Retrieval of Arctic Vegetation Biophysical and Biochemical Properties from CHRIS/PROBA Multi-Angle Imagery Using Empirical and Physical Modelling
Notice bibliographique
Résumé
Mapping and monitoring of Arctic vegetation biochemical and biophysical properties is gaining importance as global climate change is disproportionately affecting this region. Previous studies using remote sensing to model Arctic vegetation biochemical and biophysical properties have generally involved empirical modelling with nadir looking broadband sensors and have typically been conducted at the field scale in one study area. Satellite hyperspectral remote sensing has not been previously investigated for retrieving leaf and canopy biochemical and biophysical properties of Arctic vegetation across multiple sites using either empirical or physically-based modelling approaches. Furthermore, multi-angle hyperspectral sensors (CHRIS/PROBA), which can provide insight into vegetation reflectance anisotropy and potentially improve vegetation parameter estimation, have also not been investigated for this purpose. In this study, three modelling approaches previously investigated with field spectroscopy data (Kennedy et al., 2020) were used with CHRIS Mode-1 imagery to predict leaf chlorophyll content, plant area index and canopy chlorophyll content across a bioclimatic gradient in the Western Canadian Arctic. Modelling approaches included: parametric linear regression based on vegetation indices (VI), non-parametric machine learning Gaussian processes regression (GPR) and inversion of the PROSAIL radiative transfer model using a look-up table approach (LUT). CHRIS imagery was acquired with −55°, −36°, 0°, +36°, +55° view zenith angles (VZA) between 2011 and 2014 over three field sites extending from the Richardson Mountains in central Yukon, Canada to the north end of Banks Island, Northwest Territories, Canada. Field measurements were acquired within several weeks of satellite acquisitions. GPR had the best model fit (mean cross-validated (cv) coefficient of determination, r2cv = 0.61 across all vegetation variables, sites and VZAs vs. 0.59 for the simple ratio, SR) and predictive performance (normalized root mean square error, NRMSEcv = 0.13 vs. 0.14 for SR). The revised optimized soil adjusted VI (ROSAVI) performance was slightly poorer (r2cv = 0.51; NRMSEcv = 0.15). The physically-based PROSAIL model performed poorer than all empirical models (r2 = 0.50; NRMSE = 0.18). This ranking of model performance is similar to that found in the previous field spectroscopy study, where empirical model fits and predictive performance were only slightly worse. With respect to view angle performance, NRMSE varied only slightly, indicating no distinct advantage for any one VZA. Overall, strong potential has been demonstrated for empirical modelling of Arctic vegetation chlorophyll and plant area index using hyperspectral data combined with band selection/optimization procedures in the Arctic. Recently launched and future hyperspectral satellites, including next generation airborne sensors, will likely provide improvements to the model performance reported here.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,000 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».