Synthetic Aperture Radar (SAR) at C-band is an ideal remote sensing system for crop monitoring owing to its short wavelength, which interacts with the upper parts of the crop canopy. This study evaluated the potential of dual polarimetric Sentinel-1 at C-band for monitoring rice phenology. Rice phenological variations occur in a short period. Hence, the short revisit time of Sentinel-1 SAR system can facilitate the tracking of short-term temporal morphological variations in rice crop growth. The sensitivity of SAR backscattering coefficients, backscattering ratio, and polarimetric decomposition parameters on rice phenological stages were investigated through a time-series analysis of 33 Sentinel-1 Single Look Complex images collected from 10th April to 25th October 2020 in Gimhae, South Korea. Based on the observed temporal variations in SAR parameters, we could identify and distinguish the phenological stages of the Gimhae rice growth cycle. The backscattering coefficient in VH polarisation and polarimetric decomposition parameters showed high sensitivity to rice growth. However, amongst SAR parameters estimated in this study, the VH backscattering coefficient realistically identifies all phenological stages, and its temporal variation patterns are preserved in both Sentinel-1A (S1A) and Sentinel-1B (S1B). Polarimetric decomposition parameters exhibited some offsets in successive acquisitions from S1A and S1B. Further studies with data collected from various incidence angles are crucial to determine the impact of different incidence angles on polarimetric decomposition parameters in rice paddy fields.
This study was carried out to assess the use of RADARSAT data which is C-band with HH polarization for the rice growth monitoring in Korea. Nine time-series data were taken by shallow incidence angle (standard beam mode 5 or 6) during rice growing season. And then, backscattering coefficients ($\sigma$$^{\circ}$) were extracted by calibration process for comparing with rice growth parameters such as plant height, leaf area index(LAI), and fresh and dry biomass. Field experimental data concerned with rice growth were collected 8 times for the ground truth at the study area, Tangjin, Chungnam, Korea. At the beginning of rice growth, backscattering coefficients were ranged from -l6~-l3dB when rice fields were not covered with rice canopy and flooded. At the maximum vegetative stage of rice, backscattering coefficients of the rice field were the highest ranging from -4.4dB~-3.1dB. The temporal variation of backscattering coefficient($\sigma$$^{\circ}$) in rice field was significant in this study. Backscattering coefficient ($\sigma$$^{\circ}$) of rice field was a little bit lower again after heading stage than before. This results show RADARSAT data is promising for rice monitoring.
Kim, Yihyun;Hong, Sukyoung;Lee, Kyoungdo;Jang, Soyeong
한국토양비료학회지
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제46권4호
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pp.237-244
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2013
Radar remote sensing is appropriate for monitoring rice because the areas where this crop is cultivated are often cloudy and rainy. Especially, Synthetic Aperture Radar (SAR) can acquire remote sensing information with a high temporal resolution in tropical and subtropical regions due to its all-weather capability. This paper analyzes the relationships between backscattering coefficients of rice measured by RADARSAT-2 SAR and growth parameters during a rice growth period. We examined the temporal variations of backscattering coefficients with full polarization. Backscattering coefficients for all polarizations increased until Day Of Year (DOY 222) and then decreased along with Leaf Area Index (LAI), fresh weight, and Vegetation Water Content (VWC). Vertical transmit and Vertical receive polarization (VV)-polarization backscattering coefficients were higher than Horizontal transmit and Horizontal receive polarization (HH)-polarization backscattering coefficients in early rice growth stage and HH-polarization backscattering coefficients were higher than VV-polarization backscattering coefficients after effective tillering stage (DOY 186). Correlation analysis between backscattering coefficients and rice growth parameters revealed that HH-polarization was highly correlated with LAI, fresh weight, and VWC. Based on the observed relationships between backscattering coefficients and variables of cultivation, prediction equations were developed using the HH-polarization backscattering coefficients.
Silicon is one of the key elements for healthy growth and development in rice crops. We analyzed the effect of silicon(Si) on some growth parameters, plant mineral contents, and bioactive gibberellins in three rice cultivars. Silicon was applied at the rates of 0 kg/0.1ha(control), 40 kg/0.1ha, and 80 kg/0.1ha throughout the course of experiment. Plant growth parameters were enhanced by the application of elevated Si, though plant height and culm length were more favorably affected than the respective dry weights. The plant mineral contents analyzed also increased in treatments where Si was applied without potassium, demonstrating that Si application promotes the absorption of these minerals in rice crops. The endogenous gibberellins measured in our study showed that $GA_1$ is the only bioactive GA form present in rice seedlings. The endogenous $GA_1$ and its precursor $GA_{20}$ contents increased after Si application. However, this increase in endogenous $GA_1$ and $GA_{20}$ contents, and plant growth parameters were different according to the rice cultivars. Our results indicate that Si is a beneficial element in rice nutrition and that different cultivars of Oryza sativa show differential responses to Si nutrition in terms of their growth and development.
This study classified paddy fields according to rice varieties and monitored temporal changes in rice growth using SAR backscatter coefficients (${\sigma}^{\circ}$). A growing period time-series of backscatter coefficients was set up for nine fine-beam mode RADARSAT-1 SAR images from April to October 2005. The images were compared with field-measured rice growth parameters such as leaf area index (LAI), plant height, fresh and dry biomass, and water content in grain and plants for 45 parcels in Dangjin-gun, Chungnam Province, South Korea. The average backscatter coefficients for early-maturing rice varieties (13 parcels) ranged from -18.17 dB to -6.06 dB and were lower than those for medium-late maturing rice varieties during most of the growing season. Both crops showed the highest backscatter coefficient values at the heading stage (late July) for early-maturing rice, and the difference was greatest before harvest for early-maturing rice. The temporal difference in backscatter coefficients between rice varieties may play a key role in identifying early-maturing rice fields. On the other hand, comparisons with field-measured parameters of rice growth showed that backscatter coefficients decreased or remained on a plateau after the heading stage, even though the growth of the rice canopy had advanced.
Recently Unmanned Aerial Vehicle (UAV) technology offers new opportunities for assessing crop growth condition using UAV imagery. The objective of this study was to select optimal vegetation indices and regression model for estimating of rice growth using UAV images. This study was conducted using a fixed-wing UAV (Model : Ebee) with Cannon S110 and Cannon IXUS camera during farming season in 2016 on the experiment field of National Institute of Crop Science. Before heading stage of rice, there were strong relationships between rice growth parameters (plant height, dry weight and LAI (Leaf Area Index)) and NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) using natural exponential function ($R{\geq}0.97$). After heading stage, there were strong relationships between rice dry weight and NDVI, gNDVI (green NDVI), RVI (Ratio Vegetation Index), CI-G (Chlorophyll Index-Green) using quadratic function ($R{\leq}-0.98$). There were no apparent relationships between rice growth parameters and vegetation indices using only Red-Green-Blue band images.
A simplified physiologically-based dynamic model, SIMRIW was selected for predicting the growth and yield of rice. The applicability of the model to the rice cultivars and weather conditions in the Republic of Korea was evaluated. Parameters of the model were calibrated using actual rice yields in Suweon region and an optimization scheme, Constrained Rosenbrock Algorithm. The simulated results from the calibrated model were in good agreement with the field data. The model with parameters calibrated for Suweon was applied to other five regions for the evaluation of transferability, but the simulated results fell short of satisfaction. However, the model is found to be applied to real-time prediction of the growth and yield of rice crop, which is believed to be useful for timely rice crop management, agricultural policy making, and optimal irrigation water management.
대한원격탐사학회 1999년도 Proceedings of International Symposium on Remote Sensing
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pp.468-473
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1999
This study was carried out to assess the use of RADARSAT data which is C-band with HH polarization for the rice growth monitoring in Korea. Nine time-series data were taken by shallow incidence angle (standard beam mode 5 or 6) during rice growing season. And then, backscatter coefficient ($\sigma$$^{\circ}$) were extracted by calibration process for comparing with rice growth parameters such as plant height leaf area index(LAI), and fresh and dry biomass. Field experimental data concerned with rice growth were collected 8 times for the ground truth at the study area, Tangjin, Chungnam, Korea. At the maximum vegetative stage of rice, backscatter coefficients were the highest at the flooded rice field ranging from -4.4dB~-3.1dB. The temporal variation of backscatter coefficient($\sigma$$^{\circ}$) in rice field was significant in this study Backscatter coefficient ($\sigma$$^{\circ}$) of rice field was a little bit lower again after heading stage. This results show RADARSTA data is promising for rice monitoring.
This study was begun to classify the paddy fields by the rice varieties and to monitor the temporal change in rice growth using SAR backscatter coefficients $({\sigma}^{circ})$. For nine fine-beam mode images of Radarsat-1 SAR, a growing period time-series of backscatter coefficients was set up from April to October in 2005, and was compared with the field-measured rice growth parameters such as LAI (leaf area index), plant height, fresh and dry biomass, and water content in grain and plant for 45 parcels in Dangjin-gun, Chungcheongnam Province, South Korea. The average backscatter coefficients for early-maturing rice varieties (13 parcels) were ranged from -18.17dB to -6.06dB and were lower than for medium-late maturing rice varieties during most of the growing season. At around the heading stage (July 30) for early-maturing rice, both rice crops showed the highest backscatter coefficient values and the difference was the greatest before harvesting early-maturing rice. The temporal difference in backscatter coefficients between rice varieties was expected to play a key role to identify early-maturing rice fields. On the other hand, comparison with field-measured rice growth parameters showed that the backscatter coefficients decreased or stayed on the plateau after heading stage even though the growth of rice canopy advanced.
The influence of elevated CO2 and temperature on growth parameters, biomass production and its partitioning of rice (Oryza sativa L.cv. Chukwangbyeo) were investigated in the three experiments (1991-1993). Rice plants were grown from transplanting to harvest at either ambient(350ppm) or elevated CO2 concentrations (690 or 650ppm) in combination with either four or seven temperature regimes ranging form ambient temperature (AT) to AT plus 3$^{\circ}C$.From transplanting to panicle initiation, crop growth rate (CGR) was enhanced by up to 27% with elevated CO2 , primarily due to an an increase in leaf area index. although net assimilatiion rate was also greater at elevated CO2. The effect of elevated CO2 varied with temperature. During the reproductive phase, CGR declined linearly with increased temperature, and was greater at elevated CO2 . Elevated CO2 increased final crop biomass and panicle weight 30% respectively at AT(27.6$^{\circ}C$ : 1991) . However, there was no significant effect of elevated CO2 on panicle weight at AT plus 3$^{\circ}C$, where severe spikelet sterility occurred. There was no significant effect of elevated CO2 on panicle weight at AT plus 3$^{\circ}C$, where severe spikelet sterility occurred. There was also no effect of CO2 on biomass pratitioning into vegetative and reproductive organs (harvest index)) at AT, although higher temperature could affect that by inducing spikelet sterility. These results suggest that elevated CO2 could enhance rice producivity througth promoted growth and biomass production , but its positive effects may be less at higher temperatures.
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