Original paper

Remote sensing based study on intra-annual dynamics of vegetation and climate in drylands of Kazakhastan

Propastin, Pavel; Kappas, Martin; Erasmi, Stefan; Muratova, Nadia R.

Basic and Applied Dryland Research Vol. 1 No. 2 (2007), p. 138 - 154

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published: Nov 1, 2007

DOI: 10.1127/badr/1/2007/138

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Abstract

We combined Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) datasets derived from the Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) and climate records to analyse within-season temporal relationships between vegetation activity and two eco-climatic parameters (precipitation and temperature) in an arid region of Central Kazakhstan. Assessments of these relationships were performed by calculating correlation coefficients between 10-day values of NDVI and the both climatic parameters throughout the growing season (April-October). The correlations were calculated for every pixel as well as for the aggregated datasets representing different land cover types and the entire study area. The results indicate that strong significant positive correlations exist between NDVI and each of the explanatory climatic parameters at all spatial scales. Temperature was considered to be the leading climatic factor controlling intra-annual NDVI dynamics. The correlation coefficients between NDVI-rainfall and NDVI-temperature exhibit a clear structure in terms of spatial distribution. The results indicate that the response of vegetation to climatic factors increases in order from shrubs and desert vegetation to semi-desert, short grassland and to steppe vegetation.

Kurzfassung

Die Arbeit untersucht zeitliche Zusammenhänge zwischen Vegetationsdynamik und Dynamik von Klimaelementen (Temperatur und Niederschlag) in einem Trockengebiet des Zentral-Kasachstans. Die Datengrundlagen der Arbeit umfassten den Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) von dem Advanced Very High Resolution Radiometer (AVHRR) sowie Messwerten der Klimastationen für Niederschlag und Temperatur. Die Schätzung der Stärke des Zusammenhanges erfolgte durch Berechnung des Koeffizienten der Korrelation und Kreuzkorrelation zwischen den Zeitreihen der Dekadenwerte der NDVI und der beiden Klimaelemente während der Pflanzenwachstumsperiode. Die statistischen Zusammenhänge wurden auf verschiedenen Skalen räumlicher Generalisierung betrachtet: von dem gesamten Gebiet bis zu einzelnem Pixel. Die Ergebnisse beweisen, dass auf allen Betrachtungsskalen strenge Interrelationen zwischen der Dynamik des NDVI auf einer Seite und den beiden Klimaelementen auf der anderen Seite bestehen. Temperatur erwies sich als der Hauptfaktor für die Kontrolle der Vegetationsdynamik durch das Klima. Die räumliche Verbreitung der Werte des Korrelationskoeffizienten zeigte ein deutliches Muster. Dieses Muster spiegelt die Unterschiede zwischen einzelnen Vegetationstypen in bezug auf ihre Reaktionskraft und Reaktionsgeschwindigkeit zu der Einwirkung der Klimaelemente wider.

Keywords

NDVIclimatevegetation responsetime lagcorrelation analysisKlimaelementeVegetationsreaktionZeitverschiebung der VegetationsreaktionKorrelationsanalyse.