Vegetationsindizes
Der normierte differenzielle Vegetationsindex (NDVI)
Wir sehen uns einen NDVI an, der mithilfe eines Satellitenbildes berechnet wurde. Die unteren Bilder zeigen den Nordwesten Griechenlands, das Peloponnes, aufgenommen von einem LANDSAT TM mit 30 Meter Auflösung.
Quelle: NASA
Das linke Bild ist ein Echtfarbenbild (rot steht für das rote Band, grün für das grüne Band und blau für das blaue Band). Landwirtschaftliche Erntefelder erscheinen grün, wobei die unterschiedlichen Grüntöne für unterschiedliche Pflanzenarten oder gleiche Pflanzenarten in verschiedenen Wachstumsphasen stehen. Ödes Land ist braun. Das mittlere Bild ist ein Falschfarbenbild (rot ist das nah-infrarote Band, grün ist das rote Band und blau ist das grüne Band). In diesem Bild repräsentieren hohe Werte im nahen Infrarot Vegetation, die rot erscheint. Ödes Land ist cyanfarben, da dort keine Vegetation besteht und sich somit auch keine rote Farbe in diesen Gebieten befindet. Das Bild auf der rechten Seite ist der NDVI, berechnet für jedes Pixel des Bildes. Dunkle Pixel haben einen niedrigen NDVI, weiße Pixel einen hohen NDVI und graue Pixel einen durchschnittlichen NDVI.
Der normierte differenzielle Wasserindex (NDWI)
Der normierte differenzielle Wasserindex folgt dem gleichen Grundprinzip wie der NDVI und basiert auf dem nah-infraroten Band und einem Band im kurzwelligen Infrarot (englisch short-wave infrared (SWIR)) (Gao, 1996). Anstelle des roten Bands, dessen Reflexion durch das Chlorophyll beeinflusst wird, wird das kurzwellige Infrarot-Band benutzt. In diesem Band, welches sich im Bereich von 1500 bis 1750 nm befindet, ist die Absorption des Wassers besonders hoch. Das nah-infrarote Band ist identisch mit dem des NDVI, da Wasser in dieser Region des elektromagnetischen Spektrums nur gering absorbiert.
Der NDWI wird mit der folgenden Gleichung beschrieben:
Schauen wir uns nun das selbe Gebiet des Peloponnes an, dieses Mal mit der NDWI-Berechnung auf der rechten Seite:
Quelle: NASA
Das schwarz-weiße NDWI Bild auf der rechten Seite stellt die NDWI-Werte für jeden Pixel dar. Wie beim NDVI stehen dunkle Pixel für niedrige Werte, weiße für hohe Werte und graue für durchschnittliche Werte. Zu beachten ist, dass in dem NDWI-Bild das Meer (oben links im Bild) hohe Werte zeigt, wohingegen das Meer im NDVI-Bild sehr dunkel ist, also sehr niedrige Werte hat. Allgemein ist zu sehen, dass alle Felder, die landwirtschaftlich genutzt werden, hohe NDWI-Werte zeigen, was dafür spricht, dass die Felder gut bewässert sind. Öde Felder erscheinen im NDWI-Bild sehr dunkel; diese Felder sind trockener, da sie nicht bewässert werden.
Probleme mit den Hintergrundbeiträgen zum Spektralsignal
Beim Untersuchen der Vegetation mit Vegetationsindizes muss das Problem der Pflanzendecke mit einkalkuliert werden. Ist die Pflanzendecke dicht bewachsen, so dass sie den Boden komplett bedeckt, dann entsteht das aufgenommene Spektralsignal ausschließlich aus der an der Pflanzendecke reflektierten Intensität. Wenn die Pflanzendecke jedoch löchrig ist, so wird der Boden und alles, was sich unterhalb befindet, sichtbar. In diesem Fall entspricht das Verhältnis des aufgenommenen Signals der Vegetation dem Verhältnis der Pflanzendecke am Boden. D.h., wenn der Boden zu 60% bedeckt ist, dann besteht das Signal zu 60% aus dem von der Vegetation reflektierten Licht und zu 40% aus allem, was nicht von den Pflanzen bedeckt ist.
Wenn unterhalb der oberen Pflanzendecke ein anderer Pflanzentyp vorliegt, dann trägt das Signal zwar weiterhin die typische Handschrift der oberen Vegetation, allerdings gleichzeitig auch die Information des anderen Pflanzentyps. Die von einer reinen Pflanzendecke beziehungsweise dem Erdboden ausgehen Signale sind hingegen grundverschieden.
