基于Landsat 8與MODIS 13的植被指數對比分析

楊亮彥

(1.陜西省土地工程建設集團有限責任公司， 陜西 西安 710075； 2.陜西地建土地工程技術研究院有限責任公司， 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研究中心， 陜西 西安 710075)

植被是地表能量循環和生物循環的重要媒介，在地球生態系統平衡、氣候變化中起著協調作用[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，探究區域植被時空分布特征及其動態變化，對改善區域生態環境具有重要的指導意義。目前，歸一化植被指數(NDVI)是研究區域植被生長狀況、評價區域生態環境的重要指標，被廣泛應用于全球植被動態變化研究[4-6]。NDVI數據源較為廣泛，其主要包括Landsat系列數據、MODIS數據集、GIMMS NDVI數據集、SPOT-VGT產品、Sentinel數據、高分系列衛星等，其中在長時間序列的區域植被指數動態變化研究中，MODIS數據產品以時間分辨率高等優勢被廣泛應用于大尺度區域植被指數研究中。但MODIS 13數據產品的時間跨度為2000年至今，對于研究2000年之前的區域植被動態變化，該數據源無法提供數據支持；數據空間分辨率較低，不能用于小區域尺度的植被研究。Landsat系列數據具有空間分辨率高、時間跨度長、遙感影像質量好等優勢，可完美彌補MODIS 13數據的缺點，為區域植被指數的動態變化研究提供數據支撐。考慮到不同數據源的植被指數存在差異性，且針對兩組數據差異性的研究較少，無法為兩者數據的融合使用提供理論支撐。通過Landsat 8與MODIS 13數據分別獲取研究區同時相的NDVI值，分析兩者的差異性，并建立相關關系，為了解區域植被的動態變化提供數據支持。

1 數據來源與處理

研究區位于毛烏素沙地腹地，屬于干旱與半干旱過渡區域，干旱缺水，生態環境脆弱，地表覆蓋受人類活動影響較小，適合不同數據源植被指數的對比研究。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，原始數據由地理空間數據云(http://www.gscloud.cn/)提供，經過輻射定標、大氣校正等預處理，獲取Landsat 8 NDVI數據。同時期的MODIS 13數據來源于美國航空局(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格式轉換為TIFF格式數據，并進行投影轉換和區域裁剪、拼接，獲取研究區MODIS 13 NDVI數據。

2 結果與分析

研究區Landsat 8 NDVI與MODIS 13 NDVI數據空間分布見圖1，兩者在空間上具有高度一致性，NDVI較高的區域分布在東南區域，主要在河流周邊及農業種植區，呈條帶狀和點狀分布。NDVI較低的區域散落分布在研究區的中部，主要為水體。Landsat 8 NDVI數據與MODIS 13 NDVI數據的最大值分別為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致。利用ENVI重采樣工具，統一兩種數據的空間分辨率發現，兩者最小值的絕對差值變小。

為進一步探究Landsat 8 NDVI數據與MODIS 13 NDVI數據的關系，通過隨機采點200個，對比分析兩種數據及Landsat 8重采樣后散點圖(圖2)。Landsat 8 NDVI與MODIS 13 NDVI相關系數達0.780 6，均方根誤差為0.109 3，絕對誤差為0.066 5；將Landsat 8數據重采樣后，兩者相關系數為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具有較好的相關性，但重采樣會降低Landsat 8 NDVI數據自身的精度。

3 結論

Landsat 8 NDVI與MODIS 13 NDVI數據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致。Landsat 8 NDVI與MODIS 13 NDVI具有較好的相關性，相關系數達0.780 6，但重采樣會降低Landsat 8 NDVI數據自身的精度。