Технические описания EOStation >> Радиометр MODIS

Краткая характеристика радиометра MODIS

Радиометр MODIS (Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer) является одним из ключевых съемочных приборов, установленных на борту американских спутников TERRA (на орбите с 1999 г.) и AQUA (на орбите с 2002 г), осуществляющих исследования Земли из космоса по программе EOS (Earth Observing System) национального аэрокосмического агентства (NASA) США .

MODIS относится к гиперспектральным радиометрам. Съемка выполняется в полосе 2330 километров одновременно в 36 спектральных зонах видимого, ближнего, среднего и теплового инфракрасного диапазонов с пространственным разрешением 250, 500 и 1000 метров и радиометрическим разрешением - 12-бит на канал. таблица с характеристиками

По замыслу NASA радиометр MODIS должен обеспечить пользователей данными нового поколения. MODIS является "наследником" радиометра AVHRR спутников NOAA, но у него значительно улучшены не только радиометрическое, спектральное и пространственное разрешение, но и взаимная геометрическая привязка спектральных каналов (0.1 пиксел и лучше), абсолютная радиометрическая калибровка (5% и лучше - для 20 спектральных каналов оптического диапазона (reflective band) и 1% и лучше - для 16 каналов теплового диапазона (emissive band)). Такие высокие стандарты калибровки обусловлены современными требованиями NASA к осуществлению исследований Земли из космоса.

Сравнение основных характеристик радиометров AVHRR (NOAA) и MODIS (TERRA, AQUA)

Радиометр MODIS позволяет осуществлять ежедневный оперативный мониторинг территорий, при этом периодичность наблюдения зависит от ее размеров и географического положения, а также количества используемых спутников.
Периодичность наблюдения отдельной территории (например, субъекта РФ) при съемке одним спутником составляет от 1-2 раз для южных и центральных (по широте) районов России до 2-3 раз для северных районов - в дневное время и столько же раз ночью. При съемке двумя спутниками частота наблюдений удвоится - от 4 до 12 раз в сутки (в зависимости от географического положения территории). Съемка всей территории России двумя спутниками может осуществляться 1-2 раза днем и столько же раз ночью.

Основные сведения о стандартных продуктах MODIS

Для практического использования данных MODIS разработаны и регулярно совершенствуются алгоритмы обработки первичных данных радиометра, существует 44 стандартных информационных продукта. Краткое описание продуктов и алгоритмов их получения приводится здесь, подробное - в базовой технической документации (Algorithm Theoretical Basis Documents (ATBDs)

Стандартные продукты MODIS подразделяются по уровням обработки. Схема формирования тематических продуктов MODIS приведена в документе (47 Kb PDF file). При формировании стандартных продуктов MODIS выделяется 3 основных этапа:

- формирование базовых продуктов уровней обработки от Level0 до Level1B;
- формирование тематических продуктов для научных исследований;
- формирование конечных продуктов для широкого круга пользователей.

Базовые продукты

Продукты уровня Level0 (файлы PDS) - первичные данные MODIS. Поток данных записан так, как он формируется радиометром на борту спутника.

Продукты уровня Level1A (продукт MOD01) представляют собой результат распаковки данных формата Level0 в иерархический формат данных HDF. Данные в файлах MOD01 не подвергнуты никакой обработке по сравнению с PDS. При распаковке из одного файла Level0 PDS формируется один файл MOD01.

Продукты уровня Level1B - результат калибровки данных MODIS. При преобразовании из уровня 1А в уровень 1B данные разного пространственного разрешения разделяются на 4 файла:
- MOD021KM (данные всех 36 каналов, приведенные к разрешению 1 км),
- MOD02HKM (данные с 1 по 7 канал, приведенные к разрешению 500 м),
- MOD02QKM (данные 1 и 2 каналов с разрешением 250 м),
- MOD02OBC (бортовые калибровочные данные)

Для калибровки данных MODIS, а также формирования тематических информационных продуктов
используется дополнительная информация, приведена в таблице:

Продукт MOD03 используется для географической привязки данных MODIS и содержит массивы значений широты, долготы и высоты над уровнем моря, углы сканирования, угол солнца, маску вода-суша и другую информацию для каждого пиксела с разрешением 1км. MOD03 может быть получен двумя способами:
а) с использованием эфемерид спутника и дополнительной информации, передаваемой непосредственно в потоке бортовой телеметрии. Этот способ позволяет проводить привязку сразу после получения данных на приемную станцию, но, к сожалению, информация, передаваемая в режиме прямого вещания, может содержать погрешности, которые не позволяют гарантировать точность привязки.
б) с использованием эфемерид и данных об ориентации спутника, предоставляемых службами управления. С использованием этих данных точность привязки может быть повышена. Недостаток использования точных данных заключается в том, что они имеют значительный объем и доступны в Интернет только через несколько дней после съемки.

Тематические продукты для научных исследований

Основными тематическими продуктами MODIS для научных исследований являются:

Маска облаков (MOD35) – распределение облачного покрова днем и ночью с разрешением 1км;

Растительность и почвенный покров (MOD13, 15-17, 43, 44), в т.ч. их состояние продуктивность, определяемые по вегетационным индексам поверхности (NDVI и EVI), поляризационные эффекты и индикатриса отражения, распознавание типа земного покрова, первичная продуктивность растительности, индекс листовой поверхности LAI, доля излучения, абсорбируемая растениями при фотосинтезе.

Пожары и тепловые аномалии (MOD14) – оперативное обнаружение и мониторинг природных (лесных) пожаров, вулканов и других тепловых аномалий с разрешением 1 км. MODIS может зафиксировать пожар на площади менее 1км2.

Мониторинг снежного и ледового покровов (MOD10, 29), в т.ч. спектральная и отражательная способность снега и льда, их температура.

Температура поверхности, определяемая для суши (MOD11) и водных объектов (MOD28) с разрешением 1 км. Максимальная точность измерения – 0.3 – 0.5 Град. для водных объектов и 1 град. С для суши.

Концентрация и оптические свойства аэорозолей - оптическая плотность, эффективный радиус частиц, фазовое состояние, высота и температура верхней границы

Цвет океанической воды (MOD19), спектральная энергетическая яркость поверхности океана

Концентрация хлорофилла (MOD21) в пределах 0.05 – 50 мг/л для вод класса 1 (прозрачные).

Флюоресценция хлорофилла (MOD20) при концентрации хлорофилла в поверхностном слое 0.5 мг/л

Тематические продукты конечного потребления

На следующем этапе обработке данных MODIS на основе научных продуктов подготавливаются тематические продукты конечного потребления в виде тематических карт, схем, сопровождаемых легендой и другой атрибутивной информацией, а также векторных файлов. Продукты конечного потребления расчитаны на широкий круг пользователей и готовы к интеграции в пользовательские геоинформационные системы.

С некоторыми примерами информационных продуктов обработки данных MODIS можно познакомиться в разделе "Образцы"