modis数据概述.docx

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modis数据概述数据概述一、背景当今全球环境变化研究中的关键问题是明确地球大气圈、水圈、岩石圈与生物圈之间的相互作用和相互影响，因此，大气科学、海洋科学、生物科学与地理科学作为一个整体共同构成了地球系统科学（ESS）。

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-resolutionImagingSpectroradiometer）-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。

二、MODIS主要特征及数据产品MODIS拥有2330km的视场宽度并且1-2天可覆盖地球表面一次，其探测器在0.405-14.385m范围内以36个波段进行探测，共有三种空间分辨率250m,500m和1000m。

表6-1和6-2分别是MODIS的技术指标和波段特征。

MODIS技术指标轨道：

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：

20.3rpm,垂直轨道带宽2330km（垂轨）X10km（星下点顺轨）望远镜：

直径17.78cm大小：

1.0x1.6x1.0m重量228.7kg功耗：

162.5W（单轨平均）数据率：

10.6Mbps（日最大）;6.1Mbps（轨道平均）量化级数：

12bits空间分辨率：

250m（1-2波段）；500m（3-7波段）；1000m（8-36波段）设计寿命：

6年MODIS共有44种标准数据产品可用于全球变化研究，分别应用于不同的学科领域，如海洋学、生物学、地球科学以及大气科学，主要产品类型如下：

校正产品：

MOD01-1A级辐射校正MOD02-1B级地理定位校正后MOD03地理位置数据集大气产品：

MOD04气溶胶产品MOD05总降水量（水汽）MOD06云产品MOD07大气廓线MOD08格网大气产品MOD35云遮掩陆地产品：

MOD09表面反射率MOD11地表温度及辐射MOD12土地覆被/土地覆被变化MOD13-网格植被指数（最大NDVI和合成MVI）MOD14热异常,火及生物燃烧MOD15叶面积指数以及FPARMOD16蒸散MOD17净光合作用和初级生产力MOD43表面反射MOD44植被覆盖变化冰雪圈：

MOD10积雪覆盖MOD29海冰覆盖98第六章基于Terra/MODIS数据的沙尘特征提取研究海洋：

MOD18-归一化离水辐射MOD19色素浓度MOD20叶绿素荧光散射MOD21叶绿素色素浓度MOD22光合作用辐射（PAR）MOD23固体悬浮物浓度MOD24有机质浓度MOD25藻类浓度MOD26海洋水色衰减系数MOD27海洋初级生产力MOD28海洋表面温度MOD31藻红蛋白浓度MOD36总吸收效率MOD37海洋气溶胶特性MOD39清洁水体发射率三、HDF数据格式HDF（HierarchicalDataFormat）最初是1987年美国国家高级计算应用中心（NationalCenterforSupercomputingApplicationsNCSA）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。

四、HDF-EOS格式1993年NASA选择NCSA的HDF文件格式作为存储地球观测系统的传感器数据获取系统（主要是卫星）所获取数据的标准文件格式，用以支持全球变化研究项目。

由于NASA选择了HDF，NCSA便开始与NASA合作以应对来自于未来EOS大量数据管理的挑战，其中包括开发HDF的特殊形式HDF-EOS，专门用于EOS生产的数据。

Terra作为EOS的第一颗卫星，于2000年4月开始正式发布数据，其数据采用HDF-EOS格式，其后的Aqua和Aura也采用HDF-EOS数据格式。

HDF-EOS在采用标准HDF对象（包括影像、表、文本以及数据阵列等）的同时还定义了另外三种基于HDF对象的数据类型：

网格、点和带宽（swath），这三种数据类型使文件中包含了地球坐标参考系统，如经纬度和时间。

网格数据类型采用众多标准投影中的某一种将数据置于网格中，带宽数据表示时间顺序的数据，点数据结构表示时间和地理空间上不规则的数据如气象站数据或浮船上的仪器测量数据等。

以MODIS的250米分辨率合成1KM分辨率后的数据集为例，HDF格式定义描述如下：

Dataset#3:

EarthView250MAggregated1kmReflectiveSolarBandsScaledIntegers数据集序号3：

Dims:

UINT（1354x1110x2）数据维数：

（1354x1110x2）Attribute3-1:

long_nameEarthView250MAggregated1kmReflectiveSolarBandsScaledIntegers属性3-1：

全名“地球观测250m合成1km反射太阳波段整型值”Attribute3-2:

unitsnone属性3-2：

单位无Attribute3-3:

valid_range0,32767属性3-3：

数据有效范围0-32767Attribute3-4:

_Fillvalue65535属性3-4：

填充值65535Attribute3-5:

band_names1,2属性3-5：

波段名称“1，2”Attribute3-6:

radiance_scales0.02711501,0.01112971属性3-6：

辐射校正系数，0.02711501,0.01112971Attribute3-7:

radiance_offsets0.00000000,0.00000000属性3-7：

辐射偏移量，0.00000000,0.00000000Attribute3-8:

radiance_unitsWatts/m2/micrometer/steradian属性3-8：

辐射单位Watts/m2/micrometer/steradianAttribute3-9:

reflectance_scales0.00005260,0.00003495属性3-9：

反射率比例系数0.00005260,0.00003495Attribute3-10:

reflectance_offsets0.00000000,0.00000000属性3-10：

反射率偏移量0.00000000,0.00000000Attribute3-11:

reflectance_unitsnone属性3-11：

反射率单位无Attribute3-12:

corrected_counts_scales0.12497330,0.12497330属性3-12：

校正计数比例0.12497330,0.12497330Attribute3-13:

corrected_counts_offsets0.00000000,0.00000000属性3-13：

校正计数偏移量0.00000000,0.00000000Attribute3-14:

corrected_counts_unitscounts属性3-14：

校正计数单位无根据数据集的描述可知道数据的14个属性特征，其它数据集也具有相应的属性定义及描述，对于一个HDF文件，除了数据子集的描述外，还有关于HDF文件整体属性的描述。

HDF-EOS文件是自我描述型的，有助于科学数据的处理。

对于HDF文件中的每一个数据对象都预先定义了信息识别标记如数据类型、维数、文件中的位置等。

这种自我描述的能力使得仅根据一个文件中的信息就能完全理解文件中的数据结构和内容成为可能，同时，由于HDF所提供的众多功能，使得它也是一种复杂的文件格式，因此，支持HDF-EOS的软件程序目前还十分有限。

尽管Terra卫星上的多数传感器数据采用了HDF-EOS文件格式，但HDF-EOS文件格式并不是适用于所有数据，如云和地球辐射能量系统（CERES）传感器产生的数据是以基本HDF文件格式存储的。

但是，HDF-EOS最重要的优点是它能使科学家无须另写程序就可以实现不同传感器数据之间的结合。

根据上述MODIS的特征可知，MODIS是目前最新、最全面的综合遥感数据获取平台，不仅适应资源环境领域的科学研究全球化、系统化、定量化的发展趋势，也揭开了定量遥感应用的新篇章。

二、美国国家航空航天局对MODIS数据接收、处理、管理和应用政策:

NASA对MODIS数据在接收、处理和使用方面继承了NOAA对AVHRR的政策，即在全世界范围内免费接收和鼓励推广使用的政策。

所不同的是NASA在数据处理和传输方面作了技术改进，增加了数据在星上存储的功能和将存储的数据一次性向地面（NASAGoddard空间飞行中心）传输的功能。

这样的技术改进保障了美国获得全球数据将不用再依赖于类似NOAA的地面交换的方式，而是可以每天直接一次性接收到全球数据。

同时也保持了世界各地均可以通过地面接收站获取到卫星通过该地区的数据的功能。

由于MODIS数据量大，波段多，应用范围广，因此，NASA在数据处理和管理方面采取了分别处理的办法。

即陆地数据由美国地质调查局数据中心（EROS）处理，大气和海洋数据由NASAGoddard空间飞行中心（GSFC）负责处理，冰雪数据由位于COLORADO的世界冰雪数据中心处理。

这些数据将通过NASA国家级数据中心群DAAC归档管理并提供数据和信息服务。

在数据管理的同时，NASA组织了多学科的科学家队伍，并且组织了自1992年以来每年二次的MODIS科学家队伍学术讨论会。

2000年6月在马里兰召开了自TERRA成功发射后第一次MODIS科学家队伍科学讨论会。

来自美国、日本、加拿大、英国和中国的140余位科学家出席了会议。

为MODIS设计、开发和管理工作了14年的VincentSalomonson博士在会议总结时说，国际性的更大范围的MODIS科学家学术会议将在今后几年陆续召开。

可以预料，MODIS在全球变化研究中的作用和影响将会得到MODIS设计者预期的结果。

三、前言说明：

美国NASA对MODIS数据分级、分类和数据处理流程给予了比较明确的标准规范。

我国对地观测系统MODIS共享平台建设主要参照了美国的标准，个别地方做了修改。

1主题内容与适用范围1.1主题内容本标准规定了国家对地观测系统MODIS共享平台数据产品分类、分级和编码标准，用以规范我国MODIS数据产品在产生、归档、保藏、交换和应用中的一致性。

1.2参考标准本标准制定主要参用了美国国家航空航天局（NASA）关于对地观测系统MODIS数据分级、分类和数据处理流程规范。

1.3适用范围本规范适用于国家科技基础条件平台对地观测系统MODIS共享平台全部标准数据产品和过渡性数据产品。

2术语2.1国家对地观测系统MODIS共享平台数据产品：

国家对地观测系统MODIS共享平台数据产品包括标准数据产品和特殊数据产品。

2.2标准数据产品：

利用对地观测系统数据，依据规范和数据分级标准对一定空间分辨率和时间频率进行连续开发的数据产品，定义为标准数据产品。

2.3特殊数据产品：

利用对地观测系统数据，依据非规定的标准、或非规定的空间分辨率、或特定地区、或特定时间频率开发、或预处理过程的数据产品，称为特殊数据产品。

2.4数据产品分级：

根据数据间相互依存关系划分的等级称为数据产品分级。

2.5数据产品分类：

依据数据内容异同划分的数据类型称为数据产品分类。

2.6数据产品编码：

用标识符或标识数字形式对数据产品进行一一确认的过程称为数据产品编码。

3MODIS数据产品分级3.1MODIS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。

3.20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。

3.31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。

3.42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。

3.53级数据：

3级数据时以统一的时间-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。

3.64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。

4MODIS数据产品分类4.1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。

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。

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，1/4，季节的，生物地球化学循环，土地覆盖变化，3级数据产品。

MOD13：

陆地2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，内容为叶面积指数和光合有效辐射，空间分辨率1km，每天的及旬、月合成产品。

MOD16：

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，NPP，空间分辨率为250米，1公里，旬、月度频率。

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。

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。

4.2特殊数据产品类型MOD45：

在MOD02（1B）数据基础上，经过BOWTIE处理后的数据