MODIS数据介绍、下载及处理.docx

MODIS产品介绍及下载流程1. 数据获取1）MODIS 发射背景及综述为了加强对地球大气、海洋和陆地的综合观测研究，美国国家宇航局（NASA）于1991年发起了一个综合性项目，称为地球科学事业（ESE），其主要目的是通过卫星及其它工具对地球进行更深入的研究。ESE包括三个主要部分：一是地球观测卫星系列（EOS）；二是先进的数据系统（EOSDIS）；三是进行资料分析研究的科学队伍。重点观测研究领域包括水与能量循环、海洋、大气化学、陆地表层系统、水和生态系统过程、冰川和极地冰盖以及固体地球。EOS将在近地轨道提供至少18年系统连续的卫星观测数据用于定量研究地球系统的变化。Terra作为EOS观测计划中的第一颗卫星，在美国（国家宇航局）、日本（国际贸易与工业厅）、加拿大（空间局、多伦多大学）的共同合作下于1999年12月18日成功发射，Terra的字源是拉丁语“地球、土地”，由于Terra卫星每天上午从北向南通过赤道，因此又被称为地球观测第一颗上午星（EOS-AM1）。NASA的EOS第二颗星命名为Aqua,是美国、巴西和日本共同合作研制的，其拉丁语意为“水”，于2002年5月4日发射成功，为了与Terra卫星在数据采集时间上相互配合，Aqua卫星每天下午从南向北通过赤道，因此被称为地球观测第一颗下午星（EOS-PM1）。两颗星均为太阳同步极轨卫星。此外，美国对地观测系统计划还将陆续发射用于不同观测内容的卫星系列，如以观测大气化学成分为主的AULA卫星（EOS-CHEM）、以观测冰雪、云层和地面高程为主的ICESAT卫星、以观测太阳辐射及其对气候影响为主的SORCE卫星和以观测陆地为主的LANDSAT-7卫星（1999年已发射成功）等。中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer) -MODIS是Terra和Aqua卫星上搭载的主要传感器之一，两颗星相互配合每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，这些数据将有助于我们深入理解全球陆地、海洋和低层大气内的动态变化过程，因此，MODIS在发展有效的、全球性的用于预测全球变化的地球系统相互作用模型中起着重要的作用，其精确的预测将有助于决策者制定与环境保护相关的重大决策。MODIS自2000年4月开始正式发布数据，NASA对MODIS数据以广播X波段向全球免费发送，我国目前已建立了数个接收站并分别于2001年3月前后开始接收数据。由于NASA对MODIS数据实行这种全球免费接收的政策，使得MODIS数据的获取十分廉价和方便。为了建立资料处理模式和算法研究，并指导对MODIS数据资料的科学探讨和应用，ESE计划专门组建了MODIS资料处理和应用的国际研究队伍，分别由来自美国、澳大利亚和法国等国家的科学家组成，MODIS科学家研究队伍分为4个学科组，分别是大气、陆地、海洋和定标组。定标组主要是为MODIS资料的定量应用而开展的标定研究，并且监测MODIS仪器状态，确定观测数据的精确性和有效性。Terra 卫星的成功发射是人类对地球观测历史上的一个重要里程碑，标志着人类对地球的观测研究正在进入全面综合的新时期。人类首次实现了在单一的空间平台上同时综合监测太阳辐射、大气、海洋和地球陆地。MODIS将在以下几方面的全球变化观测研究中发挥重要作用：1、土地覆被变化和全球生产力研究-包括区域土地覆被的变化趋势和变化模式、生物多样性以及全球初级生产力2、季节到年际气候预测-提高瞬时短期气候异常变化的时间和空间预报准确性 3、自然灾害-包括火灾、火山、洪涝和干旱等灾害的特征以及减灾研究， 长期气候变化-决定长期气候变化及其趋势的机理和因素以及人类活动的影响研究4、大气臭氧-监测大气臭氧的变化、诱因及其影响可见，美国新一代地球观测系统的发展模式已构成了“数据获取数据共享数据应用研究”的基本框架，其中数据应用研究是解决全球环境变化问题的基本出发点，因此，加深对数据的应用研究十分重要。2）MODIS技术指标MODIS拥有2330 km 的视场宽度并且1-2天可覆盖地球表面一次，其探测器在0.405-14.385 祄（xie，微米）范围内以36个波段进行探测。轨道： 705KM,10:30A.M.降交点(TERRA)，1:30P.M.升交点(AQUA),太阳同步,近极轨,圆形扫描速率： 20.3 rpm, 垂直轨道带宽： 2330 km (垂轨) X 10 km (星下点顺轨) 望远镜： 直径17.78 cm 大小： 1.0 x 1.6 x 1.0 m 重量 228.7 kg 功耗： 162.5 W (单轨平均)数据率： 10.6 Mbps (日最大); 6.1 Mbps (轨道平均)量化级数： 12 bits 空间分辨率： 250 m (1-2波段)；500 m (3-7波段)；1000 m (8-36波段)设计寿命： 6 年其产品的分辨率包括四类: 250m, 500m, 1000m, 以及5600m (0.05度)。大多数标准MODIS产品使用的时正弦投影，在赤道处是10 10的格网，行代号由左上角(0, 0)起始，到右下角(35, 17) (图一).图一3）波段设置及设计目标（应用领域）波段光谱范围nm分辨率光谱范围QUOTEm主要应用领域反射光谱发射光谱1620670250植物叶绿素吸收2841876250云和植物、土地覆盖3459479500土壤、植被差异4545565500绿色植物512301250500叶子、灌层差异616281652500土地和雪特征721052155500土地和云特征84054201000海洋水色浮游生物94384481000104834931000115265361000125465561000海洋水色、沉积物13h6626721000沉积物、大气13l662672100014h6736831000叶绿素、荧光14l6736831000157437531000气溶胶特征168628771000气溶胶、大气特征178909201000云、大气特征1893194110001991596510002010003.6603.840海面温度2110003.9293.989林火、火山2210003.9293.989云、表面温度2310004.0204.0802410004.4334.498大气温度、云2510004.4824.54926136013901000卷云、气溶胶2710006.5356.895中层大气湿度2810007.1757.475顶层大气湿度2910008.4008.700表面温度3010009.5809.880臭氧31100010.78011.280云、表面温度32100011.77012.270云顶高度、表面温度33100013.18513.485云顶高度34100013.48513.78535100013.78514.08536100014.08514.3852. 数据产品1） MODIS产品命名规则MOD01.A2002032.1015.003.2002034184356.hdfaaaaa. bbbbccc. dddd.eee. fffffffffffff. ggga) MODIS product short name, e.g. MOD01 refers to the MODIS Level 1A Radiance product. Terra MODIS products are abbreviated MOD, Aqua MODIS products are abbreviated MYD and combined Terra and Aqua MODIS products are abbreviated MCD.b) Year in which data was collected by the instrument, e.g. 2002.c) Day on which data was collected by the instrument, given in Day of Year. For example, 032 is February 1st, i.e. the 32nd day of the year.d) Time at which data was collected, given in Universal Time Coordinate (UTC) or Greenwich Mean Time (GMT).e) Collection (version) number.f) Production date and time, given in year, day-of-year, hours, minutes, and seconds, in the form yyyydddhhmmss.g) File type extension, e.g. hdf is Hierarchical Data Format. All MODIS data are available in HDF format.2） 产品分级MODIS数据产品分级系统：MODIS标准数据产品分级系统由5级数据构成，它们分别是：0级、1级、2级、3级和4级。0级数据：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。1级数据：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。L1B产品：经过辐射校正后的标准数据产品2级数据：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级数据：3级数据是以统一的时间-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。4级数据：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。 3） 标准数据产品类型MODIS标准数据产品根据内容的不同分为0级、1级数据产品，在1B级数据产品之后，划分24级数据产品，包括：陆地标准数据产品、大气标准数据产品和海洋标准数据产品等三种主要标准数据产品类型，总计分解为44种标准数据产品类型。它们分别是： MOD01 即 MODIS1A 数据产品。 MOD02 即 MODIS1B 数据产品。 MOD03 即 MODIS 数据地理定位文件。 大气产品MOD04 大气 2 、 3 级标准数据产品，内容为气溶胶产品， Lambert 投影空间分辨率 1 公里，地理坐标 30 秒空间分辨率，每日数据为 2 级数据产品，每旬、每月数据合成为 3 级数据产品。 MOD05 可降水量，2 级大气产品。MOD06 大气 2 、 3 级标准数据产品，内容为云产品， Lambert 投影空间分辨率 1 公里，地理坐标 30 秒空间分辨率，每日数据为 2 级数据产品，每旬、每月数据合成为 3 级数据产品。 MOD07 大气 2 、 3 级标准数据产品，内容为大气剖面数据， Lambert 投影空间分辨率 1 公里，地理坐标 30 秒空间分辨率，每日数据为 2 级数据产品，每旬、每月数据合成为 3 级数据产品。 MOD08 大气 3 级标准数据产品，内容为栅格大气产品， 1 公里空间分辨率。每日、每旬、每月合成数据。 陆地产品MOD09 陆地 2 级标准数据产品，内容为表面反射；空间分辨率 250m；白天每日数据。 MOD10 陆地 2 、 3 级标准数据产品，内容为雪覆盖，每日数据为 2 级数据，空间分辨率 500 米，旬、月数据合成为 3 级数据，空间分辨率 500 米。 MOD11 陆地 2 、 3 级标准数据产品，内容为地表温度和辐射率， Lambert 投影，空间分辨率 1 公里，地理坐标为 30 秒，每日数据为 2 级数据，每旬、每月数据合成为 3 级数据。 MOD12 陆地 3 级标准数据产品，内容为土地覆盖 / 土地覆盖变化， 1km ， 1/4o ，季节的，生物地球化学循环，土地覆盖变化， 3 级数据产品。 ShortnamePlatformMODIS ProductRaster TypeRes (m)Temporal GranularityMCD12Q1CombinedLand Cover TypeTile500mYearlyMOD12Q2TerraLand Cover DynamicsTile1000 mYearlyMCD12Q2CombinedLand Cover DynamicsTile500 mYearlyMCD12C1CombinedLand Cover TypeCMG5600mYearly注：CMG=Climate Modeling GridMOD13 陆地 3 级标准数据产品，内容为栅格的归一化植被指数和增强型植被指数（ NDVI/EVI ），空间分辨率 250m 。MOD14 陆地 2 级标准数据产品，内容为热异常 - 火灾和生物量燃烧，空间分辨率 1km ，确定火灾发生的位置、火灾等级以及暗火与燃烧比。 MOD15 陆地 3 级标准数据产品，内容为叶面积指数（LAI）和光合有效辐射，空间分辨率 1km ，每天的及旬、月合成产品。 ShortnamePlatformMODIS ProductRaster TypeRes (m)Temporal GranularityMCD15A2CombinedLeaf Area Index - FPARTile1000m8 DayMOD15A2TerraLeaf Area Index - FPARTile1000m8 DayMYD15A2AquaLeaf Area Index - FPARTile1000m8 DayMCD15A3CombinedLeaf Area Index - FPARTile1000m4 DayMOD16 陆地 4 级标准数据产品，内容为蒸腾作用，空间分辨率 1km ，旬、月合成产品。 MOD17 陆地 4 级标准数据产品，内容为植被产品， G/NPP ，空间分辨率为 250 米， 1 公里，旬、月度频率。 ShortnamePlatformMODIS ProductRaster TypeRes (m)Temporal GranularityMOD17A3TerraGross Primary ProductivityTile1000mYearlyMOD17A2TerraGross Primary ProductivityTile1000m8 DayMYD17A2AquaGross Primary ProductivityTile1000m8 DayGPP (gross primary productivity) 总初级生产力. 单位时间内生物通过光合作用途径所固定的光合产物量或有机碳总量,又称总第一性生产力或总生态系统生产力(GEP),是生态系统C循环的基础.NPP (net primary productivity)净初级生产力. 植物光合作用所固定的光合产物中扣除植物自身的呼吸消耗部分,也称第一性生产力NPP=GPP-植物自养呼吸海洋产品MOD18 海洋 2 、 3 级标准数据产品，内容为标准的水面辐射，全球洋面，空间分辨率 1km ，日、旬、月，海洋叶绿素。 MOD19 海洋 2 、 3 级标准数据产品，内容为色素浓度，全球洋面，空间分辨率 1km ，日、旬、月度数据。 MOD20 海洋 2 、 3 级标准数据产品，内容为叶绿素荧光性，全球洋面，空间分辨率 1km ，叶绿素水平大于 2.0mg/m3 ，日、旬、月度数据。 MOD21 海洋 2 级标准数据产品，内容为叶绿素 - 色素浓度，空间分辨率 1km ，日、旬、月度数据。 MOD22 海洋 2 、 3 级标准数据产品，内容为光合可利用辐射（ PAR ），全球洋面， 1km ，日、旬、月度数据。 MOD23 海洋 3 级标准数据产品，内容为悬浮物浓度。 MOD24 海洋 3 级标准数据产品，内容为有机质浓度。 MOD25 海洋 2 、 3 级标准数据产品，内容为球石浓度，全球洋面，空间分辨率 1km 、 20km ，日、旬、月度数据。 MOD26 海洋 3 级标准数据产品，内容为海洋水衰减系数。 MOD27 海洋 2 、 3 级标准数据产品，内容为海洋初级生产力，全球洋面，空间分辨率 1km ，日、旬、月度数据。 MOD28 海洋 2 、 3 级标准数据产品，内容为海面温度，全球洋面，空间分辨率 1km ，每天的，每周的 / 昼夜的，能量和水平衡，气候变化模型。 MOD29 海洋 2 级标准数据产品，内容为海冰覆盖，海洋， 1 公里分辨率，日、旬数据。 MOD30 （未定） MOD31 海洋 2 、 3 级标准数据产品，内容为藻红蛋白浓度， 1 公里分辨率，日、旬、月度数据。 MOD32 海洋 2 级标准数据产品，内容为处理框架和匹配的数据库， 1 公里分辨率，日、旬、月度数据，用于海洋叶绿素、海洋生产力计算。 补充数据MOD33 陆地 3 级标准数据产品，内容为雪覆盖，空间分辨率 500 米，日、旬、月度数据。 MOD34 （未定） MOD35 大气 2 级标准数据产品，内容为云掩膜，空间分辨率为 250m 和 1 公里，日数据。 MOD36 海洋 3 级标准数据产品，内容为总吸收系数，空间分辨率为 1 公里，日、旬、月度数据。 MOD37 海洋 2 、 3 级标准数据产品，内容为海洋气溶胶特性，空间分辨率 1km ，日、旬、月度数据。 MOD38 （未定） MOD39 海洋 2 、 3 级标准数据产品，内容为纯水势，空间分辨率 1km ，日、旬、月度数据。 MOD40 陆地 3 级标准数据产品，内容为栅格的热异常，空间分辨率 1 公里，日、旬、月度数据。 MOD41 （未定） MOD42 海洋 3 级标准数据产品，内容为海冰覆盖，空间分辨率 1 公里，日、旬、月度数据。 MOD43 陆地 3 级标准数据产品，内容为表面反射， BRDF/Albedo 参数，空间分辨率 1 公里，日、旬、月度数据。 MOD44 陆地 3 级标准数据产品，内容为植被覆盖转换， 250m ，季度、年度，判定植被覆盖转换的发生和类型3. 数据下载1） MODIS 1B数据下载L1B数据下载地址：/data/search.html打开网页，选中需要的数据源类型。注意：其中，MOD03数据是用于对1KM,QKM,HKM数据进行几何纠正所用。别忘记下载。日期类型为：月/日/年 时:分:秒其中，网页中显示的时间为UTC时间，换算为北京时间为：UTC时间=北京时间-8小时。因此，要获得1月16日的数据则范围为：01/15/2003/ 16:00:0001/16/2003/ 16:00:00。流程：在spatial selection 选项中选择“latitude/longtitude”，按经纬度形式选择影像范围。 点击search查到需要的数据。勾选需要的数据，点击order files now， 输入你接收信息的邮箱，点order开始订购该数据。如果要搜索多天数据，可以选add files to shopping cart继续搜索其他日期的数据。 所订购数据的存放位置信息： 点击Data-Track Orders 可以查看所有已订购的数据的状态。 如果state显示avalable即可开始下载。使用FTP下载软件下载如FTPCUTE，首先新建站点： ftp:，username: anonymous，password: （自己申请数据的邮箱）。点击连接。则在右边的框中会显示所有数据，找到自己数据所在的文件夹，并拖到左边的框中，开始下载数据。2） MODIS 土地覆盖分类数据下载网址：:22000/WebAccess/drill?attrib=home&next=group数据选取指标：Your Order ID is 139123） MODIS LAI数据下载网址：:22000/WebAccess/drill?attrib=home&next=group详细网址：:22000/WebAccess/granule?maxCCP=50&spatial=llbox(34.9,111.9,42.74,119.95)&daynight=D&endDate=2010-12-31&scienceqa=parameterName=MCD15A2%2BscienceQualityFlag=Inferred%20Passed&group=MOTA&esdt=MCD15A2.5&beginDate=2010-01-01&minCCP=0&action=addAll&display=Date&chunkSize=10&chunk=1&qaPanel=1&cloudPanel=1数据选取指标：Your Order ID is 139124） MODIS NPP数据下载网址：:22000/WebAccess/drill?attrib=home&next=group数据选取指标：Your Order ID is 139135） MODIS 地表温度 数据下载网址：:22000/WebAccess/drill?attrib=home&next=groupMOD11A2.5MODIS/Terra Land Surface Temperature/Emissivity 8-Day L3 Global 1km SIN Grid4. 数据查看、处理软件A、 数据格式-HDFHDF（Hierarchical Data Format）最初是1987年美国国家高级计算应用中心（National Center for Supercomputing Applications NCSA） 研制的一种用于存储科学数据的物理文件格式，主要作为一种在不同计算机平台之间写入、操作、显示和分析数据的工具。HDF的最低层是用于存储科学数据的物理文件格式，最顶层是以操作、显示和分析HDF文件的工具和应用程序集，中间层则是一些提供高级APIs和低级数据界面的软件库。HDF的主要任务是发展、提升、配置和支持开放自由的促进科学数据交换、获取、分析、归档和发现的技术。HDF项目包括科学数据管理的软件和数据文件格式的开发和支撑，软件包括用于科学数据分析、可视化和转换的I/O库和工具。目前共有两种HDF格式：HDF（HDF4.x及其以前的版本）和HDF5，两种格式完全不同且不兼容。目前使用HDF的科学项目包括NASA的HDF-EOS项目、DOE的高级模拟和计算项目。HDF采用层次数据结构方式管理科学数据，通过总体目录结构实现不同平台间的数据共享，具有自述性、通用性、灵活性、独立性和可扩展性等特点。HDF有6种主要的数据类型：栅格图像、调色板、科学数据库、注释、Vdata 和Vgroup。在树目录结构中每个HDF数据对象用不同的图标表示并予以识别，如SDS 科学数据库中共7种数据集：一维数据集、二维数据集、三维数据集、属性数据、数字属性、预定义属性、预定义数字属性。B、 MODIS explorer其下载地址： /software/HDFExplorer/ 或： / ，该软件可以方便查看HDF格式的MODIS元数据或信息。C、 MODIS swath tool也可用NASA网站提供的modis swath tool 对HDF格式的1B数据进行几何精纠正