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1、 1E OS - MOD I S 数据格式与应用 王正兴，陈文波，邓芳萍，曹云刚 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 2 0 0 4 年 1 1 月 2日，兰州 报告提纲 1 、 必要的声明：MOD I S 1 B 数据与 MOD I S 1 B 有关资料的不一致问题 2 、 广义的 MOD I S 产品：44 种产品，4 个等级，2种数据格式 3、 狭义的 MOD I S 数据：1 B 的结构，H D F 与 H D F- E OS 的简单介绍 4、 从H D F/ H D F- E OS 的 S wa t h 到G R I D : Bo w- t i e 现象与处理工具
2、21 必要的声明： MOD I S 1 B 数据与 MOD I S 1 B 有关资料的不一致问题 ? MODIS 参考资料： 现在， 国内接收的所有 MODIS 1B 数据， 都来自美国 Terra 和 Aqua 2 颗卫星。美国对 MODIS 传感器的前期研究、产品的算法开发、验证、各种处理软件等，大部分在 15 年前就开始了。所以，不难理解，目前我们能够在网上看到的技术资料、科学算法、免费程序等，主要来自美国NASA 下属的机构以及与 NASA 有合同关系的大学、研究机构、和公司。从某种意义上说，许多资料就是事实上的标准，这些标准主要用于支持 NASA自己开发的 MODIS 数据格式。当然
3、，这样的资料也在不断更新，包括各种参数，查找表，程序版本等。 ? MODIS 1B 数据：与 MODIS 资料“事实上的标准”不同，MODIS 1B 数据至少在格式上有多种。概括地讲，在美国有两大类：NASA 的 MODIS 1B；和 Wisconsin 大学 IMAPP (The International MODIS/AIRS Processing Package, IMAPP) 处理系统生产的 MODIS 1B。这两种系统的差别：前者是我们能看到的各种NASA 的资料所定义的 （最典型如： 5分钟的Granule，HDF-EOS 2.X 格式） ；而后者是整个轨道（HDF 4.X 格式）
4、 。虽然二者的科学数据本身可能完全一样，但是，由于 NASA 已经有大量的前期研究，能够使用的免费资源比较多，如免费软件等。(IMAPP 也可能转换为 HSF-EOS 格式)。 ? 数据格式不一致问题的可能影响：科学院地理科学与资源所，20012003 年的 MODIS 1B 数据接近 NASA 的标准（2.5 分钟的 Granule,其它结构相同） ；2004 年 8 月以后采用国产化的系统。 这里提到这些重大差别的目的，是提醒用户，由于数据格式本身有差别，在选择处理软件时，可能会有差别。 （本3培训班使用的 ENVI3.6 模块，可以同时处理这 2 种格式的 1B 数据 ） 。 ? 本培训
5、班的主要技术资料，来自 NASA 的相关资料。 42 广义的 MOD I S 产品： 44 种产品，4 个等级，2种数据格式 (1). 广义的 MODIS 数据或产品包括 44 种。产品的命名、内容、负责的科学家和数据存档中心如下表。 http:/modis.gsfc.nasa.gov/data/dataprod/descchart.html Product ID MODIS 44 种产品名称（缺 6 种） Product Name 产品名称 / 描述（中文） Affiliated Science Team Member DAAC description MOD01 Level-1A Radi
6、ance Counts 辐射率记数 V. Salomonson GES DAAC MOD02 Level-1B Calibrated Geolocation Data Set 经过辐射校正与地理定位 * GES DAAC MOD03 Geolocation Data Set 地理定位数据 V. Salomonson GES DAAC MOD04 Aerosol Product* 气溶胶 Y. Kaufman, D. Tanr GES DAAC MOD05 Total Precipitable Water 总的可降水量 B. Gao,Y. Kaufman D. Tanr, P. Menzel G
7、ES DAAC MOD06 Cloud Product 云 P. Menzel, M. King GES DAAC MOD07 Atmospheric Profiles 大气剖面 / 断面 P. Menzel GES DAAC MOD08 Gridded Atmospheric Product 珊格化大气产品 M. King GES DAAC MOD09 Surface Reflectance; Atmospheric Correction Algorithm Products* 经过大气校正的地面反射值 E. Vermote EDC DAAC MOD10 Snow Cover* 雪 D. H
8、all NSIDC MOD11 Land Surface Temperature (LST) and Emissivity地表温度和发射率 Z. Wan EDC DAAC MOD12 Land Cover/ Land Cover Change* 土地覆盖/土地覆盖变化 A. Strahler, A. Huete S. Running, C. JusticeEDC DAAC MOD13 Gridded Vegetation Indices (NDVI Level 2GLevel 4 采用 GRID. 0 级级 1 级级 2/2G级级 3 级级 MODIS 陆地产品 处理流程仪器数据包 MOD02
9、 经辐射值校正的 L1B 栅格定位 指针产品MOD03 地理定位文件 栅格角度 数据产品 MOD02 栅格定位指针，栅格角度数据 MOD10 雪覆盖 2G 级 （栅格化 2 级产品） MOD35 云掩膜 MOD12 土地覆盖 MOD29 海冰最大 范围 MOD09 地表反射MOD04 热异常 MOD11 地表温度与辐射MOD04 陆地气溶胶 产品(轨道) MOD05 可降水量 MOD35 云掩膜 MOD11 地面温度与辐射 (日、旬、月) MOD29 海冰最大覆盖 (日、旬、月)MOD13 植被指数 (日、旬、月) MOD43 双向反射分布函 数/反照率 (日、旬、月) MOD12 土地覆盖
10、(季度、年)MOD15 叶面积指数、光和活性分量 (日、旬、月) MOD15 叶面积指数、光和活性 分量(日、旬、月) MOD33 雪覆盖 日、旬、月MOD10 雪覆盖 (日、旬、月)MOD42 海冰覆盖 (日、旬、月)MOD14 热异常 (日、旬、月)MOD17 植被生产力 (日、旬、月)MOD01 L1A 4 级级 7（3）2 种数据格式： ? MODIS level 1-2 数据采用 HDF / HDF-EOS 格式; ? MODIS level 2G-4 数据采用 GRID 格式; ? Swath 和 GRID 的区别： （1） Swath：以“卫星”为参照系，主要是通过时间和时间间隔
11、描述空间位置。它采用的时间系统为“国际原子时间（International Atomic Time, TAI 93） ” 。 该系统的开始时间为 1993 年 1 月 1 日，负值表示此前的时间，用时间间隔描述卫星每扫描一次（一个 Swath）的位置。 （2） GRID：以“地球”为参照系。GRID 总是与特定的地球投影联系，MODIS 采用了 SIN （ISIN） 地球投影系统。 全球陆地被分割为 600多个 Tile。 与 Swath 的 Granule 类似。（本文此后不再讨论 GRID） 。 （3） Swath 和 GRID 分别有不同的处理软件。 Level 1 Level 2 Le
12、vel 2G Level3 Level 4 以“卫星”为参照系： 数据结构：Swath 结构 数据实体： 5 分钟 Granule 2330 x 2340km （曲面）, 110 度扫描 有重复和遗漏 “ 地 球 ” 参 照 系 ： Integerized Sinusoidal projection 数据结构：GRID 数据实体：1200X1200 KM 的 Tile 10 x 10 度 （赤道） 全球 460 个 Tile, 其中陆地 326 个。 83、狭义的 MOD I S 数据：1 B 的结构：H D F 与 H D F- E OS 的简单介绍 （1） 主要信息源：MODIS 1B 标
13、定工作组 MODIS Characterization Support Team (MCST) ：http:/www.mcst.ssai.biz/mcstweb/index.html MCST 各工作组分类网站： http:/www.mcst.ssai.biz/mcstweb/info/sitemap.html （2）. MODIS 1B 采用的标准数据格式（所有 EOSDIS 系统） ： HDF-EOS HDF 数据格式是 EOS 数据和信息系统核心系统（ECSEOSDIS Core System）选用的数据格式。这种数据格式有利于不同计算机环境的科学数据共享。特点有：独立于操作平台，用户的
14、可扩展性和内置元数据，如单元，标签及其它描述符号。数据可以是：多维矩阵、文本、表、光栅图、特定图形这 5 种数据类型的任意一种。C、FORTRAN 语言都可以访问和处理这种数据。 但是，EOS 工程数据有两个要求 HDF 数据格式不能直接支持：一是需要提供系统的整体搜索服务。EOS 平台所产生的数据量非常大，以至用户不能通过搜索众多文件，查询单个记录的方法来查找感兴趣的数据。因此，EOS 要求允许用户在没有读这些文件本身的情况下，能够搜索文件内容。二是需要有效的存储地理定位数据。科学数据可以不同的方法排列，如按卫星扫描的时间顺序排列，或地面的位置排列。HDF 数据对象没有一种简便的方法，使科学
15、数据明确对应地面上的地理点。EOS 要求数据对象能以各种不同方式与地面上的地理点捆绑在一起。所以，EOSDIS （Earth Observing System Data and Information System）定义了一种扩展的 HDF 数据格式， 称为 HDF-EOS 数据格式。 HDF-EOS 与 HDF主要区别在于 HDF -EOS 定义了 3 种地理定位数据类型 point,、grid、和 swath，9使科学数据与地理点捆绑在一起。 同时 HDF-EOS 也包含 ECS 核心元数据， ECS核心原数据是 ECS 搜索服务的要素，满足了搜索服务的要求。 （3）HDF-EOS 中，中
16、， MODIS 1B 使用的扩展对象：使用的扩展对象：Swath。 下图：以卫星为参照系，以世界原子时间、卫星参数、传感器扫描角度等确定的坐标系统。在 Swath 系统中，虽然有定位坐标数据，但是还没有与地球上的位置配准。 它对应的数据产品是 Granule 和数据轨道。 在 Terra /Aqua-MODIS 系统中，NASA 对 Granule 的定义为“5 分钟内的数据 ” ，大约为 203204 次扫描，对应的不同分辨率像元数目不同：1000m、500m、 250m 3 种分辨率，像元数分别为 2030，4060，8120。 10（4）. HDF/HDF-EOS：普通 MODIS 用户需要了解的知识（下表） 。 HDF 版本 HDF-EOS 版本 采用 HDF-EOS 的平 台 HDF V4.X HDF-EOS 2.X Landsat 7 EOS-Terra
