基于Landsat 8與MODIS 13的植被指數(shù)對比分析

楊亮彥

(1.陜西省土地工程建設(shè)集團有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710075； 2.陜西地建土地工程技術(shù)研究院有限責(zé)任公司， 陜西 西安 710075； 3.自然資源部 退化及未利用土地整治工程重點實驗室， 陜西 西安 710075； 4.陜西省土地整治工程技術(shù)研究中心， 陜西 西安 710075)

植被是地表能量循環(huán)和生物循環(huán)的重要媒介，在地球生態(tài)系統(tǒng)平衡、氣候變化中起著協(xié)調(diào)作用[1-2]。同時植被是地表覆蓋最敏感的要素之一，易受人類活動和氣候變化的影響[3]。因此，探究區(qū)域植被時空分布特征及其動態(tài)變化，對改善區(qū)域生態(tài)環(huán)境具有重要的指導(dǎo)意義。目前，歸一化植被指數(shù)(NDVI)是研究區(qū)域植被生長狀況、評價區(qū)域生態(tài)環(huán)境的重要指標，被廣泛應(yīng)用于全球植被動態(tài)變化研究[4-6]。NDVI數(shù)據(jù)源較為廣泛，其主要包括Landsat系列數(shù)據(jù)、MODIS數(shù)據(jù)集、GIMMS NDVI數(shù)據(jù)集、SPOT-VGT產(chǎn)品、Sentinel數(shù)據(jù)、高分系列衛(wèi)星等，其中在長時間序列的區(qū)域植被指數(shù)動態(tài)變化研究中，MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品以時間分辨率高等優(yōu)勢被廣泛應(yīng)用于大尺度區(qū)域植被指數(shù)研究中。但MODIS 13數(shù)據(jù)產(chǎn)品的時間跨度為2000年至今，對于研究2000年之前的區(qū)域植被動態(tài)變化，該數(shù)據(jù)源無法提供數(shù)據(jù)支持；數(shù)據(jù)空間分辨率較低，不能用于小區(qū)域尺度的植被研究。Landsat系列數(shù)據(jù)具有空間分辨率高、時間跨度長、遙感影像質(zhì)量好等優(yōu)勢，可完美彌補MODIS 13數(shù)據(jù)的缺點，為區(qū)域植被指數(shù)的動態(tài)變化研究提供數(shù)據(jù)支撐?？紤]到不同數(shù)據(jù)源的植被指數(shù)存在差異性，且針對兩組數(shù)據(jù)差異性的研究較少，無法為兩者數(shù)據(jù)的融合使用提供理論支撐。通過Landsat 8與MODIS 13數(shù)據(jù)分別獲取研究區(qū)同時相的NDVI值，分析兩者的差異性，并建立相關(guān)關(guān)系，為了解區(qū)域植被的動態(tài)變化提供數(shù)據(jù)支持。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

研究區(qū)位于毛烏素沙地腹地，屬于干旱與半干旱過渡區(qū)域，干旱缺水，生態(tài)環(huán)境脆弱，地表覆蓋受人類活動影響較小，適合不同數(shù)據(jù)源植被指數(shù)的對比研究。選取條代號為(128，033)，時間為2017年7月13日的Landsat 8影像為研究對象，空間分辨率為30 m，原始數(shù)據(jù)由地理空間數(shù)據(jù)云(http://www.gscloud.cn/)提供，經(jīng)過輻射定標、大氣校正等預(yù)處理，獲取Landsat 8 NDVI數(shù)據(jù)。同時期的MODIS 13數(shù)據(jù)來源于美國航空局(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/)，行列號為h26v05，空間分辨率為250 m，時間分辨率為8 d。利用軟件ENVI 5.3將HDF格式轉(zhuǎn)換為TIFF格式數(shù)據(jù)，并進行投影轉(zhuǎn)換和區(qū)域裁剪、拼接，獲取研究區(qū)MODIS 13 NDVI數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

研究區(qū)Landsat 8 NDVI與MODIS 13 NDVI數(shù)據(jù)空間分布見圖1，兩者在空間上具有高度一致性，NDVI較高的區(qū)域分布在東南區(qū)域，主要在河流周邊及農(nóng)業(yè)種植區(qū)，呈條帶狀和點狀分布。NDVI較低的區(qū)域散落分布在研究區(qū)的中部，主要為水體。Landsat 8 NDVI數(shù)據(jù)與MODIS 13 NDVI數(shù)據(jù)的最大值分別為1.0和0.98，相差較小，但最小值分別為-0.71和-0.20，相差較大，其原因可能是空間分辨率的差異性導(dǎo)致。利用ENVI重采樣工具，統(tǒng)一兩種數(shù)據(jù)的空間分辨率發(fā)現(xiàn)，兩者最小值的絕對差值變小。

為進一步探究Landsat 8 NDVI數(shù)據(jù)與MODIS 13 NDVI數(shù)據(jù)的關(guān)系，通過隨機采點200個，對比分析兩種數(shù)據(jù)及Landsat 8重采樣后散點圖(圖2)。Landsat 8 NDVI與MODIS 13 NDVI相關(guān)系數(shù)達0.780 6，均方根誤差為0.109 3，絕對誤差為0.066 5；將Landsat 8數(shù)據(jù)重采樣后，兩者相關(guān)系數(shù)為0.635 7，均方根誤差為0.1246，絕對誤差為0.079 4。表明，Landsat 8 NDVI與MODIS 13 NDVI具有較好的相關(guān)性，但重采樣會降低Landsat 8 NDVI數(shù)據(jù)自身的精度。

3 結(jié)論

Landsat 8 NDVI與MODIS 13 NDVI數(shù)據(jù)在空間分布上具有高度一致性，受水體影響，兩者極小值存在差異性，Landsat 8水體部分NDVI值更小，主要是空間分辨率不同導(dǎo)致。Landsat 8 NDVI與MODIS 13 NDVI具有較好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)達0.780 6，但重采樣會降低Landsat 8 NDVI數(shù)據(jù)自身的精度。