Original paper

Multi-temporal Analysis of RapidEye Data to Detect Natural Vegetation Phenology During Two Growing Seasons in the Northern Negev, Israel

Elste, Stefanie; Glässer, Cornelia; Walther, Ivo; Götze, Christian

Abstract

This study focused on the analysis of semi-arid natural vegetation phenology in the Northern Negev in Israel during the two growing seasons in 2010/2011 and 2012/2013 with different precipitation patterns. The objective was to develop a methodology based on vegetation indices to detect the characteristic phenological cycles of three types of vegetation, annual grasses, perennial shrubs and biological soil crusts, with multi-temporal RapidEye data. For the first time the usage of RapidEye's high temporal resolution as well as its red edge band enabled a detailed detection of this phenology in semi-arid environments. In doing so, the vegetation indices differed in their suitability for the different vegetation types. One could benefit from the Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) for annual plants, the Normalized Difference Red Edge Index (NDRE) for perennial plants and the Modified Normalized Difference Vegetation Index (MNDVI) for biological soil crusts. The spatial distribution of the vegetation is illustrated by combining the three indices during their maximal photosynthetic activity.

Kurzfassung

In vorliegender Studie wurde die phänologische Entwicklung semiarider, natürlicher Vegetation im Norden der Wüste Negev während zwei Vegetationsperioden mit sehr unterschiedlichen Niederschlagsverhältnissen anhand von RapidEye-Daten untersucht. Ziel ist die Entwicklung einer Methode auf der Basis von Vegetationsindizes wie dem NDVI, welche die charakteristischen phänologischen Zyklen der Vegetation ermittelt: einjährige Gräser, mehrjährige Büsche sowie biologische Krusten. Die hohe temporale Auflösung der RapidEye-Daten sowie der RedEdge Kanal ermöglichten zum ersten Mal eine detaillierte Erfassung der Phänologie in diesem Gebiet. Die Indizes eignen sich dabei für die Vegetationstypen unterschiedlich gut. So konnten für mehrjährige Pflanzen der NDRE sowie der MNDVI für biologische Krusten Informationsgewinne liefern. Die räumliche Verbreitung der Vegetation wird durch die Kombination jener Indizes, die die maximale photosynthetische Aktivität der Vegetationstypen widerspiegeln, dargestellt.

Keywords

phenologyrapideyesemi-aridnatural vegetationmulti-temporal analysis