Undersökning av sambandet mellan strålningstemperatur och NDVI i Sahel

Syftet med den här studien har varit att försöka hitta samband mellan NDVI och temperatur/temperaturdifferens, där de värden som jämförs har registrerats under samma dygn och vid ungefär samma tidpunkt. Analysen utfördes med hjälp av data från två olika satellitsystem: information om NDVI hämtades från National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) med dess Very High Resolution Radiometer (AVHRR -sensor) och strålningstemperaturvärden erhölls från Meteosat-satelliten.Several studies have analysed the relationship between Normalised Difference Vegetation Index (NDVI) and radiative surface temperature. A main goal for most studies have been to find the best method for carrying out land cover classifications and to study land cover changes, based on a combination between the two parameters. Since atmospheric components have a significant influence on both parameters, most applications were based on multi-temporal data. The quality of the individual values in such a combination is improved, but the biophysical justification is uncertain. This study presents a different method, based on only the combination of values that have been registered the same day and about the same time of the day. 125 daily images of NDVI and 250 images of radiometric temperature were used in order to analyse the relationship between (1) NDVI and radiative temperature and (2) NDVI and relative temperature difference between early morning and mid-day. Results between NDVI and radiative temperature show a significant negative correlation on areas where a distinct growing season develops, and a strong positiv correlation where vegetation is abscent throghout the season. When analysing NDVI and temperature difference, further processing was needed in order to compare the parameters due to cloud contamination.Populärvetenskaplig sammanfattning: Jordens klimat står under ständiga variationer och förändringar, och det är inte alltid lätt att sära på orsak och verkan bland den mängd av faktorer som styr klimatet. För att kunna reda ut ursprunget till de förändringar som sker, måste de bakomliggande processerna vara väl kända. Sedan är det möjligt att genom matematiska modeller uppskatta de individuella processernas känslighet och verkningsgrad. Flera metoder har under de senaste åren utvecklats för att via satelliter kunna uppskatta fysiologiska och biologiska skillnader på markytan. Av särskilt stor betydelse är dessa studier där stora markområden snabbt förändras. Många studier har därför koncentrerat sig på områden där problemen med torka och markförstörelse är som störst. Ett sådant område är Sahelregionen strax söder om Saharaöknen, vilket har drabbats av betydande förändringar under den senare häften av 1900-talet vad gäller nederbörd, vegetation och erosion. För att via satelliter kunna få en uppfattning av vegetationens mängd och hälsa, har forskare utvecklat ett index, Normalised Difference Vegetation Index (förk. NDVI), vilket registrerar jordens reflektans inom våglängder som de gröna växterna hanterar på ett unikt sätt i jämförelse med andra komponenter på jorden. I flera analyser har man kommit fram till att NDVI-värden och strålningstemperaturvärden förhåller sig på så sätt gentomot varandra, att det med hjälp av detta förhållande både går att dela in landområden i större klimatzoner och upptäcka radikala marktäckningsförändringar. Ett stort problem vad gäller registreringen av både NDVI och strålningstemperatur, är de atmosfäriska effekterna. Främst är det molnen som hindrar både den reflekterade kortvågiga- och den emitterade långvågiga- strålningen att nå satellitsensorerna. Många av de studier som undersökt sambandet mellan NDVI och temperatur, har jämfört värden sammansatta från flera dagar, för att på så sätt minska de atmosfäriska störningarna. Dessa studier kan naturligtvis ge en bild av det rådande klimatet, men säger mindre om det direkta sambandet mellan de två parametrarna, eftersom det kan skilja flera dagar, i vissa studier upp till en månad, mellan registreringarna av intilliggande pixlar. Syftet med den här studien har varit att försöka hitta samband mellan NDVI och temperatur/temperaturdifferens, där de värden som jämförs har registrerats under samma dygn och vid ungefär samma tidpunkt. Analysen utfördes med hjälp av data från två olika satellitsystem: information om NDVI hämtades från National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) med dess Very High Resolution Radiometer (AVHRR -sensor) och strålningstemperaturvärden erhölls från Meteosat-satelliten. De atmosfäriska effekterna inverkade kraftigt på värdena, varför flera olika metoder användes för att särskilja och analysera de värden som var lite påverkade av atmosfären. Då dessa värden korrelerades med varandra hittades klara signifikanta samband mellan NDVI och temperatur, med en positiv korrelation i områden som saknade vegetation eller där vegetationen var väldigt knapp, och en negativ korrelation i områden som lyckats utveckla ett vegetationstäcke. I de områden som kunde sägas utveckla en växtsäsong, började NDVI-värdena att stiga i samband med att temperaturvärdena etablerade sig på lägre värden. Att kombinera informationen om NDVI och strålningstemperatur på det sätt som gjorts i den här studien kan ge en indikation på proportionerna av markens tillgång till energi (solljus) och vatten (nederbörd). Denna information skulle vidare kunna användas i matematiska modeller som ämnar att simulera klimat och klimatförändringar. Där det inte fanns några trender mot vare sig högre eller lägre värden, var NDVI-värdena ständigt låga och temperaturvärdena höga. De positiva korrelationer som återfanns här, utgjordes istället av de små fluktuationer mellan högre- och lägre- värden som båda parametrarna uppvisade. Antagligen har dessa samband till största delen uppkommit genom atmosfäriska effekter. Eftersom både NDVI och strålningstemperatur verkar reagera likadant på samma biofysikaliska fenomen, är det inte troligt att en kombination mellan dessa kan bringa någon ny information. När det gäller sambandet mellan NDVI och differensen i strålningstemperatur, krävs mer behandling av värdena än vid jämförelsen mellan NDVI och temperatur vid endast ett registreringstillfälle, eftersom den nya informationskällan drar med sig nya möjligheter till molnpåverkade pixlar. Olika generaliseringsmetoder testades för att minimera atmosfärens inverkan. De generella trenderna blev på så vis mer uppenbara, men mycket av den information som fanns i de ursprungliga bilderna gick också förlorad. Det sätt med vilket NDVI- och temperaturdifferens-värdena har behandlats här, har inte gett någon möjlighet att särskilja en eventuell temperaturhöjning till någon speciell egenskap