MODIS数据与产品概况王正兴

1、2021-4-211 第一部分：第一部分：MODIS概况概况 1.1.卫星与传感器：卫星与传感器：Terra-MODIS, Aqua-MODISTerra-MODIS, Aqua-MODIS 2.442.44种产品：按照种产品：按照4 4个专题个专题 3.443.44种产品：按照等级，对应数据格式与处理软件种产品：按照等级，对应数据格式与处理软件 4.4.产品之间的依赖关系产品之间的依赖关系 5.5.各个产品内部的依赖关系各个产品内部的依赖关系 6.6.数据产品质量管理之一：文件层次（版本）。数据产品质量管理之一：文件层次（版本）。 7.7.数据产品质量管理之二：像元层次（数据产品质量管理之二

2、：像元层次（QAQA）。）。 8.8.展望：在更大的系统中理解展望：在更大的系统中理解MODISMODIS数据的作用数据的作用 2021-4-212 1.卫星与传感器：卫星与传感器：Terra-MODIS, Aqua-MODIS （1）两个卫星，相同的传感器，但是可能有跨平台不一致问题）两个卫星，相同的传感器，但是可能有跨平台不一致问题. 发射时间：发射时间：Terra（EOS AM-1） : 1999年年12月月18日；日； Aqua （EOS PM-1） : 2002年年5月月4日；日； 数据时间：滞后（数据时间：滞后（2000-02-24；）；） 设计寿命：设计寿命：5年年 （2）双星（

3、上午与下午）可能带来的影响：）双星（上午与下午）可能带来的影响： 观测对象变化；观测对象变化； 大气变化；大气变化； 观测几何变化观测几何变化 一个例子：同一时间植被指数差极其可能原因一个例子：同一时间植被指数差极其可能原因 （3）相同平台：）相同平台：MODIS与同平台其他传感器的协同与同平台其他传感器的协同 Terra: MODIS, CERES , ASTER， MOPITT，MISR Aqua: MODIS, CERES, AIRS, AMSU-A, AMSR-E, HSB 2021-4-213 标定产品 大气产品 海洋产品 陆地产品冰雪产品 http:/modis.gsfc.nasa

4、.gov/data/dataprod/index.php 2. 44种产品：按照种产品：按照4个专题个专题 2021-4-214 2. 44种产品：按照种产品：按照4个专题个专题（1/4：大气）：大气） 标定产品标定产品 /mcstweb/index.html MOD 01 Level-1A Radiance Counts 辐射值辐射值 MOD 02 Level-1B Calibrated Geolocated Radiances 经过标定与地理定位的辐射经过标定与地理定位的辐射 值值 MOD 03 Geolocation Data Set 地理定

5、位数据集地理定位数据集 大气产品大气产品/ MOD 04 Aerosol Product 气溶胶气溶胶 MOD 05 Total Precipitable Water (Water Vapor) 可降水总量（水汽）可降水总量（水汽） MOD 06 Cloud Product 云云 MOD 07 Atmospheric Profiles 大气廓线大气廓线 MOD 08 Gridded Atmospheric Product 栅格化大气产品栅格化大气产品 MOD 35 Cloud Mask 云掩膜云掩膜 2021-4-215 2. 44

6、种产品：按照种产品：按照4个专题个专题 （2/4：陆地）：陆地） 陆地产品陆地产品 /dataproducts.asp； / MOD 09 Surface Reflectance 地表反射地表反射 MOD 11 Land Surface Temperature & Emissivity 陆地表层温度与发射陆地表层温度与发射 MOD 12 Land Cover/Land Cover Change 土地覆盖土地覆盖/土地覆盖变化土地覆盖变化 MOD 13 Gridded Vegetation I

7、ndices 栅格化植被指数栅格化植被指数 MOD 14 Thermail Anomalies, Fires & Biomass Burning 热异常、火、生物燃烧热异常、火、生物燃烧 MOD 15 Leaf Area Index & FPAR 叶面积指数、光和活性分量叶面积指数、光和活性分量 MOD 16 Evapotranspiration 蒸腾与蒸散蒸腾与蒸散 MOD 17 Net Photosynthesis and Primary Productivity 净光和与初级生产力净光和与初级生产力 MOD 43 Surface Reflectance BRDF地面二向性反射地面二向性反

8、射 MOD 44 Vegetation Cover Conversion 植被覆盖转化植被覆盖转化 增补增补-1土壤、森林、草地百分比土壤、森林、草地百分比 2021-4-216 2. 44种产品：按照种产品：按照4个专题个专题 （3/4：冰雪）：冰雪） 冰雪产品冰雪产品/daac/modis/index.html/daac/modis/index.html MOD 10 MOD 10 Snow Cover Snow Cover 雪盖雪盖 MOD 29 MOD 29 Sea Ice Cover Sea Ice Cover 海冰海冰 2

9、021-4-217 2. 44种产品：按照种产品：按照4个专题个专题 （ 4/4：海洋：海洋 ） 海洋产品海洋产品/ MOD 18 Normalized Water-leaving Radiance归一化离水辐射归一化离水辐射 MOD 19 Pigment Concentration 色素浓度色素浓度 MOD 20 Chlorophyll Fluorescence 叶绿素荧光叶绿素荧光 MOD 21 Chlorophyll_a Pigment Concentration 叶绿素叶绿素A浓度浓度 MOD 22 Photosyntheti

10、cally Available Radiation (PAR) 可光和辐射可光和辐射 MOD 23 Suspended-Solids Concentration固体悬浮物浓度固体悬浮物浓度 MOD 24 Organic Matter Concentration 有机物浓度有机物浓度 MOD 25 Coccolith Concentration 球石浓度（钙质深海植物）球石浓度（钙质深海植物） MOD 26 Ocean Water Attenuation Coefficient 海水衰减系数海水衰减系数 MOD 27 Ocean Primary Productivity 海洋初级生产力海洋初级生

11、产力 MOD 28 Sea Surface Temperature 海洋表面温度海洋表面温度 MOD 36 Total Absorption Coefficient 总吸收系数总吸收系数 MOD 37 Ocean Aerosol Properties 海洋气溶胶特性海洋气溶胶特性 MOD 39 Clear Water Epsilon 纯净水纯净水Epsilon系数系数 2021-4-218 2. 44种产品种产品之一：之一：MOD02 (Level 1 B数据数据) 波段波段波幅（波幅（nm）空间分辨率空间分辨率波段波段波幅（波幅（nm）波幅（波幅（m）空间分辨率空间分辨率 反射反射（星下点，

12、（星下点，m m）反射反射发射发射（星下点，（星下点，m m） 1620-67025018931-9411000 2841-87625019915-9651000 3459-479500203.660-3.8401000 4545-565500213.929-3.9891000 51230-1250500223.929-3.9891000 61628-1652500234.020-4.0801000 72105-2155500244.433-4.4981000 8405-4201000254.482-4.5491000 1000 9438-4481000261360-13901000 1048

13、3-4931000276.535-6.8951000 11526-5361000287.175-7.4751000 12546-5561000298.400-8.7001000 13h662-6721000309.580-9.8801000 13l662-67210003110.780-11.2801000 14h673-68310003211.770-12.2701000 14l673-68310003313.185-13.4851000 15743-75310003413.485-13.7851000 16862-87710003513.785-14.0851000 2021-4-219

14、3. 44种产品：按照等级，对应数据格式与处理软件 数据水平数据水平 (Level, L)(Level, L) 数据格式数据格式数据处理软件数据处理软件 1,2Swath (卫星格式) MODIS Re-projection Tools, Swath (MRT Swath) 2G, 3, 4Grid （地球格式） MODIS Re-projection Tools (MRT) 2021-4-2110 3. 44种产品：数据格式-Swath （以卫星扫描为基础）（以卫星扫描为基础） （1）NASA Swath: 5分钟数据 （2） 国内 Swath：按照轨道， 3-13分钟数据 2021-4-2

15、111 3. 44种产品：数据格式-Grid （落实到特定地球投影）（落实到特定地球投影） （0，0） H26, V4 H V (0,0) 2021-4-2112 1.卫星与传感器：卫星与传感器：Terra-MODIS, Aqua-MODIS 4.产品的依赖关系 2021-4-2113 4.产品的依赖关系：很少有产品是独立生产出来的，前期产品如果存在误差，会很少有产品是独立生产出来的，前期产品如果存在误差，会 传递到后面的产品，这些信息在传递到后面的产品，这些信息在QA中有记录中有记录 植被指数（植被指数（MOD13） 表观反射（表观反射（MOD02， 1B）等 地表反射（地表反射（MOD09

16、）等 气溶胶（气溶胶（MOD04）等 2021-4-2114 5.各个产品内部的依赖关系 MOD09:科学数据集科学数据集 地表反射地表反射TerraAqua 1Surface Reflectance Daily L2G Global 1km and 500mMOD09GAMYD09GA 2Surface Reflectance Daily L2G Global 250mMOD09GQMYD09GQ 3Surface Reflectance Daily L3 Global 0.05Deg CMGMOD09CMGMYD09CMG 4Surface Reflectance 8-Day L3 Glo

17、bal 500mMOD09A1MYD09A1 5Surface Reflectance 8-Day L3 Global 250mMOD09Q1MYD09Q1 6Surface Reflectance Daily L2G Global 500mMOD09GHKMYD09GHK 7Surface Reflectance Daily L2G Global 250mMOD09GQKMYD09GQK 8Surface Reflectance Quality Daily L2G Global 1kmMOD09GSTMYD09GST 2021-4-2115 1.卫星与传感器：卫星与传感器：Terra-MOD

18、IS, Aqua-MODIS 5.各个产品内部的依赖关系 MOD13 科学数据集科学数据集 植被指数植被指数TerraAqua 1Vegetation Indices 16-Day L3 Global 250mMOD13Q1MYD13Q1 2Vegetation Indices 16-Day L3 Global 500mMOD13A1MYD13A1 3Vegetation Indices 16-Day L3 Global 1kmMOD13A2MYD13A2 4Vegetation Indices 16-Day L3 Global 0.05Deg CMGMOD13C1MYD13C1 5Veget

19、ation Indices Monthly L3 Global 1kmMOD13A3MYD13A3 6Vegetation Indices Monthly L3 Global 0.05Deg CMGMOD13C2 MYD13C2 2021-4-2116 5.各个产品内部 的依赖关系： MOD13 2021-4-2117 6.数据产品质量管理之一：文件层次（版本）, 以以MOD13为例为例 。 C004C005 波段波段科学数据集（科学数据集（SDS）科学数据集（科学数据集（SDS）波段波段 1250 m 16 days NDVI250 m 16 days NDVI1 2250 m 16 day

20、s EVI 250 m 16 days EVI 2 3 250 m 16 days NDVI Quality 250m 16 days VI Quality3 4250 m 16 days EVI Quality 5250 m 16 days Red Reflectance250 m 16 days Red Reflectance4 6250 m 16 days NIR Reflectance250 m 16 days NIR Reflectance5 7250 m 16 days Blue Reflectance250 m 16 days Blue Reflectance6 8250 m 1

21、6 days MIR Reflectance250 m 16 days MIR Reflectance7 9250 m 16 days View Zenith Angle 250 m 16 days View Zenith Angle8 10250 m 16 days Solar Zenith Angle 250 m 16 days Solar Zenith Angle9 11 250 m 16 days Relative Azimuth Angle 250 m 16 days Relative Azimuth Angle 10 250m 16 days composite day of th

22、e year11 250m 16 days pixel reliability 12 2021-4-2118 6.数据产品质量管理之一： 不同不同版本版本（MOD13, C5比C4的改进 ） Kamel Didan, Alfredo Huete. MODIS Vegetation Index Product Series Collection 5 Change SummaryM. TBRS Lab.,The University of Arizona. June 29th, 2006 （1）在数据产品的内容与结构方面，在数据波段中，去除了冗余的“EVI-QA”波段，增加个“原始 数据日期”和“

23、像元可靠性”波段。在植被指数质量波段（VI-QA）中，去除了冗余的“合成方法”， 扩展了“水陆标记”的信息内容。全部文件使用内部压缩技术，使总数据量减少为原来的1/4。 （2）、在数据质量方面，对每个像元受云、云边、云影、气溶胶影响程度进行了更详细的评估，保 障污染小的像元进入合成；合成时采用“在不小于max(NDVI) 10%的n个像元中选择视角最小的像 元”，增加了小视角晴天像元被选中的几率，但是同时提示，这只是初步解决方案。对Terra 和Aqua 双星， 采用“半合成期错位”方法，使时间分辨率提高1倍。为解决EVI在冰雪地区不稳定问题，增 加了“增强型植被指数-2”EVI2。 （3）在

24、数据残留问题方面，已经认定内陆水面NDVI异常过高的问题，但是目前尚没有完整的解决方 案。因此，提出需要更可靠的辅助数据，以便进行水面、水边、湿地、水田等地区与植被相关的研究。 2021-4-2119 6.数据产品质量管理之一： MODIS陆地产品更新计划陆地产品更新计划 （Wolfe, 2007） MODIS在C4以后正式发布。 C4以后，版本更新后，并不保障每个版本都有完整的数据。 2021-4-2120 7.数据产品质量管理之二：QA 处理软件处理软件 - LDOPE MODIS Land Data Operational Product Evaluation (LDOPE) Tools

25、 250 m 16 days NDVI Quality: 经过经过 LDOPE 中的中的2个函数个函数 （unpack_sds_bits ；cp_proj_param）； 可以解码为可以解码为9-10个波段（以下为在个波段（以下为在LDOPE基础上自行开发的界面。基础上自行开发的界面。 林昕）。林昕）。 2021-4-2121 7.数据产品质量管理之二：像元层次（QA）， 经过解码后的经过解码后的MOD13 QA Bit No.C4版本：版本：10个波段个波段C5版本：版本：9个波段个波段 0-1(1) 质量总评：质量总评：0-3（MODLAND QA）(1) 质量总评：质量总评：0-3（MO

26、DLAND QA） 2-5(2) 可用性：可用性：0-15（VI usefulness）(2) 可用性：可用性：0-15（VI usefulness） 6-7(3) 气溶胶含量（气溶胶含量（Aerosol）(3) 气溶胶含量（气溶胶含量（Aerosol） 8(4) 是否为云边（是否为云边（Adjacent cloud）(4) 是否为云边（是否为云边（Adjacent cloud） 9(5) 大气二向性校正（大气二向性校正（Atm. BRDF correction(5) 大气二向性校正（大气二向性校正（Atm. BRDF correction 10(6) 是否为混合云（是否为混合云（Mixed

27、cloud）(6) 是否为混合云（是否为混合云（Mixed cloud） 11(7) 陆地陆地/水标记水标记 （Land/water flag） Bit= 1112 (7) 陆地陆地/水标记水标记 （Land/water flag） Bit= 1113 12 13(8) 雪雪/冰（冰（Snow/Ice） 14(9) 云影云影 （Shadow）(8) 雪雪/冰（冰（Snow/Ice） 15(10) 合成方法（合成方法（Composite method）(9) 云影云影 （Shadow） 2021-4-2122 7.数据产品质量管理之二：像元层次（QA） 东北呼伦湖：东北呼伦湖： 水面上的高水面上

28、的高NDVI NDVI 地区，地区， 如果没有数据质量标记，如果没有数据质量标记， 可能错误地理解为可能错误地理解为 水面植被（蓝藻爆发水面植被（蓝藻爆发 ？）？） 2021-4-2123 7.数据产品质量管理之二：像元层次（QA） 20062006年年7 7月月2828日日-8-8月月1212日，日， 第第209-214209-214天合成。天合成。 同期同期 TerraTerra与与 Aqua Aqua NDVI NDVI 差值（绝对值）。差值（绝对值）。 Terra气溶胶分布 Aqua气溶胶分布 2021-4-2124 8.展望：在更大的系统中理解展望：在更大的系统中理解MODIS数据的

29、作用数据的作用 2021-4-2125 8.展望：展望：在更大的系统中理解在更大的系统中理解MODIS数据的作用数据的作用: （1）AVHRR AVHRR-3 波段设置波段设置 波段波段 星下点分辨率星下点分辨率 （km） 波幅波幅(um)典型应用典型应用 11.090.58 - 0.68白天云与地面制图白天云与地面制图 21.090.725 - 1.00水陆边界水陆边界 3A*1.091.58 - 1.64云云-雪检测雪检测 3B1.093.55 - 3.93夜间云制图，海面温度夜间云制图，海面温度 41.0910.30 - 11.30夜间云制图，海面温度夜间云制图，海面温度 51.0911

30、.50 - 12.50海面温度海面温度 卫卫 星星开始日期开始日期 结束日期结束日期 NOAA-7 NOAA-7 1981-07-01 1981-07-01 1985-02-08 1985-02-08 NOAA-9 NOAA-9 1985-02-11 1985-02-11 1988-11-07 1988-11-07 NOAA-11 NOAA-11 1988-11-11 1988-11-11 1994-09-19 1994-09-19 NOAA-9 (NOAA-9 (降轨降轨) ) 1994-09-20 1994-09-20 1995-01-18 1995-01-18 NOAA-14 NOAA-

31、14 1995-01-19 1995-01-19 2000-10-31 2000-10-31 NOAA-16 NOAA-16 2000-11-01 2000-11-01 2003-12-31 2003-12-31 NOAA-17 NOAA-17 2004-01-01 2004-01-01 目前仍在继续目前仍在继续 262021-4-21 MODIS 主要波段位置示意图主要波段位置示意图 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0.3951 0.4158 0.4458 0.4673 0.4873 0.5073 0.5273 0.5473 0.5673 0.5873 0.6059 0.6219 0

32、.6397 0.6597 0.6852 0.71 0.73 0.7505 0.781 0.828 0.924 0.994 1.0485 1.0985 1.1485 1.1985 1.2485 1.2985 1.3485 1.3985 1.4485 1.4985 1.552 1.6195 1.692 1.772 1.865 1.965 2.065 2.165 2.265 2.365 波长（um） 反射率 MODIS-3,blue 0.459-0.479um MODIS-1, red 0.62-0.67um MODIS-2,NIR 0.841-0.876um MODIS-6,MIR 1.628-1

33、.652um AVHRR-2, NIR 0.725-1.10um AVHRR-1 VIS 0.58-0.68um 8.展望展望：（2）MODIS 窄波段的优势（窄波段的优势（NIR避免了水汽吸收中心）避免了水汽吸收中心） 2021-4-2127 8.展望展望：（：（3） VIIRS 基本上参照基本上参照MODIS波段设置波段设置 2021-4-2128 8.展望：展望：在更大的系统中理解在更大的系统中理解MODIS数据的作用数据的作用: VIIRS 波段设置波段设置 2021-4-2129 8.展望：展望：如果如果8km的的AVHRR可以有这样的效果，可以有这样的效果，250m的的MODIS+

34、QA会怎样？会怎样？ （Tucker et el, 2005） 2021-4-2130 8.展望：展望：如果如果8km的的AVHRR可以有这样的效果，可以有这样的效果，250m的的MODIS+QA会怎样？会怎样？ （Tucker et el, 2005） 2021-4-2131 第一部分：小第一部分：小 结：结： （1）你所获取的）你所获取的MODIS数据，是特定卫星（数据，是特定卫星（Terra, Aqua）、特定产品（）、特定产品（44种之一）、种之一）、 特定版本的数据。通常所说的特定版本的数据。通常所说的MODIS一般为一般为1B,只是只是44种产品之一。种产品之一。 （2）按照等级，

35、）按照等级， 44种产品分别采用不同数据格式，需要不同处理软件。种产品分别采用不同数据格式，需要不同处理软件。 （3）各产品之间、各产品内部之间，存在依赖关系。）各产品之间、各产品内部之间，存在依赖关系。 （4）MODIS数据在两个层次管理数据质量：在数据在两个层次管理数据质量：在文件层次是通过版本更新，在像元层次文件层次是通过版本更新，在像元层次 是通过质量标记（是通过质量标记（QA）。充分利用）。充分利用QA是提高应用水平的基础。是提高应用水平的基础。 （5）MODIS 是宏大的对地观测系统的一部分：是宏大的对地观测系统的一部分：AVHRR-MODIS-VIIRS 2021-4-2132

36、相关网站相关网站:国内国内 （1） （2） （3） （4）http:/ 国外国外 (1) / （2）/ （3）http:/T/ 2021-4-2133 第二部分：第二部分： MODIS大气产品介绍大气产品介绍 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 邓芳萍 2021-4-2134 1.卫星与传感器：卫星与传感器：Terra-MODIS, Aqua-MODIS （1）两个卫星，相同的传感器，但是可能有跨平台不一致问题）两个卫星，相同的传感器，但是可能有跨平台不一致问题.

37、 发射时间：发射时间：Terra（EOS AM-1） : 1999年年12月月18日；日； Aqua （EOS PM-1） : 2002年年5月月4日；日； 数据时间：滞后（数据时间：滞后（2000-02-24；）；） 设计寿命：设计寿命：5年年 （2）双星（上午与下午）可能带来的影响：）双星（上午与下午）可能带来的影响： 观测对象变化；观测对象变化； 大气变化；大气变化； 观测几何变化观测几何变化 一个例子：同一时间植被指数差极其可能原因一个例子：同一时间植被指数差极其可能原因 （3）相同平台：）相同平台：MODIS与同平台其他传感器的协同与同平台其他传感器的协同 Terra: MODIS, CERES , ASTER， MOPITT，MISR Aqua: MODIS, CERES, AIRS, AMSU-A, AMSR-E, HSB 2021-4-2135 标定产品 大气产品 海洋产品 陆地产品冰雪产品 /data/dataprod/index.php 2. 44种产品：按照种产品：按照4个专题个专题 2021-4-2136 1.卫星与传感器：卫星与传感器：Terra-MODIS, Aqua-MODIS 5.各个产品内部的依赖关系 MOD1