EOS/MODIS遥感数据与应用前景

美国地球观测系统（EOS）的TERRA和AQUA卫星的中分辨率成像光谱仪（MODIS）具有36个波段和250－1000m地表分辨率，采取直接广播的形式下发数据，免费接收使用。MODIS遥感数据可广泛应用于地表覆盖变化、生物生产力和生态环境监测、气候预测和自然灾害监测（包括洪涝、干旱、森林草原火灾、雪灾、荒漠化）等领域。     

从MODIS资料提取土壤湿度信息的主成分分析方法

沿袭了遥感地物分类中K-L变换思想, 以归一化处理后的遥感数据, 结合地面土壤湿度观测数据, 应用主成分分析方法, 采用MODIS不同红外波段数据, 通过相关关系计算, 在监测结果中融合MODIS具有250 m分辨率的第2波段数据, 建立了青海省多维特征空间土壤湿度监测模型。模型的建立克服了热惯量法监测干旱需多时相遥感数据的缺陷, 经初步检验, 此模型可以在一定精度范围之内监测表层土壤湿度, 具有业务应用潜力。     

利用MODIS资料对积雪的遥感监测

通过对遥感卫星资料中云和雪的光谱特征的分析，提出利用中分辨率成像光谱仪（MODIS）红外、可见光谱段数据进行云、雪检测和分离的方法；并提供监测实例来说明利用MODIS数据可进行积雪监测。     

去除EOS/MODIS 1B数据中"弯弓"效应的方法

分析了中分辨率成像光谱仪EOS／MODIS的扫描方式,在此基础上研究了EOS／MODIS1B数据集“弯弓”效应的成因。对EOS／MODIS1B数据02级产品HDF文件的格式进行了探讨,并以250m分辨率资料为例,在2002年7月13日10时的MODIS资料中选取鄱阳湖以北部分地区,读取其数据进行插值、Lambert投影、重采样等处理,从而消除了影响资料使用的“弯弓”效应,同时也完成了对EOS／MODIS数据的几何校正,取得了一定的效果,为EOS／MODIS遥感资料在今后得以广泛应用作了有益的尝试。     

插值法在去除MODIS遥感影像条带噪声中的应用

采用多元并扫方式(1 km分辨率10元并扫,500 m分辨率20元并扫,250 m分辨率40元并扫)的MODIS传感器,由于各探测单元在轨响应差异而引起的条带噪声对MODIS定量产品的反演计算精度造成一定影响。为了尽可能减少这种影响,提高MODIS定量产品反演精度,本文提出了应用插值法剔除MODIS数据条带噪声。研究首先分析了传统去条带噪声方法的弊端,根据条带噪声在MODIS影像中的分布规律,以及如何准确判断条带噪声所在的行,然后应用插值法去除了MODIS波段5和波段30影像的条带噪声,取得了满意的效果,最后对图像的去除效果与传统的矩匹配法和傅立叶变换法进行了比较,并用两种评价指标做出评价。结果表明,两种评价指标得出的结果一致,也正说明了插值法是一种很好的去除MODIS数据条带噪声的方法,同时用这种方法处理后的图像还能保留原有的大部分信息。     

基于MODIS遥感数据的混合像元分解技术研究和应用

使用郑州市MODIS（Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer）遥感数据,运用线性混合模型,对MODIS遥感数据进行混合像元分解技术研究。探讨了MODIS遥感数据的预处理、线性光谱分解模型、图像端元组分反射率的求取方法。把结果与分辨率较高的Landsat ETM＋图像分类结果进行对比,并根据得到的均方根误差（RMS;Root Mean Square）进行分析表明,利用这种像元分解方法得到的结果较为理想,MODIS数据可以有效地应用于遥感动态监测和土地覆盖分类研究。     

三套NDVI长时间序列植被指数的对比——以玛曲为例

NDVI／MODIS、NDVI／GIMMS和NDVI／NSMC是时间长度不同、空间分辨率相差甚远的3套ND—VI数据集,如何集成应用这些不同时间长度、不同分辨率的数据进行相关研究,数据集间的比较是最基础的工作。本文以甘肃省甘南州玛曲县为例,用直方图、相关分析、趋势分析等方法研究了这3套NDVI产品数据集的相互关系。结果表明：1）NDVI／NSMC与NDVI/MODIS的直方图具有类似的图像分布特征,但是NDVI／MODIS数据分布范围更大;2）3套NDVI在数值上表现为NDVI／MODIS〉NDVI／GIMMS〉NDVI／NSMC;3）3套数据集空间图像特征一致,两两间均具有十分显著的空间相关性,其中1月份相对最弱,5、10月份最强,三者相比NDVIfNSMC与NDVI／MODIS的空间相关性更强;4）1—3月、5—8月及年均的NDVI／GIMMS与NDVI／NSMC值存在显著的时间相关性,但两者逐年变化趋势存在较大差别,两者气候倾向率相差最大的高达5倍之多。NDVIfNSMC数据集在处理过程中可能未进行大气订正及交叉定标,这是造成共同源的NDVIfGIMMS与NDVI／NSMC差异较大的重要原因。     

利用主成分分析法提取土壤湿度信息的技术方法研究

本文沿袭了遥感地物分类中K-L变换的思想,采用主成分分析法,应用MODIS数据的7、21、29、31四个红外波段,融合具有250m分辨率的2通道,建立了青海省多维特征空间土壤湿度监测模型。这种模型的建立克服了热惯量模型需要多时相数据的缺陷,也考虑了青海高原春季天气特征状况。经初步检验,此模型可以在一定精度范围之内监测表层土壤湿度,具有业务应用潜力。     

MODIS数据在南方丘陵地区局地森林火灾面积评估中的应用研究

根据2004年的MODIS数据和森林火灾地面调查数据, 以福建省为例, 来探讨典型南方丘陵山区森林火灾发生后火灾面积大小评估的技术方法。在对火区250 m分辨率MODIS数据特征分析的基础上, 通过MODIS近红外通道反射率和归一化植被指数在火灾发生前后的散点图, 结合火区的假彩色合成影像, 利用ENVI软件的ROI处理功能建立火灾面积评估技术方法。对35起森林火灾样本进行评估, 过火面积总体估算误差为15 hm2, 结果表明, 在南方丘陵山区, 应用MODIS数据开展森林火灾面积评估, 能较好地满足业务需求。     

利用MODIS的多通道信息估计中纬度降雨

基于同一Aqua卫星上的中分辨率成像光谱仪MODIS的多通道数据和被动微波辐射计AMSR-E的微波数据,文中研究了由MODIS的热红外亮温TB11μm和可见光通道反射率R0.65μm估计中纬度降雨的方法。首先利用MODIS的R0.65μm>0.8和TB11μm<270 K检测降雨云,并利用一个非线性函数估计雨强。同时,利用AMSR-E微波降雨产品对MODIS降雨估计进行了验证,发现降雨范围和雨强基本一致,在2°格点上相关系数的平方达到0.82,这启示MODIS降雨估计可以达到与被动微波降雨估计相近的精度。与自动雨量站观测数据的检验也取得较好的效果。     

基于MODIS资料的西藏遥感积雪监测业务化方法

雪灾是西藏地区藏北一线、南部边缘地区对牧业生产影响最严重的灾害之一,利用卫星遥感资料开展积雪监测,提供监测信息产品具有重要的现实意义.利用拉萨接收站接收的中分辨率成像光谱仪(MODIS)卫星遥感资料对西藏高原积雪的监测方法进行了探讨,找出适合该地区的积雪判别模式,建立MODIS资料为基础的积雪监测系统.基于MODIS数据计算得出的归一化差分积雪指数(NDSI)和归一化植被指数(NDVI)与1、2、4、6通道等相结合,建立积雪监测模型是可行的;得出的积雪判识方法对于西藏地区有较高的适用性,如结合地表土地利用类型数据将有林区和非森林区分开计算,能较好地消除藏东南地区因地势复杂、森林茂密对NDSI的影响.     

基于MODIS地表覆盖(LC)的森林火灾识别方法

通过分析MODIS多光谱地表覆盖产品,证明MODIS本身具有精确识别包括5种森林在内的IGBP 17种地表类型的能力,完全可以满足识别森林火灾的实际需要.在此基础上提出基于MODIS地表覆盖的森林火点识别方法,探讨使用MODIS地表覆盖数据识别森林火灾的数据处理操作过程.应用该森林火点识别方法,MODIS实时广播接收站可以建立一套由MODIS火点侦测模块和MODIS森林火点识别模块构成的完全基于自身数据的森林火灾监测系统.5种森林地表整体平均识别误差为3.5%,可以满足卫星遥感森林火灾监测系统要求.     

海洋叶绿素a浓度反演及其在赤潮监测中的应用

采用OC2和OC3两种标准经验算法以及Clark和NSMC-CASE2两种半分析算法进行了MODIS海洋叶绿素a浓度反演, 并根据2004年福建近海赤潮监控区内10个站点的叶绿素a浓度观测数据对反演结果进行了分析。 利用2002—2005年MODIS叶绿素a浓度反演结果对同期发生在福建近海的赤潮灾害进行了初步研究, 并探讨了250 m 和500 m 分辨率的MODIS可见光数据对赤潮灾害监测的可能性。 结果表明: 两种标准经验算法和两种半分析算法对叶绿素a浓度的反演均存在不同程度的偏高, 相对而言, OC3标准经验算法比较适合基于MODIS的福建近海叶绿素a浓度反演; MODIS红光 (250 m) 和绿光 (500 m) 通道数据的比值在赤潮灾害发生过程中发生了显著变化, 在灾害发生时其值明显较灾前和灾后均偏大。     

基于GNSS的MODIS大气可降水量校正模型

MODIS大气可降水量（PWV）空间分辨率高但易受云雨等环境因素影响,精度不高.GNSS PWV 空间分辨率较低但具有全天候、不受天气影响、精度高的优点.研究表明两者存在显著的线性相关性,结合两者的优点,基于GNSS PWV校正MODIS PWV可获取大面积高精度的PWV.针对传统的线性回归校正模型没有考虑云、气溶胶等的影响使两种数据线性相关性变差的问题,本文在传统的线性校正模型上增加了使用年积日的非线性周期项的方法来构建校正模型.利用2017—2019年香港地区GNSS对流层延迟与MODIS近红外数据,使用频谱分析线性残差项,结果表明残差具有显著的年周期.对比传统模型,本文模型的平均绝对误差、平均相对误差、均方根误差和拟合度都有明显的改善,表明本文模型可行有效且精度较高.     

利用MODIS多通道数据反演近海海表温度

以EOS卫星的中分辨率成像光谱仪MODIS遥感资料为数据源,以福建近岸海域为示范区,利用多通道数据算法模型进行近海海表温度卫星遥感反演试验,并根据2003-2004年福建近岸海域10个观测站点的实测海洋表面温度对反演结果进行精度检验与分析.遥感反演的海洋表面温度与现场观测的海洋表面温度绝对误差的平均值为0.75℃,标准差为0.52℃,绝对误差在1.0℃以内的样本占总样本的68%.结果表明利用MODIS多通道数据算法模型遥感反演近海海表温度能够满足海洋应用的精度要求.     

Matlab对基于HDF格式的MODIS 1B数据的提取方法与实现

基于HDF文件格式的MODIS数据的应用越来越广泛,MODIS数据开发应用的前提是对MODIS 1B数据的提取。本文详细介绍了利用Matlab对HDF文件进行读写操作的过程,在此基础上给出了提取MODIS 1B数据的流程图,实现了对MODIS 1B数据的提取,为MODIS二级产品的开发打下了基础。     

基于地面通量观测与MODIS数据估算玉米光能利用率北大核心

基于地面通量数据和中分辨率成像光谱仪(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer, MODIS)数据,对玉米农田生态系统光能利用率(Light Use Efficiency, LUE)进行反演和分析。通过地表碳通量资料构建了玉米农田生态系统的LUE模型,分析了LUE的变化规律;通过比较不同参照波段、不同传感器角度下计算的MOIDS光化学反射植被指数(Photochemical Reflectance Index, PRI)与LUE间的关系,构建了MOIDS PRI反演玉米LUE的模型。结果表明:(1)玉米LUE呈现出明显的季节和日尺度上的变化规律,季节变化表现为单峰形,白天的LUE呈现出“U”型变化规律;(2)相比较NDVI,PRI反演植被LUE有明显优势,利用MODIS PRIS与LUE的较好相关性,建立了PRI488、PRI551和PRI667模型进行LUE反演;(3)经比较,MODIS PRIS反演LUE时最适合的为PRI551模型,其全向散射的模型具有通用性,而如果区分出后向散射数据则采用相应的PRI551后向散射模型更好;(4)利用LUEa与全天平均LUEd拟合模型与MODIS PRI551瞬时模型联合,可实现对日尺度的光能利用率的反演,其推广应用前景值得期待。     

中国海域MODIS气溶胶光学厚度检验分析

利用MODIS的Collection 005版本（MODIS—C005）数据的气溶胶光学厚度（AOT）产品,与我国海域多个AERONET观测站点太阳光度计测量得到的AOT结果进行了对比分析,对MODIS_C005数据的气溶胶产品在我国海域进行了验证,并对验证方法进行了探讨。结果表明,MODIS—C005的AOT在我国海域与AERONET站陆基观测到的AOT具有非常好的一致性,相关系数达到0．9以上。通过尝试不同的验证方法,发现验证数据的空间采样窗口大小的选择对于验证效果具有较大的影响,在中国海域可以使用30km×30km的空间采样窗口。通过MODIS—C005的AOT与AERONET站观测值在中国各个海区的比较,证明MODIS—C005的AOT在550nm满足美国NASA的设计要求,误差控制在±0．05±0．057τ,适用于我国海域,可以用于中国海域的气象和海洋等科学研究。     

基于统计年鉴和MODIS的中国区域土地利用/覆盖变化特征研究

土地利用/覆盖变化(Land Use/Cover Change,LUCC)是影响区域气候变化不可忽略的因素,然而目前还没有十分可靠的土地利用/覆盖数据,因此其对气候变化影响的研究存在很大不确定性。基于此,利用中国统计年鉴(简称年鉴)和中分辨率成像光谱仪(MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer,MODIS)遥感观测资料,以行政区为研究单元对3种典型土地利用/覆盖类型(森林、城市和农田)的变化进行了比较分析。结果表明:(1)2004~2011年,年鉴和MODIS森林覆盖率在中国各省(市、区)的分布和变化整体一致性较好,年鉴和MODIS数据都显示全国大部分省(市、区)份的森林覆盖率均有不同程度的增加,而仅MODIS数据中的北京、天津、吉林、黑龙江、上海、江苏森林覆盖率降低。MODIS数据能准确反映森林总体覆盖情况,由于类别精度不够,对单种森林类型及变化的描述存在较大误差。(2)年鉴表明中国东部城市建成区覆盖率及其增长远高于西部地区,黄淮海地区、东南部沿海地区城镇用地呈现加速扩张趋势,符合实际情况。但MODIS数据没有表征出中国区域近10年来的快速城市化进程,可能原因是城市面积较小,且地面地物分布复杂,受空间分辨率的限制,在离散的不集中的区域MODIS数据的土地覆盖类型分类精度较低,导致监测不到新城市的扩张。(3)MODIS农田面积和年鉴农作物播种面积、有效灌溉面积覆盖率的数值和空间分布均有较好的一致性,均是黄淮海地区覆盖率最大。但在2001~2011年,3种数据变化量的差异较大,尤其东部省(市、区)份,MODIS农田面积和年鉴有效灌溉面积增加,而年鉴农作物播种面积减少。(4)2004~2011年中国土地利用类型变化中年鉴城市建成区的变化速率最大(6.25%),其次为森林;耕地由于总量大,变化部分所占的比例较小,因而MOIDS农田及年鉴农作物播种面积和有效灌溉面积的变化速率均较小。     

中国地区两种MODIS气溶胶产品的比较分析

对比分析了2003-2009年中国及其周边地区中分辨率成像光谱仪(MODIS)C004和C005的气溶胶光学厚度(AOD)产品特征,并将MODIS的气溶胶产品与AERONET观测站资料做了对比分析。结果表明：(1)中国及其周边地区AOD平均值为0.34±0.32,具有显著的空间变化;C005反演算法得到的AOD产品对C...