基于Landsat 8与MODIS 13的植被指数对比分析

杨亮彦

(1.陕西省土地工程建设集团有限责任公司， 陕西 西安 710075； 2.陕西地建土地工程技术研究院有限责任公司， 陕西 西安 710075； 3.自然资源部 退化及未利用土地整治工程重点实验室， 陕西 西安 710075； 4.陕西省土地整治工程技术研究中心， 陕西 西安 710075)

植被是地表能量循环和生物循环的重要媒介，在地球生态系统平衡、气候变化中起着协调作用[1-2]。同时植被是地表覆盖最敏感的要素之一，易受人类活动和气候变化的影响[3]。因此，探究区域植被时空分布特征及其动态变化，对改善区域生态环境具有重要的指导意义。目前，归一化植被指数(NDVI)是研究区域植被生长状况、评价区域生态环境的重要指标，被广泛应用于全球植被动态变化研究[4-6]。NDVI数据源较为广泛，其主要包括Landsat系列数据、MODIS数据集、GIMMS NDVI数据集、SPOT-VGT产品、Sentinel数据、高分系列卫星等，其中在长时间序列的区域植被指数动态变化研究中，MODIS数据产品以时间分辨率高等优势被广泛应用于大尺度区域植被指数研究中。但MODIS 13数据产品的时间跨度为2000年至今，对于研究2000年之前的区域植被动态变化，该数据源无法提供数据支持；数据空间分辨率较低，不能用于小区域尺度的植被研究。Landsat系列数据具有空间分辨率高、时间跨度长、遥感影像质量好等优势，可完美弥补MODIS 13数据的缺点，为区域植被指数的动态变化研究提供数据支撑。考虑到不同数据源的植被指数存在差异性，且针对两组数据差异性的研究较少，无法为两者数据的融合使用提供理论支撑。通过Landsat 8与MODIS 13数据分别获取研究区同时相的NDVI值，分析两者的差异性，并建立相关关系，为了解区域植被的动态变化提供数据支持。

1 数据来源与处理

研究区位于毛乌素沙地腹地，属于干旱与半干旱过渡区域，干旱缺水，生态环境脆弱，地表覆盖受人类活动影响较小，适合不同数据源植被指数的对比研究。选取条代号为(128，033)，时间为2017年7月13日的Landsat 8影像为研究对象，空间分辨率为30 m，原始数据由地理空间数据云(http://www.gscloud.cn/)提供，经过辐射定标、大气校正等预处理，获取Landsat 8 NDVI数据。同时期的MODIS 13数据来源于美国航空局(https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/search/)，行列号为h26v05，空间分辨率为250 m，时间分辨率为8 d。利用软件ENVI 5.3将HDF格式转换为TIFF格式数据，并进行投影转换和区域裁剪、拼接，获取研究区MODIS 13 NDVI数据。

2 结果与分析

研究区Landsat 8 NDVI与MODIS 13 NDVI数据空间分布见图1，两者在空间上具有高度一致性，NDVI较高的区域分布在东南区域，主要在河流周边及农业种植区，呈条带状和点状分布。NDVI较低的区域散落分布在研究区的中部，主要为水体。Landsat 8 NDVI数据与MODIS 13 NDVI数据的最大值分别为1.0和0.98，相差较小，但最小值分别为-0.71和-0.20，相差较大，其原因可能是空间分辨率的差异性导致。利用ENVI重采样工具，统一两种数据的空间分辨率发现，两者最小值的绝对差值变小。

为进一步探究Landsat 8 NDVI数据与MODIS 13 NDVI数据的关系，通过随机采点200个，对比分析两种数据及Landsat 8重采样后散点图(图2)。Landsat 8 NDVI与MODIS 13 NDVI相关系数达0.780 6，均方根误差为0.109 3，绝对误差为0.066 5；将Landsat 8数据重采样后，两者相关系数为0.635 7，均方根误差为0.1246，绝对误差为0.079 4。表明，Landsat 8 NDVI与MODIS 13 NDVI具有较好的相关性，但重采样会降低Landsat 8 NDVI数据自身的精度。

3 结论

Landsat 8 NDVI与MODIS 13 NDVI数据在空间分布上具有高度一致性，受水体影响，两者极小值存在差异性，Landsat 8水体部分NDVI值更小，主要是空间分辨率不同导致。Landsat 8 NDVI与MODIS 13 NDVI具有较好的相关性，相关系数达0.780 6，但重采样会降低Landsat 8 NDVI数据自身的精度。