rode en nabij-infrarode banden om de loodrechte afstand te berekenen tussen het vegetatiepunt op de NIR-rode scatterplot en de grondlijn. Aangezien vegetatie een hogere nabij-infrarode en lagere rode reflectantie heeft dan de onderliggende grond, zal het vegetatiepunt op de linkerbovenhoek van de scatterplot liggen. Naarmate vegetatie in dichtheid toeneemt, zal het vegetatiepunt zich verder naar linksboven verplaatsen, weg van de grondlijn.

De zwakte van de PVI is de aanname dat er slechts één type grond onder de vegetatie zit. Dit is echter niet altijd het geval daar er milieus zijn waar er een mengsel van grondtypes (een mengsel van grond en stenen bijvoorbeeld) binnen een zeer klein oppervlak gevonden kan worden. Huete (1988) stelde de Soil-Adjusted Vegetation Index (SAVI) (aan de grond aangepaste vegetatie-index) voor om dit probleem op te lossen. SAVI is een hybride tussen een verhoudingsindex (NDVI) en een loodrechte index (PVI). De formule ervan lijkt op de voorgaande:

SAVI = ( (NIR-Red) / (NIR+Red+L) ) · (1+L)

L is een correctiefactor en de waarde ervan hangt af van het vegetatiedek. Voor een volledig vegetatiedek krijgt hij een waarde nul, waardoor SAVI in feite NDVI wordt. Voor een zeer laag vegetatiedek krijgt hij de waarde 1. Huete (1988) stelde voor om de waarde 0,5 te gebruiken wanneer het vegetatiedek onbekend is, aangezien 0,5 een middelmatig vegetatiedek voorstelt.

Andere indexen, zoals de "Transformed Soil-Adjusted Vegetation Index" (omgevormde aan de grond aangepaste vegetatie-index) (TSAVI; Baret en Guyot, 1991) en de "Modified Soil-Adjusted Vegetation Index" (gewijzigde aan de grond aangepaste vegetatie-index) (MSAVI; Qi et. al., 1994), volgden een soortgelijke redenering, maar stelden andere aanpassingsfactoren voor die in bepaalde gevallen beter lijken te functioneren dan SAVI. Bovendien zijn in het verleden specifieke vegetatie-indexen voorgesteld die gebruik maken van gegevens met hoge spectrale resolutie (smalle banden) en die specifiek naar chlorofyl en vitaliteit van de plant kijken. Deze zijn o.a. "Photochemical Reflectance Index (PRI)" (fotochemische reflectantie-index) en de "Normalised Pigment Chlorophyll Ratio Index" (genormaliseerde chlorofylratio-index) (NPCI; Penuelas et. al., 1994), evenals de "canopy chlorophyll content index" (index van het chlorofylgehalte van de kruin) (CCCI; Barnes et. al., 2000).

Vraag: Aangezien planten groen zijn, waarom gebruiken vegetatie-indexen geen groene reflectantie in plaats van rode?

Antwoord ↓

Vegetatie-indexen reduceren de spectrale informatie van geselecteerde golfbanden in één waarde, die te maken heeft met een bijzondere eigenschap of kenmerk van de vegetatie. De meeste indexen combineren de hoge vegetatiereflectantie in het nabij-infrarode (veroorzaakt door de breking van energie vanwege de celstructuur van het blad) en de lagere reflectantie in het rode bereik, veroorzaakt door absorptie van chlorofyl. In gevallen waarin het vegetatiedek niet volledig is, moet de bijdrage van de onderliggende grond tot het reflectantiesignaal in aanmerking worden genomen. Om deze reden is een aantal vegetatie-indexen geformuleerd om dit probleem op te lossen.