水色遥感应用

海洋遥感应用技术实验指导书

测绘工程学院海洋技术系

2008-2

实验2 海洋水色遥感（应用篇）

--------------应用MODIS监测太湖水体叶绿素a浓度的研究

实验数据：

2003年10月28日 Aqua L1B 250m和500m数据（需要下载）

太湖矢量数据

目的和要求

1．经过前面的练习，大家应该对MODIS数据处理有了一定的认识，对海洋水色也有了一定的了解。通过本实验的联系，能够培养学生应用遥感技术解决实际问题的能力。。

2、本实验的基于“应用MODIS监测太湖水体叶绿素a浓度的研究”一文设计的，需要更加详尽的信息请阅读该文献。

内容

1、下载所需要的MODIS数据

2、采用矢量切图

3、提取叶绿素浓度

数据准备：

下载MODIS数据。我们知道在Terra和Aqua卫星上都搭载有MODIS传感器，在这里我们采用Aqua/MODIS数据。

采用2003年10月28日Aqua L1B数据，在大家自己在NASA网上下载，请同学们将250m和500m 的数据都下载下来。我们从文件的名字就可以看出来，和Terra/MODIS是不同的，一个是以MOD开头，另一个以MYD开头。

1、辐射定标

这一步是很多人在使用ENVI处理MODIS数据是最容易出现问题的地方。通常大部分文献都会类似这样写：

辐射定标的目的是得到像元反射率，计算公式为：R=Scales*(DN Offsets)，

其中Scales为反射率缩放系数，DN为1B数据存储值，Offsets为反射率缩放截

距，R为所求反射率值。

如果不用ENVI直接打开HDF格式的方法打开MODIS L1B数据的话，通常默认是对打开的数据进行了辐射校正，所以不需要再做这一步。

大家可以通过以下步骤进行比较：

主菜单：File→Preferences，进入System Preferences对话框，选择Miscellaneous选项，将Auto-Correct ASTER/MODIS改成No。再用File→Open Image Files方法打开，看看是否和过去的是一样的。

如何比较是不是二者是否相同呢，我们可以通过在Image或者Scroll、Zoom窗口点击右键，Cursor Location/Value，会弹出一个窗口，看其中的Data项是整数还是浮点数。如果为整数，则说明没有进行辐射，反之如果为浮点型，则说明已经经过了辐射定标。

之所以出现这种情况，是因为为了节省存储数据的空间，将数据存成了整型，需要用2个字节。而如果存成浮点型需要4个字节，如果是双精度的话，需要8个字节，会占用很大的空间。大家可以注意一下原始的HDF文件，通常是170M左右，而进行了辐射定标和几何校正以后的文件，通常有600M以上。

2、几何校正和bow-tie校正

为了下面便于做大气校正，请大家对整幅影像进行几何校正和bow-tie校正。由于我们在前面的实验中已经学会了如何使用MODIS Georeference功能，所以在这里不再详细说明。

不过要补充一点的是：几何校正和bow-tie校正其实是两个步骤，但是在ENVI软件放在同一个步骤中，即使如此，还是在设置的过程中可以选择是否进行bow-tie校正。

请大家注意：我们下载了两个数据，都要分别做bow-tie校正。

3、大气校正

为了削弱大气影响，本实验采用基于图像的直方图最小值去除法对MODIS影像进行大气纠正，其基本思想是：假设大气程辐射所导致的反射率增值△r在一幅图像的有限面积内是一个常数。其值的大小只与波段有关，并且近似认为每一波段的反射率最小值r min就是△r。这样，将图像中每个像元的反射率值都减去本波段的r min，就可以粗略去除大气影响。

在ENVI中如何得到最小辐射率值呢？在Image或者Scroll、Zoom窗口点击右键→Quick Stats，会出现Statistics Results窗口，要看整个列表，而不是仅仅看min项。注意看DN和Npts，有时候会发现反射率（DN）尽然会出现负值，Npts是0。请大家认真思考应该如何选择最小值。

4、切图

通过太湖的矢量文件获得太湖的研究区域

打开矢量文件有两种方法：

方法一主菜单：File→Open Vector File

方法二主菜单： Vector→Open Vector File

请注意：我们所给的太湖边界矢量文件是shp格式的，在打开文件窗口需要修改文件类型成Shapefile (*.shp)，进入Import Vector Files Parameters窗口以后，可以按照默认选项进行操作，点击OK进入下一步。请大家好好看看这个对话框中的选项。

进入Available Vector List对话框，选择输入的图层，点击Load Selected，可以显示该矢量。

在Vector Window的窗口，点击File→Export Active Layer to ROIs，进入Select Data File to Association with new ROIs窗口，选择要切图的文件。我们在前面的实验中已经做过了，在这里不再详细介绍。

5、建立模型

根据相关分析结果，选取250m数据的比值组合r2／r作为因子构建基于MODIS的叶绿素a浓度遥感监测模型。通过一元线性回归分析，建立模型如下：

C chl-a=79.386(r2/r1)-16.092 （公式1）

其中C chl-a为叶绿素a浓度值；r1、r2为MODIS 250m分辨率波段1、2的反射率。

由于500m和1000m数据没有与叶绿素a浓度高度相关的因子。因此对这两组数据进行多元回归建模尝试。对500m数据1～7波段与叶绿素a浓度采用Backward法进行多