1、劉敏生態環境遙感生態環境遙感第七講第七講 MODIS MODIS介紹評價與應用介紹評價與應用數據介紹主要應用數據使用與數據處理主要內容MODISMODIS數據特點：數據特點：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數據接收簡單n更新頻率高：每天最少2次白天和2次黑夜的更新數據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。是搭載在衛星上重要的傳感器，是衛星上唯一將實時觀測數據通過是搭載在衛星上重要的傳感器，是衛星上唯一將實時觀測數據通過x波段向全世界直接廣播

2、，并可以免費接收數據并無償使用的星載波段向全世界直接廣播，并可以免費接收數據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)系列衛星上，系列衛星上，1999年年12月正式向地面發送數據。月正式向地面發送數據。用于對地表、生物圈、固態地球、大氣和海洋進行長期全球觀測。用于對地表、生物圈、固態地球、大氣和海洋進行長期全球觀測。一、數據介紹-基本情況TERRA衛星發射成功標志著人類對地觀測新的里程的開始。由于TERRA衛星每日地方時上午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衛星保留了TERRA衛星在數據采集時間上與TERRA形成補充。它也是太陽同步極軌衛星，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、數據介紹-基本情況KTerra白天Terra夜晚Aqua白天Aqua夜晚nTerra和Aqua衛星獲取的歐非地區地表溫度日變化比較n時間：176-177 和 185-190 (06/25-26 & 07/4-9)n按數據產品特征劃分：主要產品包括校正數據產品、陸地數據產品、海洋數據產品

4、和大氣數據產品；n按處理級別劃分，又可以分為以下5種：n0級產品：衛星地面站直接接收到的、未經處理的、包括全部數據信息在內的原始數據為0級數據；n1級產品：對沒有經過處理的、完全分辨率的儀器數據進行重建，數據時間配準，使用輔助數據注解，計算和增補到0級數據之后為1級數據。n2級產品：在1級數據基礎上開發出的、具有相同空間分辨率和覆蓋相同地理區域的數據為2級數據。n3級產品：以統一的時間-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，來自單一技術的觀測方程和通用模型等。n4級產品：通過分析模型和綜合分析3級以下數據得出的結果數據為4級數

5、據。 一、數據介紹-產品分級MODIS陸地標準產品數據都采用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，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。左上角的編號為(0，0)右下角的編號為(35，17)。一、數據介紹-數據投影44種產品，種產品，4個專題個專題一、數據介紹-產品介紹標定標定產品產品大氣大氣產品產品海洋海洋產品產品冰雪冰雪產品產品陸地陸地產品產品一、數據介紹-產品介紹(1/4：大氣)標定產品標定產品 htt

6、p://mcstweb/index.htmlMOD 01 Level-1A Radiance Counts 輻射值輻射值MOD 02 Level-1B Calibrated Geolocated Radiances 經過標定與地理定位的輻射經過標定與地理定位的輻射值值MOD 03 Geolocation Data Set 地理定位數據集地理定位數據集大氣產品大氣產品/MOD 04 Aerosol Product 氣溶膠氣溶膠MOD 05 Total Precipitable Water (Water

7、 Vapor) 可降水總量可降水總量(水汽水汽)MOD 06 Cloud Product 云云MOD 07 Atmospheric Profiles 大氣廓線大氣廓線MOD 08 Gridded Atmospheric Product 柵格化大氣產品柵格化大氣產品MOD 35 Cloud Mask 云掩膜云掩膜陸地產品陸地產品/dataproducts.asp；/MOD 09 Surface Reflectance 地表反射地表反射MOD 11 Land Surface Temperatur

8、e & Emissivity 陸地表層溫度與發射陸地表層溫度與發射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 柵格化植被指數柵格化植被指數MOD 14 Thermail Anomalies, 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、光和活性分量葉面積指數、光和活性分量MOD 16 Evapotranspiration

9、 蒸騰與蒸散蒸騰與蒸散MOD 17 Net Photosynthesis and Primary Productivity 凈光和與初級生產力凈光和與初級生產力MOD 43 Surface Reflectance BRDF地面二向性反射地面二向性反射MOD 44 Vegetation Cover Conversion 植被覆蓋轉化植被覆蓋轉化增補增補-1土壤、森林、草地百分比土壤、森林、草地百分比一、數據介紹-產品介紹(2/4：陸地)冰雪產品/daac/modis/index.htmlMOD 10 Snow Cover 雪蓋MOD 29 Sea Ice Cover

10、 海冰一、數據介紹-產品介紹(3/4：冰雪)海洋產品海洋產品/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 Chlorophyll 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)

11、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(鈣質深海植物鈣質深海植物)MOD 26 Ocean Water Attenuation Coefficient 海水衰減系數海水衰減系數MOD 27 Ocean Primary Productivity 海洋初級生產力海洋初級生產力MOD 28 Sea Surface Temperature 海洋表面溫度

12、海洋表面溫度MOD 36 Total Absorption Coefficient 總吸收系數總吸收系數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系數系數一、數據介紹-產品介紹(4/4：海洋)MODIS文件名的命名遵循一定的規則，通過文件名，可以獲得很多關于此文件名的命名遵循一定的規則，通過文件名，可以獲得很多關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.hdfMOD

13、09A1 產品縮寫A2006001 數據獲得時間(A-YYYYDDD)h08v05 分片標示(水平XX，垂直YY)005 數據集版本號2006012234567 產品生產時間(YYYYDDDHHMMSS)hdf 數據格式(HDF-EOS)時間分辨率：每日產品(daily) 8天合成產品(8-Day) 16天合成產品(16-Day)月合成產品(Monthly)季度產品(Quarterly) 年產品(Yearly) 一、數據介紹-文件命名與分辨率二、MODIS應用用于對地表、生物圈、固態地球、大氣和海洋進行長期全球觀測。二、MODIS應用用于對地表、生物圈、固態地球、大氣和海洋進行長期全球觀測。湖

14、泊水質監測湖泊水質監測土地覆蓋分類土地覆蓋分類凈初級生產力（凈初級生產力（NPP)NPP)估算估算草地估產草地估產自然災害監測自然災害監測雪蓋監測雪蓋監測二、MODIS應用以陸地產品為例p湖泊水質遙感監測的主要指標：湖泊水體的光譜特征受到很多水質組分的影響，其中與光譜成明顯相關關系的水質指標有浮游植物、黃色物質、懸浮物、溶解性有機碳、渾濁度等。p葉綠素:常用于估測浮游植物的生產力和生物量，也是反映水體富營養化程度的一個重要參數。p黃色物質:黃色物質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(S

15、PIM)。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應用湖泊水質監測I.分析太湖水體實測光譜數據和葉綠素a質量濃度的相關關系。II.對比MODIS波段，找出反演葉綠素a質量濃度的最佳波段。III.對太湖進行分區，應用MODIS數據建立各分區的估測模型。典型特征采樣點的光譜曲線反射率與葉綠素a質量濃度相關分析二、MODIS應用湖泊水質監測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被稱為植被指數。p植被指數有助于增強遙感影像的

16、解譯力，并已作為一種遙感手段廣泛應用于土地利用覆蓋探測、植被覆蓋密度評價、作物識別和作物預報等方面，并在專題制圖方面增強了分類能力。p植被指數有多種形勢:NDVI, RVI, DVI, SAVI,ARVI, EVI二、MODIS應用土地覆蓋分類 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植被凈第一性生產力(NPP)：是指綠色植物在單位面積、單位時間內所累積的有機物數量。NPP作為地表碳循環的重要組成部分，不僅直接反映了植被群落在自然環境條件下的生產能力，表征陸地生態系統的質量狀況，而且是判定生態系統碳源/匯和調節生態過程的主要因子，在全球變化及碳平衡中扮演著重要的作用

17、。二、MODIS應用凈初級生產力（NPP）估算草地作為重要的自然資源和畜牧業的物質載體，對生態環境調節及草地作為重要的自然資源和畜牧業的物質載體，對生態環境調節及社會、經濟發展都有重要作用。而草地又具有生態條件脆弱社會、經濟發展都有重要作用。而草地又具有生態條件脆弱、易受易受環境影響的特點，利用衛星遙感技術對草地進行動態監測和估產研環境影響的特點，利用衛星遙感技術對草地進行動態監測和估產研究具有重要意義。究具有重要意義。 利用草地綜合估產模型，對內蒙古自治區 內 各 個 草 地 類 型2004年4個草地生長的關鍵時期的草產量進行估測，生成四個草地生長關鍵時期的草產量空間分布圖。二、MODIS應

18、用草地估產07100710上午上午 07100710下午下午 07110711上午上午 07110711下午下午 二、MODIS應用洪澇監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(NDSI, Normalized Difference 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 . 042bandbandRRN

19、DSI6464bandbandbandbandRRRRNDSI二、MODIS應用雪蓋監測二、MODIS應用（一）遙感數據時間序列數據集的反演與構建（一）遙感數據時間序列數據集的反演與構建（二）長江三角洲地區生態環境演變的過程與擾動（二）長江三角洲地區生態環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（SWCI） 土地覆蓋（LULC）數據下載數據下載數據處理數據處理三、數據使用與數據處理下載地址：下載地址：/data/search.html 該網站毋需注冊即可下載該網站毋需注冊即可下載3.1 數據下載在Pro

20、duct Selection中選擇所需要的數據類型。3.1 數據下載在Temporal Selection中設定需要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日的數據范圍為：01/15/2009/ 16:00:00-01/16/2009/ 16:00:00。日期也可以設置成YYYY-DDD的形式，即年份+天數。3.1 數據下載在Collection Selection和Spatial Selection中分別設置數據集和空間坐標系。可按經緯度和可按經緯度和tileti

21、le兩種方式選擇兩種方式選擇3.1 數據下載完成后，點擊頁末的Search，會顯示訂制數據詳情。確認所選數據確認所選數據保存所選數據繼續選擇保存所選數據繼續選擇3.1 數據下載輸入接收信息的Email地址，選擇FTP下載方式，點擊Order訂購數據。點此可查看所有已訂購數據的狀態。3.1 數據下載訂購數據成功后，可查看數據對應的訂購數據成功后，可查看數據對應的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 數據下載利用利用FTPFTP下載數據，推薦使用下載數據，推薦使用FileZillaFileZilla( (開源開源) )軟件，比破解版的軟件，比破解版

22、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 數據下載連接站點后，遠程站點的文件夾下即是訂購的數據。在本地站點選擇數連接站點后，遠程站點的文件夾下即是訂購的數據。在本地站點選擇數據存放路徑，右擊訂購數據的文件夾據存放路徑，右擊訂購數據的文件夾-下載，數據傳輸到本地。下載，數據傳輸到本地。3.1 數據下載44種產品按照等級對應的數據格式與處理軟件。軟件下載地址

23、：/tools ；安裝MRT Swath和MRT前，需根據自己的機型選擇對應的java版本進行安裝。3.2 數據處理數據水平(Level, L)數據格式數據處理軟件1,2Swath(衛星格式)MODIS Re-projection Tools, Swath(MRT Swath)2G, 3, 4Grid(地球格式)MODIS Re-projection Tools(MRT)陸地數據處理過程規范用MRT Swath進行幾何糾正(MOD03數據用于對QKM,HKM,1KM數據進行幾何糾正)3.2 數據處理-MODIS 1B打開相應的地理定位文件，即MOD03數據打開1B數據設置輸出投影類型和數據類型，設置投影參數運行將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置輸出的文件格式和重采樣的方法設置象元大學用MRT進行重投影