Surface albedo is an important parameter of the surface energy budget, and its accurate quantification is of major interest to the global climate modeling community. Therefore, in this paper, we consider the direct solution of kernel based bidirectional reflectance distribution function (BRDF) models for retrieval of normalized reflectance of high resolution satellite. The BRD effects can be seen in satellite data having a wide swath such as SPOT/VGT (VEGETATION) have sufficient angular sampling, but high resolution satellites are impossible to obtain sufficient angular sampling over a pixel during short period because of their narrow swath scanning when applying semi-empirical model. This gives a difficulty to run BRDF model inferring the reflectance normalization of high resolution satellites. The principal purpose of the study is to estimate normalized reflectance of high resolution satellite (RapidEye) through BRDF components from SPOT/VGT. We use semi-empirical BRDF model to estimated BRDF components from SPOT/VGT and reflectance normalization of RapidEye. This study used SPOT/VGT satellite data acquired in the S1 (daily) data, and within this study is the multispectral sensor RapidEye. Isotropic value such as the normalized reflectance was closely related to the BRDF parameters and the kernels. Also, we show scatter plot of the SPOT/VGT and RapidEye isotropic value relationship. The linear relationship between the two linear regression analysis is performed by using the parameters of SPOTNGT like as isotropic value, geometric value and volumetric scattering value, and the kernel values of RapidEye like as geometric and volumetric scattering kernel Because BRDF parameters are difficult to directly calculate from high resolution satellites, we use to BRDF parameter of SPOT/VGT. Also, we make a decision of weighting for geometric value, volumetric scattering value and error through regression models. As a result, the weighting through linear regression analysis produced good agreement. For all sites, the SPOT/VGT isotropic and RapidEye isotropic values had the high correlation (RMSE, bias), and generally are very consistent.
Kim, Sang-Il;Han, Kyung-Soo;Park, Soo-Jea;Pi, Kyoung-Jin;Kim, In-Hwan;Lee, Min-Ji;Lee, Sun-Gu;Chun, Young-Sik
Korean Journal of Remote Sensing
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v.26
no.6
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pp.653-664
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2010
The land surface reflectance is a key parameter influencing the climate near the surface. Therefore, it must be determined with sufficient accuracy for climate change research. In particular, the characteristics of the bidirectional reflectance distribution function (BRDF) when using earth observation system (EOS) are important for normalizing the reflected solar radiation from the earth's surface. Also, wide swath satellites like SPOT/VGT (VEGETATION) permit sufficient angular sampling, but high resolution satellites are impossible to obtain sufficient angular sampling over a pixel during short period because of their narrow swath scanning. This gives a difficulty to BRDF model based reflectance normalization of high resolution satellites. The principal objective of the study is to add BRDF modeling of high resolution satellites and to supply insufficient angular sampling through identifying BRDF components from SPOT/VGT. This study is performed as the preliminary data for apply to high-resolution satellite. The study provides surface parameters by eliminating BRD effect when calculated biophysical index of plant by BRDF model. We use semi-empirical BRDF model to identify the BRD components. This study uses SPOT/VGT satellite data acquired in the S1 (daily) data. Modeled reflectance values show a good agreement with measured reflectance values from SPOT satellite. This study analyzes BRD effect components by using the NDVI(Normalized Difference Vegetation Index) and the angle components such as solar zenith angle, satellite zenith angle and relative azimuth angle. Geometric scattering kernel mainly depends on the azimuth angle variation and volumetric scattering kernel is less dependent on the azimuth angle variation. Also, forest from land cover shows the wider distribution of value than cropland, overall tendency is similar. Forest shows relatively larger value of geometric term ($K_1{\cdot}f_1$) than cropland, When performed comparison between cropland and forest. Angle and NDVI value are closely related.
Importance of remote sensing for surface is increased than past. So many countries try to many ways to retrieve surface reflectance. In this study, we study a Bidirectional Reflectance Distribution Function (BRDF) to retrieve surface reflectance. We apply BRDF using observed surface reflectance of SPOT/VEGETATION (VGT-S1) and angular data to get Bidirectional Reflectance Distribution (BRD) coefficients for calculating scattering. And then we apply BRDF in the opposite direction with BRD coefficients and angular data to retrieve Background Surface Reflectance (BSR). The range of BSR is not over $0.4{\mu}m$ (blue), $0.45{\mu}m$ (red), $0.55{\mu}m$ (NIR). And for validation we compare BSR with VGT-S1, there are bias is from 0.0116 to 0.0158 and RMSE is from 0.0459 to 0.0545. As a result, we confirm that BSR is similar to VGT-S1.
Albedo is one of the critical parameters for understanding global climate change and energy/water balance. In this study, we used red and NIR reflectance from Satellite Pour I'Obervation de la Terre (SPOT)/Vegetation (VGT) S1 product. The product is preprocessed for users that they are atmospherically corrected using Simple Method Atmospheric Correction (SMAC) by Vision on Technology (VITO) for calculating broadband albedo. Roujean's Bi-directional Reflectance Distribution Function (BRDF) model is a semi-empirical method used for BRDF angular integration and inversion. Each kernel of Roujean's model was multi integrated by angle components (i.e., viewing zenith, solar zenith, and relative azimuth angle). Black-sky hemispherical function is integrated by observational angle; whereas, white-sky hemispherical efficient is integrated by incident angle. Estimated spectral albedo of red ($0.61{\sim}0.68{\mu}m$, B2) and near infrared ($0.79{\sim}0.89{\mu}m$, B3) have a good agreement with MODIS albedo products.
In this paper an attempt has been made to classify Asia land cover considering climatic and vegetative characteristics. The sub-class clustering based on the 13 MODIS land cover classes (except water) over Asia was performed with the climate map and the NOVI derived from SPOT 5 VGT D10 data. The unsupervised classification for the sub-class clustering was performed in each land cover class, and total 74 clusters were determined over the study area. Via these clusters, the annual variations (from 1999 to 2007) of precipitation rate and temperature were analyzed as an example by a simple linear regression model. The various annual variations (negative or positive pattern) were represented for each cluster because of the various climate zones and NOVI annual cycles. Therefore, the detailed land cover map as the classification result by the sub-class clustering in this study can be useful information in modelling works for requiring the detailed climatic and vegetative information as a boundary condition.
This study attempts to analyze the difference among the variations of ecological distribution in Gobi desert and Manchuria through satellite based land cover classification. This was motivated by two well-known facts: 1) Gobi desert, which is an old source region, had been gradually expanded eastward; 2) Manchuria, which is located in east of Gobi desert, was observed as a new source region of yellow dust. An unsupervised classification called ISODATA clustering method was employed to detect the land cover change and to characterize the status of desertification and its expanding trends using NDVI (Normalized Difference Vegetation Index) derived from VEGETATION sensor onboard the SPOT satellite for 1999 and 2007. We analyzed NDVI annual variation pattern for every classes and divide into 5 level according to their vegetation's density level based on NDVI. As results, Gobi desert is showed positive variation: a decrease $78,066km^2$ in central Gobi desert and out skirts of Gobi desert (level-0) but Manchuria area is worse than previous time: an increase $25,744km^2$.
The Bidirectional Reflectance Distribution (BRD) effect is critical to interpret the surface information using remotely sensed data. This effect was caused by geometric relationship between sensor, target and solar that is inevitable effect for data of optical sensor. To remove the BRD effect, semi-empirical BRDF models are widely used. It is faster to calculate than physical models and demanded less observation than empirical models. In this study, Ross-Li kernel and Roujean kernel were used respectively in National Aeronautics and Space Administration (NASA) and European Organization for the Exploitation of Meteorological Satellites (EUMETSAT) that are used to compare each other. The semi-empirical model consists of three parts which are isotropic, geometric and volumetric scattering. Each part contained physical kernel and empirical coefficients that were calculated by statistical method. Red and NIR channel of SPOT/VEGETATION product were used to compute Nadir BRDF Adjusted Reflectance (NBAR) over East Asia area from January 2009 to December 2009. S1 product was provided by VITO that was conducted atmospheric correction using Simplified Method of Atmospheric Correction (SMAC). NBAR was calculated using corrected reflectance of red and NIR. Previous study has revealed that Roujean geometric kernel had unphysical values in large zenith angles. We extracted empirical coefficients in three parts and normalized reflectance to compare both BRDF models. Two points located forest in Korea peninsular and bare land in Gobi desert were selected for comparison. As results of time series analysis, both models showed similar reflectance change pattern and reasonable values. Whereas in case of empirical coefficients comparison, different changes pattern of values were showed in isotropic coefficients.
NDVI(Normalized Difference Vegetation Index), which is broadly used as short-term data composite, is an important parameter for climate change and long-term land surface monitoring. Although atmospheric correction is performed, NDVI dramatically appears several low peak noise in the long-term time series. They are related to various contaminated sources, such as cloud masking problem and wet ground condition. This study suggests a simple method through harmonic analysis for reducing NDVI noise using SPOT/VGT NDVI 10-day MVC data. The harmonic analysis method is compared with the polynomial regression method suggested previously. The polynomial regression method overestimates the NDVI values in the time series. The proposed method showed an improvement in NDVI correction of low peak and overestimation.
Park, Youn-Young;Lee, Ga-Lam;Yeom, Jong-Min;Lee, Chang-Suk;Han, Kyung-Soo
Proceedings of the KSRS Conference
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2008.10a
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pp.224-227
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2008
Land cover and its changes, affecting multiple aspects of the environmental system such as energy balance, biogeochemical cycles, hydrological cycles and the climate system, are regarded as critical elements in global change studies. Especially in arid and semiarid regions, the observation of ecosystem that is sensitive to climate change can improve an understanding of the relationships between climate and ecosystem dynamics. The purpose of this research is analyzing the ecosystem surrounding the Gobi desert in North Asia quantitatively as well as qualitatively more concretely. We used Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) derived from SPOT-VEGETATION (VGT) sensor during 1999${\sim}$2007. Ecosystem monitoring of this area is necessary because it is a hot spot in global environment change. This study will allow predicting areas, which are prone to the rapid environmental change. Eight classes were classified and compare with MODerate resolution Imaging Spectrometer (MODIS) global land cover. The time-series analysis was carried out for these 8 classes. Class-1 and -2 have least amplitude variation with low NDVI as barren areas, while other vegetated classes increase in May and decrease in October (maximum value occurs in July and August). Although the several classes have the similar features of NDVI time-series, we detected a slight difference of inter-annual variation among these classes.
The importance of vegetation in studies of global climate and biogeochemical cycles is well recognized. Especially. the FPAR (fraction of photosynthetically active radiation) is one of the important parameters in ecosystem productivity and carbon budget models. Therefore, accurate estimates of vegetation parameters are increasingly important in environmental impact assessment studies. In this study, optical FPAR using the Terra MODIS (MODerate resolution Imaging Spectroradiometer), SPOT VEGETATION and ECOCLIMAP data reproduced on the Korean peninsula. We applied the empirical method which is usually estimated as a linear or nonlinear function of vegetation indices. As results, we estimated the accurate expression which is 0.9039 of $R^2$ in cropland and 0.7901 of $R^2$ in forest. Finally, this study could be demonstrated to calibrate that produced FPAR while the overall pattern and random noise through the comparative analysis of FPAR on the reference data. Optimal use of input parameter on the Korean peninsula should be helping the accuracy of output as well as the improved quality of research.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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