生态环境遥感_05_MODIS介绍评价与应用
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4级产品：通过分析模型和综合分析3级以下数据得出 的结果数据为4级数据。
一、数据介绍-数据投影
MODIS陆地标准产品数据都采用TILE类型进行组织，即以地球为参照系，采用了 sinusoidal (SIN ， 正 弦 曲 线 投 影 ) 地 球 投 影 系 统 ， 将 全 球 按 照 10° 经 度 * 10° 纬 度 (1200KM*1200KM)的方式分片(如下图)，全球陆地被分割为600多个Tile，并对每一个 Tile赋予了水平编号和垂直编号。左上角的编号为(0，0)右下角的编号为(35，17)。
利用植被在近红外波段(NIR)高反 射和在红波段(Red)高吸收的特点， 经过某种变换，可增强植被信号， 削弱噪音。基于此原理的红光和红 外波段的不同组合统被称为植被指 数。
植被指数有助于增强遥感影像的解 译力，并已作为一种遥感手段广泛 应用于土地利用覆盖探测、植被覆 盖密度评价、作物识别和作物预报 等方面，并在专题制图方面增强了 分类能力。
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。
二、MODIS应用—以陆地产品为例
湖泊水质监测 土地覆盖分类 净初级生产力（NPP)估算 草地估产 自然灾害监测 雪盖监测
二、MODIS应用—湖泊水质监测
湖泊水质遥感监测的主要指标：湖泊水体的光谱特征受到很多水质组 分的影响，其中与光谱成明显相关关系的水质指标有浮游植物、黄色 物质、悬浮物、溶解性有机碳、浑浊度等。
辐射值 经过标定与地理定位的辐射值 地理定位数据集
气溶胶 可降水总量(水汽) 云 大气廓线 栅格化大气产品 云掩膜
一、数据介绍-产品介绍(2/4：陆地)
陆地产品
MOD 09 MOD 11 MOD 12 MOD 13 MOD 14 MOD 15 MOD 16 MOD 17 MOD 43 MOD 44 增补-1来自 二、MODIS应用—洪涝监测
0710上午 0711上午
0710下午 0711下午
二、MODIS应用—雪盖监测
由于雪具有很强的可见光反射和强的短波红外吸收特性，归一化差分 积雪指数(NDSI, Normalized Difference Snow Index)是分辨积雪和许多地表的 有效方法。 NDSI用于识别雪、冰，并能区分雪与大量的积云。 NDSI对大范围的光照条件不敏感，对大气作用可使其局地归一化并且 不依赖于单通道的反射值。
生态环境遥感
第七讲 MODIS介绍评价与应用
刘敏
15921730486 mliu@
主要内容
数据介绍 主要应用 数据使用与数据处理
一、数据介绍-基本情况
MODIS全称Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer， 中分辨率成像光谱仪。
地表反射 陆地表层温度与发射 土地覆盖/土地覆盖变化 栅格化植被指数 热异常、火、生物燃烧 叶面积指数、光和活性分量 蒸腾与蒸散 净光和与初级生产力 地面二向性反射 植被覆盖转化 土壤、森林、草地百分比
一、数据介绍-产品介绍(3/4：冰雪)
冰雪产品 MOD 10 MOD 29
/daac/modis/index.html Snow Cover Sea Ice Cover
MODIS数据特点：
全球免费 光谱范围广：共有36个波段，光谱范围从0.4um-14.4um 数据接收简单 更新频率高：每天最少2次白天和2次黑夜的更新数据
一、数据介绍-基本情况
TERRA卫星发射成功标志着人类对地观测新 的里程的开始。由于TERRA卫星每日地方时 上午10：30时过境，因此也把它称作地球观 测第一颗上午星(EOS－AM1)。
雪盖 海冰
一、数据介绍-产品介绍(4/4：海洋)
海洋产品 MOD 18 MOD 19 MOD 20 MOD 21 MOD 22 MOD 23 MOD 24 MOD 25 MOD 26 MOD 27 MOD 28 MOD 36 MOD 37 MOD 39
/ Normalized Water-leaving Radiance Pigment Concentration Chlorophyll Fluorescence Chlorophyll_a Pigment Concentration Photosynthetically Available Radiation (PAR) Suspended-Solids Concentration Organic Matter Concentration Coccolith Concentration Ocean Water Attenuation Coefficient Ocean Primary Productivity Sea Surface Temperature Total Absorption Coefficient Ocean Aerosol Properties Clear Water Epsilon
归一化离水辐射 色素浓度 叶绿素荧光 叶绿素A浓度 可光和辐射 固体悬浮物浓度 有机物浓度 球石浓度(钙质深海植物) 海水衰减系数 海洋初级生产力 海洋表面温度 总吸收系数 海洋气溶胶特性 纯净水Epsilon系数
一、数据介绍-文件命名与分辨率
MODIS文件名的命名遵循一定的规则，通过文件名，可以获得很多关于此 文件的详细信息。
▪ 比如：文件名MOD09A1.A2006001.h08v05.005.2006012234657.hdf
▪ MOD09A1 –产品缩写
▪ A2006001 – 数据获得时间(A-YYYYDDD) ▪ h08v05 – 分片标示(水平XX，垂直YY) ▪ 005 – 数据集版本号 ▪ 2006012234567 – 产品生产时间(YYYYDDDHHMMSS) ▪ hdf – 数据格式(HDF-EOS)
二、MODIS应用—湖泊水质监测
I. 分析太湖水体实测光谱数据和叶 绿素a质量浓度的相关关系。
II. 对比MODIS波段，找出反演叶 绿素a质量浓度的最佳波段。
III. 对太湖进行分区，应用MODIS 数据建立各分区的估测模型。
太湖
典型特征采样点的光谱曲线
反射率与叶绿素a质量浓度相关分析
二、MODIS应用—土地覆盖分类
植被指数有多种形势:NDVI, RVI, DVI, SAVI,ARVI, EVI…
二、MODIS应用—净初级生产力（NPP）估算
植被净第一性生产力(NPP)：是指绿色植物在单位面积、单位时间 内所累积的有机物数量。NPP作为地表碳循环的重要组成部分，不 仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力，表征陆地 生态系统的质量状况，而且是判定生态系统碳源/汇和调节生态过 程的主要因子，在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用。
一、数据介绍-产品介绍
44种产品，4个专题
大气 产品
陆地 产品
标定 产品
海洋 产品
冰雪 产品
一、数据介绍-产品介绍(1/4：大气)
标定产品 /mcstweb/index.html MOD 01 Level-1A Radiance Counts MOD 02 Level-1B Calibrated Geolocated Radiances MOD 03 Geolocation Data Set 大气产品 / MOD 04 Aerosol Product MOD 05 Total Precipitable Water (Water Vapor) MOD 06 Cloud Product MOD 07 Atmospheric Profiles MOD 08 Gridded Atmospheric Product MOD 35 Cloud Mask
是搭载在卫星上重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过 x波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载 仪器
1998年MODIS机载模型器安装到EOS-AM(上午轨道)和PM(下午轨 道)系列卫星上，1999年12月正式向地面发送数据。
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。
时间分辨率：
• 每日产品(daily) • 8天合成产品(8-Day) • 16天合成产品(16-Day) • 月合成产品(Monthly) • 季度产品(Quarterly) • 年产品(Yearly)
二、MODIS应用
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。
二、MODIS应用
NDSI Rband 4 Rband 6 Rband 4 Rband 6
几种典型地物在MODIS图像上的光谱曲线
NDSI 0.4 Rband 2 0.11 Rband 4 0.1
1级产品：对没有经过处理的、完全分辨率的仪器数 据进行重建，数据时间配准，使用辅助数据注解，计 算和增补到0级数据之后为1级数据。
2级产品：在1级数据基础上开发出的、具有相同空间 分辨率和覆盖相同地理区域的数据为2级数据。
3级产品：以统一的时间-空间栅格表达的变量，通常 具有一定的完整性和一致性。在3级水平上，将可以 集中进行科学研究，如：定点时间序列，来自单一技 术的观测方程和通用模型等。
三江平原天然湿地植被NPP总量分布图
三江平原水稻NPP总量空间分布
二、MODIS应用—草地估产
草地作为重要的自然资源和畜牧业的物质载体，对生态环境调节及 社会、经济发展都有重要作用。而草地又具有生态条件脆弱、易受 环境影响的特点，利用卫星遥感技术对草地进行动态监测和估产研 究具有重要意义。
利用草地综合估产 模型，对内蒙古自治 区内各个草地类型 2004年4个草地生长的 关键时期的草产量进 行估测，生成四个草 地生长关键时期的草 产量空间分布图。
/dataproducts.asp； / Surface Reflectance Land Surface Temperature & Emissivity Land Cover/Land Cover Change Gridded Vegetation Indices Thermail Anomalies, Fires & Biomass Burning Leaf Area Index & FPAR Evapotranspiration Net Photosynthesis and Primary Productivity Surface Reflectance BRDF Vegetation Cover Conversion
AQUA卫星保留了TERRA卫星在数据采集时 间上与TERRA形成补充。它也是太阳同步极 轨卫星，每日地方时下午过境，因此称作地 球观测第一颗下午星(EOS－PM1)。
上午星与下午星可能带来的影响： I. 观测对象变化 II. 大气变化 III. 观测几何变化
Terra和Aqua卫星获取的欧非地区地表温度日变化比较 时间：176-177 和 185-190 (06/25-26 & 07/4-9)
Terra白天
Aqua白天
Terra夜晚
Aqua夜晚
K
一、数据介绍-产品分级
按数据产品特征划分：主要产品包括校正数据产品、 陆地数据产品、海洋数据产品和大气数据产品；
按处理级别划分，又可以分为以下5种：
0级产品：卫星地面站直接接收到的、未经处理的、 包括全部数据信息在内的原始数据为0级数据；
叶绿素:常用于估测浮游植物的生产力和生物量，也是反映水体富营养化 程度的一个重要参数。
黄色物质:黄色物质对光谱有很大的影响，且影响生物化学过程，它对可 见光和紫外线有很强的吸收作用。
悬浮物:总悬浮物(TSPM)分为有机悬浮物(SPOM)和无机悬浮物(SPIM)。 SPOM由不同的藻类组成，因此在光谱上可能存在不同；不同的颗粒来源 和粒径在光谱上也存在着差别。
一、数据介绍-数据投影
MODIS陆地标准产品数据都采用TILE类型进行组织，即以地球为参照系，采用了 sinusoidal (SIN ， 正 弦 曲 线 投 影 ) 地 球 投 影 系 统 ， 将 全 球 按 照 10° 经 度 * 10° 纬 度 (1200KM*1200KM)的方式分片(如下图)，全球陆地被分割为600多个Tile，并对每一个 Tile赋予了水平编号和垂直编号。左上角的编号为(0，0)右下角的编号为(35，17)。
利用植被在近红外波段(NIR)高反 射和在红波段(Red)高吸收的特点， 经过某种变换，可增强植被信号， 削弱噪音。基于此原理的红光和红 外波段的不同组合统被称为植被指 数。
植被指数有助于增强遥感影像的解 译力，并已作为一种遥感手段广泛 应用于土地利用覆盖探测、植被覆 盖密度评价、作物识别和作物预报 等方面，并在专题制图方面增强了 分类能力。
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。
二、MODIS应用—以陆地产品为例
湖泊水质监测 土地覆盖分类 净初级生产力（NPP)估算 草地估产 自然灾害监测 雪盖监测
二、MODIS应用—湖泊水质监测
湖泊水质遥感监测的主要指标：湖泊水体的光谱特征受到很多水质组 分的影响，其中与光谱成明显相关关系的水质指标有浮游植物、黄色 物质、悬浮物、溶解性有机碳、浑浊度等。
辐射值 经过标定与地理定位的辐射值 地理定位数据集
气溶胶 可降水总量(水汽) 云 大气廓线 栅格化大气产品 云掩膜
一、数据介绍-产品介绍(2/4：陆地)
陆地产品
MOD 09 MOD 11 MOD 12 MOD 13 MOD 14 MOD 15 MOD 16 MOD 17 MOD 43 MOD 44 增补-1来自 二、MODIS应用—洪涝监测
0710上午 0711上午
0710下午 0711下午
二、MODIS应用—雪盖监测
由于雪具有很强的可见光反射和强的短波红外吸收特性，归一化差分 积雪指数(NDSI, Normalized Difference Snow Index)是分辨积雪和许多地表的 有效方法。 NDSI用于识别雪、冰，并能区分雪与大量的积云。 NDSI对大范围的光照条件不敏感，对大气作用可使其局地归一化并且 不依赖于单通道的反射值。
生态环境遥感
第七讲 MODIS介绍评价与应用
刘敏
15921730486 mliu@
主要内容
数据介绍 主要应用 数据使用与数据处理
一、数据介绍-基本情况
MODIS全称Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer， 中分辨率成像光谱仪。
地表反射 陆地表层温度与发射 土地覆盖/土地覆盖变化 栅格化植被指数 热异常、火、生物燃烧 叶面积指数、光和活性分量 蒸腾与蒸散 净光和与初级生产力 地面二向性反射 植被覆盖转化 土壤、森林、草地百分比
一、数据介绍-产品介绍(3/4：冰雪)
冰雪产品 MOD 10 MOD 29
/daac/modis/index.html Snow Cover Sea Ice Cover
MODIS数据特点：
全球免费 光谱范围广：共有36个波段，光谱范围从0.4um-14.4um 数据接收简单 更新频率高：每天最少2次白天和2次黑夜的更新数据
一、数据介绍-基本情况
TERRA卫星发射成功标志着人类对地观测新 的里程的开始。由于TERRA卫星每日地方时 上午10：30时过境，因此也把它称作地球观 测第一颗上午星(EOS－AM1)。
雪盖 海冰
一、数据介绍-产品介绍(4/4：海洋)
海洋产品 MOD 18 MOD 19 MOD 20 MOD 21 MOD 22 MOD 23 MOD 24 MOD 25 MOD 26 MOD 27 MOD 28 MOD 36 MOD 37 MOD 39
/ Normalized Water-leaving Radiance Pigment Concentration Chlorophyll Fluorescence Chlorophyll_a Pigment Concentration Photosynthetically Available Radiation (PAR) Suspended-Solids Concentration Organic Matter Concentration Coccolith Concentration Ocean Water Attenuation Coefficient Ocean Primary Productivity Sea Surface Temperature Total Absorption Coefficient Ocean Aerosol Properties Clear Water Epsilon
归一化离水辐射 色素浓度 叶绿素荧光 叶绿素A浓度 可光和辐射 固体悬浮物浓度 有机物浓度 球石浓度(钙质深海植物) 海水衰减系数 海洋初级生产力 海洋表面温度 总吸收系数 海洋气溶胶特性 纯净水Epsilon系数
一、数据介绍-文件命名与分辨率
MODIS文件名的命名遵循一定的规则，通过文件名，可以获得很多关于此 文件的详细信息。
▪ 比如：文件名MOD09A1.A2006001.h08v05.005.2006012234657.hdf
▪ MOD09A1 –产品缩写
▪ A2006001 – 数据获得时间(A-YYYYDDD) ▪ h08v05 – 分片标示(水平XX，垂直YY) ▪ 005 – 数据集版本号 ▪ 2006012234567 – 产品生产时间(YYYYDDDHHMMSS) ▪ hdf – 数据格式(HDF-EOS)
二、MODIS应用—湖泊水质监测
I. 分析太湖水体实测光谱数据和叶 绿素a质量浓度的相关关系。
II. 对比MODIS波段，找出反演叶 绿素a质量浓度的最佳波段。
III. 对太湖进行分区，应用MODIS 数据建立各分区的估测模型。
太湖
典型特征采样点的光谱曲线
反射率与叶绿素a质量浓度相关分析
二、MODIS应用—土地覆盖分类
植被指数有多种形势:NDVI, RVI, DVI, SAVI,ARVI, EVI…
二、MODIS应用—净初级生产力（NPP）估算
植被净第一性生产力(NPP)：是指绿色植物在单位面积、单位时间 内所累积的有机物数量。NPP作为地表碳循环的重要组成部分，不 仅直接反映了植被群落在自然环境条件下的生产能力，表征陆地 生态系统的质量状况，而且是判定生态系统碳源/汇和调节生态过 程的主要因子，在全球变化及碳平衡中扮演着重要的作用。
一、数据介绍-产品介绍
44种产品，4个专题
大气 产品
陆地 产品
标定 产品
海洋 产品
冰雪 产品
一、数据介绍-产品介绍(1/4：大气)
标定产品 /mcstweb/index.html MOD 01 Level-1A Radiance Counts MOD 02 Level-1B Calibrated Geolocated Radiances MOD 03 Geolocation Data Set 大气产品 / MOD 04 Aerosol Product MOD 05 Total Precipitable Water (Water Vapor) MOD 06 Cloud Product MOD 07 Atmospheric Profiles MOD 08 Gridded Atmospheric Product MOD 35 Cloud Mask
是搭载在卫星上重要的传感器，是卫星上唯一将实时观测数据通过 x波段向全世界直接广播，并可以免费接收数据并无偿使用的星载 仪器
1998年MODIS机载模型器安装到EOS-AM(上午轨道)和PM(下午轨 道)系列卫星上，1999年12月正式向地面发送数据。
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。
时间分辨率：
• 每日产品(daily) • 8天合成产品(8-Day) • 16天合成产品(16-Day) • 月合成产品(Monthly) • 季度产品(Quarterly) • 年产品(Yearly)
二、MODIS应用
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。
二、MODIS应用
NDSI Rband 4 Rband 6 Rband 4 Rband 6
几种典型地物在MODIS图像上的光谱曲线
NDSI 0.4 Rband 2 0.11 Rband 4 0.1
1级产品：对没有经过处理的、完全分辨率的仪器数 据进行重建，数据时间配准，使用辅助数据注解，计 算和增补到0级数据之后为1级数据。
2级产品：在1级数据基础上开发出的、具有相同空间 分辨率和覆盖相同地理区域的数据为2级数据。
3级产品：以统一的时间-空间栅格表达的变量，通常 具有一定的完整性和一致性。在3级水平上，将可以 集中进行科学研究，如：定点时间序列，来自单一技 术的观测方程和通用模型等。
三江平原天然湿地植被NPP总量分布图
三江平原水稻NPP总量空间分布
二、MODIS应用—草地估产
草地作为重要的自然资源和畜牧业的物质载体，对生态环境调节及 社会、经济发展都有重要作用。而草地又具有生态条件脆弱、易受 环境影响的特点，利用卫星遥感技术对草地进行动态监测和估产研 究具有重要意义。
利用草地综合估产 模型，对内蒙古自治 区内各个草地类型 2004年4个草地生长的 关键时期的草产量进 行估测，生成四个草 地生长关键时期的草 产量空间分布图。
/dataproducts.asp； / Surface Reflectance Land Surface Temperature & Emissivity Land Cover/Land Cover Change Gridded Vegetation Indices Thermail Anomalies, Fires & Biomass Burning Leaf Area Index & FPAR Evapotranspiration Net Photosynthesis and Primary Productivity Surface Reflectance BRDF Vegetation Cover Conversion
AQUA卫星保留了TERRA卫星在数据采集时 间上与TERRA形成补充。它也是太阳同步极 轨卫星，每日地方时下午过境，因此称作地 球观测第一颗下午星(EOS－PM1)。
上午星与下午星可能带来的影响： I. 观测对象变化 II. 大气变化 III. 观测几何变化
Terra和Aqua卫星获取的欧非地区地表温度日变化比较 时间：176-177 和 185-190 (06/25-26 & 07/4-9)
Terra白天
Aqua白天
Terra夜晚
Aqua夜晚
K
一、数据介绍-产品分级
按数据产品特征划分：主要产品包括校正数据产品、 陆地数据产品、海洋数据产品和大气数据产品；
按处理级别划分，又可以分为以下5种：
0级产品：卫星地面站直接接收到的、未经处理的、 包括全部数据信息在内的原始数据为0级数据；
叶绿素:常用于估测浮游植物的生产力和生物量，也是反映水体富营养化 程度的一个重要参数。
黄色物质:黄色物质对光谱有很大的影响，且影响生物化学过程，它对可 见光和紫外线有很强的吸收作用。
悬浮物:总悬浮物(TSPM)分为有机悬浮物(SPOM)和无机悬浮物(SPIM)。 SPOM由不同的藻类组成，因此在光谱上可能存在不同；不同的颗粒来源 和粒径在光谱上也存在着差别。