MODIS植被指数数据产品

第三节 MODIS植被指数数据产品参考规范（草）

（讨论和试用稿第一稿2004年9月15日）

（中国科学院地理科学与资源研究所全球变化信息研究中心）

1主题内容与适用范围

1.1主题内容

本标准规定了国家对地观测系统MODIS共享平台植被指数数据产品术语、类型、制作、和验证过程，用以规范我国MODIS植被指数数据产品在产生、保藏、交换和应用中的一致性。

1.2适用范围

本规范适用于国家科技基础条件平台对地观测系统MODIS共享平台植被指数数据产品及与之相关的数据产品在数据源、数据合成、数据质量检验和数据交换过程中的活动规范。

2植被指数类型

MODIS植被指数分为归一化植被指数(NDVI)和增强型植被指数(Enhanced Vegetation Index, EVI)二种类型。

3术语

3.1植被指数：通过地表覆盖物在可见光波谱段的吸收和在近红外波谱段的

反射特性，建立的用于描述植被数量和质量的参数。植被指数没有量纲。

3.2地表反射数据：指经过大气校正的MODIS 1-7 波段数据，即MOD09 产

品。

3.3植被指数合成：在多日植被指数中，按照一定标准和规则，选择其中一

个植被指数的过程。

3.4植被指数合成期：用于实施合成的时间段。以天、旬、月度计算。

3.5BRDF合成：双向反射分布函数。指把传感器视角的观测值，统一为星

下点观测值；同时把不同太阳高度角统一为有代表性的一个角度。

4植被指数数据产品的生产标准

4.1单日植被指数计算：

4.1.1输入数据：输入去云并且经过大气校正的地面反射数据。MODIS

1-7 波段。其中：1－2波段空间分辨率250m，3－7波段空间分

辨率500m。

4.1.2植被指数定义及计算公式：

NDVI ＝（B2-B1）/(B2+B1)

EVI ＝2.5*（B2-B1）/（B2+6*B1–7.5*B3 + 1）

其中：

NDVI：归一化植被指数

EVI：增强型植被指数

B1：MODIS第1波段

B2：MODIS第2波段

B3：MODIS第3波段

4.1.3输出数据：NDVI和EVI，日数据，空间分辨率250米。

4.2植被指数合成规范：

4.2.1合成期：

旬（10天）合成期和月合成期。

4.2.2合成算法使用原则：

MODIS 植被指数的合成是在像元水平上进行的。只能采用以下4

种合成方法中的一种，根据输入数据的质量，按照以下优先序列决

定使用的合成方法。

（1）BRDF 合成：如果合成期内，晴天观测值超过30%，采用BRDF 原理合成。

（2）有限视角内的最大值合成（CV-MVC）：如果合成期内，晴天观测值少于30%，且多于2天，选其中视角最小的2个计算植

被指数，取二者中最大值。

（3）直接计算植被指数：如果只有1天无云，则直接使用这天数据计算的植被指数。

（4）最大值合成（MVC）：如果所有观测全部有云，则取合成期所有植被指数的最大值。

5MODIS植被指数质量保证与验证：

5.1质量保证的定义和范围：业务化运行过程中的标记性数据产品，表达与

预期精度不相符的数据，同时存储对后期处理有用的相关数据和信息。

5.2质量标记方法：

（1）像元层次(Pixel)：根据4.2.4的合成原则，将旬、月度合成期有关数据质量的信息存在一个大小为16bit的波段。合成后的数据是由被选

中像元所对应的所有原始数据组成。其中，1km 分辨率植被指数数据

包括11 个波段：

其中，3和4是根据合成前的各种质量信息的总结，由16 bit 组成。如2中,各bit 表示的质量信息为：

（2）文件层次(Tile)：通过元数据文件描述，可以是定量的（如云覆盖率），或定性的（如，根据检验结果，描述数据整体质量）。

5.3植被指数质量验证方法：

（1）使用较高空间分辨率的遥感数据，或使用实地观测数据，通过对比研究，验证MODIS 植被指数的可靠性。

（2）样地代表性原则：选择样地应该包括多种生态类型。既要有植被覆盖很少的样地，也要有植被覆盖很高的样地，以便检查植被指数在

不同生态类型稳定性和灵敏性。

（3）地面最小面积：样地所在的均一区域，应该为所检验像元的2－3倍以上。如，如果检验空间分辨率250m 的像元，样地所代表的区

域应该在500x500m 以上。

5.4验证指标

（1）定性分类能力：是否能够反映生态系统时间和空间变化。时间指标主要表现为对土地覆盖季节性的表达；空间指标指对土地覆盖空间分异

性的表达。

（2）定量能力：与实地观测生物量的关联程度。

（3）MODIS-NDVI 与A VHRR-NDVI 比较验证：检验MODIS-NDVI是否能够延续A VHRR-NDVI的时间序列。

6参考文献：

[1]Alfredo Huete，Chris Justice，Wim van Leeuwen. 1999.MODIS VEGETATION INDEX

(MOD 13) ALGORITHM THEORETICAL BASIS DOCUMENT，Version 3. （April 30, 1999）.

[2] A. Huete, K. Didan, T. Miura, E.P. Rodriguez, X. Gao, L.G. Ferreira. 2002. Overview of

the radiometric and biophysical performance of the MODIS vegetation indices. Remote Sensing of Environment. 83 (2002) 195–213.

7验证论文

[1]王正兴、刘闯、赵冰茹、刘爱军。利用MODIS增强型植被指数反演草地地上生物

量.兰州大学学报（自然版,EI）(2004年4月15日被录用)。

[2]王正兴、刘闯、赵冰茹。AVHRR 草地分类的潜力和局限：以锡林郭勒草原为例。

自然资源学报，2003年第6期(Vol.18 No.6, )。

[3]王正兴、刘闯、Alfredo HUETE：植被指数研究进展：从AVHRR-NDVI 到

MODIS-EVI，生态学报，2003(5): P979-987(Vol.23 No.5).

[4]王正兴、刘闯、赵冰茹。内蒙古锡林郭勒草地AVHRR光谱特征变化研究。中国草

地，2003（5）：2-8.（Vol.25, No.1）.

[5]赵冰茹、刘闯、王正兴。锡林郭勒草地MODIS植被指数时空变化研究。中国草地，

2004（1）：1-8.（Vol.26, No.1）.

第四节 MODIS数据植被指数标准应用实例

中国草地2003年4期，原稿编号：03083

锡林郭勒草地MODIS植被指数时空变化研究

——以2002年4~10月旬度变化为例

赵冰茹[1]刘闯[1]王晶杰[2]陈文波[1]

[1]中科院地理科学与资源研究所全球变化信息研究中心 [2]内蒙古草原勘测设计院

摘要：利用新一代卫星遥感数据TERRA/MODIS，结合地面调查数据，以内蒙古自治区锡林郭勒盟草地为研究区域，分析草甸草原、典型草原、沙地草原、荒漠草原四种代表性草地植被指数（MODIS-NDVI）的时空变化特征，以2002年4~10月旬度变化为例，较详尽地反映草地在其生长期内各个阶段植被指数的变化，进而反映生长状况；以2002年9月的NDVI合成数据为例，对植被指数分级，分析各个级别NDVI

值域在地理空间上的变化，反映各类草地在空间上的连续性和差异性。

MODIS适当的时空分辨率可以较好地反映草地植被的时空变化特征。MODIS 空间分辨率为250m、500m和1km，其中用于计算NDVI（归一化植被指数）的1、2波段为250m，用于计算EVI（增强型植被指数）的为1、2、3波段最低为500 m，这样的空间分辨率，比以往研究常用的1.1km分辨率的AVHRR[5][6]能更详尽地反映草地的空间差异。MODIS每天上午覆盖一次，时间分辨率足以满足实时反映草