Aplicación de datos del mes: Índices de vegetación

Producto NDVI de 8 días basado en MODIS para Australia del 1 al 9 de enero de 2014

¿Para qué se usan los índices de vegetación?

Los índices de vegetación que provienen de satélites de observación de la Tierra son importantes para una amplia variedad de aplicaciones, tales como el monitoreo de la vegetación, estudios de sequías, actividades agrícolas y modelado climático e hidrológico. El monitoreo de la vegetación juega un papel importante en los sistemas de alerta temprana de sequía, que ayudan a anticipar el riesgo de crisis alimentarias a escala mundial y local.

¿Cómo se miden los índices de vegetación desde el espacio?

Los sensores satelitales ópticos miden la radiación solar reflejada desde objetivos en tierra. Los sensores ópticos multiespectrales son detectores multicanales con unas pocas bandas espectrales. Cada canal es sensible a la radiación dentro de una banda de longitud de onda estrecha, como la azul, verde, roja, infrarroja cercana, o banda de infrarrojos de onda estrecha. El reflejo de radiación por parte de la vegetación muestra valores bajos en las bandas azul y roja, valores un poco más altos en la banda verde, valores muy altos en la banda de infrarrojo cercano, y valores de bajos a altos en las bandas de infrarrojos de onda estrecha (depende de la longitud de onda). El aumento brusco de reflejo del rojo al infrarrojo cercano (el llamado “borde rojo”) es muy característico del espectro de la vegetación. Los sensores multiespectrales no “ven” el espectro electromagnético completo, pero sus bandas cubren partes del espectro que son características de diferentes tipos de cobertura terrestre. (Elowitz, Mark R. “¿Qué es la Espectroscopía de las Imágenes (Imágenes Hiperespectrales?)”)

El diseño de sensores multiespectrales difiere en cantidad de bandas, ancho de banda, y longitud de onda que cubren, depende de la aplicación deseada. El sensor RapidEye, por ejemplo, se diseñó para estudios de vegetación y aplicaciones agrícolas y, por eso, se lo equipó con una banda de borde rojo separada, lo cual es bastante excepcional. El sensor MSi a bordo del Sentinel-2 también estará equipado con tres bandas nuevas en la región del borde rojo. Los sensores que se usan comúnmente para estudios de vegetación incluyen el Radiómetro Avanzado de Muy Alta Resolución (AVHRR, por su sigla en inglés), que se encuentra a bordo del NOAA y de los MetOp; el Espectroradiómetro de Imágenes de Resolución Moderada (MODIS, por su sigla en inglés), que se encuentra a bordo de los satélites Terra y Aqua; o los sensores VEGETATION 1 y 2, que se encuentran a bordo del SPOT 4 y el SPOT 5.

Los índices espectrales usan las características del espectro del respectivo material de interés. Por ejemplo, el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI, por su sigla en inglés) usa las bandas roja e infrarroja cercana, ya que la energía reflejada en esas longitudes de onda se relaciona de forma clara con la cantidad de cobertura vegetal sobre la superficie del suelo. No todos los índices espectrales se pueden aplicar a todos los sensores. Al seleccionar datos para calcular los índices, el requisito básico es que el sensor cubra las bandas que se usan en el índice. La Base de Datos de índice (IDB, por su sigla en inglés), de Henrich et al. brinda una visión de conjunto completa sobre qué índices coinciden con qué sensores.

La IDB enumera más de 66 índices de vegetación diferentes. En términos generales, los índices de vegetación son medidas radiométricas sin dimensión, que combinan información de diferentes canales del espectro electromagnético para aumentar la señal de vegetación. Los índices miden la variación espacial y temporal de la actividad fotosintética de la planta. Los índices de vegetación se utilizan mucho debido a su simplicidad. Los más usados incluyen el Índice de Vegetación de Diferencia Normalizada (NDVI), el Índice de Vegetación Mejorado (EVI, por su sigla en inglés), el Índice de Vegetación de Diferencia (DVI, por su sigla en inglés), entre otros.

Las imágenes inferiores muestran una comparación del NDVI y del EVI basada en el MODIS para Centroamérica. Los datos están disponibles de manera gratuita como producto MODQ1 (cf. enlaces a los datos abajo). En el par de imágenes superior, los datos de la estación húmeda en julio de 2012 muestran que el NDVI se satura en áreas de alta biomasa. El par de imágenes inferior con datos de la estación seca en febrero de 2001 muestra que el EVI exhibe valores más bajos en las áreas secas, lo que dificulta distinguir diferentes tipos de biomasa. Una ventaja del EVI es que incluye la banda azul, lo que hace al índice menos sensible a los efectos atmosféricos.

En un ensayo sobre índices de vegetación y variables biofísicas (Clevers 2014, doi:10.1007/978-94-007-7969-3_22), el autor expone que “Varios estudios han comparado muchos índices. El desempeño de los varios índices siempre es diferente, ya que depende de los conjuntos de datos específicos usados para el estudio, y cada vez el resultado indica que un índice diferente es el mejor. […] Siempre se debe tener en cuenta el contexto teórico de un índice, su rango de validez y su propósito, y luego usar un índice tanto como sea posible interpretando resultados que sean mutuamente comparables espacial y temporalmente.”

Los índices de vegetación están altamente correlacionados con variables biofísicas, tales como el Índice de Área de Hoja (LAI, por su sigla en inglés), Manto de Agua, fracción de radiación activa absorbida fotosintéticamente (fAPAR, por su sigla en inglés), y fracción de cubierta vegetal (fCover), siendo los últimos dos Variables Climáticas Esenciales (ECVs, por su sigla en inglés). Los modelos de transferencia Radiativa como el modelo PROSAIL se usan para determinar las variables biofísicas con base en la reflectancia o en los índices de vegetación.

¿Cómo puedo acceder a los índices de vegetación?

Algunos índices de vegetación están disponibles como elementos de geoinformación gratuitos con cobertura global y actualizaciones frecuentes. Los siguientes son algunos ejemplos:

Productos Globales STAR de Salud de la Vegetación (NOAA) (link a los datos)

Sistema de Índice de Estrés Agrícola (ASIS, por su sigla en inglés) (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura - FAO) (link a los datos)

Observatorio de Langostas (Instituto de Investigación Nacional, IRI, por su sigla en inglés)  (link a los datos)

Sistema Global de Monitoreo y Pronóstico de Sequías Agrícolas (GADMFS-CSISS, por su sigla en inglés) (link a los datos)

Sistema de Alerta Temprana contra la Hambruna (FEWS NET, USGS) (link a los datos)

Productos de Vegetación de MODIS (NASA) (link a los datos)

NDVI de Asia Central (FEWS NET-USGS, USAID) (link a los datos)

NDVI del Medio Oriente (FEWS NET-USGS, USAID) (link a los datos)

NDVI de Centroamérica (FEWS NET-USGS, USAID) (link a los datos)

NDVI de África (FEWS NET-USGS, USAID) (link a los datos)

¿Cómo se usan los conjuntos de datos para la gestión del riesgo de desastres y la respuesta a emergencias?

Los índices de vegetación, en especial las series de tiempo gratuitas de los NDVI y EVI, se usan comúnmente para el monitoreo de sequías. La Agencia Espacial Iraní (ISA, por su sigla en inglés), una de las Oficinas Regionales de Apoyo de la UN-SPIDER, ha preparado una práctica recomendada para el monitoreo de sequías, que se usa para monitorear los impactos de las sequías meteorológicas en la vegetación natural, es decir, la que se nutre de la lluvia, la dehesa y los bosques. Con base en los compuestos de máximo valor del NDVI de MODIS (250m de resolución espacial), se calcula el Índice de Condición de la Vegetación (VCI, por su sigla en inglés) para evaluar si el estado de la vegetación en el mes en curso es mejor o peor en comparación con el mismo mes en años anteriores. Los valores se dan entre cero y uno. De este modo, un valor de uno indica que el valor del NDVI del mes en curso es el máximo en la serie de tiempo, un valor de cero indica que el valor del NDVI del mes en curso es el mínimo en la serie de tiempo, y todos los valores intermedios indican la ubicación del valor observado entre el máximo y el mínimo. El procedimiento detallado paso a paso sobre cómo preparar los datos de MODIS, cómo calcular el VCI y cómo visualizar los resultados están disponibles aquí en el Portal de Conocimientos.

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