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Indices vegetacion
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1Indices de Vegetacin:Fundamentos y aplicacionesFundamentos y aplicaciones
Dr. Abel Calle Laboratorio de Teledeteccin de la Universidad de Valladolid
E-mail: abel@latuv.uva.es
Factores de la reflectividad de la vegetacin
Factores de reflectividad de la hoja. Pigmentos.Pigmentos. Estructura de la hoja. Humedad
Factores del dosel vegetal. Proporcin hoja / lignina / suelo Geometra de las hojas. ngulos de observacin.
2Curva caracterstica de la hoja
La vegetacin fotosintticamente activa presenta una muy bajareflectividad en la banda visible del espectro electromagntico (0.4 a0.7m), menor del 20%, presentando un mximo local pertenecienteal color verde (0.55m).
La respuesta espectral de la vegetacin
( )
En el infrarrojo cercanopresenta una alta reflectividad
con valores del 60% comenzando a partir de 0.7 m
y mantenindose prcticamente constante hasta
las 1.3 m.
3Factores en la reflectividad de las hojas verdes
Pigmentos Estructura Contenido de aguahoja celularj
20
30
40
50
60
% re
flect
ivid
ad
0
10
20
0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 1,6 1,8 2 2,2 2,4 (m)
Espectro de absorcin de la clorofila
4Estructura de la hoja
100
Reflectividad de algunas especies mediterrneas
30
40
50
60
70
80
90
Ref
lect
ivid
ad QuejigoBrezoJaraPastoRebollo
0
10
20
30
0.41 0.50 0.59 0.68 0.76 0.85 0.93 1.02 1.29 1.54 1.79 2.03 2.27 m
5Factores: Humedad de la hoja
50
60
10
20
30
40
% r
efle
ctiv
idad
142.148.90 0
FMC
00,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 (m)
0.0
Jara
Vaughan, 2001
Factores de la reflectividad del dosel vegetal
Propiedades espectrales de las hojas. Arquitectura de la planta (ngulo de lasArquitectura de la planta (ngulo de las
hojas, LAI, proporcin veg/suelo). Reflectividad del suelo. Geometra de observacin
Variaciones de la reflectividad con los ngulos de observacin (Kriebel, 1977).
6Arquitectura del dosel
Efecto de la existencia de varios
t t d h jestratos de hojas en la reflectividad efectiva de la vegetacin:I - incidenteR - reflejadoT - transmitido
(Adaptado de Belward, 1991)
ndice de rea foliar
Short, 2000
7Indices de vegetacinR
efle
ctiv
idad
(%) Vegetacin
Fotosintticamente activa
Suelo
Vegetacinenferma
20
40
60
R IR
00,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 m
IRC R
IRC/R
rea de Cabaeros
8Ventajas de los IV
Realzan la contribucin de la vegetacin en la respuesta espectral de las superficies.
Atenan otros factores: suelo, atmsfera, iluminacin,Atenan otros factores: suelo, atmsfera, iluminacin, topografa.
Sirven como variable de entrada para modelos bio-fsicos (rendimiento de cultivos, estrs hdrico, cobertura verde del suelo).
Permiten el seguimiento multitemporal de la vegetacin: Cambios. Dinmica fenolgica.
Sntesis de la informacin.
RATIO: rarroR
RRVI inf
Combinaciones entre bandas espectrales
rojoR
rojorarrojo RRDVI infDIFERENCIA:
DIFERENCIA rojorarro RRRVI inf1DIFERENCIANORMALIZADA: rojorarro
rojorarro
RRRVIRVINDVI inf
inf
11
9prximorojoiINDS inf* Clculo de la reflectancia a partir de los coeficientes de calibracin delsatlite.
La reflectancia de la superficie
prximorojoiINDS iii .inf,Transcurrido cierto tiempo: degradacin del sensorSi = Si(t) ; Ii = Ii(t); t = tiempo transcurrido desde el lanzamiento delsatlite.
Realizacin de la correccin atmosfrica. (Simulation of the
Stdetdet
e
secsvsvsavsg
ss
1
)()(),,(),(/
/*
Satellite Signal in the Solar Spectrum; Tanr et al., 1990).
R
Concepto de Lnea de suelo
Indices de vegetacin basados en la lnea de suelo
Di t i di l d l
bRaR rojosuelosuelo inf
Rinfrarrojo
Rrojo
12
inf
abRaRPVI
rojo
Distancia perpendicular delpxel a la lnea de suelo:Rinfrarrojo
Rrojo
bRaR rojoseloselo inf
PVI
10
SAVI (Soil Adjusted Vegetation Index).
Otros ndices
LLRR RRSAVI rojorarro rojorarro 1
inf
inf L=1 vegetacin escasa,L=0.5 vegetacin intermediaL = 0.25 vegetacin intensa.
)( RRbRR
Indices basados en el SAVI:
2
81212
;)1(
)(
inf2
infinf
inf
inf2
inf
inf
rojo
rojo
rojo
rojo
rojo
RRRRMSAVI
YRRRR
OSAVIaXbaRRa
bRaRaTSAVI
Determinacin del contenido de humedad
30
40
50
60
ctan
ce
142.148.9
0.0
FMCJara (from Vaughan, 2001)
30
40
50
60
ctan
ce
142.148.9
0.0
FMCJara (from Vaughan, 2001) Para utilizar la teledeteccin en la medida de la
humedad del combustible debera ser usado un sensor con bandas situadas en el SWIR.
La mayora de los estudios realizados utilizaron el sensor Landsat-TM que tiene 7 bandas, dos
de ellas situadas en la regin de inters: la
0
10
20
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 (m)
% re
flec
0
10
20
0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 2,0 2,2 2,4 (m)
% re
flec
Reflectancia spectral de la Jara del bosque mediterrneo:
Dentro del intervalo de [1.6-2.0 m] es ms sensible
de ellas situadas en la regin de inters: la banda 5 [1.55-1.75 m] y la banda 7 [2.08-
2.35 m]. Sin embargo debe tenerse en cuenta que su perodo de revisita cercano a 16 das le
imposibilitan para la operatividad en tiempo real. Este era el nico sensor disponible en ese
rango espectral hasta que con el lanzamiento del NOAA-15, el sensor AVHRR fue modificado
para incluir, durante el da, una banda centrada en las 1.6 m; y posteriormente la puesta en
funcionamiento de MODIS tambin capacitado b d 1 6 d dcon una banda en 1.6 m adems de
incorporar la resolucin temporal de NOAA.El ndice ms conocido que incorpora la
informacin en el SWIR es el NDII, propuesto por los autores Hunt y Rock en 1989. Este
ndice responde a la ecuacin:SWIRNIR
SWIRNIRNDII
11
Indices de vegetacin de sensores hiperespectrales (I)
Derivada Primera de la reflectividad (o sea, la curva de R()/ en
funcin de ) presentar un pico
acentuado en el lmite rojoj
)( SSS baR La reflectividad del suelo (1):
Indices de vegetacin de sensores hiperespectrales (II)
32 )( VVVVV dcbaR El espectro total de reflectividad obtenido por un sensor sera la sumaponderada de suelo y vegetacin.
R() = F Rs() + (1 - F) Rv()
La reflectividad de la vegetacin (2):
( ) s( ) ( ) v( )F representa el porcentaje de suelo en la zona.
La derivada segunda
expresin en la que hemos conseguido eliminar por completo toda la influencia del suelo.
)62()1()(22
VV dcF
R
12
ndices mixtos ptico-trmicos
Relacin entre la TS y el NDVI para datos NOAA-AVHRR en primavera y verano (tomado de Kalluri et al., 1998).
SENSOR NOAA-AVHRRNOAA-AVHRR
( m)
Sensores y Bandas (I)
(m)Canal visible C1: 0.58 0.68
Canal Infrarrojo prximo C2: 0.725 1.1
1.6 m
Humedad del combustible
Resolucin espacial: 1.1 km en el nadir.Resolucin temporal: 1 imagen diaria en
perodo de mxima insolacin..
13
IRS-1C/WiFS
SENSOR IRS-1C/WiFS
Sensores y Bandas (II)
(m)Canal visible C1: 0.62 0.68
Canal Infrarrojo prximo C2: 0.77 0.86
R l i i l 188 l diResolucin espacial: 188 m en el nadir.Resolucin temporal: 5 das.
14
EL IRS-1C
AVHRR WiFS
LANDSAT-MSS
( )
LANDSAT-TM
( )
SATELITE LANDSAT
Sensores y Bandas (III)
(m) (m)Canal rojo C5: 0.6 - 0.7 C3: 0.63 0.69
Canal Infrarrojo prximo C7: 0.8 1.1 C4: 0.76 0.9
Resolucin espacial: 79 m (MSS) y 30 m (TM)Resolucin temporal: 16 das.
15
SENSOR SPOT HRV
Sensores y Bandas (IV)
SPOT-HRV
(m)Canal rojo C2: 0.61 - 0.68
Canal Infrarrojo prximo C3: 0.79 0.89
SENSOR SPOT-HRV
Resolucin espacial: 20 m Resolucin temporal: 26 das.
IKONOS
Sensores y Bandas (V)
16
Agricultura de precisin con IKONOS
1.- La Lnea de Suelo I0 (donde crece la vegetacin): est representada porla base de la curva y alcanza valores de NDVI comprendidos entre 0 y 0.05aunque puede ser variable.
La curva de evolucin
2.- La Altura o Valor del Mximo Im: Expresa el grado de desarrollo quepuede alcanzar el cultivo analizado.
3.- La Dispersin Anchura de la curva: Da idea del intervalo temporaldurante el que prevalece el tipo de vegetacin analizado.
4.- La amplitud de desarrollo de la curva (Im - I0)
5 Tiempo de comienzo del ciclo t : correspondiente al momento en que5.- Tiempo de comienzo del ciclo t0: correspondiente al momento en queempieza a crecer la vegetacin.
6.- Tiempo en que ocurre el mximo valor de IV, tm.
7.- Tiempo th en que la curva toma de nuevo la lnea de suelo.
17
Los modelos de produccin vegetal:biomasa, porcentaje de cubierta, ndice de rea foliar, etc.
Modelos de produccin vegetal
P = Produccin (g/m2/tiempo) = Velocidad de produccin (g/MJ)I = Porcentaje de radiacin solar incidente interceptada=fotosintticamente activaS = Radiacin solar incidente (MJ/m2 )t = tiempo
n
ttt dtSIP
0
t tiempo
n
ttt dtSNDVIPNDVII
0
Indice de Area Foliar: LAIcebaNDVI
M did
LAI
Medido para un dosel de trigo en crecimiento (lnea continua) y senescente (discontinua)
(Asrar et al. 1984)
18
NDVIPAR Radiacin PAR:IV y absorcin fotosinttica
Para trigo en primavera
(Asrar et al., 1984)
El tratamiento del NDVI:
Procesado multitemporal del NDVI
El tratamiento del NDVI:
La formacin de imgenes Mximo Valor Compuesto
Eliminacin de nubes no filtradasEliminacin de sombras y zonas con precaria insolacinEliminacin de sombras y zonas con precaria insolacinEliminacin de efectos orbitales de perspectiva
19
Grficas de evolucin y clculo de integrales en intervaloSIG DE ANALISIS DE LA VEGETACIN
CROP FORECASTING
60
70
NDVI & METEOROLOGICAL DATA EVOLUTIONPLOT 100% CEREAL (VA)
10
20
30
40
50
ND
VI*1
00 /
TEM
P / R
AIN
/ (I
NSO
L/10
)
0 F1 F3 M2 A1 A3 MY2 J1 J3 JL2 AG1
YEAR TENS (FEBRUARY-AUGUST)
Tsurface(c) Tair (C)
Rain (mm) (Ts-Ta)
NDVI*100 (INSOL/10) (J/M*2)
20
2Ts Rain ENDVI =(kg/ha) Yield
1000
2000
3000
4000
5000
6000
REC
ASTE
D Y
IELD
(kg/
ha)
RELATIONSHIP ACTUAL & FORECASTED YIELD
C oef valor ErrorStd
tStudent
N ivel deSig.
5692 1495 3.807 0.0003 4104 1190 3.449 0.0010 798 337 2.364 0.0209 -4.54 1.13 -3.998 0.0002
R=0.83 E rror Std Estimacin=600 ndatos=73Error Abs M edio=485 Durbin W atson=2 1
0
1000
FOR
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 ACTUAL YIELD (kg/ha)
Error Abs M edio=485 Durbin W atson=2.1
Anlisis global del NDVI
Short, 2000
21
Solar radiation Albedo
NDVI
Surface Temperature EmissivityEVAPOTRANSPIRATION ESTIMATION
NOAA-AVHRR
CH. 1 CH. 2 CH. 4VIS
METEOSAT
CH. 5
NDVI Albedo
Ta
SW
NET RADIATION
TS
LW
LW
EVAPOTRANSPIRATION
22
EVAPOTRANSPIRATION MAPPING
1 marzo 2 marzo 3 marzo
LA SEQUA EN ESPAA EN EL AO 2000
Laboratorio de Teledeteccin de la Universidad de Valladolid
Instituto Nacional de Investigacin y Tecnologa Agraria y Alimentaria (INIA)
Proyecto SC00-050
1 abril
1 mayo
1 junio
2 abril
2 mayo
2 junio
3 abril
3 mayo
3 junio
PromedioMAR-AGO
70 78 85 93 100 107 115 124 13070 78 85 93 100 107 115 124 130
1 julio
1 agosto
2 julio
2 agosto
3 julio
3 agosto
Anomalas respecto al valor promediodel Indice de Vegetacin Normalizado
del perodo 1993-1999 Datos procedentes del sensor NOAA-AVHRR
SEQUIA NO SEQUIA
23
Radiometric, atmospheric and geometric correction of channels 1 and 2 AVHRR: Calculation of reflectance images
Clouds filtering redrared RRNDVI inf
Metodologa de calculo del Indice de Verdor
(with visible and thermic channels)
Calculation of NDVI and maximum value composite images (MVC) for each ten days period.
Calculation of greenness index images (Burgan, 1993) Calculation of GI with historical maximum and minimum MVC-
NDVI l
redrared RRNDVI inf
NDVI values.
Application of smoothing algorithm.
minmax
min
MVCMVCMVCMVCGI
100
Comparison between several periods
24
Images of accumulated greenness (1993,...,98)
Accumulated GI:to analyze agricultural results gin a whole year, deleting moving effect: to compare two places between two years in a date, growing plants is notgrowing plants is not simultaneous. The conclusion with the evolutions graphs can be wrong.
Accumulated images compensate curves evolution moved
Imagen LANDSAT-TM; NDVI (4-3)/(4+3)Cartografa de incendios forestales (TM)
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