如何使用 ArcGIS Pro 和 Landsat 8 影像计算叶绿素指数和全球环境监测指数

GIS 工具和技术的出现极大地帮助了识别、量化和解决问题。GIS 还通过研究可能的情况并实施预防方案提供了一种主动的解决方案。多年来，GIS 通过电信和网络服务、事故/事件分析、城市规划、交通规划、环境影响评估、洪水损失估计、自然资源管理、环境健康和安全、植被监测等领域改善了人们的生活质量。

ArcGIS Pro 是一款不可否认的工具，它开创了当今地理空间领域的前沿。它帮助我们在广泛的应用领域中创建、编辑、管理和存储地理数据和属性信息。

此外，ArcGIS Pro 还提供了科学实证证据，支持实施各种旨在弥合科学研究与专业行业之间差距的计划。ArcGIS Pro 帮助解决了多个社会、物质、环境、经济和社会经济层面的问题。

考虑到近年来植被带来的巨大好处，有必要将明确的科学方法与地理空间工具相结合，以确定植被覆盖的状态和空间范围。这些先验知识将有助于制定积极的土地利用和生态系统管理战略。通过监测植物植被来确定生物圈生态平衡的一种相关工具是卫星图像。

尽管许多植被指数概念已经严格考虑到绿色基础设施在改善和维持全球经济当前需求方面的作用而发展，但纠正大气影响仍然是一项相当大的挑战。

在众多植被指数中，叶绿素指数 (CI) 和全球环境监测指数 (GEMI) 已经发展起来。叶绿素指数和 GEMI 之间的区别在于，GEMI 在使用植被指数程序时考虑了大气影响，而 CI 则不考虑。

因此，本教程利用遥感和地理空间技术（ArcGIS Pro）概述了确定感兴趣区域的 Landsat 8 影像的叶绿素指数 (CI) 和全球环境监测指数 (GEMI) 的步骤，为全球生态系统中绿色植被的改善和维持奠定了基础。

下图 1 显示了该过程中采用的地理空间方法的摘要。

图 1：ArcGIS Pro 中确定 CI 和 GEMI 的方法流程。

叶绿素指数的计算

要在 ArcGIS Pro 中根据 Landsat 8 影像计算叶绿素指数，应采取以下步骤：

2.打开ArcGIS Pro，创建一个新项目，在出现的界面中选择空白项目，选择并设置新项目的输出位置和名称，点击确定。叶子中的叶绿素含量是通过近红外（波段 5）和绿光波段（波段 3）的反射率比来确定的。

3.之后，通过从菜单栏中"地图"选项卡上选择"添加数据"图标来导入波段 3 和波段 5。

4.导航到 3 和 5 波段的位置并单击"打开"。

5.在地理处理工具箱的搜索栏中输入并搜索"栅格计算器"。

叶绿素指数由以下公式确定；

CI = ((NIR / Green)-1)，其中 NIR 表示波段 5 的像素值，Green 表示波段 3 的像素值 (Gitelson 等人，1996)。

在计算器搜索框中输入如下图3所示的公式。

图 3：使用栅格计算器在 ArcGIS Pro 中计算 CI。

6.单击运行。

全球环境监测指数（GEMI）的计算

计算 GEMI 时，使用波段 4（红色）和波段 5（近红外）。GEMI 与 NDVI 的区别在于 GEMI 能够承受大气影响。

GEMI 的公式如下：

对于 Landsat 8，GEMI = Eta*(1-0.25*Eta) -- ((Red-0.125)/(1-Red))（Pinty & Verstraete，1992），

其中 Eta = (2*(NIR^2-Red^2) +1.5*NIR+0.5*Red)/(NIR+Red+0.5)

NIR = 近红外波段（波段 5）的像素值

红色 = 红色波段（波段 4）的像素值

1.首先，使用"添加数据"工具将第 4 波段导入到地图画布上。

2.在地理处理工具箱的搜索栏中输入并搜索栅格计算器。

3.在计算器栏中输入如下图 4 所示的公式来计算"Eta"。

图 4：ArcGIS Pro 中"Eta"的计算。

4.单击运行。

要根据"Eta"计算GEMI：

1.在地理处理工具箱的搜索栏中输入并搜索栅格计算器。

2.从计算器栏中输入如下图 5 所示的公式来计算 GEMI。

图 5：ArcGIS Pro 中 GEMI 的计算。

3.单击运行。

为了考虑将 Landsat 8 影像精简到特定感兴趣的区域，操作步骤如下：

图 6：ArcGIS Pro 中的"掩膜提取"