A Comparison of Spectral Mixture Analysis and Ten Vegetation Indices for Estimating Boreal Forest Biophysical Information from Airborne Data

L'analyse des spectres mixtes (ASM) permet de dériver le pourcentage de couronnes ensoleillées, de fond et d'ombre à l'intérieur d'un pixel d'une image de télédétection. Il a été démontré que l'information à l'échelle du sous-pixel peut fournir de façon continue des estimations significativement améliorées d'information biophysique sur la forêt comme la biomasse, l'indice de surface foliaire (LAI) et la production primaire nette (NPP) comparativement aux estimations de NDVI (Normalised Difference Vegetation Index) utilisant des images aéroportées ou satellitales. Toutefois, un certain nombre d'indices de végétation ont été proposés à titre d'amélioration au NDVI. Dans cet article, dix indices de végétation différents ont été utilisés pour prédire les paramètres biophysiques de la forêt et les résultats ont été comparés avec les résultats obtenus par analyse des spectres mixtes utilisant les données multispectrales aéroportées du projet COVER de la NASA, dans la Superior National Forest du Minnesota, aux États-Unis. Cet ensemble de données a été acquis à travers une gamme d'angles solaires zénithaux à la limite de résolution spatiale et dans les bandes spectrales du capteur Thematic Mapper de Landsat. Les indices de végétation suivants ont été dérivés des données de télédétection: NDVI, SR, MSR, RDVI, WDVI, GEMI, NLI et trois autres indices de végétation ajustés en fonction du sol (SAVI, SAVI-1, SAVI-2). Des résultats ont été obtenus à des angles solaires zénithaux de 30°, 45° et 60° pour la biomasse, LAI, NPP, DBH, la densité de tiges et la fraction de surface terrière. Dans tous les cas, les fractions d'ombre dérivées de l'analyse des spectres mixtes ont fourni des résultats significativement meilleurs que tout autre indice de végétation, avec une amélioration de l'ordre de 20% comparativement aux meilleurs résultats obtenus par les indices de végétation. Dans la plupart des cas, un ou plusieurs des nouveaux indices de végétation ont apporté une amélioration variant de faible à modérée comparativement au NDVI, WDVI et SAVI-1 ayant la meilleure performance parmi les indices de végétation grâce probablement à l'inclusion de la réflectance de fond. En conclusion, quoique les différents indices de végétation puissent apporter une amélioration par rapport au NDVI, ceux-ci apparaissent comme fonctionnellement équivalents et fondamentalement semblables en termes de statistiques de premier ordre quant à leur potentiel à prédire les paramètres biophysiques de la forêt, potentiel qui est surpassé par les approches basées sur la décomposition des images à l'échelle du sous-pixel comme l'analyse des spectres mixtes et la modélisation de la réflectance optique du couvert.