Vegetationsindex (VI)

Die Reduktion von Multispektralmessungen auf einen einzelnen Wert zur Vorhersage und Bewertung von Merkmalen der Pflanzendecke. Beispiele solcher Merkmale sind Blattfläche, Gesamtbiomasse, frische und trockene Biomasse, Chlorophyllgehalt, Pflanzenhöhe, Getreide- oder Futterertrag, Pflanzenstress. Die dazu entwickelten Verfahren beruhen darauf, dass lebende Vegetation im roten Spektralbereich (0,6 bis 0,7 µm) Licht stark absorbiert, während sie im nahen Infrarot-Bereich (0,7 bis 1,1 µm) stark reflektiert. Das heißt Vegetationsindizes machen sich den starken Anstieg des Reflexionsgrades photosyntheseaktiver Vegetation vom roten zum nah-infraroten Bereich zunutze. Chlorophyll reflektiert im nahen Infrarot ungefähr sechsmal stärker als im sichtbaren Spektrum. Aus diesem Grunde können Verhältniswerte als Vegetationsindizes dienen.

Seit den 1970er Jahren sind verschiedene Rechenverfahren zur Bestimmung des Vegetationsanteils entwickelt worden. Den einfachsten Typ von Vegetationsindex (VI) erhält man, indem man die Reflexion aus dem nahen Infrarot-Band (NIR) durch die Reflexion (R) aus dem roten sichtbaren Band dividiert:

Der Quotient ist größer je umfangreicher die gesunde grüne Vegetation ist. Die erklärt sich daraus, dass Vegetation stärker im NIR reflektiert als im roten sichtbaren Bereich. Im sichtbaren Teil des elektromagnetischen Spektrums reflektieren grüne Pflanzen nur sehr gering, was durch die hohe Absorption innerhalb der Blätter zu erklären ist. Im Spektralbereich um 0,7 mm, am Übergang zum nahen Infrarot, ist eine sehr starke Zunahme der reflektierten Strahlung zu verzeichnen. Im gesamten Infrarotbereich liegt der Reflexionsanteil zwischen 40 und 50 %. Die Absorption in diesem Wellenlängenbereich durch die Blätter beträgt weniger als 10 %. Der Rest der Strahlung wird transmittiert. Absorption und Brechung sind abhängig von den Zellstrukturen der Pflanzen. Die beschriebene Reflexionscharakteristik unterliegt weiterhin der Phänologie, dem Alter der Pflanzen und ihrem Vitalitätszustand. Aus letzterem können Ursachen für Veränderungen von Pigment- und Wassergehalt sowie zur Zellstruktur einer Pflanze abgeleitet werden.

Neben diesen, das einzelne Blatt beeinflussenden Faktoren sind noch folgende Größen von Bedeutung:

• Blattflächenindex
• prozentuale Bodenbedeckung
• Geometrie der Vegetationsdecke
• Zusammensetzung der Vegetationsdecke (Blätter, Stengel, Äste, Stämme, etc.) und Reflexionseigenschaften der einzelnen Komponenten
• Eigenschaften des Hintergrundes (Reflexionsverhalten des Bodens, Bedeckung mit Blattstreu, etc.)
• Sonnenhöhe und Sonnenazimut
• Blickwinkel und Azimut des Sensors

Andere Indizes bilden eine Differenz und/oder einen Quotienten aus den Reflexionswerten der Kanäle für sichtbares Rot und nahes Infrarot (z.B. NDVI). Die Berechnung der Quotienten erfolgt, um den Einfluß des unterliegenden Bodens auf die Gesamtreflexion zu minimieren. Es wird davon ausgegangen, daß die Reflexion des Bodens relativ gleichmäßig vom sichtbaren Bereich zum nahen Infrarot ansteigt. Ein Quotient bleibt daher von Unterschieden des Bodentyps oder der Bodenfeuchte relativ unbeeinflußt, so daß der Anteil an Vegetation die entscheidende Größe bleibt. Der Wert der Indizes nimmt mit steigendem Vegetationsanteil zu.