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1、1,MODIS,Moderate Resolution Imaging Spectradiometer,简介MODIS提供的AOD数据,报告人：学 号：,2,主要内容,一、MODIS概况二、陆地AOD算法 三、MODIS产品介绍四、MODIS产品获取以及修正,3,MODIS概况,EOS（Earth Observation System）卫星是美国地球观测系统计划中一系列卫星的简称。第一颗EOS的上午轨道卫星于1999年12月18日发射升空，发射成功的卫星命名为TERRA，主要目的是观测地球表面。TERRA卫星载有五种对地观测仪器：先进的空间热辐射反射辐射计（ASTER）云和地球辐射能量系统（C
2、ERES）（两个相同的扫描器）多角度成像光谱辐射计（MISR）中分辨率成像光谱仪（MODIS）对流层污染探测装置（MOPITT）,4,EOS卫星,作为这一系列对地观测卫星中有两颗卫星成为该项目中特别引起气溶胶遥感应用的瞩目：TERRA、AQUA。,5,EOS卫星,6,AOD算法简介,上世纪七十年代以来，气溶胶参数遥感的主流算法有四种：单通道和多通道反射率法单通道和多通道对比法多角度反射率法偏正特性遥感法在MODIS中，考虑到业务产品的时效性，采用如下算法对陆地：暗像元法对海洋：多通道反射率法,7,陆地AOD算法,1、基本原理2、确定地表反照率3、确定气溶胶模式4、查找表5、动态气溶胶模式输入6
3、、气溶胶光学厚度查算,8,基本原理,假设卫星观测的目标表面为均匀的朗伯表面，不考虑气体吸收，那么卫星观测的表现反射率为：,等式右端第一项 为大气分子和气溶胶散射发生的反射率，第二项为地表和大气共同发生的反照率。当地表反射率很小时，上述公式中的卫星观测发射率主要取决于大气贡献，即第一项，当地表反照率很大时，取决于第二项。陆地气溶胶光学厚度遥感，首先需要确定地表反射率和气溶胶模型这两个问题。,9,地表反射率确定,陆地上的稠密植被，湿土壤以及水体覆盖区在可见光波段反射率很低，在卫星图像上称为暗像元。观测和模拟的研究结果均表明，在晴空无云的暗像元上空，卫星观测反射率随大气气溶胶光学厚度单调增加，利用这
4、种关系反演AOD的算法，称为暗像元法。暗像元法主要根据植被指数（NDVI）或短波红外通道（2.13m和3.8m）观测值进行暗像元识别，在依据一定的关系假定这些暗像元在可见光红蓝通道的地表反射率，以此来反演气溶胶光学厚度。该方法基于表观反射率的大气贡献项，即利用卫星观测的路径辐射反演气溶胶光学厚度。,10,地表反射率确定,具体暗像元的确定和红蓝通道地表反射率计算公式如下：对于10*10个星下点分辨率为1.1km以及数目更高的500m和250m分辨率的像元组成的网格区域，在中红外波段表观反射率*1 小于一个阈值（th1）的暗像元数目N1 根据以下优先级标准确定：第一优先级：0.01*2.130.0
5、5的N2.13（*0.47=*2.13/4，*0.66=*2.13/2）第二优先级：*3.80.025的N3.8（*0.47=0.01，*0.659=0.02）第三优先级：0.01*2.130.10的N2.13（*0.47=*2.13/4，*0.659=*2.13/2）第四优先级：0.01*2.130.15的N2.13（*0.47=*2.13/4，*0.659=*2.13/2）这些标准只用在不包括水体、云、冰和雪的陆面。,11,确定气溶胶模式,反演过程中采用动态气溶胶模式输入方式实现对气溶胶类型的准确描述,12,查找表,针对MODIS光谱通道计算卫星观测辐射，分别生成各种模式的查找表。查找表参
6、数设置如下：对每种模式考虑几个气溶胶总含量值，由0.55m波长的光学厚度描述。太阳天顶角 卫星天顶角 由太阳方位角和卫星方位角确定的方位角地表反射率,13,动态气溶胶模式输入,气溶胶光学厚度初次估算首先利用大陆模式从红蓝通道的*i 和*j 推算气溶胶光学厚度，在反演过程中，利用有大陆模式生成的查算表计算气溶胶光学厚度，该查找表在地表朗伯反射率和作为光学厚度，观测和照射几何函数的观测辐射之间建立关系。在10*10km的网格区域上的气溶胶反演中使用*i 和*j 值是选定的暗像元中最低的10-40%部分的平均值,14,动态气溶胶模式输入,气溶胶模型确定假定在决定气溶胶多次散射时，气溶胶模式仅仅处于次
7、要位置，在多次散射中相函数细节被剔除，用大陆气溶胶模式参数从MODIS观测辐射计算气溶胶单次散射辐射Lp,可以表明：,对red0.15初次采用大陆模式估算Lp-red/Lp-blueTh1()时，应使用沙尘模式。初次采用大陆模式估算Lp-red/Lp-blue Th2()时，应使用非沙尘模式。,15,动态气溶胶模式输入,气溶胶模型确定如果比值在两个阈值Th1()，Th2(）之间，对模式进行线性内插。这样的差值会产生一个包括由烟尘或工业造成的累积模式和由土壤沙尘组成粗模式组合成的大陆模式。作为散射角的函数阈值是根据理论计算两条路径辐射的比值得出，具体如下：对40150 Th1()=0.90，Th
8、2()=0.72对150168 Th1()=0.90-0.01（-150），Th2()=0.72,红通道和蓝通的气溶胶单次散射路径辐射之间比值随散射角变化,16,动态气溶胶模式输入,气溶胶模型确定对于非沙漠模式情况，烟尘和工业/城市气溶胶的区分是以地理位置和季节作划分，按纬度和经度带分类：工业/城市气溶胶北美和欧洲：（100W-50E；30N-70N）东南亚：（105E-150E；15N-45N）中美洲和非洲（5-11月）：（100W-50E；赤道-30N）南美和非洲（12-4月）：（100W-50E；65S-赤道）烟尘中美洲和非洲（12-4月）：（100W-50E；赤道-30N）南美和非洲（
9、5-12月）：（100W-50E；65S-赤道）世界其他地区,17,气溶胶光学厚度查算,一旦气溶胶模型确定，就可以订正光学厚度red和blue在新确定的气溶胶模式和以前使用的大陆模式之间的差异。由此推得从利用大陆模式计算你的光学厚度cont到在新模式的光学厚度值new的转换关系：,至此，实现了陆地气溶胶光学厚度的反演。特别注意的是：上式的建立依据如下假定：相函数和单次散射反照率中的差异不会影响多次散射，但会影响单次散射辐射。但是，在光学厚度很高的时候，多次散射更重要，可以预计单次散射反照率中的误差会非常大，气溶胶光学厚度反演结果的误差也会更大。,18,MODIS数据的应用,44种标定产品,大气
10、产品,陆地产品,冰雪产品,海洋产品,19,大气产品云顶气压,20,MODIS数据的获取,通过MODIS数据接收地面站直接获取。国家MODIS 共享平台设计了四个不同地理位置数据汇集系统，包括：北京、乌鲁木齐、拉萨和三亚。通过计算机网络获取网址为 http:/modis.gsfc.nasa.gov 通过建立通讯卫星数据广播接收站获取,21,MODIS产品处理流程,22,MODIS 1B 数据“蝴蝶结”现象,MODIS 图像在其扫描线宽度方向由扫描条带组成，条带宽度为10（1 000 米分辨率）、20（500 米分辨率）和40 个象素（250米分辨 率），所以地球的球面特性会导致扫描带两端产生数据
11、的重叠现象，将 扫描带组成遥感图像后即形成所谓的“蝴蝶结”效应（bowtie 现象）。,23,以1公里分辨率为例，每条扫描线1354个象素，其象素尺寸在星下点为1*1公里，而随着扫描角的增大和地球曲率的影响象素尺寸逐渐增大，当扫描角为55度，其象素尺寸变为沿扫描方向4.83公里、沿轨道方向2.01公里的大小，象素尺寸随扫描角的变化规律如如上图所示。这种象素尺寸的几何形变造成两个现象：一是边沿象素对象区域的重叠现象，而且越靠近边沿，象素重叠现象越严重；二是沿扫描方向图象的压缩失真。,“蝴蝶结”现象,24,如下图所示，Bowtie现象在星下点处不存在，随着扫描角度的变大bowtie现象逐渐加重，在
12、边缘处达到最大值。Bowtie现象如果不预先处理，则MODIS数据就难以直接使用。,MODIS 数据的“蝴蝶结”效应随扫描角变化规律,“蝴蝶结”现象,25,蝴蝶结的处理,Bowtie处理算法有“星历表法”和“非星历表法”两种。“星历表法”是根据卫星的星历表生成标准地理网格，将数据按照其地理坐标投影到该网格上来进行匹配，在地理定标的同时消除bowtie现象。International MODIS/AIRS Processing Package(IMAPP)和NASA GSFC MODIS Level 1均使用的这种方法。Terra卫星的星历表由TDRSS 星上导航系统（TDRSS Onboard Navigation System，TONS）生成，随着科学数据流的第二类工程组包广播到地面站。Aqua卫星没有星上导航系统，故星历表需要通过地面控制站上传到卫星然后再下传给其他地面站，或者使用估计的星历表（精确的星历表在几个小时的延迟之后才可能获得）。,26,谢谢！,
