MODIS逐日积雪产品去云算法研究

由于积雪和云的反射特性, 使用光学遥感监测积雪受到天气的严重干扰, 对研究区云量的分析表明, 无论是MOD10A1还是MYD10A1, 云都是影响该产品对研究区积雪进行实时监测的最大影响因素. 综合不同去云方法, 利用MODIS逐日积雪产品和被动微波数据AMSR-E雪水当量产品, 生成了MODIS逐日无云积雪图像, 并利用研究区85个地面气象观测台站提供的雪深数据对合成的单日无云积雪产品进行验证. 结果表明: 当积雪深度>3 cm时, 新产品的积雪分类精度达到91.7%, 该产品对实时监测青藏高原积雪动态变化具有重要的使用价值.     

东北地区MODIS和AMSR-E积雪产品验证及对比

通过2002-2008年6个积雪季节的Terra-Aqua/MODIS积雪产品(MOD10A2、MOD10C2)和Aqua/AMSR-E雪水当量产品,分析了东北地区积雪覆盖面积的变化特征,以研究区气象站点观测的积雪数据为真实值来验证两种产品积雪信息的精度,探讨了云覆盖、土地利用类型和雪深对积雪覆盖精度的影响.结果表明:云的存在对微波数据积雪识别的影响较小,在积雪量较多的12月至次年的2月随云量百分比的变化,MOD10A2积雪覆盖面积比例大体出现负变化.因此,在有云情况下AMSR-E数据反演积雪精度最好.对比草地、耕地、林地和居民地4种土地覆盖类型对监测积雪覆盖精度的影响,发现林地对其影响最大,在林区3种积雪产品的积雪识别精度分别为55.8%、81.2%、85.4%;雪深对AMSR-E积雪产品识别精度影响较小,总体精度为97.8%;积雪深度对MOD10A2积雪产品识别精度影响较大,总体精度为57.3%.MOD10A2、MOD10C2和AMSR-E 3种积雪产品的总体反演精度分别为69.3%、76.6%、76.3%.有必要开发适用于东北地区的积雪覆盖算法,提高估算精度,为能量平衡估算、气候模型、农业生产、土壤墒情监测服务.     

北疆牧区MODIS积雪产品MOD10A1和MOD10A2的精度分析与评价

以北疆为研究区,结合气象台站记录的雪情数据,利用地理信息系统方法分析了2004年12月1日至2005年2月28日期间北疆地区90个时相的MODIS每日积雪产品MOD10A1和8日合成产品MOD10A2的积雪分类精度.研究表明:1)当积雪深度≤3 cm时,MOD10A1对积雪的识别率非常低,仅为7.5%;积雪深度为4~6 cm时,积雪识别率达到29.3%;积雪深度为15~20 cm,平均积雪识别率达到45.6%.当积雪深度>20 cm时,平均积雪识别率为32.2%;2)MOD10A1产品的积雪分类精度受天气状况的严重影响.在晴空状况下,该产品的最大积雪识别率达到58.2%;但是在多云或阴天时,平均积雪识别率仅为17.8%;3)下垫面对MOD10A1的分类结果也会造成影响,在荒漠区MOD10A1的积雪识别率为39.8%,在草原和稀树草原区的积雪识别率为37.2%,农业用地的积雪识别率最低,为29.1%;4)MOD10A2产品可较好的消除云层对地表积雪分类精度的影响,平均积雪识别率达87.5%,可较好的反映地表积雪的分布状况.     

利用MODIS和AMSR-E进行积雪制图的比较分析

MODIS和被动微波辐射计AMSR-E提供了识别积雪的不同方法.MODIS首先计算反映积雪在1.6μm强吸收特性的归一化差值积雪指数NDSI,在剔除卷云的影响后,得到MODIS积雪分布.AMSR-E则根据积雪在微波波段的差异性散射特性识别积雪.通过案例分析比较了MODIS和AMSR-E积雪分布,发现由于云的遮蔽使MODIS积雪分布面积会比实际小,但由于MODIS的空间分辨率很高,得到的积雪边界线轮廓清晰.而微波由于不受云的影响,得到的AMSR-E积雪分布比较符合实际,但积雪的边界线较粗.     

祁连山区MODIS积雪反照率产品的精度验证及云下积雪反照率估算研究

积雪反照率在全球气候和能量收支平衡模型中起着重要的作用. 利用祁连山地区大冬树垭口站点反照率实测数据对由TM/ETM+得到的反照率数据进行标定, 然后将TM/ETM+反照率数据通过升尺度对MODIS逐日积雪反照率(SAD)产品在晴空条件下的精度进行了验证. 同时, 发展了一个基于MODIS SAD与AMSR-E SWE数据融合并结合Noah积雪反照率参数化方案估算MODIS SAD数据云下积雪反照率的算法, 通过统计分析纠正了云对积雪反照率的影响, 对云下积雪反照率进行了验证分析. 结果表明:MODIS SAD产品在祁连山地区的精度要低于大面积积雪覆盖的平坦地区(如格陵兰岛), 其平均绝对误差及均方根误差分别为0.0548和0.0727; 云下积雪反照率估算方法可以有效地获取云覆盖下积雪像元的反照率值, 纠正后的无云MODIS SAD数据与地面观测值有较好的一致性, 其平均绝对误差为0.078.     

青藏高原Soumi-NPP和MODIS积雪范围产品的对比分析

Soumi-NPP（Soumi Polar-orbiting Partnership）卫星作为接替服役超期的Terra、Aqua卫星,其积雪范围产品在青藏高原的精度尚未被评价。以Soumi-NPP积雪范围产品为研究对象,利用气象台站点数据并结合更高分辨率的Landsat-8 OLI数据,评价该产品的精度,并与MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）积雪范围产品进行对比分析。结果表明：使用气象台站进行数据验证时,NPP、MOD与MYD三种积雪范围产品的总精度均较高,但三者积雪漏分误差都较大,其中MYD的漏分误差最大,为64.2%;当雪深小于5 cm时,三种积雪范围产品的积雪分类精度都较低,雪深大于等于5 cm时,NPP积雪范围产品的积雪分类精度最高,为82.3%,MOD与MYD的精度分别为77.1%和69.4%;利用Landsat-8 OLI数据验证时,Soumi-NPP积雪范围产品的Kappa系数最高,其均值为0.707,为高度一致性。而MOD10A1与MYD10A1的Kappa系数较低,分别为0.476与0.557,为中等一致性;Soumi-NPP积雪范围产品的Kappa系数大多在0.6以上,精度比较稳定,而MODIS积雪范围产品的Kappa系数波动较大,精度稳定性较差。Soumi-NPP积雪范围产品相较于MODIS积雪范围产品,其精度有了较大的提升,为准确监测青藏高原积雪范围提供了一个更优的选择。     

2007-2011年西藏纳木错流域积雪时空变化及其影响因素分析

通过2007-2011年纳木错站人工积雪观测资料,对西藏纳木错流域MODIS两种积雪产品(MOD10A1和MOD10A2)进行了精度验证,分析了纳木错流域积雪累积和消融的空间差异,以及流域积雪覆盖率的时空变化;利用纳木错站人工积雪观测资料及自动气象站资料,分析了纳木错流域积雪要素(积雪深度、雪水当量、积雪密度)的时间变化及其与气候参数(气温、降水量、风速等)的关系.结果表明：纳木错流域MOD10A2数据的积雪识别精度(67.1%)高于MOD10A1(42.2%),总识别精度(73.0%)略低于MOD10A1数据(78.4%).纳木错流域积雪累积和消融存在空间差异,积雪在流域南部的念青唐古拉山脉最先累积,之后为流域东部,最后为流域西部;积雪消融的空间变化则相反.由此导致流域积雪日数南部最大、东部次之、西部及西北部最小.纳木错流域各积雪要素的年内变化存在双峰值特征,峰值分别出现在10-11月和1月,积雪在10-11月受降水和气温共同作用,12月至次年3月主要受气温影响.纳木错流域的平均积雪覆盖率为21.9%,受湖泊效应影响区域(主要为东部地区)达到50.6%,而其他区域仅为18.3%.同时,受湖泊效应影响,纳木错平均积雪深度、积雪水当量均显著大于周边地区.     

2003-2010年青藏高原积雪及雪水当量的时空变化

利用MODIS逐日无云积雪产品与AMSR-E雪水当量产品进行融合, 获取了青藏高原500 m分辨率的高精度雪水当量产品, 通过研究青藏高原积雪时空动态变化特征, 分析了积雪覆盖日数、雪水当量以及总雪量的季节及年际变化. 结果表明: 青藏高原地区降雪主要集中在高海拔山区, 而高原腹地降雪较少, 降雪在空间上分布极为不均; 2003-2010年期间, 平均积雪日数呈显著减少趋势, 稳定积雪区面积在逐渐扩大, 常年积雪区面积在不断缩小. 与积雪日数时空变化相比, 雪水当量增加的区域与积雪日数增加的区域基本一致, 但喜马拉雅山脉在积雪日数减少的情况下雪水当量却在逐年增加, 表明该地区温度升高虽然导致部分常年积雪向季节性积雪过渡, 但降雪量却在增加. 总的积雪面积年际变化呈波动下降的趋势, 但趋势不显著, 且减少的比例很少. 最大积雪面积呈现波动上升后下降的趋势, 平均累积积雪总量呈明显的波动下降趋势, 年递减率为1.0×10³ m³·a^-1.     

天山典型区卫星雪盖时空特征研究

基于2000—2010年的MODIS/Terra积雪8 d合成数据（MOD10A2）,研究了我国天山典型区积雪覆盖的空间分布特征和年际变化趋势.结果表明：年平均积雪概率和1月积雪概率均呈西高东低、北高南低的分布格局,4月、7月、10月的积雪概率与高程呈显著的正相关;冬季积雪分布主要受大气环流控制,使得西坡和北坡的积雪明...     

基于MODIS积雪产品的天山年积雪日数空间分布特征研究

山区积雪是干旱区气候变化的重要指标因子,积雪日数与积雪分布之间有着密切关系。为了研究天山山区积雪日数空间分布特征,以MODIS8d积雪产品MOD10A2（Terra）和MYD10A2（Aqua）为数据源,首先对数据进行最大化合成,获取新疆天山500m×500m分辨率的年积雪日数,然后分析了2002-2014年13a积雪日的年际变化,并结合DEM数据分析了13a天山多年平均积雪日随高程和坡度的变化特征。结果表明：天山积雪日数分布极为不均,最大年平均积雪日数为193d,13a内天山绝大部分地区年积雪日变化趋势较为稳定,稳定区约占天山总面积的83.92%;在研究时段内天山总积雪日数主要集中在30d以内,其比例约为天山总面积的48%;各个高程带积雪日面积分布差异明显,但总体上积雪日数随着高程的增加而增加;从积雪日数随坡向分布来看,北坡、东北坡、东坡、西坡、西北坡所占面积比例（>30d）相对高于其他坡向。该研究结果对干旱区水资源估算具有参考意义。     

Accuracy verification of MODIS daily cloud-free snow cover products over the Tibetan Plateau北大核心CSCD

Snow cover is of great hydrological,ecological,and climatic significance in the Tibetan Plateau. MODIS snow products are widely used at present but are seriously affected by clouds. Scholars at home and abroad have developed a variety of cloud removal products for raw MODIS daily snow products,but the accuracy of these products in the Tibetan Plateau has not been evaluated comprehensively. Therefore,this paper uses Landsat-8 data with high resolution as the reference value to conduct systematic verification of three datasets of cloud-free snow products released on a daily basis. The results show that compared with the two sets of products （M*D10A1GL06 and MODIS_Dysno_Cloudfree）,which are produced based on raw MODIS daily snow cover product realized by NSIDC（National Snow and Ice Data Center）,the MODIS CGF SCE product produced based on MODIS surface reflectance data,has a great advantage in snow identification accuracy. The MODIS CGF SCE product optimized the NDSI threshold for different land cover types. Although the accuracy of snow identification was significantly improved,the problem of large snow identification error in forest areas was still not effectively resolved,and there was a high underestimate error. © 2022 Science Press (China).     

基于HJ-1B卫星数据的积雪面积制图算法研究

积雪是影响气候变化的重要因子, 采用更高时空分辨率的环境减灾卫星遥感数据进行积雪制图算法的研究, 对推进我国自主遥感卫星在积雪监测领域的应用具有重要意义. 采用环境减灾HJ-1B卫星数据, 以青海省果洛藏族自治州达日县为研究区, 应用归一化差值积雪指数(NDSI)法建立了基于HJ-1B卫星数据的积雪面积制图算法, 并比较MODIS与HJ-1B积雪图精度. 结果表明: 研究区HJ-1B积雪制图合理的NDSI阈值为0.37, 总分类精度达到97.97%; 与"真值"影像比较, HJ-1B积雪图K_hat系数为0.911, 高于MODIS的0.817. 说明该研究建立的基于HJ-1B积雪制图算法精度可靠, 适合对研究区积雪进行实时动态监测. HJ-1B更高的空间分辨率对提高研究区积雪覆盖面积监测精度具有重要的使用价值, 但是地形因素是影响HJ-1B数据积雪分类精度的一个重要原因, 随着坡度的增加, 分类误差也随之增大, 尤其是多测误差增加比较显著.     

A technique for improving MODIS standard snow products for snow cover monitoring over Eastern Turkey

Daily snow cover maps at 500 m resolution are available from the Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) sensors on NASA's Terra and Aqua satellites. However, information of the ground can only be obtained during clear sky conditions. In addition, the spectral similarity between clouds and snow in the visible part of the spectrum causes some ambiguities in separation of them. The dynamic behavior of clouds with their tendency to move faster often enables discrimination between cloud and snow, since snow remains relatively stationary. In this study, a daily merging methodology to combine Terra and Aqua based snow maps are proposed, and the benefits of this combination are evaluated. The methodology was tested for Eastern Turkey covering the period from December 2002 to March 2003. Merged maps derived from the standard daily snow maps from Terra (MOD10A1) and Aqua (MYD10A1) reduce the cloud cover present in any one image alone, provide better representation of the surface snow cover, and indicate better agreement with ground snow measurements than when either one is used alone. For “on the ground data date” analyses yielded 31% match ratios for MOD10A1 and MYD10A1, whereas combined images enabled 38%. One- to 2-day temporal window shifting enabled further 7% and 5% improvements in match ratios, respectively. The maximum improvement of 25% was achieved in January of 2003. The proposed methodology provides an easy and effective way to improve snow cover maps with little effort and provides fewer cloud-contaminated images for snow monitoring, for hydrology, and water resource management.     

基于MODIS的青藏高原逐日无云积雪产品算法

青藏高原积雪对高亚洲地区水和能量循环起着重要的反馈和调节作用,其变化影响着融雪性河流流量,对下游水资源和经济活动具有重要影响。中分辨率成像光谱仪（MODIS）具有较高的时空分辨率,被广泛应用于积雪遥感动态监测,然而光学遥感积雪受云层影响严重,且青藏高原地区水汽分布不均,局地对流活跃,积雪的赋存时间变化快,这给高原地区逐日积雪监测及其气候学制图带来挑战。在考虑青藏高原地形和积雪分布特征情况下,结合现有的云覆盖下积雪判别算法,采用8个不同方法的组合,逐步实现MODIS逐日无云积雪算法。选取2009年10月1日-2011年4月30日两个积雪季为研究期,并采用145个地面台站观测雪深数据对去云算法各步骤过程开展精度验证,结果表明：当积雪深度>3 cm时,逐日无云积雪产品总分类精度达到96.6%,积雪分类精度达83%,积雪判对概率（召回率）达到89.0%,算法可实现青藏高原地区逐日无云积雪动态监测和积雪覆盖气候学数据重建,对高亚洲地区的水、生态和灾害等全球环境变化影响研究具有重要的意义。     

基于多源数据的西藏地区积雪变化趋势分析

利用1980—2009年气象台站的观测数据、 北半球NOAA周积雪产品和2001—2010年500 m分辨率的EOS/MODIS积雪产品等多源资料, 从不同角度对近30 a来西藏区域积雪变化趋势进行了分析. 结果表明: 不同资料分析均显示, 近30 a来西藏地区积雪不断减少, 尤其以近些年较为明显. 近30 a积雪日数、 最大积雪深度总体上呈现下降趋势, 尤其是进入21世纪以来, 下降趋势非常明显. 从秋冬春季节的积雪变化趋势来看, 冬、 春两季的积雪在减少, 而秋季在增多, 这些变化趋势都与各季节的气温和降水密切相关. NOAA资料显示, 近30 a来西藏地区的积雪覆盖面积正在逐步减少; 季节变化略有不同, 春、 秋两季略呈上升趋势, 冬、 夏两季在减少, 且夏季减少趋势较明显. MODIS资料分析表明, 近10 a来西藏地区的积雪总体呈下降趋势, 尤其是2007年下半年开始下降明显. 秋季的积雪在增加, 冬、 春、 夏三季的积雪趋于减少, 且春季的下降趋势最明显, 其次为冬季, 夏季的减少幅度最小. 不同海拔的积雪都有减少趋势, 最明显的是海拔4 000~5 000 m的积雪, 其次是海拔5 000~6 000 m段. 按地理区域分析, 近10 a来西藏东、 西、 中3个区域的积雪都呈减少趋势, 其中西部的下降趋势最明显, 其次为中部, 东部相对较稳定.     

FY-3 A/MERS I积雪制图中NDS I指标建立及积雪判识模型研究 ——以祁连山区为例

我国新型自主的极轨气象卫星风云3号A星（简称FY-3A）上搭载的中分辨率光谱成像仪（MERSI）为大面积雪监测提供了新的遥感数据源。以中国西北祁连山区为例,分析FY-3A/MERSI传感器积雪与其它地物的图谱特征差异,建立了适用于FY-3A/MERSI的归一化差分积雪指数（NDSI）,以此为基础,构建了综合利用多光谱判别指标及土地覆盖类型（LULC）定类辅助的积雪判识模型,生成250 m分辨率的日积雪制图产品。模型通过逐步逼近的树状判别结构,去除了易和积雪混淆的部分乔木林、云、云阴影、水体、湖冰、沙（盐）地等地物,并提出应考虑积雪下覆地表特性的影响,调整设定不同LULC类型的积雪判别阈值约束,实时结合区域LULC影像进行积雪的最终判定与优化。对祁连山区2010-2011年积雪季FY-3A/MERSI影像的积雪制图应用结果表明,该资料能够客观精细地反映积雪的空间分布与动态发展过程。同时利用气象台站积雪观测记录及Terra/MODIS积雪判识结果进行对比验证,结果表明基于FY-3A/MERSI建立的积雪判识模型具有较高的精度和稳定性,特别是提高了云雪区分的效能。