強化された植生指数

強化植生指数（EVI ）は、高バイオマス地域での感度を向上させ、樹冠背景信号の分離と大気の影響の低減を通じて植生モニタリングを改善することで植生信号を強化するように設計された「最適化された」植生指数です。EVIは次の式に従って計算されます：^[1]

${\displaystyle {\text{EVI}}=G\times {\frac {({\text{NIR}}-{\text{赤}})}{({\text{NIR}}+C_{1}\times {\text{赤}}-C_{2}\times {\text{青}}+L)}}}$

どこ：

• NIR、赤、青は、大気補正済みおよび部分的に大気補正済み（レイリーおよびオゾン吸収）の表面反射率です。
• Lは、非線形の差異的なNIRと赤色放射伝達を樹冠を通して扱う樹冠背景調整であり、
• C ₁、 C _{2 は}エアロゾル抵抗項の係数であり、青色バンドを使用して赤色バンドのエアロゾルの影響を補正します。
• G はゲイン係数です。

MODIS-EVI アルゴリズムで採用されている係数は、L = 1、C ₁ = 6、C ₂ = 7.5、G = 2.5 です。

正規化植生指数（NDVI）はクロロフィルに敏感ですが、EVIは葉面積指数（LAI）、樹冠タイプ、植物相、樹冠構造などの樹冠構造の変化に敏感です。2つの植生指数は地球規模の植生研究において互いに補完し合い、植生の変化の検出と樹冠の生物物理学的パラメータの抽出を改善します。^[2]

正規化植生指数（NDVI）とEVIのもう一つの違いは、雪がある場合、NDVIは減少するが、EVIは増加することである（Huete、2002）。^[1]

2000年、NASAがTerra（衛星）とAqua（衛星）に2つのMODISセンサーを搭載した後、EVIはNASAの標準製品として採用され、背景ノイズや大気ノイズを除去する機能と、 NDVIの典型的な問題である非飽和の解消により、ユーザーの間で非常に人気を博しました。^[3] EVIは現在、USGS LP DAACによって無料で配布されています。^[4]

2 バンド EVI を探す理由は 2 つあります。

1. AVHRR 記録を使用して EVI を過去に遡って拡張します。AVHRR センサーには青色バンドがないため、3 バンド EVI バージョンを使用することはできません。これにより、NDVI 記録を補完する 30 年間の EVI 記録が得られる可能性があります。
2. 青色の帯域は常に問題を抱えており、信号対雑音比 (S/N) が非常に低いです。これは主に、陸上のスペクトルのこの部分で反射されるエネルギーの性質が極めて低いことに起因しています。

さらに、1990年代に青色バンド（NDVIはNIRと赤色のみを使用）が組み込まれた当初の動機は、大気エアロゾル干渉を軽減することでした。^[5]しかし、それ以来、センサーレベルの大気調整は大幅に改善され、青色バンドが精度に及ぼす限界的な影響は最小限に抑えられています。^[6]

2バンドEVIを「EVI2」、3バンドEVIを単に「EVI」と呼ぶことにする。EVI2のアプローチはいくつかあるが、Jiangら2008のアプローチは次の通りである。^[7]

• EVI2を次の形式の2バンドインデックスとして定義する。

${\displaystyle {\text{EVI2}}=f({\text{Red}},{\text{NIR}})=G\times {({\text{NIR}}-{\text{Red}}) \over (L+{\text{NIR}}+C\times {\text{Red}})}}$

• EVI2 と EVI の差を最小化する係数 G、L、C (有機) を見つけます。これらは EVI の類似係数と同様の役割を果たしますが、実際には物理学に基づいているのではなく、数学によって求められます。
  • これにより、複数の（無限の）解が得られますが、最適な係数を生成するために、いくつかの（漠然とした物理ベースの）条件を解に課すことができます。
• MODISデータでは、^[7]

${\displaystyle {\text{EVI2}}=2.5\times {({\text{NIR}}-{\text{Red}}) \over ({\text{NIR}}+2.4*{\text{Red}}+1)}}$

江氏のEVI2は、特に大気の影響が少なく、データ品質が良好な場合に、3バンドEVIとの類似性が最も高い。EVI2は、先進超高解像度放射計（AVHRR）などの青色バンドのないセンサーに使用でき、現在のAVHRR NDVIデータセットと比較して、異なる植生動態を明らかにする可能性がある。^[7]

他にも EVI2 はいくつか存在し、その 1 つが ASTER の Miura 2008 です。

${\displaystyle {\text{EVI2}}=2.4\times {({\text{NIR}}-{\text{Red}}) \over ({\text{NIR}}+{\text{Red}}+1)}}$

ASTERセンサーはMODISセンサーとは異なるスペクトル範囲を持っています。^[8]

EVI の有用性の一例は Hueteら(2006) によって報告されました。^[9]これまで、アマゾンの熱帯雨林は単調な生育期を持ち、植物の成長に特別な季節性はないと考えられていました。MODIS EVI 製品を使用して、Hueteらはアマゾンの森林が乾季に明らかに成長の増加を示すことを示しました。この現象は、この地域の炭素循環と吸収源の理解に影響を与えますが、これが長年のパターンなのか、気候変動に伴う新たな変化なのかは不明です。

• Kim, Y., Huete, AR, Miura, T., Jiang, Z. (2010). センサー間の植生指標のスペクトル互換性: Hyperion データによるバンド分解解析、J. Appl. Remote Sens、4(1)、043520、{{doi:10.1117/1.3400635}}。

• アリゾナ大学陸上生物物理学およびリモートセンシンググループ
• USGS 土地プロセス分散アクティブ アーカイブ センター
• MODIS植生製品スイート
• MODIS 国家航空宇宙局