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MODIS数据的简介和下载(一)——MODIS数据简介

借最近上课实习上机内容,来介绍MODIS数据相关方面内容。本部分主要包括了MODIS数据的简介和下载的问题。本篇是第一部分,MODIS的简介。主要分为三个部分:1.MODIS传感器简介及参数;2.MODIS产品及命名规则;3.MODIS的典型应用。
1.MODIS传感器简介及参数
首先来纠正件很容易被误解的事,MODIS是传感器而不是卫星,尽管我们平常称呼的时候更习惯叫MODIS数据(以传感器来称呼),Landsat数据(以卫星来称呼)。MODIS传感器的全称为中分辨率成像光谱仪(moderate-resolution imaging spectroradiometer),主要搭载在Terra和Aqua星上。
Terrra的简介如下(摘自百度百科和遥感集市):
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。
Terra卫星于1999年12月18日发射成功,Aqua卫星于2002年5月4日发射成功。Terra为上午星,从北向南于地方时10:30左右通过赤道,Aqua为下午星,从南向北于地方时13:30左右通过赤道。两颗星相互配合每1-2天可重复观测整个地球表面,得到36个波段的观测数据

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。
对应的MODIS传感器的简介如下(摘自百度百科和遥感集市):
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参数(摘自百度百科和遥感集市)

空间分辨率——250 m (1-2波段);500 m (3-7波段);1000 m (8-36波段)

扫描宽度——2330km

时间分辨率——1天

光谱波段——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 。

轨道——705KM,降轨上午10:30过境,升轨下午1:30过境;太阳同步;近极地圆轨道

设计寿命——5年

2.MODIS产品及命名规则
按处理级别划分,可以分为以下5种:

0级产品:也称原始数据;

1级产品:指L1A数据,已经被赋予定标参数;

2级产品:经过定标定位后数据,本系统产品是国际标准 的EOS-HDF格式。包含所有波段数据,是应用比较广泛的一类数据。;

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效应)进行校正,产生L3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。L4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L5级产品。

MODIS命名规则如下(摘自CSDN博客)
MOD04 是产品名称,表示MODIS气溶胶产品。

L2 表示 产品级别,Level2。

A2005224 表示产品时间2005年第224天(以每年1月1日为第一天)。

0205 表示卫星过境时间,换算成北京时间要加8小时。

005表示产品版本,Version005,之前是v004,相比之前版本有很多改进。

2006225195920 表示的是产品处理时间。

3.MODIS的典型应用
MODIS数据的简介大部分是从网上找的资源,链接都附在后面了,已经有很多人做了很多详细介绍,本篇就借花献佛,主要做简单地整理与引用,没有过多赘述。笔者自己写的核心内容主要是MODIS的一些典型应用和相关的一些研究进展。
由于MODIS数据是免费获取的,并且具有高时间分辨率,在生态学和地理学研究中有很多广泛的应用。从产品就可以发现它可以监测的相关内容。
植被动态监测以及植被生理生态的多种产品遥感反演
典型的是NDVI合成产品、NPP(净初级生产力)、LAI(叶面积指数)、植被动态变化。这一部分内容主要应用生态环境监测中,尤其是生态学相关研究。因为NDVI和LAI是宏观尺度上可以反映植物生理生态的两个重要参数,目前演化出来的相关应用非常的多。在农学上,引入这两个参数来进行区域的农作物估产。在林学上,估算森林生物量、NPP、GPP以及光合有效辐射等。通过NDVI和LAI来进行物候变化监测。通过遥感数据去驱动生态模型,生态系统对于全球变化的响应的相关研究上,MODIS的这一系列产品都起到了很大的作用。

基于MODIS的LAI产品结合模拟退火算法和DSSAT模型进行玉米估产模型的参数优化(数据同化)

地表温度反演以及相关产品遥感反演
运用MODIS的热红外波段,通过劈窗算法(类似AVHRR)可以反演地表温度。包括温度异常和林火产品。在林学上有广泛的应用。

基于劈窗算法的MODIS反演地表温度

光学气溶胶厚度反演
这部分是近些年来关注的重点,由于PM2.5或者说雾霾的造成的环境问题日益严重,如何从遥感监测PM2.5是一个研究热点,现在比较普遍的使用MODIS产品来进行光学气溶胶(AOD)反演,然后反演PM2.5。

基于DDV算法的MODIS光学气溶胶厚度反演

其他应用
MODIS的应用还有非常多,比如像海表温度反演——事实上这方面的温度反演精度要高于地表温度反演,主要是海水从性质上说属于近似黑体;叶绿素浓度反演;离水辐射;冰雪覆盖监测(以NDSI为例)等。

最后的部分我们用一个简单的知网检索结果、词云可视化以及列出了Web of Science上被引频次最高的10篇文章(MODIS作为keywords,可视化用HistCite)来看看目前MODIS研究的一些进展以及经典文献。

遥感集市MODIS简介:

http://bbs.rscloudmart.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1761&highlight=MODIS

MODIS百度百科:

http://baike.baidu.com/link?url=IdbXlrWPCG8JX8fUQRmrRSPWjWx4Q7-r_reaPgNTsL88llgGTFPjk_eXrS-5S_bTJwqBCvHJlNIA3MZiV3mbgK

MODIS命名规则的CSDN博客:

http://blog.csdn.net/xiaoxiang22/article/details/8363469

http://blog.csdn.net/rumswell/article/details/9003215

MODIS数据处理相关博客——以ENVI为主,ENVI/IDL官方博客:

http://blog.sina.com.cn/s/articlelist_1984634525_0_1.html

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