MODIS数据产品标准问题

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1、2023-2-51MODIS数据产品标准问题-以植被指数为例王正兴2004年11月2日,兰州2023-2-52 前言：标准问题的提出，影响植被指数标准的一般因素1、一般植被指数原理：Red,NIR 差异2、单日植被指数：多样性以及 MODIS-VI的选择-基本输入数据可能的多种选择-单日植被指数定义：NDVI,EVI3、多日植被指数：合成过程中的多种可能与选择-时间分辨率：合成周期的选择及其影响，16-30day-空间分辨率：输入数据/250m-500m-1Km-25Km-合成原理：从多维（时间、空间）到一维，采用什么规则4、植被指数产品的质量信息-文件层次：V003,V004-象元层次：16

2、-bit 2023-2-53前沿：标准问题的提出无论是定性研究还是定量研究，都需要统一的定义。各学科都有这种需求，但过去的AVHRR-NDVI等有多种产品。制定标准的原因是：有多种选择，不同的选择可能引起质量问题，或只是学术交流通用语言问题。标准类型：国际 国家 行业 内部.标准也在不断改进：算法与版本。标准与实施：有一定距离。BRDF合成还没有实施。植被指数质量：部分取决于前期产品。2023-2-54影响植被指数的常见因素：（1）观测平台：如，NOAA系列卫星轨道变化，传感器衰减。（对长期环境变化右影响）（2）传感器：NIR和Red波段的中心位置和波幅，与大气窗口的关系。（3）云，云影：）云

3、，云影：Cloud Mask（4）大气分子：大气反演）大气分子：大气反演（5）土壤背景）土壤背景:（6）观测时）观测时“太阳太阳 目标目标 传感器传感器”的几何位置：双向反射的几何位置：双向反射（7）观测对象本身：植被树冠特征，枝叶角度等。相同的植被指数可能有不同的生物学意义。（8）植被指数本身。植被指数标准：需要明确对其中部分因素的影响的处理，包括质量标记。2023-2-55 卫星平台可能漂移，影响长期系列数据一致性，但是这种问题通常由仪器定标人员处理完成。下图：NOAA 3 颗卫星某指标漂移2023-2-56 波段中心和波幅：决定了噪音水平。MODIS 波段选择，避免了几个大气分子（lef

4、t-Water Vapor/right-Oxygene）的吸收高峰。2023-2-57 1、一般植被指数原理：影响植被指数的一般因素2023-2-581.植被指数原理与影响因素（1）典型植被光谱（右图）：利用植被在NIR高反射和在Red(AVHRR为可见光)高吸收的特点，经过某种变换，增强植被信号，削弱噪音噪音。（2）参数（VI Index）:NDVI,RVI,DVI,SAVI,ARVI,EVI.2023-2-59 MODIS 的选择：NDVI,EVI基本输入数据：地表反射率（MOD09）,是MODIS 44种产品中的一种。2023-2-510 植被指数本身：NDVI是表现稳定的植被参数，但是

5、在高植被地区存在饱和问题。2023-2-5113.多日植被指数合成：（1）时间序列：基本单元：1/2 day.（am/pm）合成期选择：8/10 day,16day,30day。合成标准：真样才算最好合成标准：真样才算最好？（2）空间系列：基本单元：最大分辨率的一个pixel 合成空间：几个Pixels 合并为 1 个？合成标准：平均数值、中值？.2023-2-512 010203040506070-45-35-25-15-5515253545传感器视角：度(View Angle:Degree)像元数（No.of Pixels）:x 10000MVCCV-MVCBRDF/CV-MVC最大值合成

6、：不能保障最小视角，倾向前向反射 Pixel2023-2-5132023-2-5144.植被指数产品质量信息的表达2023-2-515 2023-2-516 NODIS-VI 质量验证：两个层次1、像元层次 (Pixel)2、文件层次(Tile)数据质量定义和范围数据质量定义和范围:对没有达到预期精度的产品对没有达到预期精度的产品进行业务化标记并存储，进行业务化标记并存储，以供后期产品准确使用。以供后期产品准确使用。2个责任机构：（1）the TBRS-SCF(Terrestrial Biophysics and Remote Sensing-Science Computing Facilit

7、y)and（2）the LDOPE(Land Data OperationalProduct Evaluation)Facility at GSFC(Goddard Space Flight Center).（3）分工分工 ：The LDOPE will focus mostly on day to day operational QA,while the SCF will focus more on in-depth QA analysis and product validation related to science questions.2023-2-517 在像元水平（科学数据集）检

8、查输入、输出数据：reflectance,VI,view-sun geometry and QA-flags。程序中的科学决策；输入、输出数据质量标记的精度估计、系统噪音、算法定义 实际地面验证。2023-2-518 -0.2=VI=1.0;VI values below-0.2 and above 1(scale 10000)will bediscarded(These values are the current thresholds but might change in thefuture).0=reflectance input=1.0;Reflectance values belo

9、w zero or above 1(scale10000)will be discarded The fill-value will be-3000 for VIs and-1000 for reflectance values;Pixels withclouds and shadow and bad data integrity will be discarded.VI_MVC-0.3=VI_BRDF=VI_MVC+0.05;The BRDF derived VI values should not deviate further then indicated by these thresh

10、olds.These are set up to avoid outliers in the VI due to outliers fed to the BRDF model.Close correlation between MODIS spectral signatures with spectral libraries.Desert and dense vegetation spectral signatures change very little over time2023-2-519 时间连续性和动态范围时间连续性和动态范围Temporal continuity and dynam

11、ics for different vegetation covers 非线性特征非线性特征：Non-linearity between VIs;If the two produced VIs are correlated non linearly,the information content of NDVI is likely to be different from the EVI空间连续性和动态范围空间连续性和动态范围Spatial continuity and dynamics(use land cover map);Patterns of landcover types,VI va

12、lues and reflectance values should be correlated观测角度观测角度The view angle distribution should peak at nadir view angles;this is indicative for the selection of the finest spatial resolution(a VI composite objective)and least atmospheric pathway.噪音噪音Artefacts(VI response over e.g.antarctica or Sahara de

13、sert);VI values should be low and constant for these cases.生物物理量的关系生物物理量的关系Correlation with biophysical properties(LAI,fAPAR,%green cover,biomass,NPP);The VI values should follow seasonal patterns similar to biophysical properties2023-2-520 2023-2-521 0-1NDVI Quality(00)NDVI produced,good quality;(0

14、1)NDVI produced,but check QA(10)pixel not produced due to cloud effects(11)pixel not produced due to other reasons than clouds 2-5VI Usefulness(four bit range)(0)highest quality(13)no atmospheric correction performed(14)quality too low to be useful(15)not useful for any other reason 6-7Aerosol Quantity(00)climatology,(01)low,(10)average,(11)high 8Adjacency Correction Performed(1)yes,(0)no9Atmosphere BRDF Correction Performed(1)yes,(0)no 10Mixed clouds(1)yes,(0)no 11-12Land/Water Flag(00)ocean,(01)coast,(10)wetland,(11)land 13Possible Snow/Ice(1)yes,(0)no