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modis

modis是搭载在terra和aqua卫星上的一个重要的传感器,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,全球许多国家和地区都在接收和使用modis数据。

modis的全称为中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer)。

EOS(Earth Observation System)卫星是美国地球观测系统计划中一系列卫星的简称。经过长达8年的制造和前期预研究准备工作,第一颗EOS的上午轨道卫星于1999年12月18日发射升空,发射成功的卫星命名为TERRA(拉丁语“地球”的意思),主要目的是观测地球表面。

它是一个用一系列低轨道卫星对地球进行连续综合观测的计划。

它的主要目的是: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、气候的季节和年际变化研究、自然灾害监测和分析研究、长期气候变率和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。

EOS卫星轨道高度为距地球705公里,目前的第一颗上午轨道卫星(Terra)过境时间为地方时10:30am 左右,一天最多可以获得4条过境轨道资料。

EOS系列卫星上的最主要的仪器是中分辨率成像光谱仪(MODIS),其最大空间分辨率可达250米。

MODIS是当前世界上新一代“图谱合一”的光学遥感仪器,有36个离散光谱波段,光谱范围宽,从0.4微米(可见光)到14.4微米(热红外)全光谱覆盖。

MODIS的多波段数据可以同时提供反映陆地表面状况、云边界、云特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化学、大气中水汽、气溶胶、地表温度、云顶温度、大气温度、臭氧和云顶高度等特征的信息。

可用于对地表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。

中分辨率成像光谱仪(MODIS)最大空间分辨率可达250米,扫描宽度2330公里。

MODIS是CZCS、AVHRR、HIRS和TM等仪器的继续。

MODIS是被动式成像分光辐射计。共有490个探测器,分布在36个光谱波段,从0.4微米(可见光)到14.4微米(热红外)全光谱覆盖。

MODIS仪器的对地观测:

MODIS仪器的地面分辨率为250m、500m和1000m,扫描宽度为2330km。

在对地观测过程中,每秒可同时获得11兆比特的来自大气、海洋和陆地表面信息,日或每两日可获取一次全球观测数据。

MODIS仪器的多波段数据:

多波段数据可以同时提供反应陆地、云边界、云特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化学、大气中水汽、地表温度、云顶温度、大气温度、臭氧和云顶高度等特征的信息,用于对陆表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。

MODIS仪器与NOAA卫星和陆地卫星相比,有以下特点和优势:

1.空间分辨率大幅提高。空间分辨率提高了一个量级,由NOAA的千米级提高到了MODIS的百米级。

2.时间分辨率有优势。一天可过境4次 ,对各种突发性、快速变化的自然灾害有更强的实时监测能力。

3.光谱分辨率大大提高。有36个波段,这种多通道观测大大增强了对地球复杂系统的观测能力和对地表类型的识别能力。

MODIS扫描周期为1.477秒,每条扫描线沿扫描方向有1354个Pixels,沿卫星轨道方向有10个1KMD的IFOV。在每个IFOV中,1KM分辨率波段有1个采样,500M分辨率波段有4个采样,250M波段有16个采样。白天扫描每个点在两个MODIS包中传输,第一个包传输IFOV 1~5,第二个包传输IFOV 6~10利用CCSDS进行了封装,使用RS(255,223)进行纠错。整个CCSDS包(包括同步码4个字节)长度为1024字节。其中Reed-Solomon Coding用来对整个Coded VCDU进行纠错。MODIS CCSDS包的Reed-Solomon Coding部分共有32×4=128字节,采用RS(255,223)。每个包可纠16×4=64个字节错误。裸数据是最原始的地面接收数据,它含有满足CCSDS标准(CCSDS 102.0-B-4)的数据包(CADU)。它经过格式化同步、去扰、RS纠错、格式转变等相应的步骤和程序,处理成为MODIS 0级数据产品。

0级产品:指由进机板进入计算机的数据包,也称原始数据(Raw Data);

1级产品:指1A数据,己经被赋予定标参数;

2级产品:指1B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。可用商用软件

包(如ENⅥ)直接读取;

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)进行校正,产生3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。4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5级产品。

有时还有另外一种分类的方法和上面的有所不同

0级数据: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级数据: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级数据: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级数据:3级数据是以统一的时间-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级数据: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。

MODIS标准数据产品根据内容的不同分为0级、1级数据产品,在1B级数据产品之后,划分2-4级数据产品,包括:陆地标准数据产品、大气标准数据产品和海洋标准数据产品等三种主要标准数据产品类型,总计分解为44种标准数据产品类型。它们分别是:

MODIS L0数据:是对卫星下传的数据报解除CADU外壳后,所生成的CCSDS格式的未经任何处理的原始数据集合,其中包含按照顺序存放的扫描数据帧、时间码、方位信息和遥测数据等。

L1A数据:是对L0数据中的CCSDS包进行解包所还原出来的扫描数据及其他相关数据的集合

L1B数据:是对L1A数据进行定位和定标处理之后所生成,其中包含以sI(Scaled Integer)形式存放的反射率和辐射率的数据集。L1B代码读取LlA代码解包产生的DN数据集(EV SD SRCA BB SV)以及定标查找表LUT(LookUp Table)作为输入,分别对太阳反射波段RSB和热辐射波段TEB进行定标处理。定标计算所使用的参数可以从MODIS支持组MCST所定期发布的LUT文件中得到。传感器DN数值按照BDSM(Band,Detector,Sub-frame,Mirror.side)索引。

L2~L4:是对LlB数据进行各种应用处理之后所生成的特定应用数据产品。

如果用户得到的数据是L0级的PDS文件,在具体使用之前就必须首先进行预处理,通常并不需要自行开发预处理软件,位于戈达德航天中心的MODIS科学组免费提供预处理和其他应用代码,但是需要注意运行平台的差异。作为独立运行版本,也可以选择Wisconsin大学开发的IMAPP,该软件最初为UNⅨ/LINUX平台开发,目前该软件的Windows版本已经由俄罗斯ScanEx公司提供。国家卫星气象中心开发了IMAPP软件的Windows中文版本。需要注意的是,预处理软件都要使用MODIS特性组不定期发布的LUT参数文件,LUT参数根据探测器的物理性能的变化而调整,为了得到精确的定标数据,必须及时更新所使用的LUT文件。

MOD01:即 MODIS1A数据产品。

1A级处理程序,把2个小时的0级文件重新组织成一系列基本处理单元,及数据块(Granules),每个数据块包含大约5分钟的MODIS数据。因为MODIS镜面的一次扫描需要1.4771秒,所以在5分钟内1B级产品文件典型的有203次完全扫描,有时候完全扫描204次。每天5分钟集合的扫描文件有288个。地理位置代码计算地面单个象元的坐标,以及有关MODIS的太阳和月亮的位置信息。在GDAAC的操作中,1A级和地理位置代码使用产品生成程序(PGE01)。同时,它们将输入的MODIS数据放到1B级软件中

MOD02:即 MODIS1B数据产品。

MOD03:即 MODIS数据地理定位文件。

MODISGeolocation(MOD03) 数据产品包含有:MODIS每个1km EV(Earth View)中心的经纬度,每个1km EV太阳/卫星的方位,每个1km EV EOS陆地/海洋的阈值,每条扫描太阳和月亮相对于MODIS的位置,充分的仪器参数信息以支持特定波段和亚像元级定位。

格式描述分为4个部分:全局元数据、处理和几何参数、扫描数据、组(Vgroups)

MOD04-08,35为大气产品,9-17,33,40,43,44为陆地产品,18-32,36-39,42为海洋产品

MOD04:大气2、3级标准数据产品,内容为气溶胶产品,Lambert投影空间分辨率1公里,地理坐

标30秒空间分辨率,每日数据为2级数据产品,每旬、每月数据合成为3级数据产品。

MOD05:可降水量。2级大气产品。

MOD06:大气2、3级标准数据产品,内容为云产品,Lambert投影空间分辨率1公里,地理坐

标30秒空间分辨率,每日数据为2级数据产品,每旬、每月数据合成为3级数据产品。

MOD07:大气2、3级标准数据产品,内容为大气剖面数据,Lambert投影空间分辨率1公里,地理

坐标30秒空间分辨率,每日数据为2级数据产品,每旬、每月数据合成为3级数据产品。

MOD08:大气3级标准数据产品,内容为栅格大气产品,1公里空间分辨率。每日、每旬、每月

合成数据。

MOD09:陆地2级标准数据产品,内容为表面反射;空间分辨率250m;白天每日数据。

MOD10:陆地2、3级标准数据产品,内容为雪覆盖,每日数据为2级数据,空间分辨率

500米,旬、月数据合成为3级数据,空间分辨率500米。

归一化雪被指数:归一化雪被指数是观测冰雪定量指标,

NDSI=(Ref0.555um- Ref1.640um)/(Ref0.555um Ref1.640um)

* Ref0.555um、Ref1.640um为入瞳反射率

位于陆地且同时满足以下条件的像元,可以定义为“陆地冰雪”,简称“冰雪”:

NDSI=(RefMODIS4- RefMODIS6) / (RefMODIS4 RefMODIS6)>0.4;

RefMODIS2 > 0.11;

MOD11:陆地2、3级标准数据产品,内容为地表温度和辐射率,Lambert投影,空间分辨率1公里,

地理坐标为30秒,每日数据为2级数据,每旬、每月数据合成为3级数据。

MOD12:陆地3级标准数据产品,内容为土地覆盖/土地覆盖变化,1km,1/4º,季节的,生物地球

化学循环,土地覆盖变化,3级数据产品。

MOD13:陆地2级标准数据产品,内容为栅格的归一化植被指数和增强型植被指数

(NDⅥ/EⅥ),空间分辨率250m。

MOD14:陆地2级标准数据产品,内容为热异常-火灾和生物量燃烧,空间分辨率1km,确定火灾发

生的位置、火灾等级以及暗火与燃烧比。

MOD15:陆地3级标准数据产品,内容为叶面积指数和光合有效辐射,空间分辨率1km,每天的

及旬、月合成产品。

MOD16:陆地4级标准数据产品,内容为蒸腾作用,空间分辨率1km,旬、月合成产品。

MOD17:陆地4级标准数据产品,内容为植被产品,NPP,空间分辨率为250米,1公里,旬、

月度频率。

MOD18:海洋2、3级标准数据产品,内容为标准的水面辐射,全球洋面,空间分辨率1km,

日、旬、月,海洋叶绿素。

MOD19:海洋2、3级标准数据产品,内容为色素浓度,全球洋面,空间分辨率1km,日、

旬、月度数据。

MOD20:海洋2、3级标准数据产品,内容为叶绿素荧光性,全球洋面,空间分辨率1km,叶绿

素水平大于2.0mg/m3,日、旬、月度数据。

MOD21:海洋2级标准数据产品,内容为叶绿素-色素浓度,空间分辨率1km,日、旬、月度数据。

MOD22:海洋2、3级标准数据产品,内容为光合可利用辐射(PAR),全球洋面,1km,

日、旬、月度数据。

MOD23:海洋3级标准数据产品,内容为悬浮物浓度。

MOD24:海洋3级标准数据产品,内容为有机质浓度。

MOD25:海洋2、3级标准数据产品,内容为球石浓度,全球洋面,空间分辨率1km、2

0km,日、旬、月度数据。

MOD26:海洋3级标准数据产品,内容为海洋水衰减系数。

MOD27:海洋2、3级标准数据产品,内容为海洋初级生产力,全球洋面,空间分辨率1km,

日、旬、月度数据。

MOD28:海洋2、3级标准数据产品,内容为海面温度,全球洋面,空间分辨率1km,每天的,

每周的/昼夜的,能量和水平衡,气候变化模型。

MOD29:海洋2级标准数据产品,内容为海冰覆盖,海洋,1公里分辨率,日、旬数据。

MOD30:(未定)

MOD31:海洋2、3级标准数据产品,内容为藻红蛋白浓度, 1公里分辨率,日、旬、月度数据。

MOD32:海洋2级标准数据产品,内容为处理框架和匹配的数据库,1公里分辨率,日、旬、

月度数据,用于海洋叶绿素、海洋生产力计算。

MOD33:陆地3级标准数据产品,内容为雪覆盖,空间分辨率500米,日、旬、月度数据。

MOD34:(未定)

MOD35:大气2级标准数据产品,内容为云掩膜,空间分辨率为250m和1公里,日数据。

MOD36:海洋3级标准数据产品,内容为总吸收系数,空间分辨率为1公里,日、旬、月度数据

MOD37:海洋2、3级标准数据产品,内容为海洋气溶胶特性,空间分辨率1km,日、旬、月度数据。

MOD38:(未定)

MOD39:海洋2、3级标准数据产品,内容为纯水势,空间分辨率1km,日、旬、月度数据。

MOD40:陆地3级标准数据产品,内容为栅格的热异常,空间分辨率1公里,日、旬、月度数据。

MOD41:(未定)

MOD42:海洋3级标准数据产品,内容为海冰覆盖,空间分辨率1公里,日、旬、月度数据。

MOD43:陆地3级标准数据产品,内容为表面反射,BRDF/Albedo参数,空间分辨率1公里,

日、旬、月度数据。

MOD44:陆地3级标准数据产品,内容为植被覆盖转换,250m,季度、年度,判定植被覆盖转换

的发生和类型。


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