利用MODIS云检测产品客观确定AIRS云检测

云检测是用卫星资料研究云对气候系统作用至关重要的第一步,采用Nagle的基于扫描几何特性的共同空间匹配算法,用MODIS云检测产品客观确定了AIRS云检测,是将高空间分辨率成像仪产品与高光谱分辨率传感器观测资料结合使用的一次实际应用。合成使用高空间分辨率成像仪与高光谱分辨率传感器观测资料的关键步骤在于:①有效而精确的时间和空间上的匹配;②传感器像素内图像仪云检测产品的断定。不仅是云检测,利用AIRS视场内空间匹配的MODIS云产品,还可以判断AIRS的云相态、有效云量及云光学厚度等。     

MODIS图像的薄云透明云检测

基于云与土壤、植被、冰雪、水体等目标的光谱差异,本文结合MODIS影像的波段范围,提出了一种对不同下垫面通用的多光谱云检测算法。同时,本文还加入了大气可降水量指标,用以对基本云区进一步检测,最终实现薄云、透明云的检测。试验证明:通过水汽反演结果的不同,薄云、透明云能够被有效检测。     

用空间匹配的MODIS云产品客观确定AIRS云检测

中分辨率成像光谱仪MODIS有可见光及近红外通道,云检测能力超过大气红外探测器AIRS,在我们的算法中,AIRS云检测由落在每个AIRS视场中的精确空间匹配的1 kmMODIS云检测产品客观确定。实况资料测试说明该AIRS云检测算法简单易行且精度较高,目前正在业务使用。     

基于EOS/MODIS资料的中国黄土高原西部土地覆盖分类

土地利用和覆盖信息不仅是全球及区域气候模式中所需的重要信息,也是描述生态系统的重要基础数据;获取其现状和变化信息,对于揭示土地覆盖的特征和变化规律,探讨变化的驱动因子,分析评价区域生态环境具有重要现实意义。采用多时相和多光谱遥感资料进行土地覆盖分类已成为一种行之有效的方法。植被类型的差异除了可表现为光谱差异外,还可表现为植被生长规律的差异;植被生长以年为周期,在这个周期内不同植被类型有着各自的生繁衰枯的物候节律,表现出不同的生长规律,其规律性极强,这种规律性也可以作为植被分类的一个出发点。于是,NDVI的时间序列分析成为基于生物气候特征的地表覆盖分类的一种手段。基于MODIS资料,首先对2003年植被生长季内共9个月的NDVI时间序列数据进行离散傅立叶变换,取得该时间序列的均值和前4个频率分量的振幅和相位后;采用ISODATA算法对中国黄土高原西部及其周边地区进行了分层土地覆盖分类,并采用现有的土地覆盖数据集,进行了类别归并和精度评估,分类结果的总体精度达到了81.3%,Kappa系数达到了75.4%,结果证明了这种方法的可行性。     

基于沙尘气溶胶识别的中国北方地区MODIS云检测产品的改进研究

美国国家航空航天局(NASA)的MODIS业务云检测产品MOD35是其他大气产品和陆地产品反演的辅助数据,也是目前很多云检测研究的检验依据。为研究MODIS云检测业务产品MOD35的监测效果,分析了中国北方地区有沙尘暴天气的MOD35产品,发现产品易将沙尘气溶胶区域误判为云。为了区分沙尘和云,对中国北方地区白天4次沙尘过程数据进行散点图分析,并通过计算损失率得到沙尘气溶胶的11μm、12μm通道亮温差特征和11μm通道、3.7μm通道的亮温范围,改进了MODIS监测沙尘气溶胶的算法。应用此算法对MODIS云检测产品中的沙尘气溶胶污染进行判别,分析结果与国家气象卫星中心发布的沙尘监测一致。改进的算法能有效地监测出MOD35产品中误判为云的沙尘区域,结合MOD35自身的厚气溶胶标记,改进了云检测产品的效果。     

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。     

利用MODIS卫星资料对中国中东部和印度次大陆气溶胶特性的分析

利用Terra和Aqua卫星上的MODIS探测反演气溶胶产品,比较分析了中国中东部和印度次大陆地区的气溶胶物理特性的异同。研究结果表明:中国中东部气溶胶类型以烟尘为主,印度次大陆地区东、西部分别以烟尘和沙尘为主。两地气溶胶光学厚度均有明显的年际变化,冬季低,夏季高。在夏季,两地烟尘所占比例都很大,且光学厚度也大,故两地污染状况都比较严重。总体来说,中国中东部地区污染程度要高于印度次大陆地区。     

基于MODIS的广东省植被指数序列构建与应用

植被指数是衡量植被长势的重要指标,植被指数序列有助于准确地认知植被覆盖、土地利用和土壤水分的时空变化规律,以及进行干旱和植被生长监测.利用2004-2006年的MODIS数据,选择RVI、NDVI和EVI三种植被指数,采用最大值合成法进行广东省植被指数序列构建.按照不同植被覆盖对三种植被指数的年际变化规律进行分析,并通过NDVI进行植被覆盖度计算以及植被覆盖等级分类来分析植被的空间分布.结果表明,建立的植被指数序列能真实地反映植被生长规律,植被覆盖度和广东地区的植被实际分布状况一致.说明建立植被指数序列是动态监测广东省植被长势的及植被环境的变化的有效方法.     

MODIS多光谱云相态识别技术的应用研究

介绍了卫星多光谱云相态识别的基本原理, 并给出了EOS/ MODIS云相态识别的流程。针对简单和复杂云场, 利用个例并结合无线电探空资料与MODI S三通道合成图肯定了多光谱云相态识别的合理性和实际效果。文中对几个特定天气系统(西南涡旋和西太平洋台风)下大面积云场相态分析的结果表明:多光谱云相态识别技术有一定应用价值, 且需要引入可见光技术来减少红外谱段对多层云覆盖和薄卷云的相态分析误差。     

“桑美”台风云相态的MODIS资料分析

利用卫星遥感资料对"桑美"台风进行分析,MODIS的多通道资料在确定台风中心、分析云的相态及区分高低云等方面提供了重要的监测信息。探索了臭氧与台风云顶温度的关系,得出以下结论:利用MODIS通道31的光谱特性可以判定台风的中心,利用BTD8.5-11和BTD11-12检测的云相态结果合理,通过散点图能够找出高云和低云的大致区域,并利用通道35和通道27得到验证;臭氧与台风云顶温度具有较好的相关性,臭氧通道的信息对于区分云的结构及性质具有指示意义。     

基于MODIS多通道资料的白天雾监测

根据云雾微物理性质的差别,用SBDART辐射传输模式模拟了MODIS通道1、6、20、31的云雾光谱辐射特性。模拟结果表明,这4个通道的辐射值中都包含有云雾的信息,能体现出云雾的微物理性质差异,可以用来区分中高云、雾和无云地表,从而实现白天雾的监测。在模拟分析的基础上提出一种白天雾监测的方案,并进行了实例分析。实例分析结果表明,这种多通道雾监测方法提高了白天卫星识别低云和大雾的能力。     

利用MODIS卫星产品分析西南地区云水特征

采用NASA Goddard Earth Science DAAC发布的2001—2010年MODIS水云云水含量和水云粒子有效半径资料, 选取西南地区（四川、重庆、云南、贵州）,分析了水云云水含量和水云粒子有效半径的多年平均空间分布特征,对年和季节平均水云云水含量和粒子有效半径进行了线性趋势分析,并进行了显著性检验。结果表明：西南地区年和季节多年平均云水含量在海拔高的地方偏少,在海拔低的地方偏多;年和季节多年平均粒子有效半径的空间分布特征与云水含量相反。云水含量具有季节差异性,秋季和夏季是云水含量最丰富的季节,春季和冬季较少;粒子有效半径的季节差异较小。10年中云水含量呈减少趋势,春季和冬季云水含量减少趋势明显;而粒子有效半径无显著变化趋势。     

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。     

应用MODIS数据反演青藏高原地区地表反照率

应用RossThick-LiTransit核驱动BRDF（bidirectional reflectance distribution function）模型,选择2004年Terra MODIS（moderate resolution imaging spectraradiometer）500 m分辨率数据,对青藏高原地区的地表反照率进行了反演研究,并以平均气溶胶光学厚度值0.11计算了正午时（北京时间12：00）实际的地表反照率,反演结果与当地的地表覆盖类型和地形具有较好的一致性。此外,藏北高原4个辐射观测站点观测资料与反演结果的比较表明,500 m分辨率反演结果不仅可以满足气候和陆面过程模式的精度要求,而且精度高于美国1 km分辨率反照率反演结果。     

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。     

MODIS数据云相态反演在一次暴雪过程中的应用

该文选取新疆阿克苏地区2006年11月22—24日的EOS/MODIS卫星遥感资料,同时选取相关气象站的观测资料,应用三光谱云相态反演法,对阿克苏地区暴雪云团的变化过程进行了研究,通过三光谱亮温差点聚图对云相态变化的分析,清晰地展示出该天气系统的发生、发展到最终暴雪形成过程中的物理机制。反演结果与实际气象观测情况相一致;表明三光谱云相态反演法在理论和实际应用方面具有一定优势。     

中国区域MODIS陆上气溶胶光学厚度产品检验

以我国MODIS共享网站积累的MODIS L1B数据和美国威斯康辛大学提供的IMAPP软件包气溶胶产品软件为基础, 经过产品运行本地化改进处理, 在国家卫星气象中心建立了气溶胶产品业务化生成和发布机制。为支持气溶胶遥感产品算法改进以及潜在用户对产品的合理应用, 给出对国家卫星气象中心运行的MODIS气溶胶遥感产品质量检验分析结果。利用2005年1月— 2007年5月AERONET地基气溶胶监测网的L2.0级气溶胶光学厚度产品作为真值, 用它匹配MODIS陆上气溶胶光学厚度产品开展检验。检验结果表明:以卫星过境前后30min地基观测时间平均值匹配地基站点位置10 km半径范围内的卫星反演结果空间平均值开展检验, 总体样本的气溶胶光学厚度均方根误差约为0.25;满足产品误差要求 (±0.05±0.20τ) 的样本占总样本数的44%; 气溶胶光学厚度反演结果精度具有季节和地域差异, 干季(秋、冬、春)的气溶胶光学厚度误差较小, 而雨季气溶胶光学厚度误差较大, 云是雨季气溶胶光学厚度反演结果误差较大的主要影响因素。     

MODIS监测雾的方法及分析

根据云雾及下垫面在可见光、长波红外和中红外波段的反射及辐射特性差异，结合MODIS资料，得出不同的波谱廓线并进行波谱分析。利用分析结果给出多通道综合阈值法监测大雾的流程，并用此方法进行了个例分析。结果表明：MODIS资料在雾监测方面有很好的应用潜力；中红外通道在雾监测上有独特的优势。