生态环境遥感_05_MODIS介绍评价与应用

刘敏[e-mail]生态环境遥感第七讲MODIS介绍评价与应用数据介绍主要应用数据使用与数据处理主要内容MODIS数据特点：全球免费光谱范围广：共有36个波段，光谱范围从0.4um-14.4um数据接收简单更新频率高：每天最少2次白天和2次黑夜的更新数据MODIS全称Moderate-ResolutionImagingSpectroradiometer，中分辨率成像光谱仪。是搭载在卫星上重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过x波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载仪器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，1999年12月正式向地面发送数据。用于对地表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。一、数据介绍-基本情况TERRA卫星发射成功标志着人类对地观测新的里程的开始。由于TERRA卫星每日地方时上午10：30时过境，因此也把它称作地球观测第一颗上午星(EOS－AM1)。AQUA卫星保留了TERRA卫星在数据采集时间上与TERRA形成补充。它也是太阳同步极轨卫星，每日地方时下午过境，因此称作地球观测第一颗下午星(EOS－PM1)。上午星与下午星可能带来的影响：I.观测对象变化II.大气变化III.观测几何变化一、数据介绍-基本情况KTerra白天Terra夜晚Aqua白天Aqua夜晚Terra和Aqua卫星获取的欧非地区地表温度日变化比较时间：176-177和185-190(06/25-26&07/4-9)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；按处理级别划分，又可以分为以下5种：0级产品：卫星地面站直接接收到的、未经处理的、包括全部数据信息在内的原始数据为0级数据；1级产品：对没有经过处理的、完全分辨率的仪器数据进行重建，数据时间配准，使用辅助数据注解，计算和增补到0级数据之后为1级数据。2级产品：在1级数据基础上开发出的、具有相同空间分辨率和覆盖相同地理区域的数据为2级数据。3级产品：以统一的时间-空间栅格表达的变量，通常具有一定的完整性和一致性。在3级水平上，将可以集中进行科学研究，如：定点时间序列，来自单一技术的观测方程和通用模型等。4级产品：通过分析模型和综合分析3级以下数据得出的结果数据为4级数据。一、数据介绍-产品分级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sinusoidal(SIN，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)。一、数据介绍-数据投影44种产品，4个专题一、数据介绍-产品介绍标定产品大气产品海洋产品冰雪产品陆地产品一、数据介绍-产品介绍(1/4：大气)标定产品辐射值MOD02Level-1BCalibratedGeolocatedRadiances经过标定与地理定位的辐射值MOD03GeolocationDataSet地理定位数据集大气产品气溶胶MOD05TotalPrecipitableWater(WaterVapor)可降水总量(水汽)MOD06CloudProduct云MOD07AtmosphericProfiles大气廓线MOD08GriddedAtmosphericProduct栅格化大气产品MOD35CloudMask云掩膜陆地产品；地表反射MOD11LandSurfaceTemperature&Emissivity陆地表层温度与发射MOD12LandCover/LandCoverChange土地覆盖/土地覆盖变化MOD13GriddedVegetationIndices栅格化植被指数MOD14ThermailAnomalies,Fires&BiomassBurning热异常、火、生物燃烧MOD15LeafAreaIndex&FPAR叶面积指数、光和活性分量MOD16Evapotranspiration蒸腾与蒸散MOD17NetPhotosynthesisandPrimaryProductivity净光和与初级生产力MOD43SurfaceReflectanceBRDF地面二向性反射MOD44VegetationCoverConversion植被覆盖转化增补-1土壤、森林、草地百分比一、数据介绍-产品介绍(2/4：陆地)冰雪产品雪盖MOD29SeaIceCover海冰一、数据介绍-产品介绍(3/4：冰雪)海洋产品归一化离水辐射MOD19PigmentConcentration色素浓度MOD20ChlorophyllFluorescence叶绿素荧光MOD21Chlorophyll_aPigmentConcentration叶绿素A浓度MOD22PhotosyntheticallyAvailableRadiation(PAR)可光和辐射MOD23Suspended-SolidsConcentration固体悬浮物浓度MOD24OrganicMatterConcentration有机物浓度MOD25CoccolithConcentration球石浓度(钙质深海植物)MOD26OceanWaterAttenuationCoefficient海水衰减系数MOD27OceanPrimaryProductivity海洋初级生产力MOD28SeaSurfaceTemperature海洋表面温度MOD36TotalAbsorptionCoefficient总吸收系数MOD37OceanAerosolProperties海洋气溶胶特性MOD39ClearWaterEpsilon纯净水Epsilon系数一、数据介绍-产品介绍(4/4：海洋)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)时间分辨率：•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)一、数据介绍-文件命名与分辨率二、MODIS应用用于对地表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。二、MODIS应用用于对地表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。湖泊水质监测土地覆盖分类净初级生产力（NPP)估算草地估产自然灾害监测雪盖监测二、MODIS应用—以陆地产品为例湖泊水质遥感监测的主要指标：湖泊水体的光谱特征受到很多水质组分的影响，其中与光谱成明显相关关系的水质指标有浮游植物、黄色物质、悬浮物、溶解性有机碳、浑浊度等。叶绿素:常用于估测浮游植物的生产力和生物量，也是反映水体富营养化程度的一个重要参数。黄色物质:黄色物质对光谱有很大的影响，且影响生物化学过程，它对可见光和紫外线有很强的吸收作用。悬浮物:总悬浮物(TSPM)分为有机悬浮物(SPOM)和无机悬浮物(SPIM)。SPOM由不同的藻类组成，因此在光谱上可能存在不同；不同的颗粒来源和粒径在光谱上也存在着差别。二、MODIS应用—湖泊水质监测太湖I.分析太湖水体实测光谱数据和叶绿素a质量浓度的相关关系。II.对比MODIS波段，找出反演叶绿素a质量浓度的最佳波段。III.对太湖进行分区，应用MODIS数据建立各分区的估测模型。典型特征采样点的光谱曲线反射率与叶绿素a质量浓度相关分析二、MODIS应用—湖泊水质监测利用植被在近红外波段(NIR)高反射和在红波段(Red)高吸收的特点，经过某种变换，可增强植被信号，削弱噪音。基于此原理的红光和红外波段的不同组合统被称为植被指数。植被指数有助于增强遥感影像的解译力，并已作为一种遥感手段广泛应用于土地利用覆盖探测、植被覆盖密度评价、作物识别和作物预报等方面，并在专题制图方面增强了分类能力。植被指数有多种形势:NDVI,RVI,DVI,SAVI,ARVI,EVI…二、MODIS应用—土地覆盖分类三江平原天然湿地植被NPP总量分布图三江平原水稻NPP总量空间分布植被净第一性生产力(NPP)：是指绿色植物在单位面积、单位时间内所累积的有机物数量。NPP作为地表碳循环的重要组成部分，不仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力，表征陆地生态系统的质量状况，而且是判定生态系统碳源/汇和调节生态过程的主要因子，在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用。二、MODIS应用—净初级生产力（NPP）估算草地作为重要的自然资源和畜牧业的物质载体，对生态环境调节及社会、经济发展都有重要作用。而草地又具有生态条件脆弱、易受环境影响的特点，利用卫星遥感技术对草地进行动态监测和估产研究具有重要意义。利用草地综合估产模型，对内蒙古自治区内各个草地类型2004年4个草地生长的关键时期的草产量进行估测，生成四个草地生长关键时期的草产量空间分布图。二、MODIS应用—草地估产0710上午0710下午0711上午0711下午二、MODIS应用—洪涝监测几种典型地物在MODIS图像上的光谱曲线由于雪具有很强的可见光反射和强的短波红外吸收特性，归一化差分积雪指数(NDSI,NormalizedDifferenceSnowIndex)是分辨积雪和许多地表的有效方法。NDSI用于识别雪、冰，并能区分雪与大量的积云。NDSI对大范围的光照条件不敏感，对大气作用可使其局地归一化并且不依赖于单通道的反射值。1.011.04.042bandbandRRNDSI6464bandbandbandbandRRRRNDSI二、MODIS应用—雪盖监测二、MODIS应用（一）遥感数据时间序列数据集的反演与构建（二）长江三角洲地区生态环境演变的过程与扰动•植被覆盖率（FVC）•地表温度（LST）•地表含水指数（SWCI）•土地覆盖（LULC）数据下载数据处理三、数据使用与数据处理下载地址：该网站毋需注册即可下载3.1数据下载在ProductSelection中选择所需要的数据类型。3.1数据下载在TemporalSelection中设定需要MODIS影像的时间信息。其中，日期类型为：月/日/年时:分:秒，网页中显示的时间为UTC时间，换算成北京时间的公式：UTC时间=北京时间-8小时。因此，要获得1月16日的数据范围为：01/15/2009/16:00:00-01/16/2009/16:00:00。日