Investigating RADARSAT-2 as a tool for monitoring grassland in western Canada

Abstract

Native grasslands play an important role in ecosystem function, biodiversity, climate change, and economics, yet quantifiable estimates of the rate and location of native grassland change in western Canada are not readily available. To date, optical remote sensing has been explored for grassland mapping, but cloud cover limits the availability of timely data for the discrimination of improved, as opposed to native, grassland. In this study we investigated the utility of RADARSAT-2 polarimetric imagery to map native grassland, improved grassland, and agricultural crops. Fine quad-polarisation mode RADARSAT-2 data were acquired at two incidence angles over a test site in southern Alberta every 24 days from 1 April to 31 October 2009 and were processed using the Freeman–Durden decomposition. Double-bounce, volumetric, and surface scattering properties suggest that native grasslands can be distinguished from cultivated cropping, especially using a mid- to late-season image. However, discriminating native grasslands from improved grasslands was more difficult. Land cover classification of a single RADARSAT-2 image from July 2009 provided reasonable but slightly less accurate results compared with a single Landsat-5 Thematic Mapper image (Kappa value of 0.65 compared with 0.81).

Les pâturages naturels jouent un rôle important dans le fonctionnement des écosystèmes, la biodiversité, les changements climatiques et l’économie et, malgré tout, des estimations quantifiables du taux et de la localisation des changements associés aux pâturages naturels dans l'ouest du Canada ne sont pas couramment disponibles. Jusqu’à maintenant, la télédétection optique a été utilisée pour la cartographie des pâturages, mais le couvert nuageux limite la disponibilité des données en temps opportun pour distinguer les pâturages améliorés des pâturages naturels. Dans cette étude, on examine l'utilité des images polarimétriques de RADARSAT-2 pour la cartographie des pâturages naturels, les pâturages améliorés et les cultures. Des données de RADARSAT-2 en mode quad-polarisation fin acquises à deux angles d'incidence différents au-dessus d'un site situé dans le sud de l'Alberta à tous les 24 jours du 1^er avril au 31 octobre 2009 ont été traitées en utilisant la décomposition de Freeman–Durden. Les propriétés de la diffusion à double bond, volumique et surfacique suggèrent que les pâturages naturels peuvent être distingués des surfaces en culture spécialement en utilisant une image de mi-saison ou de fin de saison. Cependant, la distinction des pâturages naturels des pâturages améliorés était plus difficile. La classification du couvert réalisée à partir d'une seule image de RADARSAT-2 de juillet 2009 a fourni des résultats convenables, quoique légèrement moins précis comparativement à une seule image TM de Landsat-5 (valeur Kappa de 0,65 comparativement à 0,81).

[Traduit par la Rédaction]

Acknowledgements

The authors acknowledge funding from the Canadian Space Agency Government Related Interdepartmental Program, Agriculture and Agri-Food Canada, and the Royal Military College of Canada. The contribution of Gary Larson and Catherine Kloppenburg to the collection of the ground survey data and processing the radar data is also gratefully acknowledged. Supplemental crop information was supplied through agreements with the Alberta Financial Services Corporation, Alberta Agriculture and Rural Development and Alberta Sustainable Rural Development. Lethbridge Research Contribution No. 38710030.