This work was aimed at exploring and testing potentialities and limits of vegetation index (VI) time series derived from satellite missions in describing vegetation phenology dynamics over wide areas. Phenological estimations were evaluated in relationship to climate change, processing 12 years of data (2000-2011). In particular this study focused on the MOD13Q1 product from the TERRA MODIS sensor (NASA). Study areas were the French Alps for the methodology validation step and Italian Western Alps (Piedmont) for the application one. The validation part of this work intended to identify the best performing method to estimate phenological parameters together with the potentialities offered by VI time series; the NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) and the EVI (Enhanced Vegetation Index) indices, both supplied with the MOD13Q1 products with a regular time lag of 16 days, were preventively resampled to the nominal dates (DOY, day of the year) and successively fitted using the Fast Fourier Transform (FFT). The fitted signal was then analyzed to extract the date corresponding to the starting of season (SOS), using the different methods based on first and second derivatives of the signal. Estimations were compared with ground observations from the phenological French network RENECOFOR to evaluate their potential uncertainty. Analysis demonstrated that EVI time series processed with the first derivative maximum method determined the best results. Broadleaves SOS estimation showed the lowest uncertainties. Conifers SOS showed higher uncertainties with RMSE of 32 days.The EVI first derivative maximum method was applied all over the Piedmont region considering the following forest classes: fir, larch-pine, beech and sessile oak. Phenological maps representing starting of season (SOS), end of season (EOS), length of season (LOS) and peak of season (MAX) were generated for each year. Temporal trends of each phenological parameter were evaluated along the 12 years time series; no significant dependence from climate change was found. Broadleaves parameters showed lower class standard deviations than conifers. EOS and LOS are the most dispersed ones. During the year 2003 characterized by anomalous summer heating EOS and LOS standard deviations showed anomalous values suggesting to be more sensible to climate variations than SOS. Class mode values of parameters seem to better describe variations along the years respect to correspondent mean values. The possibility of using phenological parameters trends as indicator of climate change led to describe the average behavior of the different species considering normalized values. Parameters estimations were then corrected respect to latitude, height above sea level and solar incoming radiation to make them independent from such environmental conditions, thus assuming that class average behaviour was more representative. No species showed an appreciable trends that can be read as the effect of climate change (global warming).Correlations between not-normalized phenological parameters and climatic factors (temperature and rainfall) were computed. Temperature resulted significantly correlated with SOS (negative correlation) while no correlation was found with the other parameters. Rainfall never resulted correlated with phenological metrics. Correlations of temperature with VI values at different phenological stages (SOS, EOS, MAX VI values. Rainfall did not show correlation with VI values.
Lo scopo del lavoro consiste nell'esplorazione delle potenzialità e dei limiti delle serie temporali di indici di vegetazione derivati da missioni satellitari per la descrizione delle dinamiche fenologiche della vegetazione su scala vasta. Le stime fenologiche sono state valutate in relazione ai cambiamenti climatici lungo un periodo di 12 anni (2000-2011). In particolare, in questo studio gli di vegetazione utilizzati appartengono al prodotto MOD13Q1 del sensore MODIS TERRA.Le aree di studio sono localizzate nelle Alpi francesi per la validazione del metodo e nelle Alpi occidentali per l'applicazione del metodo. La validazione si pone l'obiettivo di identificare il miglior metodo per la stima dei parametri fenologici attraverso l'utilizzo di serie temporali di indici di vegetazione;NDVI e l'EVI entrambi forniti dal prodotto MOD13Q1 a intervalli regolari di 16 giorni,sono stati preventivamente campionati alla data nominale (DOY, giorno dell'anno)e successivamente approssimati con la Fast Fourier Transform.Il segnale approssimato è stato analizzato per l'estrazione della data corrispondente all'inizio della stagione vegetativa, usando diversi metodi basati sulla prima e sulla seconda derivata del segnale. Le stime sono state paragonate con le osservazioni della rete fenologica per valutare l'incertezza potenziale.Le analisi hanno dimostrato che le serie temporali dell'EVI elaborate con la derivata prima determinano i migliori risultati. La stima dell'inizio della stagione vegetativa mostrano incertezze più basse (RMSE inferiore a 16 giorni).Per le conifere, l'inizio della stagione mostra incertezze maggiori con un RMSE pari a circa 32 giorni.Il metodo del massimo della derivata prima dell'EVI è stata applicata sul Piemonte considerando le seguenti classi forestali: abete bianco, larici-cembrete, faggio e rovere. Mappe fenologiche rappresentanti l'inizio della stagione (SOS), la fine della stagione (EOS), la durata della stagione (LOS) e il massimo della stagione (MAX) sono state prodotte per ogni anno.Gli andamenti temporali di ogni parametro sono stati valutati lungo le serie temporali di 12 anni; non è però stata individuata nessuna relazione fra queste analisi e il cambiamento climatico.I parametri delle latifoglie mostrano deviazioni standard inferiori rispetto alle conifere. Nel 2003, caratterizzato dal riscaldamento estivo, le deviazioni standard mostrano valori anomali suggerendo una sensibilità maggiore di questi parametri alle variazioni climatiche. I valori di moda dei parametri fenologici distinti per classe forestale sembrano descrivere meglio le variazioni interannuali rispetto alla SOS. La possibilità di utilizzare gli andamenti dei parametri fenologici come indicatori del cambiamento climatico esige la descrizione del comportamento medio delle diverse specie considerando i valori normalizzati; le stime fenologiche sono state corrette rispetto alla quota,all'esposizione e alla radiazione solare per eliminare l'influenza di tali condizioni morfologiche. E' stato quindi supposto che il comportamento medio delle specie fosse il più rappresentativo.Nessuna specie ha mostrato un andamento che potrebbe essere collegato agli effetti del cambiamento climatico. Sono state successivamente calcolate le correlazioni fra la data in cui si verificano i parametri fenologici e i fattor climatici. Le temperature hanno mostrato una correlazione (negativa) significativa con la SOS mentre non ha mostrato correlazione con gli altri parametri f
Utilizzo di serie temporali di indici di vegetazione MODIS per la stima e la mappatura di parametri fenologici in area piemontese
RICCI, VALERIA
2013/2014
Abstract
Lo scopo del lavoro consiste nell'esplorazione delle potenzialità e dei limiti delle serie temporali di indici di vegetazione derivati da missioni satellitari per la descrizione delle dinamiche fenologiche della vegetazione su scala vasta. Le stime fenologiche sono state valutate in relazione ai cambiamenti climatici lungo un periodo di 12 anni (2000-2011). In particolare, in questo studio gli di vegetazione utilizzati appartengono al prodotto MOD13Q1 del sensore MODIS TERRA.Le aree di studio sono localizzate nelle Alpi francesi per la validazione del metodo e nelle Alpi occidentali per l'applicazione del metodo. La validazione si pone l'obiettivo di identificare il miglior metodo per la stima dei parametri fenologici attraverso l'utilizzo di serie temporali di indici di vegetazione;NDVI e l'EVI entrambi forniti dal prodotto MOD13Q1 a intervalli regolari di 16 giorni,sono stati preventivamente campionati alla data nominale (DOY, giorno dell'anno)e successivamente approssimati con la Fast Fourier Transform.Il segnale approssimato è stato analizzato per l'estrazione della data corrispondente all'inizio della stagione vegetativa, usando diversi metodi basati sulla prima e sulla seconda derivata del segnale. Le stime sono state paragonate con le osservazioni della rete fenologica per valutare l'incertezza potenziale.Le analisi hanno dimostrato che le serie temporali dell'EVI elaborate con la derivata prima determinano i migliori risultati. La stima dell'inizio della stagione vegetativa mostrano incertezze più basse (RMSE inferiore a 16 giorni).Per le conifere, l'inizio della stagione mostra incertezze maggiori con un RMSE pari a circa 32 giorni.Il metodo del massimo della derivata prima dell'EVI è stata applicata sul Piemonte considerando le seguenti classi forestali: abete bianco, larici-cembrete, faggio e rovere. Mappe fenologiche rappresentanti l'inizio della stagione (SOS), la fine della stagione (EOS), la durata della stagione (LOS) e il massimo della stagione (MAX) sono state prodotte per ogni anno.Gli andamenti temporali di ogni parametro sono stati valutati lungo le serie temporali di 12 anni; non è però stata individuata nessuna relazione fra queste analisi e il cambiamento climatico.I parametri delle latifoglie mostrano deviazioni standard inferiori rispetto alle conifere. Nel 2003, caratterizzato dal riscaldamento estivo, le deviazioni standard mostrano valori anomali suggerendo una sensibilità maggiore di questi parametri alle variazioni climatiche. I valori di moda dei parametri fenologici distinti per classe forestale sembrano descrivere meglio le variazioni interannuali rispetto alla SOS. La possibilità di utilizzare gli andamenti dei parametri fenologici come indicatori del cambiamento climatico esige la descrizione del comportamento medio delle diverse specie considerando i valori normalizzati; le stime fenologiche sono state corrette rispetto alla quota,all'esposizione e alla radiazione solare per eliminare l'influenza di tali condizioni morfologiche. E' stato quindi supposto che il comportamento medio delle specie fosse il più rappresentativo.Nessuna specie ha mostrato un andamento che potrebbe essere collegato agli effetti del cambiamento climatico. Sono state successivamente calcolate le correlazioni fra la data in cui si verificano i parametri fenologici e i fattor climatici. Le temperature hanno mostrato una correlazione (negativa) significativa con la SOS mentre non ha mostrato correlazione con gli altri parametri f| File | Dimensione | Formato | |
|---|---|---|---|
|
280729_tesi_finale.pdf
non disponibili
Tipologia:
Altro materiale allegato
Dimensione
21.19 MB
Formato
Adobe PDF
|
21.19 MB | Adobe PDF |
I documenti in UNITESI sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.
https://hdl.handle.net/20.500.14240/63280