modis數(shù)據(jù)介紹

1、MODIS數(shù)據(jù)介紹數(shù)據(jù)概況1999年2月18日，美國成功地發(fā)射了地球觀測系統(tǒng)（EOS）的第一顆先進的極地軌道環(huán)境遙感衛(wèi)星Terra。它的主要目標是實現(xiàn)從單系列極軌空間平臺上對太陽輻射、大氣、海洋和陸地進行綜合觀測，獲取有關海洋、陸地、冰雪圈和太陽動力系統(tǒng)等信息，進行土地利用和土地覆蓋研究、氣候季節(jié)和年際變化研究、自然災害監(jiān)測和分析研究、長期氣候變率的變化以及大氣臭氧變化研究等，進而實現(xiàn)對大氣和地球環(huán)境變化的長期觀測和研究的總體（戰(zhàn)略）目標。2002年5月4日成功發(fā)射Aqua星后，每天可以接收兩顆星的資料。搭載在Terra和Aqua兩顆衛(wèi)星上的中分辨率成像光譜儀（MODIS）是美國地球觀測系統(tǒng)（

2、EOS）計劃中用于觀測全球生物和物理過程的重要儀器。它具有36個中等分辨率水平 （0.25um1um）的光譜波段，每1-2天對地球表面觀測一次。獲取陸地和海洋溫度、初級生產率、陸地表面覆蓋、云、汽溶膠、水汽和火情等目標的圖像。本網站提供的MODIS陸地標準產品來自NASA的陸地過程分布式數(shù)據(jù)檔案中心（The Land Processes Distributed Active Archive Center,LP DAAC/NASA）。包括：基于Terra星和Aqua星數(shù)據(jù)的地表反射率（250m,daily;500m,daily;250m,8days;500m,8day）、地表溫度（1000m,d

3、aily;1000m,8days;5600m,daily）、地表覆蓋（500m,96days;1000m,yearly）、植被指數(shù)NDVI&EVI（250m,16daily;500m,16days;1000m,16days;1000m,monthly;、溫度異常/火產品（1000m,daily;1000m,8days）、葉面積指數(shù)LAI/光合有效輻射分量FPAR（1000m,8days）、總初級生產力GPP（1000m,8days）。本網站提供的所有MODIS陸地標準產品的格式為HDF-EOS，數(shù)據(jù)組織方式為10經度*10緯度的分片（TILE）方式。MODIS數(shù)據(jù)特點及技術指標1999年2月1

4、8日，美國成功地發(fā)射了地球觀測系統(tǒng)（EOS）的第一顆先進的極地軌道環(huán)境遙感衛(wèi)星Terra。它的主要目標是實現(xiàn)從單系列極軌空間平臺上對太陽輻射、大氣、海洋和陸地進行綜合觀測，獲取有關海洋、陸地、冰雪圈和太陽動力系統(tǒng)等信息，進行土地利用和土地覆蓋研究、氣候季節(jié)和年際變化研究、自然災害監(jiān)測和分析研究、長期氣候變率的變化以及大氣臭氧變化研究等，進而實現(xiàn)對大氣和地球環(huán)境變化的長期觀測和研究的總體（戰(zhàn)略）目標。2002年5月4日成功發(fā)射Aqua星后，每天可以接收兩顆星的資料。 搭載在Terra和Aqua兩顆衛(wèi)星上的中分辨率成像光譜儀（MODIS）是美國地球觀測系統(tǒng)（EOS）計劃中用于觀測全球生物和物理過程

5、的重要儀器。它具有36個中等分辨率水平 （0.25um1um）的光譜波段，每1-2天對地球表面觀測一次。獲取陸地和海洋溫度、初級生產率、陸地表面覆蓋、云、汽溶膠、水汽和火情等目標的圖像。 本網站提供的MODIS陸地標準產品來自NASA的陸地過程分布式數(shù)據(jù)檔案中心（The Land Processes Distributed Active Archive Center,LP DAAC/NASA）。包括：基于Terra星和Aqua星數(shù)據(jù)的地表反射率（250m,daily;500m,daily;250m,8days;500m,8day）、地表溫度（1000m,daily;1000m,8days;56

6、00m,daily）、地表覆蓋（500m,96days;1000m,yearly）、植被指數(shù)NDVI&EVI（250m,16daily;500m,16days;1000m,16days;1000m,monthly;、溫度異常/火產品（1000m,daily;1000m,8days）、葉面積指數(shù)LAI/光合有效輻射分量FPAR（1000m,8days）、總初級生產力GPP（1000m,8days）。 本網站提供的所有MODIS陸地標準產品的格式為HDF-EOS，數(shù)據(jù)組織方式為10經度*10緯度的分片（TILE）方式。概況MODIS全稱Moderate-Resolution Imaging Spe

7、ctroradiometer，即中分辨率成像光譜儀。1998年MODIS機載模型器安裝到EOS-AM（上午軌道）和PM（下午軌道）系列衛(wèi)星上，從1999年12月正式向地面發(fā)送數(shù)據(jù)。MODIS是NASA地球行星使命計劃中總數(shù)為15顆。MODIS數(shù)據(jù)的特點MODIS數(shù)據(jù)主要有四個特點: （1）全球免費：NASA對MODIS數(shù)據(jù)實行全球免費接收的政策（TERRA衛(wèi)星除MODIS外的其他傳感器獲取的數(shù)據(jù)均采取公開有償接收和有償使用的政策），這樣的數(shù)據(jù)接收和使用政策對于目前我國大多數(shù)科學家來說是不可多得的、廉價并且實用的數(shù)據(jù)資源； （2）光譜范圍廣：MODIS數(shù)據(jù)涉及波段范圍廣（共有36個波段，光譜范圍

8、從0.4um-14.4um），數(shù)據(jù)分辨率比NOAA-AVHRR有較大的進展（輻射分辨率達12bits，其中兩個通道的空間分辨率達250m，5個通道為500m，另29個通道為1000m）。這些數(shù)據(jù)均對地球科學的綜合研究和對陸地、大氣和海洋進行分門別類的研究有較高的實用價值； （3）數(shù)據(jù)接收簡單：MODIS接收相對簡單，它利用X波段向地面發(fā)送，并在數(shù)據(jù)發(fā)送上增加了大量的糾錯能力，以保證用戶用較小的天線（僅3m）就可以得到優(yōu)質信號； （4）更新頻率高：TERRA和AQUA衛(wèi)星都是太陽同步極軌衛(wèi)星，TERRA在地方時上午過境，AQUA在地方時下午過境。TERRA與AQUA上的MODIS數(shù)據(jù)在時間更新頻

9、率上相配合，加上晚間過境數(shù)據(jù)，對于接收MODIS數(shù)據(jù)來說可以得到每天最少2次白天和2次黑夜更新數(shù)據(jù)。這樣的數(shù)據(jù)更新頻率，對實時地球觀測和應急處理（例如森林和草原火災監(jiān)測和救災）有較大的實用價值。MODIS數(shù)據(jù)的技術指標項目指標軌道705km，降軌上午10: 30過境，升軌下午1: 30過境，太陽同步，近極地圓軌道掃描頻率每分鐘20.3轉，與軌道垂直測繪寬帶2330km x 10km望遠鏡直徑17.78cm體積1.0m X 1.6m X 1.0m重量250g功耗225w數(shù)據(jù)率11Mbit/s量化12bit星下點空間分辨率250m,500m,1000m設計壽命5年MODIS數(shù)據(jù)的波段分布特征波段波

10、譜范圍(nm)信噪比主要用途分辨率(m)1620-670128陸地/云邊界2502841-8762013459-479243陸地/云特性5004545-56522851230-12507461628-165227572105-21551108405-420880海洋顏色/浮游植物/生物化學10009438一4883810483-49380211526-53675412546-55675013662-67291014673-683108715743-75358616862-87751617890-920167大氣水蒸氣18931-9415719915-965250203.660-3.8400.0

11、5地表/云溫度213.929-3.9892.00223.929-3.9890.07234.020-4.0800.07244.433-4.4980.25大氣溫度254.482一5490.25261360-1390150卷云276.535-6.8950.25水蒸氣287.175-7.4750.25298.400-8,7000.25309.580-9.8800.25臭氧3110.780-11.2800.05地表/云溫度3211.770-12.2700.053313.185-13.4850.25云頂高度3413.485-13.7850.253513.785-14.0850.253614.085-14.

12、3850.35MODIS數(shù)據(jù)產品分級按數(shù)據(jù)產品特征劃分：主要產品包括校正數(shù)據(jù)產品、陸地數(shù)據(jù)產品、海洋數(shù)據(jù)產品和大氣數(shù)據(jù)產品；若按處理級別劃分，又可以分為以下6種： 0級產品：也稱原始數(shù)據(jù)； 1級產品：指L1A數(shù)據(jù)，已經被賦予定標參數(shù)； 2級產品：指L1B級數(shù)據(jù)，經過定標定位后數(shù)據(jù)，本系統(tǒng)產品是國際標準 的EOS-HDF格式。包含所有波段數(shù)據(jù)，可能是應用比較廣泛的一類數(shù)據(jù)。； 3級產品：在1B數(shù)據(jù)的基礎上，對由遙感器成像過程產生的邊緣畸變（Bowtie效應）進行校正，產生L3級產品； 4級產品：由參數(shù)文件提供的參數(shù)，對圖像進行幾何糾正，輻射校正，使圖像的每一點都有精確的地理編碼、反射率和輻射率。

13、L4級產品的MODIS圖像進行不同時相的匹配時，誤差小于1個像元。該級產品是應用級產品不可缺少的基礎；5級及以上產品：根據(jù)各種應用模型開發(fā)L5級產品。 產品類型產品IDESDT/數(shù)據(jù)集名稱數(shù)據(jù)級別一級數(shù)據(jù)產品MODO1MODO1/原始輻射率L1AMOD02MOD02KM/1KM定標輻射L1BMOD02HKM/5OOm定標輻射L1BMOD02QKM/250定標輻射L1BMOD02OBC/星載定標和工程數(shù)據(jù)L1BMOD03MOD03/1KM經緯度坐標數(shù)據(jù)L1A大氣標準產品MOD04MOD04_L2/氣溶膠L2MODO5MODO5_L2/可降水汽檢測結果L2MOD06MOD06_L2/云產品L2MO

14、D07MOD07_L2/溫度和水汽輪廓產品L2MOD08MODO8_D3/海日氣溶膠、水汽和云產品L3(1d)MODO8_E3/氣溶膠、水汽和云8天合成產品L3(8d)MOD08_M3/全球氣溶膠、水汽和云月合成產品L3(1m)MOD035MOD35_L2/250m和1KM云覆蓋和光譜檢測結果L2陸地標準產品MOD09MOD09GHK/全球5OOm地表反射率L2GMOD09GQK/全球250m地表反射率L2GMOD09GST/全球1KM地表反射率L2GMOD09A1/全球5OOm地表反射率8天合成L3(8d)MOD09Q1/全球250m地表反射率8天合成L3(8d)MOD11MOD11_L2/

15、1KM地表溫度/發(fā)射率產品L2MOD11A1/全球1KM地表溫度/發(fā)射率L3產品L3(ld)MOD11B1/全球5KM地表溫度/發(fā)射率8天合成L3產品L3(8d)MOD11A2/全球1KM地表溫度/發(fā)射率8天合成L3產品L(8d)MOD12（地表覆蓋變化）MOD12Q1/全球lKM土地搜蓋類型96天合成L3MOD13MOD13A1/全球5OOm分辨率植被指數(shù)16天合成L3MOD13A2/全球1KM分辨率植被指數(shù)16天合成L3MOD13Q1/全球250m分辨率植被指數(shù)16天合成L3MOD14（溫度異常/火）MOD14/1KM分辨率溫度異常/火L2級產品L2MOD14A1/每日全球1KM溫度異常/

16、火L3級產品L3MOD14A2/全球1KM溫度異常/火8天合成產品L3MOD14GD/每日全球1KM溫度異常/火L2G級產品L2GMOD14GN/黑夜全球lKM溫度異常/火L2G級產品L2GMOD15MOD15A2/全球1KM葉面積指數(shù)/FPAR8天合成L4級產品L4MOD17(NPP)MOD17A2/全球1KM凈光合作用8天合成產品L4MOD43(BRDF&反照率)MOD43B1/全球1KMBRDF/反照率16天合成L4MOD43B3/全球1KM最小反照率16天合成L4MOD43B4/全球1KM調整至天頂角反射率的BRDF16天合成產品L4MOD44(植被覆蓋變化MOD44B/植被連續(xù)區(qū)域L

17、3海洋標準產品MOD18Normalized Water-leaving RadianceL2L3(1d)L3(8d)MOD19色素濃度L2L3(ld)L3(8d)MOD20葉綠素熒光L2L3(ld)L3(8d)MOD2l葉綠素a色素濃度L2L3(1d)L3(8d)HDF-EOS數(shù)據(jù)格式介紹概況HDF（Hierarchy Data Format ）數(shù)據(jù)格式是美國伊利諾伊大學國家超級計算應用中心（NCSA ，National Central for Super computing Applications）于1987 年研制開發(fā)的一種軟件和函數(shù)庫，用于存儲和分發(fā)科學數(shù)據(jù)的一種自我描述、多對象的層

18、次數(shù)據(jù)格式，主要用來存儲由不同計算機平臺產生的各種類型科學數(shù)據(jù)， 適用于多種計算機平臺，易于擴展。HDF 不斷發(fā)展, 已被廣泛應用于環(huán)境科學、地球科學、航空、海洋、生物等許多領域，來存儲和處理各種復雜的科學數(shù)據(jù)。 1993 年美國國家航空航天局（NASA）把HDF格式作為存儲和發(fā)布EOS （Earth Observation System）數(shù)據(jù)的標準格式。在HDF 標準基礎上，開發(fā)了另一種HDF 格式即HDF-EOS ，專門用于處理EOS產品，使用標準HDF 數(shù)據(jù)類型定義了點、條帶、柵格3 種特殊數(shù)據(jù)類型，并引入了元數(shù)據(jù)(Metadata) 。HDF-EOS 是HDF 的擴展，它主要擴充了兩項

19、功能：一是提供了一種系統(tǒng)寬搜索服務方式，它能在沒有讀文件本身的情況下搜索文件內容；二是提供了有效的存儲地理定位數(shù)據(jù)，將科學數(shù)據(jù)與地理點捆綁在一起。HDF的特點自我描述:在HDF文件中包含關于該數(shù)據(jù)各方面屬性的信息。 多樣性:在HDF文件中可同時存儲多種類型的數(shù)據(jù)，如柵格圖像數(shù)據(jù)、科學數(shù)據(jù)集、信息說明數(shù)據(jù)等。 靈活性:可讓用戶把相關數(shù)據(jù)目標集中在一個HDF文件的某個分層結構中，并對其加以描述，同時可以給數(shù)據(jù)目標記上標記，方便查取。用戶也可以把科學數(shù)據(jù)存儲到多個HDF文件中。 可擴展性:在HDF中可以加入新數(shù)據(jù)模式，增強了它與其它標準格式的兼容性。 獨立性:HDF是一種與平臺無關的格式。HDF文件

20、在不同平臺間傳遞而不用轉換格式。HDF的組織結構HDF 文件由路徑和數(shù)據(jù)對象構成, 每個數(shù)據(jù)對象包括指向該數(shù)據(jù)對象位置指針的指針域和定義該數(shù)據(jù)類型的信息域構成。HDF 庫包括3個接口層, 從上到下分別是HDF底層、HDF 應用層、HDF 頂層。 HDF 底層為軟件開發(fā)者所應用，它包括文件輸入/輸出、差錯控制、內存管理、物理存儲等應用程序接口； HDF 的應用層接口包括6個獨立的模塊分別用來簡化6種數(shù)據(jù)類型(8位圖像、24位圖像、色彩、科學數(shù)據(jù)、注釋、V data) 的存儲和訪問過程； HDF 頂層包括HDF 應用、NCSA 和第三方開發(fā)者制作應用程序。HDF的主要數(shù)據(jù)類型（1）圖像模塊（Ras

21、ter Image，8位和24位圖像） 在HDF 使用8位圖像和24位圖像兩個模塊來實現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)存儲。 8位圖像模塊中包括一個表示顏色圖像的二維數(shù)組, 數(shù)組中的每個值不是代表某個顏色的值, 而是一個單獨的調色板的索引, 調色板中每個條目代表一個含有紅、綠、藍三值的顏色, 數(shù)組中每個數(shù)據(jù)的值是8位, 所以稱8位圖像。 24位圖像與8位圖像的存儲相似, 只是它包括3個表示顏色圖像的二維數(shù)組, 每個數(shù)組具有相同的大小并分別代表某圖像中的每個色素的紅、綠、藍值。 （2）調色板（Palette） 提供圖像的色譜。調色板是給一幅圖像加入顏色的方法，它相當于一個表格，這個表格可能由不同的大小，但HDF文件只

22、支持256色的顯示。對于柵格圖像中的每一個數(shù)據(jù)，在表格中都有其對應的RGB數(shù)值，用來顯示顏色。 （3）科學數(shù)據(jù)集（Scientific Data Set） 用來存儲和描述多維科學數(shù)據(jù)陳列。科學數(shù)據(jù)集提供了一個用來存儲多維數(shù)組數(shù)據(jù)以及其相關信息的框架。數(shù)組的數(shù)據(jù)類型可以是整數(shù)或者是浮點數(shù)。它的組織方式與柵格圖像相同?？茖W數(shù)據(jù)集必須包含的組件有數(shù)組、名稱、數(shù)據(jù)類型和數(shù)組的維數(shù)。 （4）Vdata（verdex data） 是用來存儲和描述數(shù)據(jù)表格的結構。每個表格由一系列的記錄組成, 而每個記錄又由一系列的域組成。 （5）HDF注解（Annotations） 注解是元數(shù)據(jù)，用于描述一個HDF文件或它

23、包含的任何數(shù)據(jù)要素。注解是用于解釋文件或數(shù)據(jù)對象的文本字符串。注解可以短到一個名字，或長到一段程序代碼。注解主要分為兩種大類：標簽和描述。標簽是一種短形式的注解，主要用于把諸如指定標題或時間印記到文件或其它數(shù)據(jù)對象中。長的注解被稱為描述，通常包含更為廣泛的信息，如源代碼模塊或數(shù)學公式。有四種注解形式：文件標簽，文件描述，對象標簽和對象描述， （6）Vgroup 結構模型被設計為與相關數(shù)據(jù)對象有關。一個Vgroup可以包含另一個Vgroup以及數(shù)據(jù)對象。任何HDF對象都可以包含在一個Vgroup中。Vgroup的一般結構與UNIX文件系統(tǒng)的結構類似，Vgroup可以包含另外的Vgroup或HDF

24、數(shù)據(jù)對象的引用，如UNIX的目錄可以包含子目錄或文件一樣。HDF-EOS數(shù)據(jù)格式HDF-EOS 已成為EOSDIS (EOS Data and Information System , EOS 數(shù)據(jù)和信息系統(tǒng)) 數(shù)據(jù)生產和存檔的標準格式，專門用于存儲EOS 數(shù)據(jù)。除了HDF 的6種數(shù)據(jù)類型外，HDF-EOS 還支持另外3種數(shù)據(jù)類型：點、條帶、網格。 HDF-EOS 文件的內容可以通過地理坐標和時間查詢, 每HDF-EOS文件都包括元數(shù)據(jù)，它對于科學研究和用戶訪問EOS數(shù)據(jù)提供了便利條件。所有能夠讀取標準的HDF文件的工具都可以讀取HDF-EOS 文件。 （1）點數(shù)據(jù) 點數(shù)據(jù)由在時間上間斷的或空

25、間上分散的一系列不規(guī)則數(shù)據(jù)記錄構成, 在某種意義上它構成了空間或時間上一系列間斷點的狀態(tài)或屬性值。點數(shù)據(jù)模塊適用于處理氣象站數(shù)據(jù)、浮標數(shù)據(jù)、船載測量的海洋數(shù)據(jù)等。 （2） 條帶數(shù)據(jù) HDF-EOS 中的條帶數(shù)據(jù)指衛(wèi)星所攜帶的傳感器沿一定的路徑對地表掃描, 獲得的廓線范圍內的各種有用信息。條帶數(shù)據(jù)的獲取有兩種方式: 傳感器沿軌跡方向獲取數(shù)據(jù)(A long Track) ;傳感器沿垂直軌跡方向獲取數(shù)據(jù)(Cross Track)。 （3）網格數(shù)據(jù) 網格數(shù)據(jù)是最常用的一種處理空間數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式, 被廣泛應用于GIS 和RS 領域。HDF2EOS 的網格數(shù)據(jù)接口與地圖投影緊密的結合, 提供了相關的投影參

26、數(shù)和方程, 使用戶很容易就可以獲得網格中任意點的經緯度, 這更加適應地理空間數(shù)據(jù)的處理。HDF2EOS 的網格數(shù)據(jù)集有3個主要特征: 數(shù)據(jù)域、空間尺度、投影。 其中數(shù)據(jù)域是網格最重要部分,它由二維或多維數(shù)組構成,數(shù)據(jù)域中每個數(shù)據(jù)項具有相同數(shù)據(jù)類型,并且它與一定的地理坐標系相對應。投影是網格的核心,它能夠利用數(shù)學方程方便地將經緯坐標轉換成X - Y坐標。 （4）元數(shù)據(jù) 在EOS 中定義了3種元數(shù)據(jù): 核心元數(shù)據(jù)(Core metadata) , 它能夠滿足所有標準數(shù)據(jù)產品的需要; 具體產品的元數(shù)據(jù)(product specific metadata) , 它只能滿足特定數(shù)據(jù)產品的需要;結構化元數(shù)

27、據(jù)( structural metadata) , 用于描述HDF - EOS 文件中數(shù)據(jù)域的具體細節(jié), 它是HDF-EOS 所特有的元數(shù)據(jù)。它包括空間尺度信息、數(shù)據(jù)域的信息和地理位置信息。HDF-EOS 數(shù)據(jù)使用隨著EOS數(shù)據(jù)的廣泛應用, 許多HDF-EOS 數(shù)據(jù)格式已逐步被廣大遙感、地理信息系統(tǒng)的用戶和軟件開發(fā)商所接受, 隨之涌現(xiàn)出大量的HDF-EOS數(shù)據(jù)瀏覽和發(fā)布軟件。比如：EOS View , view-hdf , WebWinds , HDF Explorer ,HDFLook ,JHV ,DIAL ,HDF Inspector等。 目前，許多遙感圖像處理和GIS 軟件都實現(xiàn)而來對H

28、DF-EOS 支持。RS (Research System ) 是著名的遙感圖像處理軟件開發(fā)公司, 該公司的IDL、ENV I、Noesy系列產品軟件都支持HDF。 NASA 針對GIS 用戶對EOS 數(shù)據(jù)的需求開發(fā)了EOSGIS 數(shù)據(jù)格式轉換器, 它用來實現(xiàn)HDF-EOS 數(shù)據(jù)格式和Arcgis 以及Eedas image所支持的GeoT IFF 數(shù)據(jù)格式之間的轉換。HEG（The HDF-EOS To GeoTIFF Conversion Tool） 部分數(shù)據(jù)讀取、處理及格式轉換工具可以從本網站的“軟件工具”欄目總查詢。MODIS Tile產品數(shù)據(jù)組織方式概況供的MODIS陸地標準產品數(shù)據(jù)都采用TILE類型進行組織，即以地球為參照系， 采用了SIN（ISIN，正弦曲線投影） 地球投影系統(tǒng)，將全球按照10經度*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。