Fotosyntese

En af de vigtigste anvendelser af satellitbilleder er muligheden for at observere og kortlægge vegetation og samtidig estimere produktivitet og biomasse. Når planter vokser bruger de sollyset som energi i fotosyntesen, hvor CO₂ og vand bliver omdannet til ilt og sukker:


6H2O + 6CO2 -----> C6H12O6+ 6O2


Forskellen mellem nær-infrarødt og rødt lys

Klorofylpigment (grønkorn) i bladene udfører fotosyntesen og de bruger primært energi fra den røde del af spektret (RED), hvorimod det nær infrarøde lys (NIR) reflekteres væk fra bladene. Hvis bladene absorberede al det NIR lys, ville de blive for varme og nå op på temperaturer, som ville skade bladene. Derfor har bladene en cellestruktur, som sørger for at reflektere den potentielt skadelige stråling.

Vi kan bruge dette forhold til at identificere fra rummet om vegetationen på jorden gror eller ej (dvs. om planterne laver fotosyntese eller ej), ved at se på forskellen mellem reflekteret RED og NIR lys. Jo højere fotosyntese, jo mindre RED lys bliver reflekteret og derfor øges forskellen mellem RED og NIR.

Bar jord og mange andre typer overflader på Jorden har kun en lille forskel mellem reflekteret lys fra RED og NIR, hvorimod vegetation har en stor forskel, se figuren. Dette forhold forklarer os samtidig hvorfor vi ser vegetation som grøn. Det er simpelthen fordi meget rødt og delvis også blåt lys bliver absorberet sammenlignet med grønt lys af planter og at en relativ stor mængde grønt lys bliver reflekteret af planter.

Normalisering – ved at beregne forskellig i mængden af lys på Jorden

Satelliter scanner hele Jorden. Mængden af lys er forskellig fra sted til sted på Jorden. Der er meget mere lys i ørkenen i Sahara en novemberdag end i Danmark! Så hvis vi bare beregner forskellen i lys mellem RED og NIR i alle pixels, så ville resultatet afhænge meget af hvor vi befinder os, fordi lysforholdene er så forskellige.

Derfor bruger vi et smart trick: vi normaliserer forskellen med summen af RED og NIR og kalder det et vegetations indeks. Dette index kan bruges over hele Jorden under forskellige lysforhold. Vegetations-indekset giver konsistente og sammenlignelig information om plantevæksten. Indekset kaldes Det Normaliserede Vegetations Indeks, eller kort sagt NDVI:

NDVI = (Nær infrarød - rød)/ (Nær infrarød + rød)

NIR og RED er altså reflekteret lys af nær infrarødt og rødt lys. Når man beregner NDVI kan man få værdi mellem -1 og 1. I praksis ligger værdierne mellem -0.2 og 1. Jo tættere værdien er på 1, jo mere gror vegetationen på stedet. Værdier under 0.1 viser at der ikke er levende vegetation. Negative værdier kommer fra vand og vådområder.

NDVI blev opfundet af Rouse i 1973 og det er blevet brugt i mere end 30 år til flere hundrede anvendelser. I dag findes der mange andre vegetations indekser, fordi der er visse begrænsning med NDVI, men alligevel er NDVI det mest robuste og enkle til at lave en hurtig analyse af vegetation..