Spletna aplikacija VegX - Vegetacijski indeksi

Vegetacijski indeksi

NDVI – Normalized Difference Vegetation Index

Vegetacijski indeks NDVI (ang. normalized difference vegetation index) temelji na razmerju med vrednostmi spektralnega odboja v rdečem in bližnjem infrardečem delu spektra. NDVI loči zeleno vegetacijo od ostalih površin, ker klorofil absorbira rdeči del spektra in odbija bližnji infra-rdeči (ang. near-infrared NIR) del spektra zaradi notranje sestave lista. Zato visoke vrednosti NDVI kažejo na velike listne površine, visoko listno biomaso in sklenjenost krošenj. NDVI izračunamo po formuli: NDVI = (NIR – RED) / (NIR + RED), kjer je NIR spektralni odboj v bližnjem infrardečem spektru, RED pa v rdečem delu spektra.

Interval vrednosti NDVI je med –1 in +1, vegetacija ima navadno vrednosti med 0,2–0,8.

EVI – Enhanced Vegetation Index

V gostih sestojih, kjer je površina listov velika, uporabljamo vegetacijski indeks EVI (ang. Enhanced Vegetation Index). EVI je v osnovi podoben NDVI, katerega vrednosti izboljšamo s pomočjo spektralnega odboja v modrem delu spektra. To omogoča popravek vpliva spektralnega odboja od tal in od atmosferskih motenj. Izračunamo ga po naslednji formuli: EVI = 2,5 × [(NIR – RED) / ((NIR) + (6 × RED) – (7,5 × BLUE) + 1)]. NDVI odraža količino klorofila, EVI pa zazna strukturne spremembe v krošnjah dreves, vključno z listno površino, fizionomijo rastline in zgradbo krošnje. Razlika med NDVI in EVI je tudi ta, da je v primeru snega, NDVI manjši, EVI pa večji.

Interval vrednosti EVI je med –1 in +1, vegetacija ima navadno vrednosti med 0,2–0,8.

LAI – Leaf Area Index

Indeks listne površine (LAI; brez enote) je pri listavcih opredeljen kot enostranska zelena listna površina na enoto površine tal in pri iglavcih kot pol celotne površine iglice na enoto površine tal. LAI uporabljamo za napoved primarne produkcije, evapotranspiracije in kot referenčno orodje za rast vegetacije.

Interval vrednosti LAI je med 0 (gola tla) do čez 10 (gosti sestoji iglavcev).

FAPAR – Fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation

Indeks FAPAR (ang. Fraction of Absorbed Photosynthetically Active Radiation; brez enote) je opredeljen kot frakcija slučajnega fotosintetskega aktivnega sevanja (400–700 nm), ki ga absorbirajo listi. FAPAR opisuje absorpcijo svetlobe v sklenjenih krošnjah. FAPAR neposredno odraža primarno produkcijo fotosinteze, nekateri modeli pa ga uporabljajo tudi za oceno asimilacije ogljikovega dioksida v vegetaciji. Vrednosti indeksa se gibljejo med 0 in 1. FAPAR so Združeni narodi (ang. Global Climate Observing System, GCOS) sprejeli kot enega izmed osnovnih klimatskih spremenljivk za opis svetovnega podnebja.

Sateliti

MODIS

MODIS (ang. Moderate Resolution Imaging spektroradiometer) je ključni instrument na krovu Terra (prvotno znan kot EOS AM-1) in Aqua (prvotno znan kot EOS PM-1) satelitov. Terra kroži okoli Zemlje od severa proti jugu, medtem ko Aqua kroži od juga proti severu. Terra MODIS in Aqua MODIS pregledata celotno Zemljino površino vsakih 1 do 2 dni, podatke pridobivata v 36. spektralnih pasovih.

Povezava: http://modis.gsfc.nasa.gov

V VegX spletni aplikaciji uporabljamo dva produkta:

PROBA V

PROBA V je majhen satelit, ki ima nalogo kartirati rabo tal in rast vegetacije čez celo Zemljo vsaka dva dneva. Satelit je izstrelila Evropska vesoljska agencija v letu 2013. V VegX uporabljamo produkt TOC, ki se nanaša na snemanje vegetacije na vrhu krošenj (ang. Top of Canopy) in sicer izračun vegetacijskih indeksov NDVI in EVI. Prostorska ločljivost je 100 m, časovna ločljivost 2 dni.

Spletna stran: http://proba-v.vgt.vito.be, Uporabniški priročnik

Viri podatkov

Izvorni podatki MODIS so last Severno Ameriške vesoljske agencije (NASA), podatki satelita PROBA-V pa Evropske vesoljske agencije (ESA). Satelitske posnetke prevzema ZRC-SAZU in jih naknadno z svojimi algoritmi izboljšuje, npr. izdela kompozit več satelitskih posnetkov tako, da je na enem posnetku pokrita cela Slovenija in upošteva območja oblačnosti.

Opis delovanja

Satelitske posnetke MODIS in PROBA-V prevzema ZRC-SAZU, jih naknadno obdela in pripravi za nadaljnji prevzem. Gozdarski inštitut Slovenije jih prevzame iz FTP in shrani v raster katalog v prostorsko podatkovno zbirko (angl. Geodatabase), Microsoft SQL Server 2008 R2. Sledi statistična obdelava satelitskih posnetkov na ravni GGE, izračun normaliziranih odklonov in končno razredov za prikazovanje na karti. Normaliziran odklon izračunamo po naslednji formuli: (v – p)/(v + p), kjer je v vrednost vegetacijskega indeksa v določeni GGE na določeni dan, p pa povprečje vegetacijskega indeksa v določeni GGE na določen dan. Ker na karti prikazujemo tri različne časovne horizonte (dan, mesec, leto), normalizirane odklone izračunamo za vse časovne horizonte. Sledi uvrstitev GGE v določen razred. Izbrali smo pet stopenjsko lestvico: dve zeleni barvi prikazujeta boljše stanje od povprečja, rumena označuje normalno – povprečno stanje, rdeče barve pa negativne odklone in slabše stanje od povprečja. Meje razredov pet stopenjske lestvice določimo kot normalizirani odklon 4 %, 16 %, 36 % in 64 % delež števila primerov določenega vegetacijskega indeksa.

Za prikaz interaktivne karte uporabljamo ESRI ArcGIS Server 10.3, ki nudi spletne storitve za prikaz kart s pomočjo REST tehnologije. Spletna aplikacija VegX uporablja programski okvir Microsoft .NET Framework 4.5 in ESRI ArcGIS API for JavaScript 3.11. VegX je napisan v programskem okolju Microsoft Visual Studio 2012. Spletna aplikacija VegX teče na spletnem strežniku Microsoft Internet Information Services 7.0.

Uporabniški vmesnik

GUI

Razlaga uporabniškega vmesnika:

1. Časovni drsnik. Z njim se premikamo med posnetki v času. Skrajno levo je gumb, s katerim se premaknemo en korak nazaj, z gumbom skrajno desno pa en korak naprej. Za hiter premik uporabimo sredinsko puščico na drsniku – jo primemo in premaknemo na želeno mesto.

2. Izbran sloj. Iz spustnega seznama izberemo enega izmed štirih vegetacijskih indeksov, ki ga želimo pregledovati.

3. Izbira časovnega horizonta. Na voljo imamo pregled kart v treh časovnih ločljivostih, tj. dan, mesec in leto.

4. Izbor dneva. Glede na izbran časovni horizont (3) tukaj izberemo dan, mesec ali leto, ki ga želimo prikazati na karti.

5. Orodja za animacijo, analizo, nastavitve karte ter povezava do pomoči. Prvi gumb je namenjen za upravljanje animacije. S pritiskom na gumb Igraj se prične animacija. Za konec animacije pritisnemo gumb Stop. Hitrost animacije določimo v nastavitvah karte.

6. Orodja za upravljanje interaktivne karte. Orodja vsebujejo (z leve proti desni): Najdi (iskanje po krajevnih imenih in gozdnih odsekih), Tiskanje (tiskanje karte), Merilo (izbor merila in prikaz trenutnega merila), Roka (premik karte), Oddalji (povečava na izbrano območje), Približaj (pomanjšava na izbrano območje), Povečava na celo Slovenijo, Premik po zgodovini premikov na karti (prejšnja, naslednja), Pojdi na XY (premik na izbrano koordinato), Informacija o sloju (poizvedba po slojih na karti: GGO, GGE, odsek, sestoj, DMV, stran neba, nagib), Merjenje razdalj in površin, Seznam grafičnih slojev (vklop in izklop grafičnih slojev), Pregledna karta.

7. Povečava in pomanjšava za en korak.

8. Legenda (stanje vegetacijskega indeksa).

9. Karta - osrednji del uporabniškega vmesnika.

10. Trenutno merilo karte.

11. Trenutne koordinate pod kazalcem miške.

Analiza

Orodje za analizo (5) aktiviramo tako, da kliknemo na gumb s podobo grafikona. Na karti izberemo točko, tj. GGE, ki ga želimo analizirati. Po kliku na karto moramo počakati nekaj trenutkov, da se izvede analiza. Če želimo izbrati za analizo nov GGE, kliknemo na potrditveno polje Izbira nove točke za analizo in na karti izberemo nov GGE. Analiza vključuje tri grafikone: (1) na prvem prikazujemo letna povprečja vegetacijskega indeksa izbrane GGE in letna povprečja za celo Slovenijo; (2) na drugem grafikonu prikazujemo mesečna povprečja vegetacijskega indeksa v izbrani GGE, mesečna povprečja izbranega vegetacijskega indeksa za celo Slovenijo in vrednosti indeksa na izbrani dan; (3) na tretjem grafikonu prikazujemo gibanje dnevnih vrednosti vegetacijskega indeksa preko več let tako v izbrani GGE kot na ravni cele Slovenije. V vseh grafikonih z rdečo črto prikazujemo vrednosti na ravni GGE, z rumeno na ravni Slovenije, črna črta pa prikazuje celotno povprečje vegetacijskega indeksa skozi celotno obdobje.

Analiza

Pogoji uporabe spletne aplikacije

Spletna aplikacija VegX – Vegetacijski indeksi v Sloveniji je nastala v okviru projekta "Učinki žleda na gozdove glede na sestojne in talne značilnosti (V4-1422)", ki ga sofinancirata Javna agencija za raziskovalno dejavnost RS (ARRS) in Ministrstvo za kmetijstvo, gozdarstvo in prehrano (MKGP). Trajanje projekta: 1.7.2014―30.6.2017, vodja projekta dr. Kobler Andrej, GIS. Spletno aplikacijo je razvil dr. Nikica Ogris, Gozdarski inštitut Slovenije.

Pogoji uporabe:

Citiranje spletne aplikacije:

Ogris N., Andrej K., Čotar K., Pehani P., T. Veljanovski. 2018. VegX – Vegetacijski indeksi v Sloveniji, spletna aplikacija in interaktivna karta. Gozdarski inštitut Slovenije, Znanstvenoraziskovalni center Slovenske akademije znanosti in umetnosti, (datum uporabe).

Kontakt

Tehnični kontakt za spletno aplikacijo VegX: Nikica Ogris, Gozdarski inštitut Slovenije

Kontakt za projekt V4-1422: Andrej Kobler, Gozdarski inštitut Slovenije

Kontakt za satelitske posnetke: Peter Pehani, ZRC SAZU