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Analysis of the Radar Vegetation Index and Potential Improvements

Szigarski, Christoph und Jagdhuber, Thomas und Baur, Martin und Thiel, Christian und Parrens, Marie und Wigneron, Jean-Pierre und Piles, Maria und Entekhabi, Dara (2018) Analysis of the Radar Vegetation Index and Potential Improvements. Remote Sensing, 10 (11), Seite 1776. Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). doi: 10.3390/rs10111776. ISSN 2072-4292.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
6MB

Offizielle URL: http://dx.doi.org/10.3390/rs10111776

Kurzfassung

The Radar Vegetation Index (RVI) is a well-established microwave metric of vegetation cover. The index utilizes measured linear scattering intensities from co- and cross-polarization and is normalized to ideally range from 0 to 1, increasing with vegetation cover. At long wavelengths (L-band) microwave scattering does not only contain information coming from vegetation scattering, but also from soil scattering (moisture & roughness) and therefore the standard formulation of RVI needs to be revised. Using global level SMAP L-band radar data, we illustrate that RVI runs up to 1.2, due to the pre-factor in the standard formulation not being adjusted to the scattering mechanisms at these low frequencies. Improvements on the RVI are subsequently proposed to obtain a normalized value range, to remove soil scattering influences as well as to mask out regions with dominant soil scattering at L-band (sparse or no vegetation cover). Two purely vegetation-based RVIs (called RVII and RVIII), are obtained by subtracting a forward modeled, attenuated soil scattering contribution from the measured backscattering intensities. Active and passive microwave information is used jointly to obtain the scattering contribution of the soil, using a physics-based multi-sensor approach; simulations from a particle model for polarimetric vegetation backscattering are utilized to calculate vegetation-based RVI-values without any soil scattering contribution. Results show that, due to the pre-factor in the standard formulation of RVI the index runs up to 1.2, atypical for an index normally ranging between zero and one. Correlation analysis between the improved radar vegetation indices (standard RVI and the indices with potential improvements RVII and RVIII) are used to evaluate the degree of independence of the indices from surface roughness and soil moisture contributions. The improved indices RVII and RVIII show reduced dependence on soil roughness and soil moisture. All RVI-indices examined indicate a coupled correlation to vegetation water content (plant moisture) as well as leaf area index (plant structure) and no single dependency, as often assumed. These results might improve the use of polarimetric radar signatures for mapping global vegetation.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/131221/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Analysis of the Radar Vegetation Index and Potential Improvements
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Szigarski, ChristophNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Jagdhuber, ThomasNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baur, MartinNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Thiel, ChristianChristian.Thiel (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-5144-8145NICHT SPEZIFIZIERT
Parrens, MarieNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Wigneron, Jean-PierreNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Piles, MariaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Entekhabi, DaraNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Datum:9 November 2018
Erschienen in:Remote Sensing
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Ja
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:10
DOI:10.3390/rs10111776
Seitenbereich:Seite 1776
Verlag:Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI)
ISSN:2072-4292
Status:veröffentlicht
Stichwörter:microwaves; radiometer; radar; vegetation index; soil scattering; roughness; soil moisture; SMAP; SMOS
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:keine Zuordnung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R - keine Zuordnung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - keine Zuordnung
Standort: Jena
Institute & Einrichtungen:Institut für Datenwissenschaften > Bürgerwissenschaften
Hinterlegt von: Thiel, Christian
Hinterlegt am:11 Dez 2019 10:22
Letzte Änderung:20 Nov 2023 13:56

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