NDWI - Wassergehalt

NDWI - Wassergehalt

Überblick

Der Normalized Difference Water Index (NDWI) ist ein spektraler Satellitenindex, der den Wassergehalt in Landschaften misst. Abgeleitet aus ESA Sentinel-2-Bildern, reichen die Werte von -1 bis +1:

• Positive Werte weisen auf Wasserflächen, Feuchtgebiete oder stark gesättigte Oberflächen hin
• Werte um 0 zeigen eine Übergangszone mit moderater Bodenfeuchtigkeit an
• Negative Werte weisen auf trockene Oberflächen, kahlen Boden, bebaute Flächen oder trockene Vegetation hin

Der NDWI ist ein vielseitiges Werkzeug für: Kartierung von Wasserflächen (Seen, Flüsse, Teiche, Feuchtgebiete), Hochwasserüberwachung, Bewertung von Wasserstress, Dürreanalyse und Bewässerungsmanagement. Der Index nutzt den Kontrast zwischen dem Grün-Band (560 nm), das von Wasser stark reflektiert wird, und dem NIR-Band (842 nm), das von Wasser absorbiert, aber von gesunder Vegetation reflektiert wird. Dadurch wird das Signal der terrestrischen Vegetation unterdrückt und die Wassereigenschaften hervorgehoben.

Die 3Bee-Plattform implementiert den NDWI nach McFeeters (1996) unter Verwendung der Sentinel-2-Bänder B3 (Grün) und B8 (NIR). Die Plattform zeigt den NDWI in drei komplementären Ansichten: einem Liniendiagramm mit monatlicher Variation, einer Kreisanzeige zum Vergleich des Standorts (ROI) mit dem Kontrollgebiet (CA) und Kartenebenen zur räumlichen Verteilung auf Pixelebene.

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Berechnungsmethodik

Der NDWI wird aus ESA Sentinel-2 Level-2A-Oberflächenreflexionsbildern unter Verwendung der Grün- und NIR-Bänder berechnet:

$$\text{NDWI} = \frac{\text{Green} - \text{NIR}}{\text{Green} + \text{NIR}}$$

wobei Green = Band 3 (560 nm) und NIR = Band 8 (842 nm), beide mit 10 m nativer Auflösung

Für jeden Analysezeitraum werden alle wolkenfreien Sentinel-2-Bilder über dem Standortgebiet gesammelt. Wolken- und Schattenpixel werden ausgeschlossen. Der NDWI wird pro Pixel berechnet und dann über alle gültigen Beobachtungen gemittelt, um ein temporales Komposit zu erzeugen. Abschließend werden räumliche Statistiken (Minimum, Maximum, Mittelwert) getrennt über den Standort (ROI) und das Kontrollgebiet (CA) berechnet.

Anders als beim NDVI ist die Wassermaskierung standardmäßig deaktiviert — Wasserflächen sind das Zielsignal und dürfen nicht ausgeschlossen werden.

Die Daten stammen aus ESA Sentinel-2 SR Harmonized mit einer Auflösung von 10 m (verfügbar ab April 2017). Der Analysezeitraum ist vom Benutzer wählbar.

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Was Sie auf der Plattform sehen

Bewertung > Landnutzung > „NDWI - Wassergehalt" (Liniendiagramm)

Liniendiagramm. Ein monatliches Zeitreihendiagramm, das die NDWI-Werte für den Standort (ROI) und optional das Kontrollgebiet (CA) anzeigt.

Zweck: Zeigt, wie sich der Wassergehalt der Landschaft über die Monate entwickelt, und offenbart saisonale Muster, Wasserstressperioden und Veränderungen der Oberflächenwasserflächen im Zeitverlauf.

Beschreibung: Die X-Achse zeigt Monate über den gewählten Zeitraum. Die Y-Achse zeigt NDWI-Werte von -1 bis +1. Jeder monatliche Datenpunkt wird als farbiger Punkt dargestellt, dessen Farbe den NDWI-Wert anhand des 11-farbigen Braun-zu-Blau-Gradienten widerspiegelt (Braun = trocken; Weiß = Übergang; Blau = feucht/Wasser). Die durchgezogene Linie verbindet alle Standortpunkte. Eine gestrichelte graue Linie zeigt die Kontrollgebietswerte (CA), wenn der CA-Schalter aktiv ist. Unter dem Diagramm werden drei Statistiken angezeigt: Min, Med (Median der Monatswerte) und Max.

NDWI-Skala
-1
+1
Sehr trocken / bebautOffenes Wasser

Berechnung: Für jeden Monat werden alle wolkenfreien Sentinel-2-Pixel innerhalb des Standortpolygons pixelweise gemittelt. Der resultierende Wert ist der monatliche Mittelwert des NDWI für den ROI und für das CA, wenn aktiviert.

Legende: Die Punktfarbe folgt dem kontinuierlichen NDWI-Gradienten:

Interpretationsbeispiel:

Wenn das Diagramm Sommerwerte zwischen -0,15 und -0,05 zeigt (weiße/hellbraune Punkte) und einen Anstieg auf 0,28 (Puderblau) nach einem herbstlichen Regenereignis, hat der Standort eine normalerweise trockene Oberfläche, die nach Niederschlag vorübergehend Feuchtigkeit speichert — typisch für durchlässiges Grasland oder Trockenklima-Wald mit kurzen Feuchtperioden.

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Bewertung > Landnutzung > „NDWI" (Gauge)

Gauge. Eine halbkreisförmige Doppelbogen-Anzeige, die den jährlichen Mittelwert des NDWI des Standorts (ROI) mit dem des Kontrollgebiets (CA) vergleicht.

Zweck: In einem einzigen visuellen Vergleich zusammenfassen, ob der Standort mehr oder weniger Wassergehalt als sein umgebendes Kontrollgebiet hat, und ihm eine A-E-Qualitätsstufe zuweisen.

Beschreibung: Die Anzeige zeigt zwei konzentrische Bögen: Der äußere Bogen repräsentiert den mittleren NDWI des Standorts (ROI), der innere Bogen den mittleren NDWI des Kontrollgebiets (CA). Beide Bögen sind gemäß der A-E-Qualitätsskala eingefärbt. In der Mitte werden der ROI-Wert und der CA-Wert sowie ein Delta-Badge mit der Differenz (ROI minus CA) angezeigt. Ein positives Delta (blaues Badge) bedeutet, dass der Standort mehr Wasser als seine Umgebung speichert; ein negatives Delta (braunes/rotes Badge) bedeutet das Gegenteil.

0.22NDWI
-11

Berechnung: Der jährliche Mittelwert des NDWI wird aus allen monatlichen pixelweisen Mittelwerten im gewählten Zeitraum berechnet. Die Qualitätsstufe wird anhand folgender Schwellenwerte vergeben:

Legende:

Interpretationsbeispiel:

Wenn die Anzeige ROI = 0,22 (Stufe B) und CA = -0,05 (Stufe C) zeigt, speichert der Standort deutlich mehr Feuchtigkeit als die umgebende Landschaft — ein positives Signal, das auf ein Ufergebiet, eine bewässerte Fläche oder einen Feuchtgebietslebensraum in trockenerem Umfeld hindeutet.

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Bewertung > Landnutzung > „NDWI" (Assessment-Seitenleistenzeile)

Assessment-Seitenleistenzeile. Eine einzelne Zeile im KPI-Panel Landnutzung in der Bewertungsseitenleiste, die die aktuelle NDWI-Qualitätsstufe zeigt.

Zweck: Eine schnelle A-E-Qualitätsbewertung für den NDWI als Teil der umfassenden Landnutzungsbewertung bereitstellen.

Beschreibung: Die Zeile zeigt die KPI-Kategorie „NDWI", den aktuellsten numerischen Wert und ein farbiges Stufen-Badge (A-E). Ein Klick auf die Zeile navigiert zum vollständigen NDWI-Abschnitt.

Berechnung: Die Stufe wird mit denselben Schwellenwerten wie bei der Gauge-Anzeige zugewiesen.

Interpretationsbeispiel:

Wenn die Seitenleiste ein gelbes „C"-Badge neben NDWI -0,04 zeigt, befindet sich der Standort in der Übergangszone zwischen trockenem Land und Feuchtgebiet — typisch für saisonal feuchtes Grasland oder einen Standort mit moderater Bewässerung.

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Karten > Landnutzung > „NDWI" (Kartenebene)

Kartenebene. Eine interaktive Satellitenkartenebene, die NDWI-Werte auf Pixelebene über den gesamten Standort und die Umgebung anzeigt.

Zweck: Die räumliche Verteilung des Wassergehalts zeigen und identifizieren, welche Teile des Standorts feucht, trocken sind oder offene Wasserflächen enthalten.

Beschreibung: Jedes Pixel ist gemäß seinem NDWI-Wert mit dem kontinuierlichen 11-farbigen Braun-zu-Blau-Gradienten eingefärbt. Braune Pixel weisen auf trockenen Boden oder bebaute Flächen hin. Weiße/neutrale Pixel zeigen die Übergangszone an. Blaue Pixel weisen auf feuchte Gebiete oder offenes Wasser hin. Das Standortgrenzpolygon wird überlagert. Benutzer können zwischen drei Unterebenen wechseln: Standard-NDWI (Einzelperiode), NDWI-Range (Jahresmittel) und NDWI-Delta (Veränderung zwischen zwei Perioden).

Berechnung: Die Kartenkachel wird aus dem pixelweisen Sentinel-2-Mittelwertkomposit für den gewählten Zeitraum generiert. Die Wassermaskierung ist deaktiviert — Wasserpixel erzeugen positive NDWI-Werte und werden auf der Karte angezeigt (im Gegensatz zu NDVI-Karten, wo Wasserpixel ausgeschlossen werden).

Legende: Kontinuierlicher Gradient von trocken bis feucht:

Interpretationsbeispiel:

Wenn die Karte einen dunkelblau en Streifen entlang eines Flusskorridors zeigt, umgeben von braun-weizenfarbenen Tönen, erkennt die NDWI-Ebene korrekt die Wasserfläche und das umliegende trockene Land — ein typisches Muster für einen Standort, der einen Bach oder Kanal einschließt.

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Karten > Landnutzung > „NDWI (Range)" (Kartenebene)

Kartenebene. Eine Kartenebene, die den durchschnittlichen NDWI über einen vollständigen Jahreszeitraum zeigt, berechnet als pixelweiser Mittelwert aller gültigen wolkenfreien Beobachtungen im konfigurierten Bereich.

Zweck: Das jährliche Wassergehaltsmuster des Standorts darzustellen anstelle einer einzelnen Momentaufnahme, wodurch der Einfluss kurzfristiger Ereignisse oder Wolkenlücken reduziert wird.

Beschreibung: Gleicher Braun-zu-Blau-Farbgradient wie die Standard-NDWI-Ebene. Der Range-Zeitraum ist in den Standorteinstellungen konfigurierbar. Der Karten-Tooltip zeigt: „Durchschnittlicher NDWI im Zeitraum {Anfang} - {Ende}".

Berechnung: Alle wolkenfreien Sentinel-2-Bilder im konfigurierten Zeitraum werden zu einem pixelweisen mittleren NDWI-Wert zusammengesetzt.

Legende: Gleicher 11-farbiger kontinuierlicher Gradient wie die Standard-NDWI-Ebene (■ #8B4513 bis ■ #00008B).

Interpretationsbeispiel:

Eine jährliche Range-Ebene, die NDWI 0,15 im Standortinneren zeigt, mit blauen Werten nur entlang der Nordgrenze, bestätigt einen überwiegend trockenen Standort mit einer permanenten Wasserfläche an einer Seite — zuverlässiger als eine einzelne Momentaufnahme.

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Karten > Landnutzung > „NDWI (Delta)" (Kartenebene)

Kartenebene. Eine Kartenebene, die den pixelweisen Unterschied im NDWI zwischen zwei jährlichen Range-Kompositen zeigt und die Veränderung des Wassergehalts im Zeitverlauf anzeigt.

Zweck: Identifizieren, wo der Standort zwischen zwei vergleichbaren Zeiträumen feuchter, trockener oder unverändert geworden ist.

Beschreibung: Pixel werden mit einem 9-farbigen divergierenden Gradienten eingefärbt: Dunkelrottöne weisen auf Wasserverlust hin (Standort ist ausgetrocknet), Neutral/Weiß zeigt keine Veränderung an, Dunkelblautöne weisen auf Wassergewinn hin (Standort ist feuchter geworden). Der Tooltip zeigt: „Differenz zwischen durchschnittlichem NDWI in den Zeiträumen {x1}-{y1} und {x2}-{y2}".

Berechnung: Das Delta wird pixelweise berechnet als (NDWI der Endperiode) minus (NDWI der Anfangsperiode). Das Ergebnis ist auf einen Bereich von etwa -0,25 bis +0,25 kalibriert.

Legende: Divergierender Gradient von ■ #8B0000 (starker Wasserverlust, Delta etwa -0,25) über ■ #FFFAF0 (keine Veränderung, Delta = 0) bis ■ #00008B (starker Wassergewinn, Delta etwa +0,25).

Interpretationsbeispiel:

Wenn eine Delta-Ebene ein großes dunkelblaues Gebiet zeigt, wo die vorherige Periode weizen/weiße Töne zeigte, hat der Standort einen signifikanten Anstieg des Wassergehalts erfahren — möglicherweise durch eine neue Wasserrückhaltestruktur, wiederhergestelltes Feuchtgebiet oder außergewöhnlich hohe Niederschläge.

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