Correlation Analysis of Mackenzie River Discharge and NDVI Relationship

Abstract

Abstract. This study, based on the analyses of long-term discharge and Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) data, revealed a strong seasonal consistency between NDVI and discharge over the Mackenzie River Basin in Canada. The flow–NDVI association is particularly strong in the early growing season (May to the 1st half of June). During this period, discharge rapidly rises and reaches the peak, whereas NDVI increases around the 1st half of May and reaches the maximum at the 2nd half of July. In the mid- and late summer, both discharge and NDVI decline gradually. Correlation analyses identify 2 sensitive periods, i.e., May to June and the 2nd half of July to the 1st half of September, when NDVI significantly responds to discharge variations. In the first period, the half-month NDVI highly correlates to the 1st half of May discharge, indicating that spring flow has a strong influence on vegetation growth in the early growing season. Spatially, almost all of the basin shows a high correlation, except Mackenzie and the Rocky Mountains and the region near the eastern edge of the basin. For the 2nd period, from the 2nd half of July to the 1st half of September, the NDVI relates closely to discharge with lags of 0–5 half-months. Trends analyses suggest river discharge increased during 1982 to 2006 in most seasons except summer. The NDVI trends during the growing season (May to September) clearly correspond to discharge changes. Examination of extreme flow years and corresponding NDVI conditions over the basin also reveal that a lower runoff was associated with a lower basin NDVI with an earlier maximum, whereas the higher flow was linked with a higher NDVI and a longer growing season.

Résumé. Cette étude, basée sur les analyses de débit à long terme et des données de l’indice de végétation par différence normalisée «Normalized Difference Vegetation Index» (NDVI) a indiqué une forte cohérence saisonnière entre NDVI et le débit sur le bassin du fleuve Mackenzie au Canada. L’association entre le débit et NDVI est particulièrement forte en début de saison de croissance (mai à la mi-juin). Pendant cette période, le débit augmente rapidement et atteint son maximum, tandis que NDVI augmente autour de la première moitié de mai et atteint le maximum à la 2e moitié de juillet. Au milieu et à la fin de l’été, le débit et NDVI diminuent progressivement. Les analyses de corrélation identifient 2 périodes sensibles, à savoir, mai à juin et la 2e moitié de juillet à la 1er moitié de septembre, tandis que NDVI répond de manière significative aux variations du débit. Dans la 1er période, NDVI intégré sur un demi-mois est fortement corrélé à la 1er moitié du débit de mai, ce qui indique que l’écoulement printanier a une forte influence sur la croissance de la végétation en début de saison de croissance. Spatialement, la quasi-totalité du bassin montre une forte corrélation, à l’exception des monts Mackenzie et les montagnes Rocheuses et la région près de la bordure est du bassin. Pour la 2e période de la 2e moitié de juillet à la 1er moitié de septembre, NDVI est étroitement lié au débit avec un décalage de 0 à 5 demi-mois. Les analyses des tendances suggèrent que le débit de la rivière a augmenté entre 1982 et 2006 pour la plupart des saisons sauf en été. Les tendances NDVI pendant la saison de croissance (de mai à septembre) correspondent clairement aux changements de débit. L’examen des années avec un débit extrême et des conditions NDVI correspondantes sur le bassin révèle également qu’un ruissellement plus faible est associé à un NDVI de bassin inférieur avec un maximum plus tôt, alors que le débit plus élevé a été lié à un NDVI plus élevé et une saison de croissance plus longue.

Notes

Available at http://daac.gsfc.nasa.gov/.