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Jingzhe Wang
Author with expertise in Remote Sensing in Vegetation Monitoring and Phenology
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The Performance of Landsat-8 and Landsat-9 Data for Water Body Extraction Based on Various Water Indices: A Comparative Analysis

Jie Chen et al.May 31, 2024
The rapid and accurate extraction of water information from satellite imagery has been a crucial topic in remote sensing applications and has important value in water resources management, water environment monitoring, and disaster emergency management. Although the OLI-2 sensor onboard Landsat-9 is similar to the well-known OLI onboard Landsat-8, there were significant differences in the average absolute percentage change in the bands for water detection. Additionally, the performance of Landsat-9 in water body extraction is yet to be fully understood. Therefore, it is crucial to conduct comparative studies to evaluate the water extraction performance of Landsat-9 with Landsat-8. In this study, we analyze the performance of simultaneous Landsat-8 and Landsat-9 data for water body extraction based on eight common water indices (Normalized Difference Water Index (NDWI) and Modified Normalized Difference Water Index (MNDWI), Augmented Normalized Difference Water Index (ANDWI), Water Index 2015 (WI2015), tasseled cap wetness index (TCW), Automated Water Extraction Index for scenes with shadows (AWEIsh) and without shadows (AWEInsh) and Multi-Band Water Index (MBWI)) to extract water bodies in seven study sites worldwide. The Otsu algorithm is utilized to automatically determine the optimal segmentation threshold for water body extraction. The results showed that (1) Landsat-9 satellite data can be used for water body extraction effectively, with results consistent with those from Landsat-8. The eight selected water indices in this study are applicable to both Landsat-8 and Landsat-9 satellites. (2) The NDWI index shows a larger variability in accuracy compared to other indices when used on Landsat-8 and Landsat-9 imagery. Therefore, additional caution should be exercised when using the NDWI for water body analysis with both Landsat-8 and Landsat-9 satellites simultaneously. (3) For Landsat-8 and Landsat-9 imagery, ratio-based water indices tend to have more omission errors, while difference-based indices are more prone to commission errors. Overall, ratio-based indices exhibit greater variability in overall accuracy, whereas difference-based indices demonstrate lower sensitivity to variations in the study area, showing smaller overall accuracy fluctuations and higher robustness. This study can provide necessary references for the selection of water indices based on the newest Landsat-9 data. The results are crucial for guiding the combined use of Landsat-8 and Landsat-9 for global surface water mapping and understanding its long-term changes.
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Dissociation dynamic study of H<sub>2</sub><sup>+</sup> in time-delayed two-color femtosecond lasers

Jingzhe Wang et al.Jan 1, 2024
In recent years, the rapid development of ultrashort pulse laser technology has made it possible to regulate the ionization and dissociation dynamics of atoms and molecules. Among them, the microscopic dynamics of molecular dissociation have always been a hot topic. The phenomenon of molecular dissociation caused by the interaction between femtosecond intense laser fields and H<sub>2</sub><sup>+</sup> molecules has attracted widespread attention. Previous theoretical studies on the dissociation of H<sub>2</sub><sup>+</sup> molecules mainly focused on studying its dissociation dynamics through numerical calculations, while there were relatively few theoretical models. This paper aims to establish a simple classical model to describe the dissociation dynamics. Firstly, this paper calculates the joint distribution of nuclear and electronic energies during the dissociation process of H<sub>2</sub><sup>+</sup> molecules under the action of pump lasers by numerically solving the Schrödinger equation, and proves that H<sub>2</sub><sup>+</sup> molecules initially in the ground state dissociate into H<sup>+</sup> + H<sup>*</sup> after absorbing a pump photon in the pump light field. Next, this paper studies the dissociation dynamics of H<sub>2</sub><sup>+</sup> molecules in time-delayed two-color femtosecond lasers and finds that it closely depends on the specific forms of the pump light and the probe light. By utilizing the dependence of the dissociation kinetic energy release (KER) spectrum on the time delay of the two-color femtosecond lasers, we have retrieved the sub-attosecond microscopic dynamic behaviors of electrons and atomic nuclei during the dissociation process, and established a classical model based on the conservation of energy and momentum to describe the dissociation dynamics. This model can qualitatively predict the ion dissociation KER spectrum depending on the time delay of the two-color femtosecond lasers. In addition, by taking advantage of the dependence of the ion kinetic energy spectrum on the frequency of the probe laser (that is, the electronic resonant transition between the molecular ground state and the first excited state caused by the probe light will affect the ion kinetic energy spectrum during the dissociation process), we propose a scheme to reconstruct the evolution of the internuclear distance over time. Our reconstruction results can qualitatively predict the trend of the numerical simulation results, and this scheme may provide some theoretical guidance for experiments.