O que é o NDVI?
As plantas refletem o infravermelho próximo
As folhas verdes usam a luz vermelha para a fotossíntese, por isso absorvem quase toda. O interior de uma folha saudável reflete com muita força a luz infravermelha próxima, que os nossos olhos não veem. O solo nu, a água e os edifícios não mostram esta diferença. O NDVI, Índice de Vegetação por Diferença Normalizada, transforma-a num só número:
NDVI = (NIR - Vermelho) / (NIR + Vermelho)
O resultado fica entre -1 e 1. Quanto mais folha verde viva houver numa célula, mais alto é. O Sentinel-2 mede a luz vermelha na banda B04 e o infravermelho próximo na banda B08, ambas a 10 m.
O que significam os valores de NDVI
A ferramenta põe cada célula numa de seis classes. Os limites são regras habituais, não leis fixas: uma cultura e uma floresta com o mesmo NDVI podem parecer muito diferentes.
| Classe | NDVI | Terreno típico |
|---|---|---|
| Água, neve ou solo húmido | menos de 0,00 | Lagos, rios, o mar, neve e solo muito húmido. |
| Solo nu, rocha, areia ou construções | 0,00 a 0,10 | Estradas, telhados, rocha, areia e campos acabados de lavrar. |
| Vegetação muito escassa | 0,10 a 0,20 | Erva seca, restolho depois da colheita, mato de deserto e os primeiros dias de uma cultura. |
| Vegetação escassa ou seca | 0,20 a 0,40 | Prados, pastagens, arbustos, culturas jovens e plantas com stress de seca. |
| Vegetação moderada | 0,40 a 0,60 | Culturas a crescer bem, floresta mista, jardins e parques com falhas. |
| Vegetação densa e saudável | 0,60 ou mais | Floresta fechada, culturas no auge e relva bem regada. |
O NDVI e uma foto normal
Uma foto de satélite mostra a cor. O NDVI mostra a atividade das plantas. Coníferas verde-escuras e erva verde-clara podem ter o mesmo NDVI, e um campo castanho com uma cultura jovem pode já estar claramente acima do solo nu. Use a camada Foto da ferramenta para ver a imagem em cor real da mesma data ao lado do seu NDVI.
Como usar o Analisador de NDVI e Mudança da Vegetação
Local e quadrado
Clique no mapa, procure uma morada ou um nome de local, ou use a sua localização. O quadrado amarelo é a zona analisada; ajuste-o de 1 a 25 km² (1 a 5 km de lado) com o controlo e arraste o ponto vermelho para o mover. Um quadrado maior demora mais a ler: um de 25 km² pode descarregar até cerca de 15 MB de imagem por data.
Uma data ou duas
NDVI de uma data faz o mapa da vegetação de um mês. Mudança entre duas datas faz um antes, um depois e a diferença entre eles. Escolha o mês e o ano de cada um. A ferramenta começa com julho (janeiro no hemisfério sul), o pico da época de crescimento na maioria dos locais.
A imagem mais limpa do mês
Clique em Analisar vegetação. Para cada mês, a ferramenta lista todas as imagens Sentinel-2 que cobrem todo o seu quadrado, começa pela que tem menos nuvens no seu mosaico de 110 km e verifica as nuvens sobre o seu próprio quadrado. Para na primeira imagem limpa em pelo menos 98%, ou fica com a mais limpa das seis primeiras. Pode escolher qualquer outra imagem do mês na lista por baixo do mapa.
Um mapa base Sentinel-2
O mapa por baixo do quadrado também é Sentinel-2. Quando escolhe um local, a ferramenta pega numa imagem limpa e completa do último verão e desenha as suas cores reais como mapa, a 10 m. Depois de uma análise, o mapa mostra a imagem da data que está a ver: a imagem de antes nas camadas NDVI antes e Foto antes, a de depois nas outras. A etiqueta no canto superior esquerdo indica o satélite e a data. Se se afastar para lá da borda da imagem de 110 km, o mapa de ruas aparece à volta. Escolha Ruas para ver estradas e nomes de locais.
Camadas, valores e opacidade
Depois da análise, alterne entre Mudança, NDVI antes, NDVI depois e a Foto em cor real de cada data. O controlo de opacidade deixa ver o mapa por baixo. Passe o rato pelo quadrado para ler o NDVI (e a mudança) da célula.
Como mapear o NDVI e a mudança da vegetação: passo a passo
Clique no mapa, procure um local ou clique em A minha localização. Um quadrado amarelo mostra a zona. Ajuste o tamanho de 1 a 25 km² com o controlo e arraste o ponto vermelho para o mover.
Escolha NDVI de uma data para um só mapa, ou Mudança entre duas datas para comparar um antes e um depois. Escolha o mês e o ano de cada uma. Se puder, use a mesma estação nas duas.
Clique em Analisar vegetação. A ferramenta procura as imagens Sentinel-2 de cada mês, verifica as nuvens sobre o seu quadrado e lê as bandas vermelha e infravermelha próxima da imagem mais limpa.
O verde mostra vegetação saudável, o amarelo e o castanho plantas escassas e solo nu, o azul água. Num mapa de mudança, o vermelho é perda e o verde ganho. Passe o rato pelo quadrado para ver os valores.
Os cartões e as tabelas dão o NDVI médio, a parte e a área de cada classe e a área perdida e ganha. Mude para a foto em cor real de cada data, ou escolha outra imagem do mês.
Descarregue o NDVI ou a mudança em GeoTIFF para o QGIS ou o ArcGIS, o mapa em PNG ou as tabelas em CSV. Copie o link para abrir outra vez as mesmas imagens.
Como ler um mapa de mudança da vegetação
Perda, ganho e pouca mudança
A mudança é o NDVI de depois menos o NDVI de antes, em cada célula limpa nas duas datas.
| Classe | Mudança de NDVI |
|---|---|
| Perda forte | desce mais de 0,3 |
| Perda | desce de 0,1 a 0,3 |
| Pouca ou nenhuma mudança | entre -0,1 e +0,1 |
| Ganho | sobe de 0,1 a 0,3 |
| Ganho forte | sobe mais de 0,3 |
Mudanças pequenas, de menos de 0,1, são normais entre duas boas imagens do mesmo local (ângulo do sol, humidade do solo, alguma neblina), por isso a ferramenta conta-as como pouca ou nenhuma mudança.
Vegetação perdida e vegetação nova
Além do tamanho da mudança, a ferramenta conta as células que atravessaram a linha de NDVI 0,3: a Vegetação perdida passou de 0,3 ou mais para menos de 0,3 (por exemplo de floresta a solo nu), e a Vegetação nova o contrário. Uma descida de 0,8 para 0,6 é perda, mas não vegetação perdida, porque o local continua verde.
Como escolher boas datas
- Use o mesmo mês nos dois anos quando procurar mudanças a longo prazo. A ferramenta avisa quando os meses estão a 3 ou mais de distância.
- Para um acontecimento repentino, como um incêndio, uma tempestade ou uma cheia, use o último mês limpo antes e o primeiro depois.
- Evite o inverno em locais frios: a neve fica de fora e as árvores sem folhas parecem perda.
- Os terrenos agrícolas mudam de semana para semana. A colheita, o corte e a lavoura aparecem como perda forte, por isso veja as fotos das duas datas.
- Se a parte limpa do quadrado for baixa, escolha outra imagem do mês na lista.
8 usos de um mapa NDVI
1. Mapear a área ardida de um incêndio
Compare um mês antes e um mês depois de um incêndio para ver que partes arderam e quantos hectares perderam a vegetação. Uma perda forte a vermelho escuro indica normalmente que o fogo ardeu com força ali.
2. Verificar abates de floresta
Compare o mesmo mês de dois anos sobre uma floresta. Cortes rasos, caminhos novos e obras aparecem como blocos vermelhos de bordas nítidas.
3. Comparar o vigor das culturas entre parcelas
Na época de crescimento, as parcelas da mesma cultura deviam parecer-se. Uma parcela ou um canto muito mais baixo do que os outros merece uma visita.
4. Ver o efeito de um verão seco
Compare um ano normal com um ano de seca no mesmo mês. Os prados e as culturas de sequeiro descem, enquanto os regadios e a floresta costumam aguentar.
5. Acompanhar a recuperação e o restauro
Depois de um incêndio, de um abate ou de uma plantação, compare os anos seguintes com o primeiro depois do acontecimento. O ganho a verde mostra onde as plantas estão a voltar.
6. Medir os espaços verdes de uma cidade
Coloque o quadrado sobre um bairro e leia a parte de vegetação. Veem-se os parques, as árvores das ruas e os jardins, e pode comparar bairros ou anos.
7. Ver um terreno antes de o comprar ou arrendar
Um mapa NDVI de verão mostra que partes de um terreno são produtivas, húmidas ou nuas. Compare alguns anos para ver se foi cultivado, deixado em pousio ou construído.
8. Ensinar deteção remota com dados reais
Os alunos veem porque é que as plantas brilham no infravermelho próximo, como as nuvens são mascaradas e porque é que as estações importam, com imagens de qualquer local que escolham.
Downloads: GeoTIFF, PNG e CSV
NDVI e mudança em GeoTIFF
O GeoTIFF tem uma banda de valores de vírgula flutuante de 32 bits numa grelha de latitude e longitude (EPSG:4326) com células de cerca de 10 m, com -9999 onde uma célula ficou de fora. Abra-o no QGIS, no ArcGIS ou em qualquer SIG para lhe dar estilo, medi-lo ou cruzá-lo com os limites das suas parcelas. No modo de mudança pode descarregar a mudança e cada uma das duas grelhas de NDVI.
Mapa PNG, tabela CSV e link
Imagem do mapa (PNG) guarda a camada que vê (NDVI, mudança ou foto) com um píxel por célula, transparente onde ficaram células de fora. Tabela (CSV) contém as tabelas de classes com a área em hectares e a parte em percentagem. Copiar link guarda o local, o quadrado, os meses e as imagens exatas, por isso o link abre o mesmo resultado.
Dados e método
Sentinel-2 no Registry of Open Data on AWS
As imagens são Sentinel-2 Nível 2A do programa Copernicus da União Europeia: refletância de superfície, corrigida da atmosfera com o processador Sen2Cor da ESA. A AWS disponibiliza-as grátis como Cloud-Optimized GeoTIFF no conjunto de dados Sentinel-2 Cloud-Optimized GeoTIFFs do Registry of Open Data on AWS. As imagens são encontradas com o Earth Search da Element 84, um catálogo STAC grátis dos mesmos dados.
Ler só o necessário
Uma banda Sentinel-2 de um mosaico é um ficheiro de cerca de 200 MB que cobre 110 por 110 km. Os Cloud-Optimized GeoTIFF estão divididos em blocos, por isso a ferramenta lê o cabeçalho do ficheiro e depois só os blocos que tocam o seu quadrado, com pedidos HTTP de intervalo diretamente do seu navegador. As imagens estão em UTM; a ferramenta converte cada célula da sua própria grelha de latitude e longitude para UTM e usa o píxel mais próximo, assim o resultado encaixa nos mapas web.
Máscara de nuvens, sombras e neve
Cada imagem tem uma camada de classificação da cena (SCL) a 20 m. Ficam de fora as células classificadas como sem dados, saturadas, sombra de nuvem, nuvem média ou alta, cirro fino ou neve. A parte limpa mostrada para cada imagem é a parte do seu quadrado que sobra.
O desvio de refletância de 2022
Desde a versão de processamento 04.00 da ESA (janeiro de 2022), os valores de Nível 2A trazem um desvio de 1000 que tem de ser retirado antes de calcular o NDVI, senão o NDVI sai demasiado baixo. Alguns ficheiros na AWS já o têm retirado e outros não, e a marca do catálogo nem sempre acerta. Por isso a ferramenta olha para os próprios píxeis: sobre vegetação e água, a refletância vermelha está quase sempre abaixo de 0,1, assim consegue ver se o desvio ainda está nos valores.
Limites
- Uma célula de 10 m mistura tudo o que tem dentro. Sebes estreitas, árvores isoladas e jardins pequenos esbatem-se com o que está à volta.
- O NDVI satura acima de cerca de 0,8: florestas densas e culturas no auge parecem iguais mesmo quando uma tem mais folhas.
- Neblina fina e fumo que a classificação da cena não apanha baixam um pouco o NDVI.
- A cor e a humidade do solo mudam o NDVI onde as plantas são escassas.
- As imagens começam em 2017, com menos por mês até meados de 2018, por isso os primeiros meses podem não ter nenhuma imagem limpa.