Vegetační indexy

Jednou ze základních oblastí využití dálkového průzkumu Země (DPZ) je mapování vegetace – její rozšíření a prostorové uspořádání na zemském povrchu, odhad a hodnocení jejich změn v čase. Mapování vegetace pomocí metod DPZ umožňuje nejen kvalitativní hodnocení, ale i kvantitativní hodnocení stavu vegetace, a tím podává více reálné informace, než je tomu u map potenciální vegetace, které jsou založeny na vztazích vegetace – klimatické faktory.

Spektrální neboli vegetační indexy jsou běžně používaným způsobem, jak vyjádřit v číselné podobě a poté i v mapě charakteristiky vegetace. Pomocí vegetačních indexů lze z informací, které jsou obsaženy v multispektrálním obrazu, získat jedinou hodnotu vypovídající o přítomnosti či stavu vegetace. Na mapování vegetace pomocí metod DPZ pak navazuje studium využití a pokryvu Země (land use/land cover).

Vegetační indexy slouží jako zástupná hodnota či náhražka vegetační složky v mnoha modelech ekologických procesů jako evapotranspirace, transpirace a fotosyntéza, koloběhu uhlíku apod., a také jsou vstupní hodnotou pro výpočet mnoha dalších ukazatelů (Honková, 2008). 

Odrazové vlastnosti listů jsou, v daných intervalech vlnových délek, charakterizované třemi základními faktory (L. KUMAR, K. SCHMIDT, S. DURY, 2002; HOMOLOVÁ ET AL., 2013):  silnou absorpcí listových fotosyntetických pigmentů, především chlorofylu ve viditelné části spektra (vlnové délky 400–700 nm, VIS – visible region),  strukturou listů v oblasti blízkého infračerveného spektra (700–1300 nm, NIR – near infrared region) a  převažujícím obsahem vody a proteinů (a dalších chemických látek) v oblasti krátkovlnného infračerveného spektra (1300-2500 nm, SWIR – shortwave infrared region) (Bohovic, R., 2016)

 

Rozdělení indexů:
  • rozdílové (DVI)
  • poměrové (jednoduché, NDVI, upravené NDVI),
  • ortogonální (vzniklé lineární kombinací spektrálních pásem)

NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) 

K rozpoznání vegetace a určení jeho zdravotního stavu (množství biomasy) slouží index NDVI. Jde o empirický vzorec, který byl vytvořen pro odlišení zeleně od ostatních druhů povrchu na základě odrazivých vlastností vegetace.
Hodnota výsledku NDVI se bude pohybovat mezi -1 a 1. S vyššími hodnotami vzrůstá pravděpodobnost, že má oblast hustý pokryv zelené vegetace.
NDVI hodnoty vyšší než 0 indikují přítomnost vegetace (Gashaw et at., 2015). 
Umožňuje odlišení vegetace od ostatních objektů (půda, zástavba, voda), z agronomického hlediska kombinuje dva z nejvýznamnějších parametrů – stav rostlin a množství biomasy na jednotce plochy
 
ukázka mapy
 
 

Typické hodnoty indexu

Voda    -0.257
Sníh a led    -0.046
Oblačnost    0.002
Holá půda    0.025
Řídká vegetace    0.090
Středně hustá vegetace    0.140
Velmi hustá vegetace    0.500
 

NMDI (Normalized Multi-band Drought Index) 

Index NMDI je navržen k monitorování půdní a vegetační vlhkosti a podobně jako NDWI využívá pásmo zahrnující vlnovou délku 860 nm. Nicméně místo jednoho absorpčního pásma vody, NMDI využívá rozdíl mezi dvěma absorpčními pásmy citlivými ke změnám v obsahu vody v rostlinách a půdě, umístěnými v krátkých infračervených vlnových délkách (SWIR) 1640 nm a 2130 nm (WANG a QU, 2007):
Na holém nebo řídce zarostlém povrchu index NMDI ≥ 0,7 označuje suché podmínky. Vlhké podmínky nastávají při NMDI < 0,6. Na hodně zarostlých površích (LAI ≥ 2) se NMDI zvětšuje téměř lineárně spolu s rostoucím obsahem vody v listech (WANG a QU, 2007).
 

NDWI (Normalized Difference Water Index) 

Tzv. normalizovaný diferenční vodní index (NDWI) je citlivý k míře obsahu vody uvnitř listů vegetace, a tedy k vodnímu stresu rostlin. K jeho výpočtu se využívá dvou blízkých infračervených pásem (NIR) umístěných přibližně v 0,86 μm a 1,24 μm, což je vlnová délka v okolí absorpčního pásu vody. 
NDWI nabývá pozitivních hodnot pro zelenou vegetaci a negativních hodnot pro suchou vegetaci. Může být využit jako doplňkový index k NDVI.Vykazuje rychlejší odpověď k suchým podmínkám než NDVI.
  
  

Další indexy

EVI – Enhanced Vegetation Index
SAVI - Soil Adjusted Vegetation Index
TVI - Transformed Vegetation Index
NDBI - Normalized Difference Built-Up Index