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MODIS資料的簡介和下載(一)——MODIS資料簡介

借最近上課實習上機內容,來介紹MODIS資料相關方面內容。本部分主要包括了MODIS資料的簡介和下載的問題。本篇是第一部分,MODIS的簡介。主要分為三個部分:1.MODIS感測器簡介及引數;2.MODIS產品及命名規則;3.MODIS的典型應用。
1.MODIS感測器簡介及引數
首先來糾正件很容易被誤解的事,MODIS是感測器而不是衛星,儘管我們平常稱呼的時候更習慣叫MODIS資料(以感測器來稱呼),Landsat資料(以衛星來稱呼)。MODIS感測器的全稱為中解析度成像光譜儀(moderate-resolution imaging spectroradiometer),主要搭載在Terra和Aqua星上。
Terrra的簡介如下(摘自百度百科和遙感集市):


EOS(Earth Observation System)衛星是美國地球觀測系統計劃中一系列衛星的簡稱。經過長達8年的製造和前期預研究準備工作,第一顆EOS的上午軌道衛星於1999年12月18日發射升空,發射成功的衛星命名為Terra(拉丁語“地球”的意思),主要目的是觀測地球表面。它是一個用一系列低軌道衛星對地球進行連續綜合觀測的計劃。它的主要目的是:實現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等資訊;進行土地利用和土地覆蓋研究、氣候的季節和年際變化研究、自然災害監測和分析研究、長期氣候變率和變化以及大氣臭氧變化研究等;進而實現對大氣和地球環境變化的長期觀測和研究的總體(戰略)目標。EOS衛星軌道高度為距地球705公里,目前的第一顆上午軌道衛星(Terra)過境時間為地方時10:30am左右,一天最多可以獲得4條過境軌道資料。
Terra衛星於1999年12月18日發射成功,Aqua衛星於2002年5月4日發射成功。Terra為上午星,從北向南於地方時10:30左右通過赤道,Aqua為下午星,從南向北於地方時13:30左右通過赤道。兩顆星相互配合每1-2天可重複觀測整個地球表面,得到36個波段的觀測資料
EOS系列衛星上的最主要的儀器是中解析度成像光譜儀(MODIS),其最大空間解析度可達250米。
對應的MODIS感測器的簡介如下(摘自百度百科和遙感集市):

MODIS是當前世界上新一代“圖譜合一”的光學遙感儀器,有36個離散光譜波段,光譜範圍寬,從0.4微米(可見光)到14.4微米(熱紅外)全光譜覆蓋。MODIS的多波段資料可以同時提供反映陸地表面狀況、雲邊界、雲特性、海洋水色、浮游植物、生物地理、化學、大氣中水汽、氣溶膠、地表溫度、雲頂溫度、大氣溫度、臭氧和雲頂高度等特徵的資訊。可用於對地表、生物圈、固態地球、大氣和海洋進行長期全球觀測。中解析度成像光譜儀(MODIS)最大空間解析度可達250米,掃描寬度2330公里。MODIS是CZCS、AVHRR、HIRS和TM等儀器的繼續。MODIS是被動式成像分光輻射計。共有490個探測器,分佈在36個光譜波段,從0.4微米(可見光)到14.4微米(熱紅外)全光譜覆蓋。
MODIS儀器的地面解析度為250m、500m和1000m,掃描寬度為2330km。
在對地觀測過程中,每秒可同時獲得11兆位元的來自大氣、海洋和陸地表面資訊,日或每兩日可獲取一次全球觀測資料。
MODIS引數(摘自百度百科和遙感集市)

空間解析度——250 m (1-2波段);500 m (3-7波段);1000 m (8-36波段)
掃描寬度——2330km
時間解析度——1天
光譜波段——36個離散光譜波段,光譜範圍寬,從0.4微米(可見光)到14.4微米(熱紅外)全光譜覆蓋 。
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
設計壽命——5年
2.MODIS產品及命名規則
按處理級別劃分,可以分為以下5種:
0級產品:也稱原始資料;
1級產品:指L1A資料,已經被賦予定標引數;
2級產品:經過定標定位後資料,本系統產品是國際標準 的EOS-HDF格式。包含所有波段資料,是應用比較廣泛的一類資料。;
3級產品:在1B資料的基礎上,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:由引數檔案提供的引數,對影象進行幾何糾正,輻射校正,使影象的每一點都有精確的地理編碼、反射率和輻射率。L4級產品的MODIS影象進行不同時相的匹配時,誤差小於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:根據各種應用模型開發L5級產品。
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MODIS命名規則如下(摘自CSDN部落格)
MOD04 是產品名稱,表示MODIS氣溶膠產品。
L2 表示 產品級別,Level2。
A2005224 表示產品時間2005年第224天(以每年1月1日為第一天)。
0205 表示衛星過境時間,換算成北京時間要加8小時。
005表示產品版本,Version005,之前是v004,相比之前版本有很多改進。
2006225195920 表示的是產品處理時間。
3.MODIS的典型應用
MODIS資料的簡介大部分是從網上找的資源,連結都附在後面了,已經有很多人做了很多詳細介紹,本篇就借花獻佛,主要做簡單地整理與引用,沒有過多贅述。筆者自己寫的核心內容主要是MODIS的一些典型應用和相關的一些研究進展。
由於MODIS資料是免費獲取的,並且具有高時間解析度,在生態學和地理學研究中有很多廣泛的應用。從產品就可以發現它可以監測的相關內容。
植被動態監測以及植被生理生態的多種產品遙感反演
典型的是NDVI合成產品、NPP(淨初級生產力)、LAI(葉面積指數)、植被動態變化。這一部分內容主要應用生態環境監測中,尤其是生態學相關研究。因為NDVI和LAI是巨集觀尺度上可以反映植物生理生態的兩個重要引數,目前演化出來的相關應用非常的多。在農學上,引入這兩個引數來進行區域的農作物估產。在林學上,估算森林生物量、NPP、GPP以及光合有效輻射等。通過NDVI和LAI來進行物候變化監測。通過遙感資料去驅動生態模型,生態系統對於全球變化的響應的相關研究上,MODIS的這一系列產品都起到了很大的作用。
基於MODIS的LAI產品結合模擬退火演算法和DSSAT模型進行玉米估產模型的引數優化(資料同化)
地表溫度反演以及相關產品遙感反演
運用MODIS的熱紅外波段,通過劈窗演算法(類似AVHRR)可以反演地表溫度。包括溫度異常和林火產品。在林學上有廣泛的應用。
基於劈窗演算法的MODIS反演地表溫度
光學氣溶膠厚度反演
這部分是近些年來關注的重點,由於PM2.5或者說霧霾的造成的環境問題日益嚴重,如何從遙感監測PM2.5是一個研究熱點,現在比較普遍的使用MODIS產品來進行光學氣溶膠(AOD)反演,然後反演PM2.5。
基於DDV演算法的MODIS光學氣溶膠厚度反演
其他應用
MODIS的應用還有非常多,比如像海表溫度反演——事實上這方面的溫度反演精度要高於地表溫度反演,主要是海水從性質上說屬於近似黑體;葉綠素濃度反演;離水輻射;冰雪覆蓋監測(以NDSI為例)等。
最後的部分我們用一個簡單的知網檢索結果、詞雲視覺化以及列出了Web of Science上被引頻次最高的10篇文章(MODIS作為keywords,視覺化用HistCite)來看看目前MODIS研究的一些進展以及經典文獻。
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遙感集市MODIS簡介:

MODIS百度百科:

MODIS命名規則的CSDN部落格:

MODIS資料處理相關部落格——以ENVI為主,ENVI/IDL官方部落格: