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陆地标准产品总体介绍,基于Terra星和Aqua星数据

2019-10-14 22:00

一、Modis数据资源总体介绍

△MODIS L1B 标准产品总体介绍

 1999年2月18日,美国成功地发射了地球观测系统(EOS)的第一颗先进的极地轨道环境遥感卫星Terra。它的主要目标是实现从单系列极轨空间平台上对太阳辐射、大气、海洋和陆地进行综合观测,获取有关海洋、陆地、冰雪圈和太阳动力系统等信息,进行土地利用和土地覆盖研究、气候季节和年际变化研究、自然灾害监测和分析研究、长期气候变率的变化以及大气臭氧变化研究等,进而实现对大气和地球环境变化的长期观测和研究的总体(战略)目标。2002年5月4日成功发射Aqua星后,每天可以接收两颗星的资料。 
    搭载在Terra和Aqua两颗卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)是美国地球观测系统(EOS)计划中用于观测全球生物和物理过程的重要仪器。它具有36个中等分辨率水平 (0.25um~1um)的光谱波段,每1-2天对地球表面观测一次。获取陆地和海洋温度、初级生产率、陆地表面覆盖、云、汽溶胶、水汽和火情等目标的图像。 
    本网站提供的MODIS陆地标准产品来自NASA的陆地过程分布式数据档案中心(The Land Processes Distributed Active Archive Center,LP DAAC/NASA)。包括:基于Terra星和Aqua星数据的地表反射率(250m,daily;500m,daily;250m,8days;500m,8day)、地表温度(1000m,daily;1000m,8days;5600m,daily)、地表覆盖(500m,96days;1000m,yearly)、植被指数NDVI&EVI(250m,16daily;500m,16days;1000m,16days;1000m,monthly;、温度异常/火产品(1000m,daily;1000m,8days)、叶面积指数LAI/光合有效辐射分量FPAR(1000m,8days)、总初级生产力GPP(1000m,8days)。 
    本网站提供的所有MODIS陆地标准产品的格式为HDF-EOS,数据组织方式为10°经度*10°纬度的分片(TILE)方式。

MODIS-L1B 是MODIS 系列数据产品中的一种(与已经发布的 MODIS-land 产品并列),即经过仪器标定的 MODIS数据产品,产品编号为MOD02/MYD02。包括 3 个科学数据集(QKM,HKM,1KM)。L1B 数据需要与经纬度坐标数据(MOD/MYD03)配合使用。

二、MODIS数据特点及技术指标

图片 1

1.概况

 

MODIS全称Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer,即中分辨率成像光谱仪。1998年MODIS机载模型器安装到EOS-AM(上午轨道)和PM(下午轨道)系列卫星上,从1999年12月正式向地面发送数据。MODIS是NASA地球行星使命计划中总数为15颗。

△MODIS 陆地标准产品总体介绍
1999 年 2 月 18 日,美国成功地发射了地球观测系统(EOS)的第一颗先进的极地轨道环境遥感卫星Terra。它的主要目标是实现从单系列极轨空间平台上对太阳辐射、大气、海洋和陆地进行综合观测,获取有关海洋、陆地、冰雪圈和太阳动力系统等信息,进行土地利用和土地覆盖研究、气候季节和年际变化研究、自然灾害监测和分析研究、长期气候变率的变化以及大气臭氧变化研究等,进而实现对大气和地球环境变化的长期观测和研究的总体(战略)目标。2002 年 5 月 4 日成功发射 Aqua 星后,每天可以接收两颗星的资料。搭载在Terra 和 Aqua两颗卫星上的中分辨率成像光谱仪(MODIS)是美国地球观测系统(EOS)计划中用于观测全球生物和物理过程的重要仪器。它具有 36 个中等分辨率水平(0.25um~1um)的光谱波段,每 1-2 天对地球表面观测一次。获取陆地和海洋温度、初级生产率、陆地表面覆盖、云、汽溶胶、水汽和火情等目标的图像。

2. MODIS数据的特点

本平台提供的 MODIS 陆地标准产品来自 NASA 的陆地过程分布式数据档案中心(The Land Processes Distributed Active Archive Center, LP DAAC/NASA)。包括:
 地表反射率(250m,daily;500m,daily;250m,8days;500m,8day)
 地表温度(1000m,daily;1000m,8days;5600m,daily)
 地表覆盖(500m,96days;1000m,yearly)
 植被指数 NDVI&EVI(250m,16daily;500m,16days;1000m,16days;1000m,monthly;
 温度异常/火产品(1000m,daily;1000m,8days)
 叶面积指数 LAI/光合有效辐射分量 FPAR(1000m,8days)
 总初级生产力 GPP(1000m,8days)。
本平台提供的所有 MODIS 陆地标准产品的格式为 HDF-EOS,数据组织方式为 10°经度*10°纬度的分片(TILE)方式。

MODIS数据主要有四个特点: 
    (1)全球免费:NASA对MODIS数据实行全球免费接收的政策(TERRA卫星除MODIS外的其他传感器获取的数据均采取公开有偿接收和有偿使用的政策),这样的数据接收和使用政策对于目前我国大多数科学家来说是不可多得的、廉价并且实用的数据资源; 
    (2)光谱范围广:MODIS数据涉及波段范围广(共有36个波段,光谱范围从0.4um-14.4um),数据分辨率比NOAA-AVHRR有较大的进展(辐射分辨率达12bits,其中两个通道的空间分辨率达250m,5个通道为500m,另29个通道为1000m)。这些数据均对地球科学的综合研究和对陆地、大气和海洋进行分门别类的研究有较高的实用价值; 
    (3)数据接收简单:MODIS接收相对简单,它利用X波段向地面发送,并在数据发送上增加了大量的纠错能力,以保证用户用较小的天线(仅3m)就可以得到优质信号; 
    (4)更新频率高:TERRA和AQUA卫星都是太阳同步极轨卫星,TERRA在地方时上午过境,AQUA在地方时下午过境。TERRA与AQUA上的MODIS数据在时间更新频率上相配合,加上晚间过境数据,对于接收MODIS数据来说可以得到每天最少2次白天和2次黑夜更新数据。这样的数据更新频率,对实时地球观测和应急处理(例如森林和草原火灾监测和救灾)有较大的实用价值。

 

3.MODIS数据的技术指标

△Terra 卫星及其数据产品:

项目

指标

轨道

705km,降轨上午10: 30过境,升轨下午1: 30过境,太阳同步,近极地圆轨道

扫描频率

每分钟20.3转,与轨道垂直

测绘宽带

2330km x 10km

望远镜

直径17.78cm

体积

1.0m X 1.6m X 1.0m

重量

250g

功耗

225w

数据率

11Mbit/s

量化

12bit

星下点空间分辨率

250m,500m,1000m

设计寿命

5年

Terra 星为白天星,其陆地标准产品,包括:

 

地表反射率:Modis 表面反射率产品是表面波谱反射估计,低级数据产品进行了大气和气溶胶的校正,并在此基础上进一步处理产生了 L2 基础数据产品以及 L2G(栅格化 2 级产品)和 L3 数据产品。

4.MODIS数据的波段分布特征

 MOD09A1(500 米地表反射率 8 天合成产品)

波段

MOD09A1 提供了波段 1-7 的 500米分辨率 8 天合成的数据产品,投影为正弦曲线投影。每一个MOD09A1的像素包含了8 天之内最有可能的L2G观测数值,尽量考虑高观测覆盖、低视角、无云及云的阴影以及气溶胶浓度的影响。此科学数据集提供的产品包括 1-7 波段的反射率值,质量评价数据。

波谱范围(nm)

 MOD09GA(500 米地表反射率)

信噪比

MOD09GA 提供了1-7波段每日栅格化二级的数据产品(L2G),投影为正弦曲线投影,包括 500 米的反射率值和 1 公里的观测和地理位置统计 值。500 米科学数据集提供了 1-7波段的反射率、质量评价、观测图层、观测数量和 250 米扫描信息。1 公里科学数据集提供了观测数量、质量状况、传感器角度、太阳角、地理位置标示以及轨道指针。

主要用途

 MOD09GQ(250 米地表反射率)

分辨率(m)

MOD09GQ 提供了1-2波段每日栅格化二级的数据产品(L2G),投影为正弦曲线投影,包括 250 米的反射率值和1公里的观测和地理位置统计值。此产品提供了1-2波段的反射率、质量评价、观测图层和观测数量信息。MOD09GQ 可以和 MOD09GA 共同使用,因为MOD09GA 存储了重要的质量评估和观测集合信息。

1

 MOD09Q1(250 米地表反射率 8 天合成产品)

620-670

MOD09Q1 提供了1-2波段 250 米 8 天合成的栅格化 3 级数据产品(L3),投影为正弦曲线投影,每一个MOD09Q1象元包含了 8 天之内最有可能的 L2G 观测数值,尽量考虑高观测覆盖、低视角、无云及云的阴影以及气溶胶浓度的影响。此科学数据集提供的产品包括1-2 波段反射率值和质量评价数据。

128

 

陆地/云边界

地表温度:

250

 MOD11A1(1KM 地表温度/反射率 L3 产品)

2

MODIS Terra 星地表温度/发射率(LST/E)产品以两种方式(swath,grid)提供了包含每个像素地表温度和发射率值的全球数据产品。MOD11A1 是以分片方式组织的栅格数据,投影为正弦曲线投影,时间分辨率为每日,空间分辨率为 1km,本网站提供的为MOD11A1 V5(第五版本)的分片数据。

841-876

 MOD11A2(1KM 地表温度/反射率 8 天合成 L3 产品)

201

MOD11A2是由每日 1KM 地表温度/发射率产品(MOD11A1)合成的,存储的是 8 天中晴好天气下的地表温度/发射率的平均值,投影为正弦曲线投影。MOD11A2有白天和夜间数据、质量评估、观测时间、观测角、晴好白天和夜晚的天数以及不同地表覆盖类型在波段 31-32 的地表发射估计。

3

 MOD11B1(5KM 地表温度/发射率 8 天合成 L3 产品)

459-479

MODIS Terra 星 5KM 每日地表温度/发射率 L3 产品(MOD11B1)以两种方式(swath,grid)提供了包含每个像素地表温度和发射率值的全球数据 产品。MOD11B1 是以分片方式组织的栅格数据,投影为正弦曲线投影,时间分辨率为每日,空间分辨率为 5km,本网站提供的为 MOD11B1 V5(第五版本)的分片数据。

243

 

陆地/云特性

地表覆盖:
 MOD12Q1(1KM 地表覆盖类型 96 天合成)

500

 MOD12Q2(1KM 地表覆盖类型动态变化 L3 产品)

4

MODIS 土地利用变化动态产品(MOD12Q2,曾经叫做 MODIS 全球植被物候产品)提供了全球尺度的植被覆盖动态估计。另外,也提供了从 MODIS 表面反射率计算出来的和增强型植被指数(EVI)相关的一系列信息。 显示了植被生长、成熟、衰老等季节周期。MOD12Q2 产品一年产生两次,由 24 个月的输入数据产生。(比如:12 个月份的数据包括前后各六个月)。MOD12Q2 V4 数据包括 2001-2004 年的数据。MOD12Q2 产品主要利用 MODIS EVI 产品而不是 MOD09 的表面反射率产品计算而来,MODIS EVI 是由 MODIS 的天顶 BRDF (Nadir Bidirectional Reflectance Distribution Function,双
向反射率分布函数)调整反射率(NBAR)计算得来。MODIS EVI 采用了 16 天内的 NBAR 值计算,空间分辨率为 1KM。
MODIS NBAR 产品 QA 字段中的雪和冰标示用于去除输入时间序列数据中的雪覆盖表面。因为雪的存在会使 EVI 产生很大的变异,这些并不表示植被物候的真实情况。模型中输入的陆地表面温度数据来自于 MODIS MOD11A28 天合成数据产品。

545-565

 

228

植被指数 NDVI&EVI:全球 MODIS 植被指数是为了表现植被状况的时空综合特征而生产的。在生产 MODIS 植被指数的过程中,蓝、红、近红外反射率三个波段的数据被采用,三波段的中心分别为 469nm、645 nm 和 858 nm。MODIS NDVI(归一化植被指数)和 NOAA 先进型甚高分辨率辐射仪(AVHRR)的 NDVI产品配合使用可以展示植被指数的时间序列变化。MODIS 植被指数产品还包含一个新的植被指数,EVI(增强型植被指数)。EVI 尽量减少了冠层背景结构的变化并保持了对植被密度状况的敏感性。EVI 同样运用了蓝色波段去除由烟尘及小于一个像素的薄云等因素造成的大气污染残留。MODIS NDVI 和 EVI 产品由经过水、云、重气溶胶、以及云阴影掩膜处理的双向大气校正表面反射率计算得来。

5

 MOD13A1(500 米分辨率植被指数 16 天合成产品)

1230-1250

全球 MOD13A1 数据为 16 天合成的 500 米 L3 数据产品,投影为正弦曲线投影。植被指数可以用于全球植被指数监测,也可以用在显示地表覆盖或者地表覆盖变化的产品中,还可以用作全球生物地球化学和水文模型或者全球或地区气候等模型的输入数据,还可以用于描述陆地表面的生物物理特征及进程,包括初级生产以及陆地表面覆盖的转换。

74

 MOD13A2(1KM 植被指数 16 天合成产品)

6

全球 MOD13A2 数据为 16 天合成的 1000 米 L3 数据产品,投影为正弦曲线投影。VI 产品在 Terra 星和 Aqua 星数据分不同时间段进行计算, Terra 星数据从每年的第 1 天开始, Aqua星数据从每年的第 8 天开始。植被指数可以用于全球植被指数监测,也可以用在显示地表覆盖或者地表覆盖变化的产品中,还可以用作全球生物地球化学和水文模型或者全球或地区气候等模型的输入数据,还可以用于描述陆地表面的生物物理特征及进程,包括初级生产以及陆地表面覆盖的转换。

1628-1652

 MOD13A3(1KM 月植被指数 L3 产品)

275

MOD13A3 为 1 KM 月植被指数 L3 产品。

7

 MOD13Q1(250M 植被指数 16 天合成产品)

2105-2155

全球 MOD13Q1 数据为 16 天合成的 250 米 L3 数据产品,投影为正弦曲线投影。因为没有 250 米的蓝色波段,EVI 算法利用 500 米的蓝色波段来矫正气溶胶的影响,会有一些微小的空间变形。植被指数可以用于全球植被指数监测,也可以用在显示地表覆盖或者地表覆盖变化的产品中,还可以用作全球生物地球化学和水文模型或者全球或地区气候等模型的输入数据,还可以用于描述陆地表面的生物物理特征及进程,包括初级生产以及陆地表面覆盖的转换。

110

 

8

温度异常/火产品:MODIS 温度异常/火数据产品主要是从 MODIS 4-11 波段微波辐射计算来的。火的监测策略是以火的绝对监测(当火的强度足够被检测到时)和检测(证明表面温度和太阳反射的变化)。很多的测试用来排除了错误警报信息,比如太阳闪烁以及海岸带揭露等。

405-420

 MOD14A1 (每日 1KM 温度异常/火 L3 级产品)

880

MOD14A1 数据为 8 天 1000 米分辨率 L3 数据产品,投影为正弦曲线投影。它是唯一有3 个空间尺寸分割的数据产品,火掩膜(1D),最大火辐射能量(2D)和 8 天期限中每天的贡献量(3D)。
MODIS Terra 星每天两次获得监测数据(上午 10:30 和 PM),MODIS Aqua 也是(下午1:30 和 AM)。每天四次的 MODIS 火灾观测数据用来推进全球火灾监测进程以及火灾对生态系统、大气、气候等的影响。

海洋颜色/浮游 
植物/生物化学

 MOD14A2(1KM 温度异常/火 8 天合成产品)

1000

MOD14A2 数据为 8 天合成的 1000 米分辨率 L3 火掩膜数据产品,投影为正弦曲线投影。科学数据集包括火掩膜和算法质量评价。MODIS Terra 星每天两次获得监测数据(上午 10:30 和 PM),MODIS Aqua 也是(下午1:30 和 AM)。每天四次的 MODIS 火灾观测数据用来推进全球火灾监测进程以及火灾对生态系统、大气、气候等的影响。

9

 

438一48

叶面积指数 LAI/光合有效辐射分量 FPAR:
 MOD15A2(1KM 叶面积指数(LAI)/光合有效辐射分量(FPAR)8 天合成 L4 级产品)

838

叶面积指数(Leaf Area Index,LAI)和植物吸收性光合有效辐射分量(Fraction of Absorbed photosynthetically Active Radiation,FPAR)是描述植被冠层结构及相关能量交换过程速率的两个重要的植物生理参数。
MOD15A2 数据为 8 天合成的 1000 米分辨率 L4 级叶面积指数(LAI) /光合有效辐射分量(FPAR)数据产品,投影为正弦曲线投影。MOD15A2 中的科学数据集包括 LAI、FPAR、质量评价以及每一个变量的标准差。
LAI 是植被冠层结构的重要指标,对群落的光分布、光能利用和产量有显著影响。FPAR是冠层吸收的光合有效辐射比率,它反映了植被对光能的利用效率。这两个变量可以作为卫星提取参数进行表面光和作用、蒸发蒸腾作用、以及初级净第一生产力的计算。反之又可以进行陆地能量、碳、水循环过程和植被地球生物化学等过程的计算。

10

总初级生产力 GPP:

483-493

 MOD17A2(1KM 总初级生产力 8 天合成产品)

802

初级生产力(GPP:Gross Primary Productivity)是指单位时间内生物(主要是绿色植物)通过光合作用途径所固定的有机碳量,又称总第一性生产力。 GPP 决定了进入陆地生态系统的初始物质和能量。
MODIS 总初级生产力(GPP)产品(MOD17A2)可以用作表面光和作用、蒸发蒸腾作用、以及初级净第一生产力等模型的输入数据。 MOD17A2 数据为 8 天合成的 1000 米分辨率总初级生产力(GPP)数据产品,投影为正弦曲线投影。

11

 

526-536

△Aqua 卫星及其数据产品:
Aqua 星为晚上星,其陆地标准产品,包括:
 MYD09A1(500 米地表反射率 8 天合成产品);
 MYD09GA(500 米地表反射率);
 MYD09GQ(250 米地表反射率);
 MYD09Q1(250 米地表反射率 8 天合成产品);
 MYD11A1(1KM 地表温度/反射率 L3 产品);
 MYD11A2(1KM 地表温度/反射率 8 天合成 L3 产品);
 MYD11B1(5KM 地表温度/发射率 8 天合成 L3 产品);
 MYD13A1(500 米分辨率植被指数 16 天合成产品);
 MYD13A2(1KM 植被指数 16 天合成产品);
 MYD13A3(1KM 月植被指数 L3 产品);
 MYD13Q1(250M 植被指数 16 天合成产品);
 MYD14A1 (每日 1KM 温度异常/火 L3 级产品);
 MYD14A2(1KM 温度异常/火 8 天合成产品);
 MYD15A2 (1KM 叶面积指数(LAI) /光合有效辐射分量(FPAR) 8 天合成 L4 级产品);
 MYD17A2(1KM 总初级生产力 8 天合成产品)

754

 

12

参考文献:

546-556

[1]地理空间数据云用户手册

750

 

13

 

662-672

 

910

14

673-683

1087

15

743-753

586

16

862-877

516

17

890-920

167

大气水蒸气

18

931-941

57

19

915-965

250

20

3.660-3.840

0.05

地表/云温度

21

3.929-3.989

2.00

22

3.929-3.989

0.07

23

4.020-4.080

0.07

24

4.433-4.498

0.25

大气温度

25

4.482一549

0.25

26

1360-1390

150

卷云

27

6.535-6.895

0.25

水蒸气

28

7.175-7.475

0.25

29

8.400-8,700

0.25

30

9.580-9.880

0.25

臭氧

31

10.780-11.280

0.05

地表/云温度

32

11.770-12.270

0.05

33

13.185-13.485

0.25

云顶高度

34

13.485-13.785

0.25

35

13.785-14.085

0.25

36

14.085-14.385

0.35

3.MODIS数据产品分级

按数据产品特征划分:主要产品包括校正数据产品、陆地数据产品、海洋数据产品和大气数据产品;若按处理级别划分,又可以分为以下6种: 
    0**级产品:也称原始数据;      1**级产品:指L1A数据,已经被赋予定标参数; 
    2**级产品:指L1B级数据,经过定标定位后数据,本系统产品是国际标准 的EOS-HDF格式。包含所有波段数据,可能是应用比较广泛的一类数据。;      3**级产品:在1B数据的基础上,对由遥感器成像过程产生的边缘畸变(Bowtie效应)进行校正,产生L3级产品; 
    4**级产品:由参数文件提供的参数,对图像进行几何纠正,辐射校正,使图像的每一点都有精确的地理编码、反射率和辐射率。L4级产品的MODIS图像进行不同时相的匹配时,误差小于1个像元。该级产品是应用级产品不可缺少的基础;      5**级及以上产品:根据各种应用模型开发L5级产品。  

图片 2

图片 3

图片 4

图片 5

三.MODIS Tile产品数据组织方式

 本网站提供的MODIS陆地标准产品数据都采用TILE类型进行组织即以地球为参照系, 采用了SIN(ISIN,正弦曲线投影) 地球投影系统,将全球按照10°经度*10°纬度(1200KM*1200KM)的方式分片(如下图),全球陆地被分割为600多个Tile,并对每一个Tile赋予了水平编号和垂直编号。左上角的编号为(0,0)右下角的编号为(35,17)。

图片 6

四.MODIS 命名规则

 MODIS文件名的命名遵循一定的规则,通过文件名,可以获得很多关于此文件的详细信息,比如:文件名    MOD09A1.A2006001.h08v05.005.2006012234657.hdf     MOD09A1 –产品缩写     .A2006001 – 数据获得时间(A-YYYYDDD)     .h08v05 – 分片标示(水平XX,垂直YY)     .005 – 数据集版本号     .2006012234567 – 产品生产时间(YYYYDDDHHMMSS)     .hdf – 数据格式(HDF-EOS)

 

五.MODIS 时间分辨率

 根据实际情况不同,本网站提供的MODIS陆地标准数据产品具有不同的时间分辨率,主要包括: 

    每日产品(daily) 
    8天合成产品(8-Day) 
    16天合成产品(16-Day) 
    月合成产品(Monthly) 
    季度产品(Quarterly) 
    年产品(Yearly)

六.MODIS 空间分辨率

MODIS仪器获得的数据有3个空间分辨率: 
    Bands 1–2 – 250米 
    Bands 3–7 – 500米 
    Bands 8–36 – 1000米 
    本网站提供的MODIS陆地标准数据产品分为4种不同的空间分辨率,分别如下: 
    250米 
    500米 
    1000米 
    5600米 (0.05度).

七.MODIS产品处理级别

本网站提供的MODIS陆地标准数据产品都为L2或者更高级别: 
    Level-2: derived geophysical variables at the same resolution and location as level-1 source data (swath products) 
    Level-2G: level-2 data mapped on a uniform space-time grid scale (Sinusoidal) 
    Level-3: gridded variables in derived spatial and/or temporal resolutions 
    Level-4: model output or results from analyses of lower-level data

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