MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)


1. Краткая характеристика радиометра MODIS
2. Основные характеристики и область применения данных MODIS
3. Основные сведения о стандартных продуктах MODIS
4. Базовые продукты
5. Тематические продукты для научных исследований

Краткая характеристика радиометра MODIS

Радиометр MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)  является одним из ключевых съемочных приборов, установленных на борту американских спутников TERRA (на орбите с 1999 г.) и  AQUA  (на орбите с 2002 г), осуществляющих исследования Земли из космоса по программе EOS (Earth Observing System) национального аэрокосмического агентства (NASA) США .

MODIS относится к гиперспектральным радиометрам. Съемка выполняется в полосе 2330 километров одновременно в 36 спектральных зонах видимого, ближнего, среднего и теплового инфракрасного диапазонов с пространственным разрешением 250, 500 и 1000 метров и радиометрическим разрешением – 12-бит на канал.

Основные характеристики и область применения данных MODIS

Основной предмет изучения № спектрального канала Пространственное разрешение, м Спектральный диапазоны,мкм
Границы суши, облачности, аэрозолей 1 250 0.620 – 0.670
2 250 0.841 – 0.876
Свойства объектов суши, облаков и аэрозолей 3 500 0.459 – 0.479
4 500 0.545 – 0.565
5 500 1.230 – 1.250
6 500 1.628 – 1.652
7 500 2.105 – 2.155
Цвет океанической воды, содержание фитопланктона, биогеохимические характеристики 8 1000 0.405 – 0.420
9 1000 0.438 – 0.448
10 1000 0.483 – 0.493
11 1000 0.526 – 0.536
12 1000 0.546 – 0.556
13 1000 0.662 – 0.672
14 1000 0.673 – 0.683
15 1000 0.743 – 0.753
16 1000 0.862 – 0.877
Водяной пар в атмосфере 17 1000 0.890 – 0.920
18 1000 0.931 – 0.941
19 1000 0.915 – 0.965
Температура земной поверхности и облаков 20 1000 3.660 – 3.840
21 1000 3.929 – 3.989
22 1000 3.929 – 3.989
23 1000 4.020 – 4.080
Температура атмосферы 24 1000 4.433 – 4.498
25 1000 4.482 – 4.549
Водяной пар в атмосфере 26 1000 1.360 – 1.390
27 1000 6.535 – 6.895
28 1000 7.175 – 7.475
Свойства облаков 29 1000 8.400 – 8.700
Озоновый слой 30 1000 9.580 – 9.880
Температура земной поверхности и облаков 31 1000 10.780 – 11.280
32 1000 11.770 – 12.270
Верхняя граница облаков 33 1000 13.185 – 13.485
34 1000 13.485 – 13.785
35 1000 13.785 – 14.085
36 1000 14.085 – 14.385

По замыслу NASA радиометр MODIS должен обеспечить пользователей данными нового поколения. MODIS является «наследником» радиометра AVHRR спутников NOAA, но у него значительно улучшены не только радиометрическое, спектральное и пространственное разрешение, но и взаимная геометрическая привязка спектральных каналов (0.1 пиксел и лучше), абсолютная радиометрическая калибровка (5% и лучше – для 20 спектральных каналов оптического диапазона (reflective band) и 1% и лучше – для 16 каналов теплового диапазона (emissive band)). Такие высокие стандарты калибровки обусловлены современными требованиями NASA к осуществлению исследований Земли из космоса.

Радиометр MODIS позволяет осуществлять ежедневный оперативный мониторинг территорий, при этом периодичность наблюдения зависит от ее размеров и географического положения, а также количества используемых спутников.

Периодичность наблюдения отдельной территории (например, субъекта РФ) при съемке одним спутником составляет от 1–2 раз для южных и центральных (по широте) районов России до 2–3 раз для северных районов – в дневное время и столько же раз ночью. При съемке двумя спутниками частота наблюдений удвоится – от 4 до 12 раз в сутки (в зависимости от географического положения территории). Съемка всей территории России двумя спутниками может осуществляться 1–2 раза днем и столько же раз ночью.

Основные сведения о стандартных продуктах MODIS

Для практического использования данных MODIS разработаны и регулярно совершенствуются алгоритмы обработки первичных данных радиометра, существует 44 стандартных информационных продукта. Краткое описание продуктов и алгоритмов их получения приводится ниже, подробное – в базовой технической документации (Algorithm Theoretical Basis Documents (ATBDs)

Стандартные продукты MODIS подразделяются по уровням обработки. При формировании стандартных продуктов MODIS выделяется 3 основных этапа:

– формирование базовых продуктов уровней обработки от Level 0 до Level 1 B;
– формирование тематических продуктов для научных исследований;
– формирование конечных продуктов для широкого круга пользователей.

Базовые продукты

Продукты уровня Level0 (файлы PDS) – первичные данные MODIS. Поток данных записан так, как он формируется радиометром на борту спутника.

Продукты уровня Level1A (продукт MOD01) представляют собой результат распаковки данных формата Level 0 в иерархический формат данных HDF. Данные в файлах MOD01 не подвергнуты никакой обработке по сравнению с PDS. При распаковке из одного файла Level 0 PDS формируется один файл MOD01.

Продукты уровня Level1B – результат калибровки данных MODIS. При преобразовании из уровня 1А в уровень 1B данные разного пространственного разрешения разделяются на 4 файла:
– MOD021KM (данные всех 36 каналов, приведенные к разрешению 1 км),
– MOD02HKM (данные с 1 по 7 канал, приведенные к разрешению 500 м),
– MOD02QKM (данные 1 и 2 каналов с разрешением 250 м),
– MOD02OBC (бортовые калибровочные данные)

Для калибровки данных MODIS, а также формирования тематических информационных продуктов
используется дополнительная информация, приведена в таблице:

Имя файла Комментарий
leapsec.dat Файл поправок времени
GEO_parameters.dat Геометрические параметры аппаратуры MODIS, используемые при расчете географической привязки
utcpole.dat Параметры движения Земли
de2000.eos Эфемериды космических тел, использующиеся при расчете положения Солнца и Луны
lwm1_n*x* Маска вода-суша
Dem30sec_ n*x* Цифровая модель рельефа с размером ячейки 30 угловых секунд
ecosystem Основные данные о подстилающей поверхности

Продукт MOD03 используется для географической привязки данных MODIS и содержит массивы значений широты, долготы и высоты над уровнем моря, углы сканирования, угол солнца, маску вода-суша и другую информацию для каждого пиксела с разрешением 1км. MOD03 может быть получен двумя способами:
а) с использованием эфемерид спутника и дополнительной информации, передаваемой непосредственно в потоке бортовой телеметрии. Этот способ позволяет проводить привязку сразу после получения данных на приемную станцию, но, к сожалению, информация, передаваемая в режиме прямого вещания, может содержать погрешности, которые не позволяют гарантировать точность привязки.
б) с использованием эфемерид и данных об ориентации спутника, предоставляемых службами управления. С использованием этих данных точность привязки может быть повышена. Недостаток использования точных данных заключается в том, что они имеют значительный объем и доступны в Интернет только через несколько дней после съемки.

Тематические продукты для научных исследований

Основными тематическими продуктами MODIS для научных исследований являются:

Маска облаков (MOD35) – распределение облачного покрова днем и ночью с разрешением 1км;

Растительность и почвенный покров (MOD13, 15–17, 43, 44), в т.ч. их состояние продуктивность, определяемые по вегетационным индексам поверхности (NDVI и EVI), поляризационные эффекты и индикатриса отражения, распознавание типа земного покрова, первичная продуктивность растительности, индекс листовой поверхности LAI, доля излучения, абсорбируемая растениями при фотосинтезе.

Пожары и тепловые аномалии (MOD14) – оперативное обнаружение и мониторинг природных (лесных) пожаров, вулканов и других тепловых аномалий с разрешением 1 км. MODIS может зафиксировать пожар на площади менее 1км2.

Мониторинг снежного и ледового покровов (MOD10, 29), в т.ч. спектральная и отражательная способность снега и льда, их температура.

Температура поверхности, определяемая для суши (MOD11) и водных объектов (MOD28) с разрешением 1 км. Максимальная точность измерения – 0.3 – 0.5 Град. для водных объектов и 1 град. С для суши.

Концентрация и оптические свойства аэорозолей – оптическая плотность, эффективный радиус частиц, фазовое состояние, высота и температура верхней границы

Цвет океанической воды (MOD19), спектральная энергетическая яркость поверхности океана

Концентрация хлорофилла (MOD21) в пределах 0.05 – 50 мг/л для вод класса 1 (прозрачные).

Флюоресценция хлорофилла (MOD20) при концентрации хлорофилла в поверхностном слое 0.5 мг/л

 

основной текст взят отсюда

Be the first to comment on "MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)"

Leave a comment

Your email address will not be published.


*