MODIS植被指数产品标准

2020/2/31MODIS数据产品标准问题-以植被指数为例王正兴2004年11月2日,兰州2020/2/32前言：标准问题的提出，影响植被指数标准的一般因素1、一般植被指数原理：Red,NIR差异2、单日植被指数：多样性以及MODIS-VI的选择-基本输入数据可能的多种选择-单日植被指数定义：NDVI,EVI3、多日植被指数：合成过程中的多种可能与选择-时间分辨率：合成周期的选择及其影响，16-30day-空间分辨率：输入数据/250m-500m-1Km-25Km-合成原理：从多维（时间、空间）到一维，采用什么规则4、植被指数产品的质量信息-文件层次：V003,V004-象元层次：16-bit2020/2/33前沿：标准问题的提出•无论是定性研究还是定量研究，都需要统一的定义。各学科都有这种需求，但过去的AVHRR-NDVI等有多种产品。•制定标准的原因是：有多种选择，不同的选择可能引起质量问题，或只是学术交流通用语言问题。•标准类型：国际－国家－行业－内部.•标准也在不断改进：算法与版本。•标准与实施：有一定距离。BRDF合成还没有实施。•植被指数质量：部分取决于前期产品。2020/2/34影响植被指数的常见因素：（1）观测平台：如，NOAA系列卫星轨道变化，传感器衰减。（对长期环境变化右影响）（2）传感器：NIR和Red波段的中心位置和波幅，与大气窗口的关系。（3）云，云影：CloudMask（4）大气分子：大气反演（5）土壤背景:（6）观测时“太阳－目标－传感器”的几何位置：双向反射（7）观测对象本身：植被树冠特征，枝叶角度等。相同的植被指数可能有不同的生物学意义。（8）植被指数本身。植被指数标准：需要明确对其中部分因素的影响的处理，包括质量标记。2020/2/35卫星平台可能漂移，影响长期系列数据一致性，但是这种问题通常由仪器定标人员处理完成。下图：NOAA3颗卫星某指标漂移2020/2/36波段中心和波幅：决定了噪音水平。MODIS波段选择，避免了几个大气分子（left-WaterVapor/right-Oxygene）的吸收高峰。2020/2/371、一般植被指数原理：影响植被指数的一般因素2020/2/381.植被指数原理与影响因素（1）典型植被光谱（右图）：利用植被在NIR高反射和在Red(AVHRR为可见光)高吸收的特点，经过某种变换，增强植被信号，削弱噪音。（2）参数（VIIndex）:NDVI,RVI,DVI,SAVI,ARVI,EVI…..2020/2/39•MODIS的选择：NDVI,EVI•基本输入数据：地表反射率（MOD09）,是MODIS44种产品中的一种。2020/2/310植被指数本身：NDVI是表现稳定的植被参数，但是在高植被地区存在饱和问题。2020/2/3113.多日植被指数合成：（1）时间序列：•基本单元：1/2day.（am/pm）•合成期选择：8/10day,16day,30day。•合成标准：真样才算最好？（2）空间系列：•基本单元：最大分辨率的一个pixel•合成空间：几个Pixels合并为1个？•合成标准：平均数值、中值？…..2020/2/312010203040506070-45-35-25-15-5515253545传感器视角：度(ViewAngle:Degree)像元数（No.ofPixels）:x10000MVCCV-MVCBRDF/CV-MVC最大值合成：不能保障最小视角，倾向前向反射Pixel2020/2/3132020/2/3144.植被指数产品质量信息的表达2020/2/3152020/2/316NODIS-VI质量验证：两个层次1、像元层次(Pixel)2、文件层次(Tile)数据质量定义和范围:对没有达到预期精度的产品进行业务化标记并存储，以供后期产品准确使用。2个责任机构：（1）theTBRS-SCF(TerrestrialBiophysicsandRemoteSensing-ScienceComputingFacility)and（2）theLDOPE(LandDataOperationalProductEvaluation)FacilityatGSFC(GoddardSpaceFlightCenter).（3）分工：TheLDOPEwillfocusmostlyondaytodayoperationalQA,whiletheSCFwillfocusmoreonin-depthQAanalysisandproductvalidationrelatedtosciencequestions.2020/2/317在像元水平（科学数据集）•·检查输入、输出数据：reflectance,VI,view-sungeometryandQA-flags。•·程序中的科学决策；•·输入、输出数据质量标记的精度估计、系统噪音、算法定义•·实际地面验证。2020/2/318•·-0.2=VI=1.0;VIvaluesbelow-0.2andabove1(scale10000)willbediscarded(Thesevaluesarethecurrentthresholdsbutmightchangeinthefuture).•·0=reflectanceinput=1.0;Reflectancevaluesbelowzeroorabove1(scale10000)willbediscarded•·Thefill-valuewillbe-3000forVIsand-1000forreflectancevalues;Pixelswithcloudsandshadowandbaddataintegritywillbediscarded.•·VI_MVC-0.3=VI_BRDF=VI_MVC+0.05;TheBRDFderivedVIvaluesshouldnotdeviatefurtherthenindicatedbythesethresholds.ThesearesetuptoavoidoutliersintheVIduetooutliersfedtotheBRDFmodel.•·ClosecorrelationbetweenMODISspectralsignatureswithspectrallibraries.•Desertanddensevegetationspectralsignatureschangeverylittleovertime2020/2/319•时间连续性和动态范围Temporalcontinuityanddynamicsfordifferentvegetationcovers•非线性特征：Non-linearitybetweenVI’s;IfthetwoproducedVI’sarecorrelatednonlinearly,theinformationcontentofNDVIislikelytobedifferentfromtheEVI•空间连续性和动态范围Spatialcontinuityanddynamics(uselandcovermap);Patternsoflandcovertypes,VIvaluesandreflectancevaluesshouldbecorrelated•观测角度Theviewangledistributionshouldpeakatnadirviewangles;thisisindicativefortheselectionofthefinestspatialresolution(aVIcompositeobjective)andleastatmosphericpathway.•噪音Artefacts(VIresponseovere.g.antarcticaorSaharadesert);VIvaluesshouldbelowandconstantforthesecases.•生物物理量的关系Correlationwithbiophysicalproperties(LAI,fAPAR,%greencover,biomass,NPP);TheVIvaluesshouldfollowseasonalpatternssimilartobiophysicalproperties2020/2/3202020/2/321DataField2:250M16daysNDVIQuality0-1NDVIQuality(00)NDVIproduced,goodquality;(01)NDVIproduced,butcheckQA(10)pixelnotproducedduetocloudeffects(11)pixelnotproducedduetootherreasonsthanclouds2-5VIUsefulness(fourbitrange)(0)highestquality(13)noatmosphericcorrectionperformed(14)qualitytoolowtobeuseful(15)notusefulforanyotherreason6-7AerosolQuantity(00)climatology,(01)low,(10)average,(11)high8AdjacencyCorrectionPerformed(1)yes,(0)no9AtmosphereBRDFCorrectionPerformed(1)yes,(0)no10Mixedclouds(1)yes,(0)no11-12Land/WaterFlag(00)ocean,(01)coast,(10)wetland,(11)land13PossibleSnow/Ice(1)yes,(0)no14PossibleShadow(1)yes,(0)no15CompositeMethodforNDVI(0)BRDFmodelbasednadirequivalentVI(1)CVMVC(constraintviewanglemaximumvalueVI)