[論文レビュー] Hurricane Effects on Mangrove Canopies Observed from MODIS and SPOT Imagery

Michael S. Parenti|arXiv (Cornell University)|Dec 6, 2014

Remote Sensing in Agriculture参考文献 33被引用数 4

ひとこと要約

本研究では、マルチスペクトルSPOT（20m）およびMODIS（500m）衛星画像を用いてハリケーンのマングローブ被覆への影響を分析し、NDVIおよびEVIインデックスを適用して暴風前後の変化を評価した。結果として、暴風による被害は変動的であり、カティーナおよびウィルマの後には顕著なNDVI低下が観察され、1年以内に回復した。一方、エミリーは好都合な暴風経路および風域条件のため、光合成活性が上昇した。

ABSTRACT

The effects of two hurricanes (Katrina and Wilma) on protected mangroves in southwest Florida and two hurricanes (Emily and Dean) on protected mangroves in the Yucatan Peninsula were assessed paired sets of 20m multispectral SPOT and 16-day 500m MODIS images. Normalized difference vegetation index (NDVI) and enhanced vegetation index (EVI) values were calculated to measure mangrove canopy reflectance using three methods of analysis- 1) mangrove NDVI sample point extraction, 2) qualitative assessment of 500m MODIS NDVI and EVI time series, and 3) transects of NDVI differences before and after storm events. Results show each method effectively captures changes in mangrove canopies consistent with storm effects. However, the extent of damage to mangroves in South Florida and Sian Ka'an was highly variable. Hurricanes Wilma and Katrina produced a large drop in NDVI although NDVI values recovered within a year, suggesting remarkable resilience. Hurricane Emily apparently increased mangrove photosynthetic activity owing to the location of landfall relative to the study area, the size of the wind field and the apparent lack of storm surge. Comparison of SPOT NDVI and MODIS NDVI values revealed that the changes pre- and post-storms were consistent at the different scales of observation.

研究の動機と目的

• マルチセンサ衛星画像を用いて、フロリダおよび尤カンペーンの保護マングローブ被覆への主要ハリケーンの影響を評価すること。
• 時間系列解析によるNDVIおよびEVIという植生インデックスを用いて、マングローブ被覆の健康状態と回復力を評価すること。
• SPOT（20m）およびMODIS（500m）画像からの多スケール観測を比較し、異なる空間解像度間での一貫性を検証すること。
• 風域の大きさ、上陸地点、高潮などの暴風特性がマングローブ被覆反応に与える影響を調査すること。
• 植生インデックスの変化が観察された暴風被害および回復パターンと相関するかどうかを特定すること。

提案手法

• SPOT（20m解像度）およびMODIS（500m解像度）センサから、暴風前後をカバーするペアのマルチスペクトル画像を取得すること。
• 被覆の反射率および光合成活性を定量化するために、各画像セットに対して正規化植生指数（NDVI）および強化植生指数（EVI）を計算すること。
• 3つの分析手法の適用：(1) マングローブ地域からのNDVI値のサンプルポイント抽出、(2) 500m解像度のMODIS NDVIおよびEVIの定性的な時間系列分析、(3) 暴風影響地域を横断するNDVI差分トランセクトの作成。
• SPOTおよびMODISのNDVI値を比較して、異なる空間スケールでの観測の一貫性と信頼性を評価すること。
• 統計的および視覚的分析を用いて、暴風前後の植生インデックスの変化を検出すること。
• 暴風経路、風域サイズ、高潮データを統合して、植生反応の変動を解釈すること。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 カティーナ、ウィルマ、エミリー、ディーンなどの主要ハリケーンが、NDVIおよびEVIで測定されたマングローブ被覆の健康状態にどのように影響を与えるか。
• RQ2 植生インデックスの変化が、マングローブ森林における観察された暴風被害および回復パターンとどの程度相関するか。
• RQ3 SPOT（20m）およびMODIS（500m）衛星画像におけるNDVIおよびEVI測定値は、マングローブ被覆の変化をモニタリングする上で、どの程度一貫しているか。
• RQ4 上陸地点、風域サイズ、高潮などの暴風特性が、マングローブ被覆反応に果たす役割は何か。
• RQ5 時間的変化を伴う植生インデックスの時間系列は、マングローブエコシステムにおける即時の暴風被害とその後の回復を両方検出できるか。

主な発見

• ハリケーン・カティーナおよびウィルマは、マングローブ被覆への顕著な被害を引き起こし、NDVI値が著しく低下した。
• カティーナおよびウィルマの後、NDVI値は1年以内に暴風前の水準まで回復した。これは、保護されたマングローブエコシステムの強い回復力の証左である。
• ハリケーン・エミリーは、好都合な上陸地点、広大な風域、および最小限の高潮のため、マングローブの光合成活性が上昇したと推定される。
• SPOTおよびMODISのNDVI値は、異なる空間スケールにおいて一貫した暴風前後の変化を示し、マルチセンサ監視手法の妥当性が裏付けられた。
• サンプルポイント抽出、時間系列分析、NDVI差分トランセクトの組み合わせが、暴風関連の被覆変化を効果的に捉えていた。
• マングローブ被害の程度は、地域および暴風ごとに顕著に異なり、エコシステム反応において暴風固有および場所固有要因の重要性が浮き彫りになった。