生態(tài)環(huán)境遙感_05_MODIS介紹評價與應(yīng)用

1、劉敏生態(tài)環(huán)境遙感生態(tài)環(huán)境遙感第七講第七講 MODIS MODIS介紹評價與應(yīng)用介紹評價與應(yīng)用數(shù)據(jù)介紹主要應(yīng)用數(shù)據(jù)使用與數(shù)據(jù)處理主要內(nèi)容MODISMODIS數(shù)據(jù)特點：數(shù)據(jù)特點：n全球免費n光譜范圍廣：共有36個波段，光譜范圍從0.4um-14.4umn數(shù)據(jù)接收簡單n更新頻率高：每天最少2次白天和2次黑夜的更新數(shù)據(jù)MODIS全稱全稱Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer，中分辨率成像光譜儀。中分辨率成像光譜儀。是搭載在衛(wèi)星上重要的傳感器，是衛(wèi)星上唯一將實時觀測數(shù)據(jù)通過是搭載在衛(wèi)星上重要的傳感器，是衛(wèi)星上唯一將實時觀測數(shù)據(jù)通過x波段向全世界直接廣播

2、，并可以免費接收數(shù)據(jù)并無償使用的星載波段向全世界直接廣播，并可以免費接收數(shù)據(jù)并無償使用的星載儀器儀器1998年年MODIS機載模型器安裝到機載模型器安裝到EOS-AM(上午軌道上午軌道)和和PM(下午軌下午軌道道)系列衛(wèi)星上，系列衛(wèi)星上，1999年年12月正式向地面發(fā)送數(shù)據(jù)。月正式向地面發(fā)送數(shù)據(jù)。用于對地表、生物圈、固態(tài)地球、大氣和海洋進行長期全球觀測。用于對地表、生物圈、固態(tài)地球、大氣和海洋進行長期全球觀測。一、數(shù)據(jù)介紹-基本情況TERRA衛(wèi)星發(fā)射成功標志著人類對地觀測新的里程的開始。由于TERRA衛(wèi)星每日地方時上午10：30時過境，因此也把它稱作地球觀測第一顆上午星(EOSAM1)。 AQ

3、UA衛(wèi)星保留了TERRA衛(wèi)星在數(shù)據(jù)采集時間上與TERRA形成補充。它也是太陽同步極軌衛(wèi)星，每日地方時下午過境，因此稱作地球觀測第一顆下午星(EOSPM1)。 上午星與下午星可能帶來的影響：上午星與下午星可能帶來的影響：I.觀測對象變化觀測對象變化II.大氣變化大氣變化III. 觀測幾何變化觀測幾何變化一、數(shù)據(jù)介紹-基本情況KTerra白天Terra夜晚Aqua白天Aqua夜晚nTerra和Aqua衛(wèi)星獲取的歐非地區(qū)地表溫度日變化比較n時間：176-177 和 185-190 (06/25-26 & 07/4-9)n按數(shù)據(jù)產(chǎn)品特征劃分：主要產(chǎn)品包括校正數(shù)據(jù)產(chǎn)品、陸地數(shù)據(jù)產(chǎn)品、海洋數(shù)據(jù)產(chǎn)品

4、和大氣數(shù)據(jù)產(chǎn)品；n按處理級別劃分，又可以分為以下5種：n0級產(chǎn)品：衛(wèi)星地面站直接接收到的、未經(jīng)處理的、包括全部數(shù)據(jù)信息在內(nèi)的原始數(shù)據(jù)為0級數(shù)據(jù)；n1級產(chǎn)品：對沒有經(jīng)過處理的、完全分辨率的儀器數(shù)據(jù)進行重建，數(shù)據(jù)時間配準，使用輔助數(shù)據(jù)注解，計算和增補到0級數(shù)據(jù)之后為1級數(shù)據(jù)。n2級產(chǎn)品：在1級數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上開發(fā)出的、具有相同空間分辨率和覆蓋相同地理區(qū)域的數(shù)據(jù)為2級數(shù)據(jù)。n3級產(chǎn)品：以統(tǒng)一的時間-空間柵格表達的變量，通常具有一定的完整性和一致性。在3級水平上，將可以集中進行科學研究，如：定點時間序列，來自單一技術(shù)的觀測方程和通用模型等。n4級產(chǎn)品：通過分析模型和綜合分析3級以下數(shù)據(jù)得出的結(jié)果數(shù)據(jù)為4級數(shù)

5、據(jù)。 一、數(shù)據(jù)介紹-產(chǎn)品分級MODIS陸地標準產(chǎn)品數(shù)據(jù)都采用TILE類型進行組織，即以地球為參照系，采用了sinusoidal (SIN，正弦曲線投影)地球投影系統(tǒng)，將全球按照10經(jīng)度*10緯度(1200KM*1200KM)的方式分片(如下圖)，全球陸地被分割為600多個Tile，并對每一個Tile賦予了水平編號和垂直編號。左上角的編號為(0，0)右下角的編號為(35，17)。一、數(shù)據(jù)介紹-數(shù)據(jù)投影44種產(chǎn)品，種產(chǎn)品，4個專題個專題一、數(shù)據(jù)介紹-產(chǎn)品介紹標定標定產(chǎn)品產(chǎn)品大氣大氣產(chǎn)品產(chǎn)品海洋海洋產(chǎn)品產(chǎn)品冰雪冰雪產(chǎn)品產(chǎn)品陸地陸地產(chǎn)品產(chǎn)品一、數(shù)據(jù)介紹-產(chǎn)品介紹(1/4：大氣)陸地產(chǎn)品陸地產(chǎn)品http

6、://dataproducts.asp；/MOD 09 Surface Reflectance 地表反射地表反射MOD 11 Land Surface Temperature & Emissivity 陸地表層溫度與發(fā)射陸地表層溫度與發(fā)射MOD 12 Land Cover/Land Cover Change 土地覆蓋土地覆蓋/土地覆蓋變化土地覆蓋變化MOD 13 Gridded Vegetation Indices 柵格化植被指數(shù)柵格化植被指數(shù)MOD 14 Thermail Anomalies,

7、 Fires & Biomass Burning 熱異常、火、生物燃燒熱異常、火、生物燃燒MOD 15 Leaf Area Index & FPAR 葉面積指數(shù)、光和活性分量葉面積指數(shù)、光和活性分量MOD 16 Evapotranspiration 蒸騰與蒸散蒸騰與蒸散MOD 17 Net Photosynthesis and Primary Productivity 凈光和與初級生產(chǎn)力凈光和與初級生產(chǎn)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 植被覆蓋轉(zhuǎn)化植被

8、覆蓋轉(zhuǎn)化增補增補-1土壤、森林、草地百分比土壤、森林、草地百分比一、數(shù)據(jù)介紹-產(chǎn)品介紹(2/4：陸地)冰雪產(chǎn)品/daac/modis/index.htmlMOD 10 Snow Cover 雪蓋MOD 29 Sea Ice Cover 海冰一、數(shù)據(jù)介紹-產(chǎn)品介紹(3/4：冰雪)海洋產(chǎn)品海洋產(chǎn)品/MOD 18 Normalized Water-leaving Radiance歸一化離水輻射歸一化離水輻射MOD 19 Pigment Concentration 色素濃度色素濃度MOD 20 Chlorophy

9、ll Fluorescence 葉綠素熒光葉綠素熒光MOD 21 Chlorophyll_a Pigment Concentration 葉綠素葉綠素A濃度濃度MOD 22 Photosynthetically Available Radiation (PAR) 可光和輻射可光和輻射MOD 23 Suspended-Solids Concentration固體懸浮物濃度固體懸浮物濃度MOD 24 Organic Matter Concentration 有機物濃度有機物濃度MOD 25 Coccolith Concentration 球石濃度球石濃度(鈣質(zhì)深海植物鈣質(zhì)深海植物)MOD 26 O

10、cean Water Attenuation Coefficient 海水衰減系數(shù)海水衰減系數(shù)MOD 27 Ocean Primary Productivity 海洋初級生產(chǎn)力海洋初級生產(chǎn)力MOD 28 Sea Surface Temperature 海洋表面溫度海洋表面溫度MOD 36 Total Absorption Coefficient 總吸收系數(shù)總吸收系數(shù)MOD 37 Ocean Aerosol Properties 海洋氣溶膠特性海洋氣溶膠特性MOD 39 Clear Water Epsilon 純凈水純凈水Epsilon系數(shù)系數(shù)一、數(shù)據(jù)介紹-產(chǎn)品介紹(4/4：海洋)MODIS文件

11、名的命名遵循一定的規(guī)則，通過文件名，可以獲得很多關(guān)于此文件名的命名遵循一定的規(guī)則，通過文件名，可以獲得很多關(guān)于此文件的詳細信息。文件的詳細信息。比如：文件名比如：文件名MOD09A1.A2006001.h08v05.005.2006012234657.hdfMOD09A1 產(chǎn)品縮寫A2006001 數(shù)據(jù)獲得時間(A-YYYYDDD)h08v05 分片標示(水平XX，垂直YY)005 數(shù)據(jù)集版本號2006012234567 產(chǎn)品生產(chǎn)時間(YYYYDDDHHMMSS)hdf 數(shù)據(jù)格式(HDF-EOS)時間分辨率：每日產(chǎn)品(daily) 8天合成產(chǎn)品(8-Day) 16天合成產(chǎn)品(16-Day)月合

12、成產(chǎn)品(Monthly)季度產(chǎn)品(Quarterly) 年產(chǎn)品(Yearly) 一、數(shù)據(jù)介紹-文件命名與分辨率二、MODIS應(yīng)用用于對地表、生物圈、固態(tài)地球、大氣和海洋進行長期全球觀測。二、MODIS應(yīng)用用于對地表、生物圈、固態(tài)地球、大氣和海洋進行長期全球觀測。湖泊水質(zhì)監(jiān)測湖泊水質(zhì)監(jiān)測土地覆蓋分類土地覆蓋分類凈初級生產(chǎn)力（凈初級生產(chǎn)力（NPP)NPP)估算估算草地估產(chǎn)草地估產(chǎn)自然災(zāi)害監(jiān)測自然災(zāi)害監(jiān)測雪蓋監(jiān)測雪蓋監(jiān)測二、MODIS應(yīng)用以陸地產(chǎn)品為例p湖泊水質(zhì)遙感監(jiān)測的主要指標：湖泊水體的光譜特征受到很多水質(zhì)組分的影響，其中與光譜成明顯相關(guān)關(guān)系的水質(zhì)指標有浮游植物、黃色物質(zhì)、懸浮物、溶解性有機碳、

13、渾濁度等。p葉綠素:常用于估測浮游植物的生產(chǎn)力和生物量，也是反映水體富營養(yǎng)化程度的一個重要參數(shù)。p黃色物質(zhì):黃色物質(zhì)對光譜有很大的影響，且影響生物化學過程，它對可見光和紫外線有很強的吸收作用。p懸浮物:總懸浮物(TSPM)分為有機懸浮物(SPOM)和無機懸浮物(SPIM)。SPOM由不同的藻類組成，因此在光譜上可能存在不同；不同的顆粒來源和粒徑在光譜上也存在著差別。二、MODIS應(yīng)用湖泊水質(zhì)監(jiān)測I.分析太湖水體實測光譜數(shù)據(jù)和葉綠素a質(zhì)量濃度的相關(guān)關(guān)系。II.對比MODIS波段，找出反演葉綠素a質(zhì)量濃度的最佳波段。III.對太湖進行分區(qū)，應(yīng)用MODIS數(shù)據(jù)建立各分區(qū)的估測模型。典型特征采樣點的光

14、譜曲線反射率與葉綠素a質(zhì)量濃度相關(guān)分析二、MODIS應(yīng)用湖泊水質(zhì)監(jiān)測p利用植被在近紅外波段(NIR)高反射和在紅波段(Red)高吸收的特點，經(jīng)過某種變換，可增強植被信號，削弱噪音。基于此原理的紅光和紅外波段的不同組合統(tǒng)被稱為植被指數(shù)。p植被指數(shù)有助于增強遙感影像的解譯力，并已作為一種遙感手段廣泛應(yīng)用于土地利用覆蓋探測、植被覆蓋密度評價、作物識別和作物預(yù)報等方面，并在專題制圖方面增強了分類能力。p植被指數(shù)有多種形勢:NDVI, RVI, DVI, SAVI,ARVI, EVI二、MODIS應(yīng)用土地覆蓋分類 三江平原天然濕地植被NPP總量分布圖 三江平原水稻NPP空間分布 n植被凈第一性生產(chǎn)力(N

15、PP)：是指綠色植物在單位面積、單位時間內(nèi)所累積的有機物數(shù)量。NPP作為地表碳循環(huán)的重要組成部分，不僅直接反映了植被群落在自然環(huán)境條件下的生產(chǎn)能力，表征陸地生態(tài)系統(tǒng)的質(zhì)量狀況，而且是判定生態(tài)系統(tǒng)碳源/匯和調(diào)節(jié)生態(tài)過程的主要因子，在全球變化及碳平衡中扮演著重要的作用。二、MODIS應(yīng)用凈初級生產(chǎn)力（NPP）估算草地作為重要的自然資源和畜牧業(yè)的物質(zhì)載體，對生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)及草地作為重要的自然資源和畜牧業(yè)的物質(zhì)載體，對生態(tài)環(huán)境調(diào)節(jié)及社會、經(jīng)濟發(fā)展都有重要作用。而草地又具有生態(tài)條件脆弱社會、經(jīng)濟發(fā)展都有重要作用。而草地又具有生態(tài)條件脆弱、易受易受環(huán)境影響的特點，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對草地進行動態(tài)監(jiān)測和估產(chǎn)研環(huán)

16、境影響的特點，利用衛(wèi)星遙感技術(shù)對草地進行動態(tài)監(jiān)測和估產(chǎn)研究具有重要意義。究具有重要意義。 利用草地綜合估產(chǎn)模型，對內(nèi)蒙古自治區(qū) 內(nèi) 各 個 草 地 類 型2004年4個草地生長的關(guān)鍵時期的草產(chǎn)量進行估測，生成四個草地生長關(guān)鍵時期的草產(chǎn)量空間分布圖。二、MODIS應(yīng)用草地估產(chǎn)07100710上午上午 07100710下午下午 07110711上午上午 07110711下午下午 二、MODIS應(yīng)用洪澇監(jiān)測幾種典型地物幾種典型地物在在MODISMODIS圖像圖像上的光譜曲線上的光譜曲線 n由于雪具有很強的可見光反射和強的短波紅外吸收特性，歸一化差分積雪指數(shù)(NDSI, Normalized Diff

17、erence Snow Index)是分辨積雪和許多地表的有效方法。nNDSI用于識別雪、冰，并能區(qū)分雪與大量的積云。nNDSI對大范圍的光照條件不敏感，對大氣作用可使其局地歸一化并且不依賴于單通道的反射值。1 . 011. 04 . 042bandbandRRNDSI6464bandbandbandbandRRRRNDSI二、MODIS應(yīng)用雪蓋監(jiān)測二、MODIS應(yīng)用（一）遙感數(shù)據(jù)時間序列數(shù)據(jù)集的反演與構(gòu)建（一）遙感數(shù)據(jù)時間序列數(shù)據(jù)集的反演與構(gòu)建（二）長江三角洲地區(qū)生態(tài)環(huán)境演變的過程與擾動（二）長江三角洲地區(qū)生態(tài)環(huán)境演變的過程與擾動 植被覆蓋率（FVC） 地表溫度（LST） 地表含水指數(shù)（SW

18、CI） 土地覆蓋（LULC）數(shù)據(jù)下載數(shù)據(jù)下載數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理三、數(shù)據(jù)使用與數(shù)據(jù)處理下載地址：下載地址：/data/search.html 該網(wǎng)站毋需注冊即可下載該網(wǎng)站毋需注冊即可下載3.1 數(shù)據(jù)下載在Product Selection中選擇所需要的數(shù)據(jù)類型。3.1 數(shù)據(jù)下載在Temporal Selection中設(shè)定需要MODIS影像的時間信息。其中，日期類型為：月/日/年 時:分:秒，網(wǎng)頁中顯示的時間為UTC時間，換算成北京時間的公式：UTC時間=北京時間-8小時。因此，要獲得1月16日的數(shù)據(jù)范圍為：01/15/2009/ 16:00

19、:00-01/16/2009/ 16:00:00。日期也可以設(shè)置成YYYY-DDD的形式，即年份+天數(shù)。3.1 數(shù)據(jù)下載在Collection Selection和Spatial Selection中分別設(shè)置數(shù)據(jù)集和空間坐標系?？砂唇?jīng)緯度和可按經(jīng)緯度和tiletile兩種方式選擇兩種方式選擇3.1 數(shù)據(jù)下載完成后，點擊頁末的Search，會顯示訂制數(shù)據(jù)詳情。確認所選數(shù)據(jù)確認所選數(shù)據(jù)保存所選數(shù)據(jù)繼續(xù)選擇保存所選數(shù)據(jù)繼續(xù)選擇3.1 數(shù)據(jù)下載輸入接收信息的Email地址，選擇FTP下載方式，點擊Order訂購數(shù)據(jù)。點此可查看所有已訂購數(shù)據(jù)的狀態(tài)。3.1 數(shù)據(jù)下載訂購數(shù)據(jù)成功后，可查看數(shù)據(jù)對應(yīng)的訂購數(shù)

20、據(jù)成功后，可查看數(shù)據(jù)對應(yīng)的IDID號號( (后面的文件夾名稱后面的文件夾名稱) )。點擊ID號查看下載詳情3.1 數(shù)據(jù)下載利用利用FTPFTP下載數(shù)據(jù)，推薦使用下載數(shù)據(jù)，推薦使用FileZilla(FileZilla(開源開源) )軟件，比破解版的軟件，比破解版的CuteFTPCuteFTP或或FlashFXPFlashFXP好用。好用。打開打開FileZillaFileZilla后，文件后，文件-站點管理器站點管理器-新站點，將新站點，將IDID號的主機地址、用戶名、號的主機地址、用戶名、密碼依次填入新站點中。密碼依次填入新站點中。3.1 數(shù)據(jù)下載連接站點后，遠程站點的文件夾下即是訂購的數(shù)據(jù)

21、。在本地站點選擇數(shù)連接站點后，遠程站點的文件夾下即是訂購的數(shù)據(jù)。在本地站點選擇數(shù)據(jù)存放路徑，右擊訂購數(shù)據(jù)的文件夾據(jù)存放路徑，右擊訂購數(shù)據(jù)的文件夾-下載，數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜亍Ｏ螺d，數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖镜亍?.1 數(shù)據(jù)下載44種產(chǎn)品按照等級對應(yīng)的數(shù)據(jù)格式與處理軟件。軟件下載地址：/tools ；安裝MRT Swath和MRT前，需根據(jù)自己的機型選擇對應(yīng)的java版本進行安裝。3.2 數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)水平(Level, L)數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)處理軟件1,2Swath(衛(wèi)星格式)MODIS Re-projection Tools, Swath(MRT Swath)2G, 3, 4

22、Grid(地球格式)MODIS Re-projection Tools(MRT)陸地數(shù)據(jù)處理過程規(guī)范用MRT Swath進行幾何糾正(MOD03數(shù)據(jù)用于對QKM,HKM,1KM數(shù)據(jù)進行幾何糾正)3.2 數(shù)據(jù)處理-MODIS 1B打開相應(yīng)的地理定位文件，即MOD03數(shù)據(jù)打開1B數(shù)據(jù)設(shè)置輸出投影類型和數(shù)據(jù)類型，設(shè)置投影參數(shù)運行將Selected Bands中不需要的波段移至Available Bands中，保留需要的波段指定輸出目錄和文件名，這里選擇原文件，輸出文件名以原文件名為基準設(shè)置輸出的文件格式和重采樣的方法設(shè)置象元大學用MRT進行重投影，步驟與方法類似MRT Swath3.2 數(shù)據(jù)處理-MODIS Grid格式Settings里