برآورد شاخص سطح برگ در جنگل‌های زاگرس با داده‌های ماهواره لندست 8

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 استاد گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

2 گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

3 استادیار گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه کردستان

4 دانشیار گروه جنگلداری، دانشکده منابع طبیعی دانشگاه تهران

چکیده

هدف تحقیق حاضر، بررسی قابلیت داده‌های سنجندۀ OLI ماهوارۀ لندست 8 به‌منظور برآورد شاخص سطح برگ در بخشی از جنگل‌های زاگرس در شهرستان مریوان است. برای بررسی روابط بین شاخص سطح برگ و ارزش‌های طیفی داده‌های OLI، 60 قطعه‌ نمونۀ زمینی به روش نمونه‌برداری انتخابی با ابعاد 45×45 متر برداشت شده و برای تعیین مقادیر شاخص سطح برگ در هر قطعه‌ نمونه، عکس‌برداری نیم‌کروی اجرا شد. پردازش‌های مناسب تصویر شامل شاخص‌های پوشش گیاهی، تجزیۀ مؤلفه‌های اصلی، تبدیل تسلدکپ و ادغام انجام گرفت و تصاویر ایجادشده همراه با مجموعه باندهای اصلی تجزیه‌وتحلیل شد. با تعیین موقعیت قطعات نمونه بر روی تصویر ماهواره‌ای ارزش‌های طیفی مربوط به باندهای اصلی و فرعی استخراج شد. براساس بررسی همبستگی و برخلاف انتظار، همبستگی منفی بین شاخص سطح برگ که بیانگر مقدار سبزینگی نیز است با بازتاب‌ها در باند مادون قرمز مشاهده شد. رابطۀ میان این ارزش‌های طیفی و شاخص سطح برگ با استفاده از 75 درصد نمونه‌ها و روش‌های تحلیل رگرسیون ساده و چندگانه به روش گام‌به‌گام تعیین شد. نتایج مدلسازی‌ها و اعتبارسنجی آنها با 15 قطعه نمونۀ شاهد نشان داد که مدل‌های خطی در این زمینه از کارایی لازم برخوردارند. مدل خطی ساده حاصل از مشخصۀ شاخص سطح برگ و شاخص گیاهی SR و مدل رگرسیون چندگانه با مجموعۀ سه باند NDVI، SR و SAVI به‌عنوان بهترین روابط برای برآورد شاخص سطح برگ از تصاویر ماهواره‌ای انتخاب شدند. نتایج این امیدواری را ایجاد می‌کند که با مطالعات تکمیلی در زمینۀ تعیین دقیق مقدار کم برآورد این شاخص به روش عکس‌برداری نیم‌کروی و بررسی قابلیت دیگر داده‌های سنجش از دور و روش‌های تجزیه‌و‌تحلیل، بتوان شاخص سطح برگ را در چنین مناطقی براساس تصاویر ماهواره‌ای و با صرف هزینه و زمان بسیار کم برآورد کرد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Estimation of leaf area index in Zagros forests using Landsat 8 data

نویسندگان [English]

  • A Darvishsefet 1
  • N Miri 2
  • Z Shakeri 3
  • N Zargham 4
چکیده [English]

Leaf area index (LAI) is an important feature controlling many forest ecological processes like gaseous exchanges between the atmosphere and forests, photosynthesis, evapotranspiration, water and carbon cycles. The aim of this study was to evaluate Landsat-8 OLI data to estimate LAI of forests in Zagros forests in Marivan region. To determine the relationship between LAI and OLI data, 60 sample plots were defined with a dimension of 45 × 45 m. The LAI value within each ground sample plot was determined using hemispherical photography and Gap Light Analyzer software. Suitable enhancement techniques such as vegetation indices, Principle Component Analysis (PCA), Tasseled Cap transformation and fusion were performed. The spectral values of corresponding plots were also extracted. Based on correlation analysis and contrary to expectations, negative correlation was observed between LAI, which represents the amount of greenness, and reflections in the infrared band. This could be due to the accumulation of dust on the leaves. The relationship between the spectral values and ground LAI were analyzed using stepwise multiple regression with 75% of the samples. Validation of resulted statistical models using the rest of control plots (25%) showed that the linear models are more efficient. The simple linear model of LAI and SR vegetation index (R2=0.682, RMSE% =22.6% and Bias% =-1.83) and the multiple regression model of NDVI, SR and SAVI (R2=0.722, RMSE % =20% and Bias% =-0.04) were the best ones for estimating the LAI from satellite data. Further complementary studies for determining the amount of LAI underestimation by hemispherical photography, capabilities of other remote sensing data and analysis methods are suggested to enhance this approach to estimate LAI.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Hemispherical photographs
  • Leaf area index (LAI)
  • OLI sensor
  • Zagros forests