شاخص آب تفاضلی نرمال شده (NDWI) چیست ؟

شاخص آب تفاضلی نرمال شده (NDWI) چیست ؟

پوشش گیاهی قرار گرفته بر روی سطح زمین، به هنگام خشکسالی تحت استرس زیادی قرار می گیرد. در صورتی که مناطقی که تحت تأثیر قرار می گیرند، به موقع تعیین و شناسایی نشوند، کل محصولات کشاورزی و زراعی ممکن است آسیب ببینند. تشخیص به موقع و سریع تنش آبی، می تواند جلوی بسیاری از اثرات کم آبی بر روی محصولات را بگیرد. سنجش از دور اراضی و زمین های کشاورزی و شاخص NDWI می تواند آبیاری را در زمان کنترل نموده و به طور قابل توجهی کشاورزی را ارتقا بخشد، به خصوص در مناطقی که پایش نیاز آبی سخت و مشکل است.

روش محاسبه NDWI

شاخص آب تفاضلی نرمال شده (NDWI) برای اولین بار در سال 1996 معرفی گردید که انعکاس دهنده مقدار رطوبت در گیاه و خاک بوده تا حدودی شبیه به شاخص NDVI تعریف و تعیین می گردد. این شاخص توسط رابطه زیر محاسبه می گردد. فرمولی که در سال 1996 توسط گائو ارائه شد از باند NIR و SWIR استفاده می کند که بعدها توسط Xu تغییر یافت و از باندهای Green و SWIR استفاده می کند.

NIR همان مادون قرمز نزدیک (Near Infrared) است که دارای طول موجی بین 0.841 تا 0.876 نانومتر می باشد.

SWIR بخشی از دامنه با طول موج بین 1.628 تا 1.652 نانومتر می باشد.

عملکرد این فرمول با در نظر گرفتن شرایط زیر توضیح داده می شود. به جای استفاده از رنج قرمز، شدت انعکاس که در نبود کلروفیل تعیین می گردد، مادون قرمز نزدیک موج کوتاه (SWIR) مورد استفاده قرار می گیرد که در آن جذب بالای نور توسط آب اتفاق می افتد. نتایج به دست آمده از شاخص NDWI می تواند به صورت نقشه و یا نمودار ارائه شود، که می تواند هم اطلاعاتی در مورد توزیع فضایی تنش آبی پوشش گیاهی فراهم نماید و هم می تواند تکامل و تغییرات زمانی آن را در بازه های زمانی بلند مدت تر ارائه کند. شاخص NDWI یک شاخص بی بعد بوده که می تواند بین 1- و 1+ نوسان داشته باشد، که بستگی به محتوای چوبی بودن و سخت بودن توده گیاهی و نیز نوع پوشش گیاهی دارد. مقدار بالای NDWI نشانه مقدار زیاد آب گیاه است. مقدار پائین NDWI نشانه محتوا و پوشش گیاهی کمتر است. در طول دوره هایی که تنش آبی برای پوشش گیاهی وجود داشته باشد، نرخ NDWI کاهش خواهد یافت. شاخص NDWI برای ارزیابی ریسک آتش سوزی مورد استفاده قرار می گیرد که می تواند وجود رطوبت در پوشش گیاهی را مورد بررسی قرار دهد. مقدار بالای NDWI نشان دهنده رطوبت کافی است در حالیکه مقدار پائین NDWI نشان دهنده تنش آبی و رطوبت کم در پوشش گیاهی است و در نتیجه می تواند ریسک آتش سوزی را بالا ببرد.

محاسبه شاخص NDWI با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 8

برای محاسبه شاخص NDWI بر اساس تصاویر ماهواره ای لندست 8 ، در صورتی که از فرمول Xu استفاده کنید، نیاز به باند 3 لندست 8 برای باند Green و باند 6 برای باند SWIR می باشید. اگر نیاز به اجرای فرمول Gao داشته باشید بایستی از باند 5 برای NIR و از باند 6 برای SWIR استفاده کنید. با توجه به توضیحات فوق برای محاسبه شاخص NDWI بر اساس تصاویر ماهواره ای لندست 8 از هر یک از دو فرمول زیر می توانید استفاده کنید.

مشخصات باندهای تصاویر لندست 8 در جدول زیر آمده است. در این جدول باندهای مورد نیاز برای محاسبه NDWI بر اساس فرمول پیشنهادی Xu و Gao نشان داده شده است.

در شکل بعد با استفاده از باندهای 3، 5 و 7 که در بالا شکل آنها را ملاحظه می کنید، شاخص NDWI به طور نمونه بر روی یکی از سین های تصویر لندست 8 با استفاده از هر دوفرمول Xu و Gao اجرا شده است.

محاسبه شاخص NDWI با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 7

برای محاسبه شاخص NDWI از تصاویر ماهواره ای لندست 7 از هر یک از دو فرمول ارائه شده توسط Gao و Xu می توانید استفاده کنید. فرمول ارائه شده توسط Gao از باند 4 به عنوان باند NIR و از باند 5 به عنوان SWIR استفاده می شود. در فرمول ارائه شده توسط Xu از باند 2 به عنوان باند Green و از باند 5 به عنوان باند SWIR استفاده می شود. هر دو فرمول پیشنهادی توسط Gao و Xu در زیر ارائه شده است.

لیست باندهای تصاویر ماهواره ای لندست 7 در شکل زیر نشان داده شده است. به طوری که در شکل مشاهده می شود. باندهای مورد استفاده برای محاسبه شاخص NDWI مشخص شده است.

محاسبه شاخص NDWI با استفاده از تصاویر ماهواره ای لندست 4 و 5

برای محاسبه شاخص NDWI بر اساس تصاویر ماهواره ای لندست 4 و 5 بر مبنای هر یک از فرمول های ارائه شده توسط Gao و Xu می توانید از دو فرمول ارائه شده در زیر استفاده کنید. در فرمول پیشنهادی Xu از باند 2 به عنوان باند Green و از باند 5 به عنوان باند SWIR استفاده می شود. در فرمول پیشنهادی Gao از باند 4 به عنوان باند NIR و از باند 5 به عنوان باند SWIR استفاده می شود.

در جدولی زیر لیست باندهای تصویری تصاویر ماهواره ای لندست 4 و 5 نشان داده شده است. باندهایی که برای محاسبه NDWI مورد استفاده قرار می یرند مشخص شده اند.