Analysis of the polarimetric response of vineyards at C-band

Abstract

This paper aims to examine the sensitivity of C-band RADARSAT-2 polarimetric data to the phenology of vineyards and the potential of this technology to monitor variation in grapevine biomass. The analysis conducted indicates that the cross-polar channel exhibits a signature as a function of phenology and particularly from the phenological stage where grape bunches start to develop, also displaying a clear correlation with leaf area index (LAI) changes. This interpretation is supported by the H//A parameters, which indicate that during the first few weeks the response is dominated by a strong polarized return from a Bragg surface; however, from the grape development onwards, vines can be modeled as a two-component scenario comprising a strong return from soil and a weak depolarized return due to the bunches of grapes and leaves. These observations were used to propose a parameterization of the cross-polar intensity, based on the Water Cloud Model, as a function of the development of grapes and LAI changes over time.

L'objectif de cet article est d'examiner la sensibilité des données polarimétriques en bande C de RADARSAT-2 à la phénologie des vignobles ainsi que le potentiel de cette technologie pour le suivi des variations de la biomasse des vignes. L'analyse ainsi réalisée indique que le canal en polarisation croisée donne une signature en fonction de la phénologie, en particulier à partir du stade phénologique, alors que les grappes de raisins commencent à se développer, montrant également une corrélation évidente avec les changements de l'indice LAI. Cette interprétation est soutenue par les paramètres α indiquant que durant les toutes premières semaines, la réponse est dominée par une forte rétrodiffusion polarisée à partir d'une surface de Bragg; cependant, à partir du stade de développement du raisin et par la suite, les vignes peuvent être modélisées selon un scénario à deux composantes comprenant une forte rétrodiffusion du sol et une faible rétrodiffusion dépolarisée dû aux grappes de raisins et aux feuilles. Ces observations sont utilisées pour proposer une paramétrisation de l'intensité en polarisation croisée basée sur le modèle WCM (Water Cloud Model) en fonction du stade de développement des raisins et des changements de la valeur de LAI dans le temps.

[Traduit par la Rédaction]

Acknowledgements

The authors wish to thank the collaboration of Cooperativa El Mañan (Pinoso, Spain) and specially Arturo Belmonte. All SAR images were provided in the framework of RADARSAT-2 SOAR-EU Programme under Project Number 6818. This work was supported by the Spanish Ministry of Science and Innovation (MICINN) and EU FEDER, under Projects TEC2008-06764-C02-02 and TEC2011-28201-C02-02, and by Generalitat Valenciana under projects GV/2009/079 and ACOMP2010/082. The authors would like to thank the anonymous reviewers for their suggestions and constructive criticisms.