NDWI (Normalized Difference Water Index), iki farklı yansıma bandı arasındaki normalize edilmiş farkı kullanan, su varlığına duyarlı bir bitkisellik/yüzey indeksidir. Aynı kısaltma altında iki bağımsız tanım vardır ve karıştırılmaları yaygın bir hatadır. Her iki tanım da −1 ile +1 arasında değerler üretir.

İki temel tanım

  • McFeeters NDWI (1996): (Green − NIR) / (Green + NIR). Yüzey su kütlelerinin (göl, nehir, gölet) çıkarılmasında kullanılır. Su yeşil bandı yansıtır, NIR'ı güçlü biçimde emer; bu nedenle değer pozitife yaklaşır. Bitki örtüsü ve toprak ise NIR'ı yansıttığı için negatif değer üretir.
  • Gao NDWI (1996): (NIR − SWIR) / (NIR + SWIR). Yaprak su içeriğine (Leaf Equivalent Water Thickness) duyarlıdır; tarım ve kuraklık izlemede kullanılır.

Karışıklığı azaltmak için Xu (2006) tarafından önerilen MNDWI (Modified NDWI) yaygındır: (Green − SWIR) / (Green + SWIR). Şehir içi su yüzeylerini binalardan ayırmada McFeeters formülünden daha başarılıdır.

Fiziksel temel

Suyun spektral yansıması dalga boyuyla hızla azalır. Görünür yeşilde (~560 nm) zayıf da olsa yansıma vardır; yakın kızılötesinde (NIR, 700–1300 nm) yansıma neredeyse sıfırdır; kısa dalga kızılötesinde (SWIR, 1400–2500 nm) yine güçlü emilim gözlenir. Yaprak içindeki sıvı su, başta 970, 1200, 1450 ve 1940 nm bantları olmak üzere belirgin emilim bantlarına sahiptir; bu bantlar Gao NDWI ve ilgili indekslerin (örn. NDWI Gao, NMDI, NDII) temelini oluşturur.

Sentinel-2 ve uydu kaynakları

Avrupa Uzay Ajansı'nın Copernicus programı kapsamındaki Sentinel-2A (2015) ve Sentinel-2B (2017) uyduları, 5 gün revizit ve 13 spektral bantla NDWI hesabı için yaygın kullanılır:

  • B3 (Green, 560 nm, 10 m): McFeeters ve MNDWI formüllerinde.
  • B8 (NIR, 842 nm, 10 m): Hem McFeeters'ta hem Gao'da.
  • B8A (Narrow NIR, 865 nm, 20 m): Atmosferik su buharından daha az etkilenir.
  • B11 (SWIR, 1610 nm, 20 m): Gao ve MNDWI için.
  • B12 (SWIR, 2190 nm, 20 m): Toprak nemi ve yaprak su içeriği indekslerinde.

Daha eski sistemler (Landsat-5/7/8/9, MODIS) farklı bant merkezleri kullanır; karşılaştırmalı çalışmalarda bant kalibrasyonu gereklidir. Açık ticari kaynaklar arasında PlanetScope ve SkySat (3 m, günlük) bulunur.

Değer aralıkları ve yorumlanması

Gao NDWI için tipik yorum:

  • −1 ile −0,3: Çıplak toprak, yapı, çok kuru örtü.
  • −0,3 ile 0: Hafif su stresi altında bitki örtüsü.
  • 0 ile 0,3: Orta yaprak su içeriği, sağlıklı bitki örtüsü.
  • 0,3 ile 0,5+: Yüksek yaprak su içeriği, sulanmış veya doğal nemli alan.

McFeeters NDWI için 0 değeri kabaca su / kara sınırı olarak alınır; eşik bölgeden bölgeye Otsu yöntemi gibi otomatik segmentasyonla belirlenir.

Uygulama alanları

  • Su kütlesi haritalama: Göl ve baraj yüzey alanı izleme; sel sonrası taşkın haritalama.
  • Tarımda su stresi tespiti: Yaprak su potansiyeli ile zayıf-orta korelasyon (r = 0,5–0,8 aralığında, türe ve mevsime bağlı).
  • Kuraklık izleme: Yıllar arası NDWI sapması, normalden düşük yağış sezonlarında belirgin biçimde negatife döner.
  • Orman yangını risk analizi: NDWI ve NDII (Normalized Difference Infrared Index) ölü/canlı yakıt nemini tahmin eder.
  • Sulak alan ekosistem izlemesi: Mevsimsel su örtüsü değişimi.
NDVI vs NDWI: NDVI klorofil yoğunluğunu, NDWI su içeriğini ölçer. Su stresinin erken aşamasında bitki yeşil görünmeye devam eder (NDVI değişmez), ancak yaprak su içeriği düşmeye başlar (Gao NDWI önce iner). Bu iki indeks tamamlayıcıdır; çoğu izleme sisteminde birlikte kullanılır.

Sınırlamalar

NDWI hesabını bozabilen başlıca etmenler: bulut ve gölge örtüsü (Sentinel-2 SCL maskesi ile temizlenir), atmosferik su buharı (Level-2A ürünlerinde Sen2Cor düzeltmesi uygulanır), karışık piksel etkisi (özellikle 20 m çözünürlüklü SWIR bantlarında küçük parsellerde), ve sezonel BRDF değişimleri. Tek bir görüntü yerine zaman serisi (örn. 30–60 günlük hareketli ortalama) kullanmak gürültüyü azaltır.