التحيزات في قياس خضرة الغطاء النباتي باستخدام صور الأقمار الصناعية

“خضرة الغطاء النباتي (غالبًا ما يتم اختصارها إلى “الخضرة”) هي قياس لكمية النباتات الموجودة في منطقة معينة.

كيف يتم قياس الخضرة؟

في الاستشعار عن بعد، يتم قياس الخضرة باستخدام مؤشرات مثل مؤشر الفرق الطبيعي للغطاء النباتي (NDVI)، والذي يقيس الفرق بين الضوء المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة المنعكس عن الغطاء النباتي. تشير قيم NDVI الأعلى إلى نمو نباتي أكثر صحة وقوة، في حين تشير القيم المنخفضة إلى وجود نباتات أقل أو نباتات مجهدة.

غالبًا ما تُستخدم قيم الخضرة كمقياس لإنتاجية النبات، وصحة النظام البيئي، والتغيرات في الغطاء النباتي بمرور الوقت، وغالبًا ما يكون ذلك استجابة للعوامل البيئية مثل تغير المناخ، أو استخدام الأراضي، أو التغيرات الموسمية.

الاستشعار عن بعد، الخضرة، والتحيز

يمكن للعلماء استخدام بيانات الاستشعار عن بعد من نطاقات صور الأقمار الصناعية من أجل تحديد “تخضير” المنطقة. ومن خلال مقارنة صور الأقمار الصناعية الملتقطة مع مرور الوقت، يمكن حساب التغيرات في الغطاء النباتي في منطقة معينة.

NDVI هو رقم يتراوح من -1 إلى 1، حيث تشير القيم الأعلى إلى نباتات أكثر خصوبة وصحة. غالبًا ما يستخدم العلماء الحد الأقصى لقيمة NDVI التي يتم ملاحظتها خلال عام لتقدير مدى خضرة المنطقة. ومع ذلك، تعتمد هذه الطريقة بشكل كبير على عدد الملاحظات التي يتم إجراؤها على مدار العام.

تعد صور الأقمار الصناعية من برامج مراقبة الأرض طويلة الأمد، مثل سلسلة أقمار Landsat الفضائية، اختيارات شائعة بين العلماء لإجراء قياسات مؤشر الغطاء النباتي للغطاء النباتي (NDVI) وقياسات الخضرة.

في المناطق التي يتوفر فيها عدد أقل من الصور، خاصة في وقت سابق من سجل لاندسات، هناك خطر من أن القيمة القصوى لمؤشر الغطاء النباتي للفرق (NDVI) المسجلة قد لا تعكس بشكل كامل ذروة موسم النمو. ومع توفر المزيد من الصور في السنوات اللاحقة، تزداد فرص التقاط ذروة الخضرة.

نتائج دراسة التحيز الأخضر

بحثت دراسة نشرت مؤخرا في مجلة إيكوغرافي في احتمال هذا التحيز عند مقارنة اللون الأخضر مع مرور الوقت في جبال الألب الأوروبية. استخدم الباحثون بيانات Landsat التاريخية من عام 1984 إلى عام 2021 للتحقيق في كيفية تغير عدد عمليات رصد الأقمار الصناعية بمرور الوقت وكيف يمكن أن يؤثر هذا التغيير على تقديرات خضرة الغطاء النباتي.

ووجدوا أنه في المناطق ذات موسم النمو القصير وعدد أقل من عمليات رصد الأقمار الصناعية، خاصة في الارتفاعات الأعلى حيث يستمر الغطاء الثلجي لفترة أطول، كان من المرجح أن يتم التقليل من قيم مؤشر NDVI في السنوات الأولى من سجل لاندسات. ومع زيادة عدد الملاحظات مع مرور الوقت، تحسنت فرص التقاط الذروة الحقيقية لموسم النمو، مما أدى إلى ارتفاع قيم مؤشر الغطاء النباتي للغطاء النباتي (NDVI) والمبالغة المحتملة في تقدير اتجاهات التخضير.

على سبيل المثال، في الأراضي العشبية المرتفعة في جبال الألب، يمكن أن يُعزى ما يقرب من نصف الزيادة الملحوظة في مؤشر الغطاء النباتي للغطاء النباتي (NDVI) خلال فترة الدراسة إلى هذا التحيز، وليس إلى الزيادة الفعلية في الغطاء النباتي. تعتبر هذه النتيجة بالغة الأهمية لأنها تشير إلى أن بعض اتجاهات التخضير المبلغ عنها في جبال الألب والمناطق المماثلة قد تكون مبالغ فيها بسبب زيادة توافر بيانات الأقمار الصناعية مع مرور الوقت.

حساب انحياز السلاسل الزمنية لصور القمر الصناعي عند حساب اللون الأخضر

تسلط هذه الدراسة الضوء على أهمية مراعاة التغيرات في تردد مراقبة الأقمار الصناعية عند تفسير اتجاهات خضرة الغطاء النباتي. في المناطق الجبلية مثل جبال الألب الأوروبية، حيث يؤدي الغطاء الثلجي ومواسم النمو القصيرة إلى تعقيد قياس ذروة الخضرة، يمكن أن يؤدي العدد المتزايد من صور الأقمار الصناعية المتاحة بمرور الوقت إلى المبالغة في تقدير اتجاهات التخضير.

الدراسة

بايل، أ.، جاسكوين، إس.، بيرنر، إل تي، وتشولر، بي. (2024). تتضخم اتجاهات التخضير القائمة على Landsat في النظم الإيكولوجية لجبال الألب بسبب الزيادات المتعددة العقود في عمليات الرصد الصيفية. علم البيئة, غير متوفر(غير متوفر)، e07394. دوى: 10.1111/ECOG.07394