NDMI - Umidità della Vegetazione

Uso del Suolov0

Responsabile:Niccolò Calandri

Layer NDMI - Umidità della Vegetazione su siti reali

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Panoramica

L'Indice di Umidità a Differenza Normalizzata (NDMI, Normalized Difference Moisture Index) è un indice spettrale derivato da immagini satellitari Sentinel-2 che misura il contenuto d'acqua nella chioma della vegetazione. I valori variano da −1 a +1, dove valori più alti indicano una maggiore umidità fogliare e condizioni idriche favorevoli, mentre valori bassi o negativi segnalano stress idrico o assenza di vegetazione.

L'NDMI sfrutta la sensibilità della banda SWIR (Short-Wave Infrared, ~1610 nm) all'acqua presente nei tessuti fogliari: l'acqua assorbe fortemente a 1610 nm, mentre il NIR (~842 nm) è influenzato principalmente dalla struttura cellulare. Il rapporto tra le due bande permette di isolare il segnale idrico dalla risposta strutturale della vegetazione (Gao, 1996).

La piattaforma visualizza l'NDMI in tre viste complementari: un grafico a linee che mostra la variazione mensile dell'umidità fogliare, un indicatore a cerchio che confronta il sito (ROI) con l'area di controllo (CA), e layer mappa che mostrano la distribuzione spaziale dell'umidità a livello di pixel — nelle modalità standard, range annuale e delta tra periodi.

Metodologia di Calcolo

L'NDMI è calcolato a partire da immagini ESA Sentinel-2 Level-2A a riflettanza superficiale (risoluzione nativa 10–20 m):

\text{NDMI} = \frac{NIR - SWIR}{NIR + SWIR}

dove NIR = Banda 8 (842 nm, 10 m) e SWIR = Banda 11 (1610 nm, 20 m)

Per ogni periodo di osservazione, tutte le immagini Sentinel-2 prive di nuvole vengono compositate in una mediana pixel per pixel. I valori NDMI risultanti vengono aggregati spazialmente (minimo, massimo, media) sul poligono del sito (ROI) e sull'area di controllo (CA). I dati provengono dall'archivio ESA Sentinel-2 L2A (Copernicus) a risoluzione di 10 m (Banda 8), disponibile da marzo 2017.

Cosa Vedi sulla Piattaforma

Assessment > Uso del Suolo > "NDMI - Umidità della Vegetazione" (Grafico a Linee)

Grafico a Linee. Un grafico a serie temporale mensile che visualizza i valori NDMI per il sito (ROI) e, opzionalmente, per l'area di controllo (CA).

Scopo: Mostrare come l'umidità della vegetazione evolve nel corso dei mesi, evidenziando i pattern stagionali di stress idrico e i periodi di idratazione favorevole.

Descrizione: L'asse X mostra i mesi (Gen–Nov o il periodo selezionato). L'asse Y va da −1 a +1 con intervalli di 0,25. Ogni punto mensile è disegnato come un punto colorato il cui colore riflette il valore NDMI con il gradiente a 11 colori dell'umidità (rosso scuro = stress idrico severo; verde scuro = alta umidità). La linea continua collega tutti i punti del sito. Una linea tratteggiata grigia mostra i valori dell'area di controllo (CA) quando il toggle CA è attivo. Sotto il grafico sono mostrate tre statistiche: Min, Med (media) e Max dei valori mensili nel periodo.

Come viene calcolato: Per ogni mese, tutti i pixel Sentinel-2 privi di nuvole all'interno del poligono del sito vengono elaborati con la formula NDMI. La media pixel-wise risultante viene aggregata spazialmente per produrre i valori mensili ROI e CA mostrati nel grafico.

Legenda: Il colore del punto segue il gradiente continuo NDMI:

Range	Colori	Condizione idrica
−1,0 a −0,3	■ `#8B0000` → ■ `#F08080`	Stress idrico da severo a moderato, suolo nudo
−0,3 a 0,0	■ `#F08080` → ■ `#FFD700`	Bassa umidità, vegetazione con deficit idrico
0,0 a 0,2	■ `#FFD700` → ■ `#FFFFE0`	Transizione, umidità moderata
0,2 a 0,4	■ `#FFFFE0` → ■ `#90EE90`	Buona umidità
0,4 a 1,0	■ `#90EE90` → ■ `#004d00`	Da alta a molto alta umidità

Esempio di interpretazione:

Se il grafico mostra un calo estivo a −0,15 (punto oro/chiaro) e un picco primaverile a 0,45 (punto verde scuro), il sito sperimenta un moderato stress idrico stagionale tipico della vegetazione temperata con siccità estiva — un pattern che può indicare un rischio di incendi elevato nei mesi secchi.

Assessment > Uso del Suolo > "NDMI" (Indicatore a Gauge)

Indicatore a Gauge. Un indicatore semicircolare a doppio arco che confronta la media annuale dell'NDMI del sito (ROI) con quella dell'area di controllo (CA).

Scopo: Riassumere in un'unica visualizzazione se le condizioni idriche della vegetazione del sito sono migliori o peggiori rispetto al paesaggio circostante.

Descrizione: Il gauge mostra due archi concentrici: l'arco esterno rappresenta la media NDMI del sito (ROI) e l'arco interno rappresenta la media NDMI dell'area di controllo (CA). Entrambi gli archi sono colorati secondo la scala di qualità A–E. Al centro sono visualizzati il valore ROI e il valore CA, più un badge delta che mostra la differenza (ROI − CA). Un delta positivo (badge verde) indica che il sito ha condizioni idriche migliori rispetto al contesto; un delta negativo (badge rosso) indica il contrario.


0.35NDMI
-11

Come viene calcolato: La media annuale dell'NDMI è calcolata da tutte le composite mensili pixel-wise nel periodo selezionato. Il livello di qualità è assegnato in base alle seguenti soglie:

Legenda:

Livello	Range NDMI	Colore	Significato
A	0,4 – 1,0	■ `#00A67A`	Alta umidità, vegetazione rigogliosa e ben idratata
B	0,2 – 0,4	■ `#00DF80`	Buona umidità fogliare, condizioni idriche favorevoli
C	0,0 – 0,2	■ `#FFD21E`	Umidità moderata, condizioni idriche accettabili
D	−0,3 – 0,0	■ `#FF8B16`	Bassa umidità, vegetazione con deficit idrico
E	−1,0 – −0,3	■ `#FF367F`	Stress idrico severo, suolo nudo o vegetazione estremamente secca

Esempio di interpretazione:

Se il gauge mostra ROI = 0,35 (livello B) e CA = 0,12 (livello C), il sito mantiene condizioni idriche migliori rispetto al paesaggio circostante — un segnale ecologico positivo che indica che il sito supporta una vegetazione più sana e meno stressata rispetto al contesto regionale.

Assessment > Uso del Suolo > "NDMI" (Riga Sidebar Assessment)

Riga Sidebar Assessment. Una singola riga nel pannello KPI dell'Uso del Suolo all'interno della sidebar di Assessment, che mostra il livello NDMI attuale.

Scopo: Fornire una valutazione rapida A–E dell'NDMI come parte della valutazione complessiva dell'uso del suolo, insieme agli altri indici di vegetazione.

Descrizione: La riga mostra l'etichetta "NDMI", il valore numerico più recente e un badge di qualità colorato (A–E). Cliccando sulla riga si naviga alla sezione NDMI completa.

Come viene calcolato: Il valore più recente della serie temporale (dati ROI) viene estratto e classificato usando le stesse soglie del gauge (E fino a −0,3, D da −0,3 a 0, C da 0 a 0,2, B da 0,2 a 0,4, A da 0,4 a 1).

Esempio di interpretazione:

Se la sidebar mostra un badge arancione "D" accanto a NDMI 0,05, la vegetazione del sito è in condizioni di deficit idrico — coerente con stress da siccità estiva o vegetazione a bassa densità su substrati aridi.

Mappe > Uso del Suolo > "NDMI" (Layer Mappa)

Layer Mappa. Un layer mappa satellitare interattivo che visualizza i valori NDMI a livello di pixel sull'area del sito e nelle sue vicinanze.

Scopo: Mostrare la distribuzione spaziale dell'umidità della vegetazione, identificando quali aree del sito sono più o meno idratate.

Descrizione: Ogni pixel è colorato in base al suo valore NDMI usando il gradiente continuo a 11 colori dell'umidità. I pixel rosso scuro indicano aree con stress severo o suolo nudo. I pixel verde scuro indicano vegetazione densa e ben idratata. Il poligono del sito è sovrapposto. Gli utenti possono passare tra tre sub-layer tramite il selettore di modalità di generazione: NDMI standard (singolo periodo), NDMI range (media annuale) e NDMI delta (variazione tra due periodi). Nel pannello del layer è mostrata una barra dei colori con etichette min/max.

Come viene calcolato: Il tile mappa è generato dalla composita mediana pixel-wise Sentinel-2 per il periodo selezionato. Il valore NDMI di ogni pixel viene mappato a un colore del gradiente a 11 passi (vmin = −1, vmax = +1).

Scala NDMI
-1
+1
Stress idrico severoUmidità molto elevata

Legenda: Gradiente continuo da ■ #8B0000 (NDMI = −1, stress estremo) a ■ #004d00 (NDMI = +1, umidità molto elevata):

Range	Colori	Condizione idrica
−1,0 a −0,3	■ `#8B0000` → ■ `#F08080`	Stress idrico da severo a moderato, suolo nudo
−0,3 a 0,0	■ `#F08080` → ■ `#FFD700`	Bassa umidità, vegetazione con deficit idrico
0,0 a 0,2	■ `#FFD700` → ■ `#FFFFE0`	Transizione, umidità moderata
0,2 a 0,4	■ `#FFFFE0` → ■ `#90EE90`	Buona umidità
0,4 a 1,0	■ `#90EE90` → ■ `#004d00`	Da alta a molto alta umidità

Esempio di interpretazione:

Se la mappa mostra un interno verde scuro (NDMI 0,45–0,60) con chiazze dorate lungo i margini boschivi, il sito ha un nucleo forestale ben idratato circondato da vegetazione di transizione più esposta allo stress idrico — un pattern tipico di bosco ripariale ombreggiato adiacente a macchia aperta.

Mappe > Uso del Suolo > "NDMI (range)" (Layer Mappa)

Layer Mappa. Un layer mappa che mostra la media dell'NDMI su un periodo annuale configurabile, fornendo una visione più stabile delle condizioni di umidità rispetto a uno snapshot mensile.

Scopo: Rappresentare lo stato di umidità del sito su una finestra temporale estesa, riducendo l'influenza di eventi meteorologici a breve termine e lacune di copertura nuvolosa.

Descrizione: Stesso gradiente a 11 colori del layer NDMI standard. La finestra temporale è definita nelle impostazioni del sito e il tooltip del layer mostra l'NDMI medio nel periodo selezionato. Il layer cattura la variazione stagionale dell'umidità quando si utilizza una finestra annuale completa.

Come viene calcolato: Tutte le immagini Sentinel-2 prive di nuvole nel periodo configurato vengono compositate in una media NDMI pixel-wise. La formula applicata per immagine è la formula NDMI standard; la composita usa la mediana su tutte le scene valide.

Legenda: Stesso gradiente continuo a 11 colori del layer NDMI standard (■ #8B0000 a ■ #004d00).

Esempio di interpretazione:

Un layer di range annuale che mostra una media NDMI di 0,30 su gran parte del sito indica un'umidità fogliare costantemente buona durante tutto l'anno — un segnale più robusto rispetto a una singola lettura estiva che potrebbe riflettere un mese particolarmente secco o umido.

Mappe > Uso del Suolo > "NDMI (delta)" (Layer Mappa)

Layer Mappa. Un layer mappa che mostra la differenza pixel-wise nella media NDMI tra due periodi annuali, indicando se le condizioni di umidità della vegetazione sono migliorate, peggiorate o rimaste stabili.

Scopo: Identificare dove le condizioni di umidità sono migliorate o deteriorate tra due periodi confrontabili, supportando il monitoraggio dei trend e la valutazione del rischio.

Descrizione: I pixel sono colorati usando un gradiente divergente a 9 colori: toni rossi indicano una diminuzione dell'umidità (aumento dello stress), bianco crema indica nessuna variazione e toni verdi indicano un aumento dell'umidità.

Come viene calcolato: Il delta è calcolato pixel per pixel come: Media NDMI (periodo 2) − Media NDMI (periodo 1). Valori positivi indicano condizioni di umidità migliorate; valori negativi indicano un peggioramento.

Legenda: Gradiente divergente da ■ #8B0000 (forte diminuzione dell'umidità) attraverso ■ #FFFAF0 (nessuna variazione) a ■ #006400 (forte aumento dell'umidità):

Colori	Trend
■ `#8B0000` → ■ `#FFA07A`	Perdita di umidità (aumento dello stress)
■ `#FFFAF0`	Nessuna variazione significativa
■ `#90EE90` → ■ `#006400`	Aumento dell'umidità (idratazione migliorata)

Esempio di interpretazione:

Se sul layer delta appare una grande chiazza verde su un'area che mostrava stress da siccità nell'anno precedente, il sito si è ripreso dal deficit idrico — possibilmente a causa di precipitazioni più abbondanti, vegetazione ripristinata o cambiamenti nella gestione del territorio.

Fonti Dati

Fonte	Fornitore	Copertura	Risoluzione	Periodo
ESA Sentinel-2 L2A (Copernicus)	ESA / Copernicus	Globale	10 m (B8), 20 m (B11)	2017-03-28 — presente

Metodologia Dettagliata

La pipeline di elaborazione dell'NDMI segue questi passaggi:

Acquisizione immagini — tutte le immagini Sentinel-2 L2A della collezione Copernicus nell'intervallo temporale e sull'area del sito vengono recuperate
Mascheratura nuvole — i pixel classificati dalla banda Scene Classification Layer (SCL) come nuvole, ombre, neve e ghiaccio vengono esclusi
Mascheratura corpi idrici — le superfici d'acqua vengono escluse dalla composita
Calcolo NDMI per immagine — differenza normalizzata pixel per pixel tra Banda 8 (NIR, 842 nm) e Banda 11 (SWIR, 1610 nm)
Composita temporale — mediana pixel-wise su tutte le osservazioni valide del periodo: massimizza la copertura spaziale e riduce il rumore
Aggregazione spaziale — statistiche di minimo, massimo e media calcolate separatamente per il sito (ROI) e l'area di controllo (CA)

La Banda 11 (risoluzione nativa 20 m) viene ricampionata a 10 m per l'allineamento con la Banda 8. Questo introduce una lieve interpolazione spaziale che può interessare i pixel di bordo.

Varianti KPI correlate disponibili sulla piattaforma:

Range NDMI — media dell'NDMI su un periodo annuale selezionabile (pixel-wise); cattura la variazione stagionale del contenuto idrico
Delta Range NDMI — differenza pixel-wise della media NDMI tra due periodi; identifica variazioni nel trend di umidità

Note Tecniche

I layer mappa NDMI devono essere generati a partire dalle immagini Sentinel-2 prima che i valori KPI possano essere calcolati; la generazione viene avviata manualmente o secondo una pianificazione dalle impostazioni del sito
La Banda 11 (risoluzione nativa 20 m) viene ricampionata a 10 m per l'allineamento con la Banda 8: questo introduce una lieve interpolazione spaziale che può interessare i pixel di bordo
In aree con neve persistente o ghiacciai, la maschera SCL può produrre artefatti — verificare la copertura temporale delle composite per siti alpini
L'NDMI misura il contenuto idrico fogliare ma non distingue tra acqua libera e acqua legata ai tessuti: l'interpretazione dovrebbe tenere conto del tipo di vegetazione e della fenologia
Per i confronti temporali, utilizzare finestre stagionali equivalenti per evitare di confondere la stagionalità climatica con reali variazioni del trend di umidità
L'indice è sensibile agli effetti atmosferici residui e all'umidità del suolo nelle aree con vegetazione rada: i risultati in zone di suolo nudo o a bassissima densità vegetale possono riflettere le condizioni del suolo più che lo stato idrico delle piante
La disponibilità dei dati inizia da marzo 2017 (data di inizio dell'archivio Sentinel-2 L2A); i siti che richiedono analisi precedenti al 2017 non possono essere serviti da questo KPI
KPI correlati: NDVI (densità e salute della vegetazione), NDWI (contenuto idrico superficiale e della chioma), LST (temperatura della superficie terrestre — proxy dello stress termico), e Uso del Suolo (contesto degli habitat)

Bibliografia

Gao, B.C. (1996). "NDWI — A normalized difference water index for remote sensing of vegetation liquid water from space". Remote Sensing of Environment, 58(3), 257–266. DOI: 10.1016/S0034-4257(96)00067-3
Wilson, E.H. & Sader, S.A. (2002). "Detection of forest harvest type using multiple dates of Landsat TM imagery". Remote Sensing of Environment, 80(3), 385–396. DOI: 10.1016/S0034-4257(01)00318-2
Ceccato, P. et al. (2001). "Detecting vegetation leaf water content using reflectance in the optical domain". Remote Sensing of Environment, 77(1), 22–33. DOI: 10.1016/S0034-4257(01)00191-2
Delegido, J. et al. (2011). "Evaluation of Sentinel-2 Red-Edge Bands for Empirical Estimation of Green LAI and Chlorophyll Content". Sensors, 11(7), 7063–7081. DOI: 10.3390/s110707063
ESA Copernicus. (2021). Sentinel-2 User Handbook. European Space Agency. ESA Sentinel-2