Geoinformatik und Geostatistik: Ein Überblick

Eine verbesserte Methode zur Schätzung des prozentualen Anteils undurchlässiger Oberflächen aus MODIS- und DMSP-OLS-Nachtlichtdaten

Matsushita B, Pok S, Jiang D, Hamzah R

Der Prozentsatz der undurchlässigen Oberfläche (ISA%) in einem Einzugsgebiet gilt seit den 1990er Jahren als wichtiger Indikator zur Beurteilung der Gesundheit von Einzugsgebieten. Entscheidungsträger und Umweltmanager benötigen daher eine genaue und häufig aktualisierte ISA%-Karte. Vor kurzem hat Pok eine einfach umzusetzende Methode (im Folgenden als Pok17-Methode bezeichnet) zur Schätzung des ISA% aus einer Zeitreihe eines bildgebenden Spektralradiometers mit mittlerer Auflösung (MODIS) und den Nachtlichtdaten (NTL) des Operational Line-scan System (DMSP-OLS) des Defense Meteorological Satellite Program entwickelt. Es wurde jedoch festgestellt, dass die Pok17-Methode die ISA%-Werte in ländlichen Gebieten (d. h. Pixel mit niedrigeren ISA%-Werten) systematisch überschätzte. In dieser Studie haben wir die ursprüngliche Pok17-Methode verbessert, um diese Überschätzungen zu mildern. Zunächst analysierten wir die Ursache für die Überschätzung bei der Pok17-Methode und fanden heraus, dass diese an einer großen Unsicherheit bei den EANTLI-Werten (Enhanced Vegetation Index-Adjusted NTL Index) für ländliche Gebiete lag, die als Eingaben für die ISA%-Schätzungen bei der Pok17-Methode verwendet werden. In dieser Studie schlugen wir vor, in ländlichen Gebieten die ursprünglichen NTL-Daten anstelle der EANTLI-Werte zu verwenden. Für städtische und vorstädtische Gebiete wurden die EANTLI-Daten weiterhin verwendet, um das Sättigungsproblem und die Blooming-Effekte in den ursprünglichen NTL-Daten zu korrigieren. Die Ergebnisse zeigten, dass die verbesserte Pok17-Methode die ursprüngliche Methode mit einem quadratischen Mittelwertfehler (RMSE) von 10,3 %, einem Systemfehler (SE) von 4,3 % und einem Determinationskoeffizienten von 0,88 übertraf. Eine bemerkenswerte Verbesserung wurde bei Pixeln mit ISA%-Werten von weniger als 20 % festgestellt, wobei der RMSE von 9,7 % auf 8,1 % und der SE von 6,1 % auf 3,3 % reduziert wurde. Diese Verbesserung ist für die Bewertung der Gesundheit eines Wassereinzugsgebiets von Bedeutung, da der ISA%-Wert des Wassereinzugsgebiets durch Akkumulation der ISA%-Werte jedes Pixels ermittelt wird und Pixel mit niedrigeren ISA%-Werten normalerweise den größten Teil der Fläche im Wassereinzugsgebiet ausmachen.