Establishing the best spectral bands and timing of imagery for land use – land cover (LULC) class separability using Landsat ETM+ and Terra MODIS data

Abstract

The main goals of this study were to (i) establish Landsat enhanced thematic mapper plus (ETM+) and moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) spectral bands best suited for land use – land cover (LULC) class separability, and (ii) study the role of the timing of imagery best suited for LULC class mapping. The study was carried out in the lower portion of the Uda Walawe River basin of southern Sri Lanka. The expansion of irrigated agriculture in this basin has resulted in several distinct changes in the LULC classes and their distribution. The area is dominated by agriculture, plantations, chena (slash and burn) lands with various types of natural vegetation such as degraded forests and scrubland, and wetlands with recently developed irrigation canals and tanks. The results showed that the two shortwave-infrared (SWIR) bands of Landsat ETM+ (bands centered at 1.650 and 2.220 µm) and MODIS (2.130 and 1.640 µm) and the thermal band (11.450 µm) of Landsat ETM+ were most sensitive in separating an overwhelming proportion of the 15 LULC classes studied. However, other bands, though not as powerful as thermal or SWIR bands, by themselves, often play a vital role in separating certain specific LULC classes that are not easily separable by thermal and (or) SWIR bands. The MODIS monthly time series showed that the timing of the imagery was crucial in the separability of LULC classes. An overwhelming proportion of the classes were separated from one another using the data for the two wettest months (November and December) and the driest month (July). All 15 LULC classes were separable using the three wettest months (November, December, and January) and the two driest months (June and July).

Les objectifs principaux de cette étude étaient de : (i) déterminer les bandes spectrales ETM+ (« enhanced thematic mapper plus ») de Landsat et de MODIS (« moderate resolution imaging spectroradiometer ») les plus adéquates pour améliorer la séparabilité des classes d‘utilisation du sol – couvert (LULC) et (ii) étudier le rôle du choix du moment d‘acquisition des images le plus propice pour la cartographie de l‘utilisation du sol – couvert. L‘étude a été réalisée dans la partie inférieure du bassin du fleuve Uda Walawe, dans le sud du Sri Lanka. L‘expansion de l‘agriculture irriguée dans le bassin a entraîné de multiples changements visibles dans les classes de LULC et leur répartition. La zone est dominée par l‘agriculture, les plantations, les terres de chena (agriculture sur brûlis) caractérisées par des couverts de végétation naturelle variés tels que des forêts dégradées et des savanes arbustives, et des terres humides avec des canaux et réservoirs d‘irrigation développés récemment. Les résultats ont montré que les deux bandes infrarouge de courte longueur d‘onde (SWIR) de ETM+ de Landsat (bandes centrées à 1,650 µm et 2,220 µm) et de MODIS (2,130 µm et 1,640 µm) de même que la bande thermique (11,450 µm) de ETM+ de Landsat étaient les plus sensibles dans la séparation de la très grande majorité des 15 classes de LULC étudiées. Toutefois, d‘autres bandes, quoique moins performantes que les bandes thermiques ou SWIR, par elles-mêmes, jouent souvent un rôle primordial dans la séparation de certaines classes spécifiques de LULC qui ne sont pas facilement séparables au moyen des bandes thermiques et (ou) SWIR. Les séries chronologiques mensuelles de MODIS ont montré que le choix du moment d‘acquisition de l‘imagerie était crucial pour assurer la séparabilité des classes de LULC. Une très grande proportion des classes ont été séparées les unes des autres en utilisant les données des deux mois les plus humides (novembre et décembre) et le mois le plus sec (juillet). Toutes les 15 classes de LULC étaient séparables en utilisant les 3 mois les plus humides (novembre, décembre, janvier) et les deux les plus secs (juin et juillet).[Traduit par la Rédaction]