NDVI - Vegetationsgesundheit

NDVI — Normalisierter Differenz-Vegetationsindex

Überblick

Der NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) ist der weltweit am häufigsten verwendete Spektralindex zur Vegetationsüberwachung. Er wurde 1973 von Rouse et al. an der Texas A&M University im Rahmen des ERTS-1-Programms eingeführt (Rouse, J.W. et al., 1974. "Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS", Third Earth Resources Technology Satellite-1 Symposium, NASA SP-351, S. 309–317). Der Index nutzt den Kontrast zwischen der Nahinfrarot-Reflektanz (NIR), die vom Chlorophyll stark reflektiert wird, und der Rot-Reflektanz (RED), die stark absorbiert wird, um Dichte und Gesundheit der Vegetationsbedeckung zu quantifizieren.

Werte zwischen -1 und +1:

• Negative Werte → nicht-vegetierte Oberflächen (Wasser, Schnee, Wolken)
• Werte nahe 0 → blanker Boden, Fels, Wüstengebiete
• Werte 0,2 – 0,5 → spärliche oder gestresste Vegetation
• Werte > 0,6 → dichte und gesunde Vegetation

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Berechnungsmethodik

Formel:

NDVI = (NIR − RED) / (NIR + RED)

Implementierung mit Sentinel-2 (räumliche Auflösung 10 m):

• NIR = Band 8 (842 nm)
• RED = Band 4 (665 nm)

Vorverarbeitungs-Pipeline:

1. Wolkenmaskierung — über die Scene Classification Layer (SCL) als Wolkenschatten (3), mittlere Wolken (8), hohe Wolken (9), dünne Zirren (10), defekt (0), dunkel (1), gesättigt (2) klassifizierte Pixel werden ausgeschlossen
2. Wassermaskierung — SCL-Klasse-6-Pixel werden ausgeschlossen
3. Zeitliche Komposition — Median-Komposit über das angeforderte Zeitintervall zur Reduktion atmosphärischen Rauschens

Analysemodi:

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Datenquellen

Dokumentation: Copernicus Sentinel-2 SR Harmonized

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Qualitätsbereiche und Stufen

Invertiert = Nein: ein höherer Wert bedeutet einen besseren Zustand.

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Technische Hinweise

• NDVI-Karten müssen aus Sentinel-2-Bildern generiert werden
• Der NDVI ist empfindlich gegenüber atmosphärischen Resteffekten, Sonnenwinkel und Bodenhelligkeit; die zeitliche Median-Komposition mildert diese Faktoren teilweise
• In Gebieten mit sehr dichter Vegetation neigt der NDVI zur Sättigung (geringe Differenzierung über 0,8–0,9); alternative Indizes wie EVI können in diesen Kontexten informativer sein

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Literaturverzeichnis

1. Rouse, J.W., Haas, R.H., Schell, J.A., Deering, D.W. (1974). "Monitoring vegetation systems in the Great Plains with ERTS". Third ERTS-1 Symposium, NASA SP-351, Bd. 1, S. 309–317.
2. Tucker, C.J. (1979). "Red and Photographic Infrared Linear Combinations for Monitoring Vegetation". Remote Sensing of Environment, 8(2), S. 127–150.
3. Huang, S., Tang, L., Hupy, J.P., Wang, Y., Shao, G. (2021). "A commentary review on the use of normalized difference vegetation index (NDVI) in the era of popular remote sensing". Journal of Forestry Research, 32, S. 1–6.

Verantwortlich: Gianluca Zani