شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی یا NDVI چیست ؟

شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی (Normalized Difference Vegetation Index (NDVI)) پوشش گیاهی را با اندازه گیری تفاوت بین باندهای مادون قرمز نزدیک ( که پوشش گیاهی به شدت منعکس می کند ) و نور قرمز ( که پوشش گیاهی جذب می کند ) کمی سازی (عددی) میکند .

شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی یا NDVI چیست ؟

NDVI رایج ترین شاخصی است که تحلیلگران در سنجش از دور استفاده می کنند . اما چگونه آن را محاسبه می کنند ؟ مقادیر NDVI چه چیزی را نشان میدهد ؟ دانشمندان زمین چه استفاده ای از NDVI می کنند ؟

مقادیر NDVI همواره بین -1 تا +1 متغیر است . اما محدوده و مرز مشخصی برای پوشش های مختلف زمین وجود ندارد .

به عنوان مثال ، وقتی با مقادیر منفی NDVI رو به رو هستید ، به احتمال زیاد محدوده مورد نظر آب است . و از سوی دیگر ، اگر مقدار NDVI نزدیک به +1 باشد ، احتمال اینکه پوشش مورد نظر برگهای سبز متراکم باشد زیاد است . و نیز وقتی مقدار NDVI نزدیک به صفر است ، احتمالاً هیچ برگ سبزی وجود ندارد و یا حتی ناحیه مورد نظر میتواند یک منطقه شهری باشد.

طریقه محاسبه NDVI ؟

همانگونه که در شکل زیر نشان داده شده است ، شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی (NDVI) از باندهای مادون قرمز نزدیک (NIR) و قرمز (RED) در فرمول خود استفاده می کنند .

پوشش گیاهی سالم ( حاوی کلروفیل ) نور مادون قرمز نزدیک و نور سبز بیشتری را در مقایسه با سایر طول موج ها منعکس می کند . اما نور آبی و قرمز بیشتری را جذب میکند . به همین دلیل است که چشمان ما پوشش گیاهی را به رنگ سبز می بیند و اگر می توانستید مادون قرمز نزدیک را ببینید میزان آن برای پوشش گیاهی همچون رنگ سبز زیاد بود . سنسورهای ماهواره هایی مانند لندست و سنتینل -2 هر دو دارای باندهای مادون قرمز نزدیک و قرمز هستند .

نتیجه این فرمول مقداری بین -1 و +1 ایجاد می کند . اگر بازتاب کم (یا مقادیر کم) در باند قرمز و بازتاب زیاد در باند مادون قرمز دارید ، در نتیجه مقدار بالای NDVI به دست می آید و بالعکس .

به طور کلی NDVI یک روش استاندارد برای اندازه گیری پوشش گیاهی سالم است . زمانی که مقادیر بالای NDVI دارید به معنای پوشش گیاهی سالم تری خواهد بود و وقتی مقدار NDVI پایینی دارید ، پوشش گیاهی کمتری دارید یا اصلاً پوششی وجور ندارد .

نمونه ای از کاربرد NDVI در کشاورزی

بیایید NDVI را برای یک منطقه کشاورزی که با روش آبیاری عقربه ای یا سنترپیوت آبیاری می شود بررسی کنیم . در آبیاری عقربه ای (Center pivot) آبپاش حول یک نقطه مرکزی می چرخد و یک الگوی آبیاری دایره ای شکل و به دنبال آن الگوی محصول دایره شکل ایجاد می کند .

در تصویر با رنگ حقیقی ، نحوه ظهور باندهای قرمز، سبز و آبی را مشاهده میکنید . به این تصویر ، رنگ حقیقی می گوییم زیرا همانند همان چیزی است که چشمان ما می بیند .

درنگاهی به فرمول می توانید ببینید که چگونه NDVI از باند مادون قرمز نزدیک (NIR) استفاده می کند . بنابراین زمانی که باند مادون قرمز را به صورت رنگ قرمز نمایش می دهیم ( تصویر کاذب) ، مادون قرمز رنگی به دست می آید . به آن مادون قرمز رنگی می گوییم چرا که مادون قرمز نزدیک ، در کانال رنگ قرمز قرار دارد . همانطور که در شکل فوق مشاهده می کنید ، پوشش گیاهی حاصل از آبیاری سنتر پیوت با رنگ قرمز روشن ، کاملا مشخص است .

مطابق تصویر زیر زمانی که از فرمول NDVI استفاده میکنید ، سبز روشن بیانگر NDVI بالاست . در حالی که رنگ قرمز نشان دهنده NDVI پایینی است . بنابراین با اندازه گیری تفاوت بین مادون قرمز نزدیک ( که پوشش گیاهی به شدت منعکس می کند ) و نور قرمز (که پوشش گیاهی جذب می کند ) پوشش گیاهی را کمی (عددی) میکنیم .

همانطور که مشاهده می کنید ، تشخیص دایره های حاصل از آبیاری عقربه ای با استفاده از شاخص NDVI آسان تر شده است و به دلیل استفاده از NDVI طبقه بندی آسان تر شده است .

آشنایی با Spatial Join در ArcGIS

کاربرد های شاخص نرمال شده تفاوت پوشش گیاهی (NDVI)

بخشهای مختلفی از شاخص NDVI بهره می برند. به عنوان مثال در کشاورزی ، کشاورزان از NDVI برای کشاورزی دقیق و اندازه گیری زیست توده ( Biomass ) استفاده میکنند .

حال آنکه ، در جنگلداری ، جنگلبان از NDVI برای تعیین میزان ذخیره جنگل و شاخص سطح برگ استفاده می کنند .

علاوه بر این NDVI شاخص مناسبی برای خشکسالی نیز به شمار میرود . و زمانی که کمبود میزان آب ، رشد پوشش گیاهی را محدود میکند در نتیجه میزان NDVI کمتر و تراکم پوشش گیاهی کمتری هم وجود خواهد داشت .

در واقع صدها برنامه کاربردی وجود دارد که از NDVI در دنیای واقعی استفاده میکنند .

کدام تصاویر ماهواره ای باند مادون قرمز نزدیک برای تعیین NDVI را دارند ؟

همانطور که قبلاً بیان شد ، ماهواره هایی همچون Landsat ، Sentinel-2 و نیز Spot تصاویر قرمز و مادون قرمز نزدیک تولید می کنند .

مطالعه بیشتر : آشنایی با Landsat9

ما از NDVI در کشاورزی ، جنگلداری و محیط زیست استفاده می کنیم . آیا شما کاربرد هایی دیگر برای شاخص NDVI می شناسید ؟