Znormalizowany Wskaźnik Roślinności Różnicowej (NDVI) to powszechnie stosowany wskaźnik służący do określania zagęszczenia i kondycji roślinności. Jego wartości wahają się od -1 do 1, przy czym wartości ujemne oznaczają wodę lub gołą glebę, wartości bliskie zeru oznaczają rzadką roślinność, a wyższe wartości oznaczają gęstszą i zdrowszą roślinność.

Czym jest znormalizowany różnicowy wskaźnik roślinności (NDVI)?

Jest to metoda obliczająca różnicę pomiędzy ilością czerwonego światła odbieranego przez roślinność a ilością światła bliskiej podczerwieni silnie odbijanego przez roślinność.

Celem tej metody jest ilościowa analiza stanu roślinności. Nie ma sytuacji, w której jej wartość wykraczałaby poza zakres od -1 do +1. Nie ma jednak wyraźnego rozgraniczenia między wieloma typami pokrycia terenu, jakie można spotkać.

Jeśli suma liczb jest mniejsza od zera, jest całkiem prawdopodobne, że substancją, o której mowa, jest woda. Jeśli uzyskasz wynik NDVI bliski dodatniemu, istnieje duże prawdopodobieństwo, że to po prostu kępka ciasno upakowanych zielonych liści. Dotyczy to zwłaszcza liści gęsto ułożonych.

Zielone liście mają większą wartość niż czerwone, dlatego tak się dzieje. Wyobraź sobie przez chwilę, że jest bardzo blisko 0.

W takiej sytuacji szanse na to, że jakiekolwiek liście pozostaną na miejscu, są nikłe, a region może być nawet zurbanizowany. Wskaźnik Znormalizowanej Różnicy Roślinności (Normalized Difference Vegetation Indicator) to indeks używany przez analityków w dziedzinie… teledetekcja w większości przypadków.

Dlaczego znormalizowany różnicowy wskaźnik roślinności jest przydatny?

Istnieje wiele różnych wskaźników roślinności, a zdecydowana większość z nich jest ze sobą porównywalna. Jednak to właśnie ten wskaźnik jest najczęściej i najszerzej stosowany, a ponadto ma istotną zaletę: wysoką rozdzielczość obrazów uzyskanych z… dane satelitarne.

W takich okolicznościach do określenia NDVI można wykorzystać kanały o rozdzielczości dziesięciu metrów. Należy pamiętać, że jeden piksel to dziesięć na dziesięć metrów. Z drugiej strony, rozdzielczość indeksu wykorzystującego dodatkowe kanały światła, a mianowicie kanał czerwony, może wynosić dwadzieścia metrów, gdzie jeden piksel to dwadzieścia na dwadzieścia metrów.

Jak oblicza się NDVI?

Można to ustalić, stosując prostą procedurę matematyczną, która przekształca surowe dane satelitarne na wskaźniki roślinności.

Równanie to tworzy pojedynczą liczbę, która jest reprezentatywna i integruje informacje dostępne w paśmie czerwonym i NIR (bliskiej podczerwieni).

Aby to zrobić, odejmuje się współczynnik odbicia w całym paśmie widmowym czerwieni od współczynnika odbicia w paśmie bliskiej podczerwieni (NIR). Następnie wynik jest dzielony przez całkowity współczynnik odbicia fal NIR i czerwieni.

Ocena NDVI nigdy nie będzie wyższa niż dodatnia i niższa niż ujemna. Ponadto liczba od -1 do 0 oznacza obumarłą roślinę oraz materiały nieorganiczne, takie jak kamienie, drogi i budynki.

Jednocześnie wartości dla żywych roślin mogą wahać się od 0 do 1, gdzie 1 oznacza najzdrowszą roślinę, a 0 – najniezdrowszą. Każdemu pikselowi na zdjęciu można przypisać pojedynczą wartość, niezależnie od tego, czy piksel ten reprezentuje pojedynczy liść, czy pole pszenicy o powierzchni 500 akrów.

Jak wykorzystujemy znormalizowany różnicowy wskaźnik roślinności?

Słusznie, jest on obecnie wykorzystywany w wielu różnych dziedzinach badań. Na przykład, jest wykorzystywany w rolnictwie do celów rolnictwa precyzyjnego i oceny biomasy. Jest również wykorzystywany przez leśników do oceny zasobów leśnych oraz wskaźnika powierzchni liści (LAI).

Ponadto NASA uważa to za wiarygodny wskaźnik występowania suszy. Zarówno proporcjonalny wskaźnik NDVI, jak i zagęszczenie roślinności są niższe na obszarach, gdzie woda stanowi barierę dla rozwoju roślinności.

Dzieje się tak, ponieważ woda uniemożliwia korzeniom roślin wrastanie głębiej w glebę. Dotyczy to również innych rodzajów teledetekcja, ma zdolność do wykorzystania w rzeczywistości na wiele różnych sposobów.

Co NDVI może nam powiedzieć o roślinach?

Istotne jest, aby dobrze zrozumieć, że różnica znormalizowana Wskaźnik roślinności jest jedynie wskazówką dotyczącą stanu zdrowia rośliny i nie dostarcza żadnych informacji na temat przyczyn danego stanu.

Wskaźnik roślinności jest raczej wyrazem niż bezpośrednim odzwierciedleniem tego, co dzieje się na polu. Przyjrzyjmy się trzem zastosowaniom NDVI do analizy terenowej:

Kiedy zaczyna się nowy sezon

Przydatne jest zrozumienie odporności rośliny na zimę i tego, jak udało jej się przetrwać.

• Jeśli wartość jest mniejsza niż 0,15, jest dość prawdopodobne, że wszystkie rośliny w tym fragmencie pola zwiędły. Zazwyczaj liczby te odnoszą się do gleby zaoranej, bez żadnych roślin.
• Innym przykładem niskiej wartości jest 0,15-0,2. Może to sugerować, że rośliny rozpoczęły przygotowania do zimy we wczesnym okresie fenologicznym, przed fazą orki.
• Wynik w zakresie od 0,2 do 0,3 jest zadowalający. Rośliny najprawdopodobniej weszły w fazę uprawy i odzyskały fazę wegetatywną.0,3−
• 0,5 to przyzwoita wartość. Należy jednak pamiętać, że wyższe odczyty NDVI sugerują, że rośliny zimowały w późniejszej fazie fenologicznej. Załóżmy, że zdjęcie satelitarne zostało wykonane przed powrotem roślinności do normalnego stanu. W takim przypadku analiza obszaru po powrocie roślinności do normalnego stanu jest istotna.
• Wartość powyżej 0,5 oznacza anomalię w fazie pozimowej. Zaleca się sprawdzenie tej strefy pola.

Podsumowując, jeśli zauważysz, że uzyskane wartości znacząco odbiegają od normy, musisz przeprowadzić inspekcję odpowiedniego fragmentu pola. Aby wartości w danym obszarze zostały uznane za odbiegające od normy, konieczne jest znaczne odchylenie od normy.

Kiedy sezon jest w środku

Wykorzystanie wskaźnika może być pomocne w lepszym zrozumieniu rozwoju roślin. Wyobraź sobie, że odczyty mieszczą się w przedziale od umiarkowanego do wysokiego (0,5–0,85). Jest wysoce prawdopodobne, że ta konkretna część obszaru nie boryka się obecnie z żadnymi poważnymi problemami.

Jeśli wskaźnik pozostaje niższy niż powinien, mogą występować problemy, takie jak niedobór wody lub składników odżywczych w glebie. Należy jednak przeprowadzić własne dochodzenie w tej sprawie.

Generujemy mapy do aplikacji o zmiennej dawce (VRA) azotu za pomocą Znormalizowanego Różnicowego Wskaźnika Roślinności. Identyfikujemy regiony o wskaźnikach roślinności od niskich do wysokich.

Następnie to indywidualny rolnik decyduje o ilości potrzebnego nawozu. Oto najskuteczniejsza metoda stosowania azotu:

• Załóżmy, że wskaźnik wegetacji w danym regionie jest wysoki. W takim przypadku zalecaną dawkę nawozu należy zmniejszyć do 10–30% dawki typowej.
• Jeżeli wskaźnik wegetacji kształtuje się na poziomie przeciętnym, zalecaną dawkę nawozu należy zwiększyć do 20–25 procent typowej ilości.
• Jeśli wskaźnik roślinności jest niski, najpierw trzeba ustalić przyczynę takiego stanu rzeczy.

Aby zrekonstruować pole plony rolne, również korzystamy z tego wskaźnika. Na podstawie tych danych tworzymy mapy, które mogą być wykorzystane do zmiennego dawkowania nawozów potasowych i fosforanowych.

Kiedy sezon się skończy

Wskaźnik NDVI to przydatne narzędzie do określania, czy pola są gotowe do zbiorów; im niższy wskaźnik, tym bliżej do momentu, w którym część obszaru jest gotowa do zbiorów. W tym scenariuszu wartość wskaźnika niższa niż 0,25 byłaby idealna.

Na początek, jest to obliczenie matematyczne wykonywane piksel po pikselu na obrazie z wykorzystaniem narzędzi GIS (Systemu Informacji Geograficznej). Obliczane poprzez porównanie ilości światła czerwonego i bliskiej podczerwieni pochłanianego i odbijanego przez roślinę, mierzy ogólny stan zdrowia rośliny.

Znormalizowany Wskaźnik Różnicy Roślinności można stosować do badania terenów na całym świecie, dzięki czemu idealnie nadaje się do ukierunkowanych badań terenowych oraz krajowego lub globalnego monitoringu roślinności.

Wykorzystując NDVI, możemy uzyskać natychmiastową analizę pól, co pozwala rolnikom zoptymalizować potencjał produkcyjny obszarów, ograniczyć swój wpływ na środowisko i zmodyfikować precyzyjne działania rolnicze.

Co więcej, analiza tych danych w powiązaniu z innymi strumieniami danych, na przykład dotyczącymi pogody, może zapewnić lepszy wgląd w powtarzające się wzorce susz, przymrozków lub powodzi oraz ich wpływ na roślinność.

Często zadawane pytania

1. Do czego przede wszystkim służy NDVI?

Służy przede wszystkim do określania kondycji i gęstości roślinności na danym obszarze. Wskaźnik ten jest szeroko stosowany w rolnictwie, leśnictwie i ekologii do monitorowania wzrostu roślinności, oceny poziomu stresu roślin, identyfikacji obszarów suszy lub chorób oraz wspomagania decyzji dotyczących zarządzania uprawami.

2. Jak czytać obrazowanie NDVI?

Aby odczytać obrazy NDVI, można zinterpretować skalę kolorów powiązaną z wartościami indeksu. Zazwyczaj zdrowa roślinność ma kolor zielony, podczas gdy mniej zdrowa lub rzadka roślinność ma kolor żółty lub czerwony.

Ciemniejsze odcienie mogą wskazywać na obszary o dużej biomasie, natomiast jaśniejsze odcienie mogą sugerować mniejszą gęstość roślinności lub obecność gołej gleby.

Zrozumienie kontekstu analizowanego obszaru, np. konkretnego rodzaju upraw lub warunków środowiskowych, może pomóc w interpretacji obrazów NDVI i podejmowaniu świadomych decyzji dotyczących praktyk rolniczych.