簡介

在本篇博客中，我們將使用Google Earth Engine (GEE) 進行植被狀況指數（Vegetation Condition Index, VCI）的計算和干旱監測。通過MODIS NDVI數據，我們可以評估2001年至2024年間的植被狀況和干旱等級。

背景知識

MODIS NDVI數據集

MODIS/061/MOD13A2數據集提供了MODIS的歸一化植被指數（NDVI）數據，這些數據可以用來評估植被覆蓋和健康狀況。

植被狀況指數（VCI）

VCI是一種基于NDVI的指標，用于評估植被狀況和監測干旱。VCI的計算公式為：
[ VCI = \left(\frac{(NDVI - NDVI_{min})}{(NDVI_{max} - NDVI_{min})}\right) \times 100 ]

完整代碼

// 定義研究點坐標
var cor = [52.91994991092, 33.56756085477778];
var point = ee.Geometry.Point(cor);// 加載FAO GAUL數據集并篩選研究區域
var feature = ee.FeatureCollection("FAO/GAUL/2015/level0");
var roi = feature.filterBounds(point);
Map.centerObject(roi);
Map.addLayer(roi);// 定義時間范圍
var time_start = '2001', time_end = '2003';// 加載MODIS NDVI數據集
var ndvi = ee.ImageCollection("MODIS/061/MOD13A2").select(['NDVI']).filterDate(time_start, time_end);// 計算VCI
var ndvi_min = ndvi.min().multiply(0.0001);
var ndvi_max = ndvi.max().multiply(0.0001);var vci = ndvi.map(function (img) {var band = img.multiply(0.0001);var index = band.expression('((ndvi - min)/(max - min))*100.0', {'ndvi': band,'min': ndvi_min,'max': ndvi_max}).rename('vci');return index.copyProperties(img, ['system:time_start', 'system:time_end']);
});// 計算VCI中值
var vci_median = vci.median();
Map.addLayer(vci_median.clip(roi), [], 'vci_median', false);// 打印VCI直方圖
print(ui.Chart.image.histogram(vci_median, roi, 1000)
);// VCI分類
var cons = ee.Image.constant(0);var extreme = cons.where(vci_median.gte(0).and(vci_median.lt(10)), 1);
var severe = extreme.where(vci_median.gte(10).and(vci_median.lt(20)), 2);
var moderate = severe.where(vci_median.gte(20).and(vci_median.lt(30)), 3);
var light = moderate.where(vci_median.gte(30).gte(vci_median.lt(40)), 4);
var no1 = light.where(vci_median.gte(40).and(vci_median.lt(60)), 5);
var no2 = no1.where(vci_median.gte(60).and(vci_median.lt(80)), 6);
var no3 = no2.where(vci_median.gte(80), 7);Map.addLayer(moderate.clip(roi), {min: 1, max: 7}, 'drought_map', false);// VCI時間序列分類
var time_start = '2001', time_end = '2024';
var ndvi2 = ee.ImageCollection("MODIS/061/MOD13A2").select(['NDVI']).filterDate(time_start, time_end);var ndvi_min2 = ndvi2.min().multiply(0.0001);
var ndvi_max2 = ndvi2.max().multiply(0.0001);var vci2 = ndvi2.map(function (img) {var band = img.multiply(0.0001);var index = band.expression('((ndvi - min)/(max - min))*100.0', {'ndvi': band,'min': ndvi_min2,'max': ndvi_max2}).rename('vci');return index.copyProperties(img, ['system:time_start', 'system:time_end']);
});// 修正：vci_class 應使用 vci2 而不是 vci_median
var vci_class = vci2.map(function (img) {var vci_value = img.select('vci');return img.expression('extreme + severe + moderate + light + no1 + no2 + no3',{'extreme': vci_value.gte(0).and(vci_value.lt(10)).multiply(1),'severe': vci_value.gte(10).and(vci_value.lt(20)).multiply(2),'moderate': vci_value.gte(20).and(vci_value.lt(30)).multiply(3),'light': vci_value.gte(30).and(vci_value.lt(40)).multiply(4),'no1': vci_value.gte(40).and(vci_value.lt(60)).multiply(5),'no2': vci_value.gte(60).and(vci_value.lt(80)).multiply(6),'no3': vci_value.gte(80).multiply(7)}).rename('class');
});var vci_map = vci_class.mode();Map.addLayer(vci_map.clip(roi), {palette: ['black', 'brown', 'red', 'orange', 'yellow', 'lightgreen', 'darkgreen'],min: 1,max: 7
}, 'vci_mode', false);// 導出VCI分類圖
Export.image.toDrive({image: vci_map.clip(roi),description: 'vci_map',region: roi,maxPixels: 1e13,crs: 'EPSG:4326',folder: 'drought',scale: 1000
});// 計算干旱面積
var drought_area = (ee.Image.pixelArea().divide(1e6)).addBands(vci_map);print(ui.Chart.image.byClass(drought_area, 'constant',roi, ee.Reducer.sum(), 1000, ['nan', 'extreme drought', 'severe drought', 'moderate drought', 'light drought', 'no drought1', 'nodrought2', 'no drought3'])
);

代碼詳解

1. 定義研究點

創建一個點對象point，用于確定研究區域。

2. 加載FAO GAUL數據集

加載并篩選與研究點相交的區域roi。

3. 加載MODIS NDVI數據集

加載指定時間范圍內的MODIS NDVI數據。

4. 計算VCI

基于NDVI的最小值和最大值計算VCI。

5. VCI分類

根據VCI值將圖像分類為不同的干旱等級。

6. 繪制VCI中值圖層

將VCI中值圖層添加到地圖上。

7. 打印VCI直方圖

打印VCI中值的直方圖，以了解VCI值的分布。

8. VCI時間序列分類

對整個時間序列的VCI進行分類，并計算每個干旱等級的頻率。

9. 導出VCI分類圖

將VCI分類圖導出到Google Drive。

10. 計算干旱面積

計算每個干旱等級的面積。

結論

本教程展示了如何使用GEE對MODIS數據進行VCI計算和干旱監測。通過VCI，我們可以評估植被狀況并識別干旱區域。

進一步探索

GEE提供了多種工具和方法來進行植被和干旱分析。在后續的教程中，我們將繼續探索GEE在不同領域的應用。