生态环境遥感_05_MODIS介绍评价与应用

1、刘敏生态环境遥感生态环境遥感第七讲第七讲 MODIS MODIS介绍评价与应用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MODISMODIS数据特点：数据特点：n全球免费n光谱范围广：共有36个波段，光谱范围从0.4um-14.4umn数据接收简单n更新频率高：每天最少2次白天和2次黑夜的更新数据MODIS全称全称Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer，中分辨率成像光谱仪。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

2、，并可以免费接收数据并无偿使用的星载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仪器1998年年MODIS机载模型器安装到机载模型器安装到EOS-AM(上午轨道上午轨道)和和PM(下午轨下午轨道道)系列卫星上，系列卫星上，1999年年12月正式向地面发送数据。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。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(EOSAM1)。 AQ

3、UA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(EOSPM1)。 上午星与下午星可能带来的影响：上午星与下午星可能带来的影响：I.观测对象变化观测对象变化II.大气变化大气变化III. 观测几何变化观测几何变化一、数据介绍-基本情况KTerra白天Terra夜晚Aqua白天Aqua夜晚nTerra和Aqua卫星获取的欧非地区地表温度日变化比较n时间：176-177 和 185-190 (06/25-26 & 07/4-9)n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

4、和大气数据产品；n按处理级别划分，又可以分为以下5种：n0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；n1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。n2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。n3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。n4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

5、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，种产品，4个专题个专题一、数据介绍-产品介绍标定标定产品产品大气大气产品产品海洋海洋产品产品冰雪冰雪产品产品陆地陆地产品产品一、数据介绍-产品介绍(1/4：大气)陆地产品陆地产品http

6、://dataproducts.asp；/MOD 09 Surface Reflectance 地表反射地表反射MOD 11 Land Surface Temperature & Emissivity 陆地表层温度与发射陆地表层温度与发射MOD 12 Land Cover/Land Cover Change 土地覆盖土地覆盖/土地覆盖变化土地覆盖变化MOD 13 Gridded Vegetation Indices 栅格化植被指数栅格化植被指数MOD 14 Thermail Anomalies,

7、 Fires & Biomass Burning 热异常、火、生物燃烧热异常、火、生物燃烧MOD 15 Leaf Area Index & FPAR 叶面积指数、光和活性分量叶面积指数、光和活性分量MOD 16 Evapotranspiration 蒸腾与蒸散蒸腾与蒸散MOD 17 Net Photosynthesis and Primary Productivity 净光和与初级生产力净光和与初级生产力MOD 43 Surface Reflectance BRDF地面二向性反射地面二向性反射MOD 44 Vegetation Cover Conversion 植被覆盖转化植被

8、覆盖转化增补增补-1土壤、森林、草地百分比土壤、森林、草地百分比一、数据介绍-产品介绍(2/4：陆地)冰雪产品/daac/modis/index.htmlMOD 10 Snow Cover 雪盖MOD 29 Sea Ice Cover 海冰一、数据介绍-产品介绍(3/4：冰雪)海洋产品海洋产品/MOD 18 Normalized Water-leaving Radiance归一化离水辐射归一化离水辐射MOD 19 Pigment Concentration 色素浓度色素浓度MOD 20 Chlorophy

9、ll Fluorescence 叶绿素荧光叶绿素荧光MOD 21 Chlorophyll_a Pigment Concentration 叶绿素叶绿素A浓度浓度MOD 22 Photosynthetically Available Radiation (PAR) 可光和辐射可光和辐射MOD 23 Suspended-Solids Concentration固体悬浮物浓度固体悬浮物浓度MOD 24 Organic Matter Concentration 有机物浓度有机物浓度MOD 25 Coccolith Concentration 球石浓度球石浓度(钙质深海植物钙质深海植物)MOD 26 O

10、cean Water Attenuation Coefficient 海水衰减系数海水衰减系数MOD 27 Ocean Primary Productivity 海洋初级生产力海洋初级生产力MOD 28 Sea Surface Temperature 海洋表面温度海洋表面温度MOD 36 Total Absorption Coefficient 总吸收系数总吸收系数MOD 37 Ocean Aerosol Properties 海洋气溶胶特性海洋气溶胶特性MOD 39 Clear Water Epsilon 纯净水纯净水Epsilon系数系数一、数据介绍-产品介绍(4/4：海洋)MODIS文件

11、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。文件的详细信息。比如：文件名比如：文件名MOD09A1.A2006001.h08v05.005.2006012234657.hdfMOD09A1 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

12、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。湖泊水质监测湖泊水质监测土地覆盖分类土地覆盖分类净初级生产力（净初级生产力（NPP)NPP)估算估算草地估产草地估产自然灾害监测自然灾害监测雪盖监测雪盖监测二、MODIS应用以陆地产品为例p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、

13、浑浊度等。p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。p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。p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

14、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p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。p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。p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空间分布 n植被净第一性生产力(N

15、PP)：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环

16、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。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07100710上午上午 07100710下午下午 07110711上午上午 07110711下午下午 二、MODIS应用洪涝监测几种典型地物几种典型地物在在MODISMODIS图像图像上的光谱曲线上的光谱曲线 n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, Normalized Diff

17、erence Snow Index)是分辨积雪和许多地表的有效方法。nNDSI用于识别雪、冰，并能区分雪与大量的积云。nNDSI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（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（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（SW

18、CI） 土地覆盖（LULC）数据下载数据下载数据处理数据处理三、数据使用与数据处理下载地址：下载地址：/data/search.html 该网站毋需注册即可下载该网站毋需注册即可下载3.1 数据下载在Product Selection中选择所需要的数据类型。3.1 数据下载在Temporal Selection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

19、:00-01/16/2009/ 16:00:00。日期也可以设置成YYYY-DDD的形式，即年份+天数。3.1 数据下载在Collection Selection和Spatial Selection中分别设置数据集和空间坐标系。可按经纬度和可按经纬度和tiletile两种方式选择两种方式选择3.1 数据下载完成后，点击页末的Search，会显示订制数据详情。确认所选数据确认所选数据保存所选数据继续选择保存所选数据继续选择3.1 数据下载输入接收信息的Email地址，选择FTP下载方式，点击Order订购数据。点此可查看所有已订购数据的状态。3.1 数据下载订购数据成功后，可查看数据对应的订购数

20、据成功后，可查看数据对应的IDID号号( (后面的文件夹名称后面的文件夹名称) )。点击ID号查看下载详情3.1 数据下载利用利用FTPFTP下载数据，推荐使用下载数据，推荐使用FileZilla(FileZilla(开源开源) )软件，比破解版的软件，比破解版的CuteFTPCuteFTP或或FlashFXPFlashFXP好用。好用。打开打开FileZillaFileZilla后，文件后，文件-站点管理器站点管理器-新站点，将新站点，将IDID号的主机地址、用户名、号的主机地址、用户名、密码依次填入新站点中。密码依次填入新站点中。3.1 数据下载连接站点后，远程站点的文件夹下即是订购的数据

21、。在本地站点选择数连接站点后，远程站点的文件夹下即是订购的数据。在本地站点选择数据存放路径，右击订购数据的文件夹据存放路径，右击订购数据的文件夹-下载，数据传输到本地。下载，数据传输到本地。3.1 数据下载44种产品按照等级对应的数据格式与处理软件。软件下载地址：/tools ；安装MRT Swath和MRT前，需根据自己的机型选择对应的java版本进行安装。3.2 数据处理数据水平(Level, L)数据格式数据处理软件1,2Swath(卫星格式)MODIS Re-projection Tools, Swath(MRT Swath)2G, 3, 4

22、Grid(地球格式)MODIS Re-projection Tools(MRT)陆地数据处理过程规范用MRT Swath进行几何纠正(MOD03数据用于对QKM,HKM,1KM数据进行几何纠正)3.2 数据处理-MODIS 1B打开相应的地理定位文件，即MOD03数据打开1B数据设置输出投影类型和数据类型，设置投影参数运行将Selected Bands中不需要的波段移至Available Bands中，保留需要的波段指定输出目录和文件名，这里选择原文件，输出文件名以原文件名为基准设置输出的文件格式和重采样的方法设置象元大学用MRT进行重投影，步骤与方法类似MRT Swath3.2 数据处理-MODIS Grid格式Settings里