MODIS 1B数据处理及反演地表温度和土壤湿度IDL实现

摘要

中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer)是新一代地球观测系统中“图谱合一”的光学传感器，具有36个光谱通道，分布在0.4-14Um的电磁波谱范围内。它的地面分辨率有250m、500m和1000m三种，扫描宽度为2330Km。在对地观测过程中，每秒可同时获得6.1兆比特的来自大气、海洋和陆地表面信息，每天或每2天就可获取一次全球观测数据。本研究主要是对MODIS1B数据进行预处理，然后提取云雾、冰雪、水体、植被覆盖，这些都是后续对地表温/湿度反演所必不可少的步骤，并选择适合的算法，通过IDL语言编写的处理软件，结合ENVI和MODIStools控件加以实现。主要研究内容如下：
　　 对分层数据格式(HDF格式)和IDL语言提供了的相关函数进行研究；对MODIS数据预处理，包括数据条纹噪声、数据重叠消除，反(辐)射率定标，太阳天顶角订正，以及亮温反演和几何纠正等，并选择不同的光谱组合和阈值，来提取地物。针对MODIS数据温度的分裂窗算法进行了简要的介绍，并对参数的获取进行了分析，并在IDL6.2环境下，编程实现了该算法。利用MODIS影像，对云南地区的陆面温度进行反演，其反演的温度由滇西北向滇东南逐渐增加，这一现象符合了云南高纬度与高海拔相结合、低纬度和低海拔相一致的地型环境，说明反演的瞬时陆面温度的分布与同步气温数据的宏观变化规律基本一致。在地表温度的基础上，结合植被指数得出植被供水指数(VSWI)来实现对土壤湿度的反演，也可通过第6、7光谱波段对水的吸收率的差异得地表含水量指数(SWCI)来实现，两种方法都具有一定的可行性。
　　 研究表明，从遥感测量得到的地面温/湿度可以反映每个像元的下垫面温/湿度的平均状况和下垫面温/湿度场的空间分布特征，具有传统观测方法无法比拟的优越性。虽然利用MODIS遥感数据反演陆面温/湿度还存在相当的问题，但它仍然是目前获取大面积区域陆面温/湿度的最有效、最简便的方法，也是未来研究和发展的方向。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1 研究背景与研究意义

1.2 本文研究内容

2 HDF格式、MODIS 1B数据产品及IDL语言

2.1 HDF格式介绍

2.2 MODIS 1B数据产品介绍

2.3 IDL语言

3 MODIS数据处理方法研究及实现

3.1 条带噪声消除

3.1.1 几种去噪方法比较

3.1.2 邻域插值法

3.1.3 结论与分析

3.2 数据重叠现象去除

3.2.1 数据重叠现象形成的原因

3.2.2 消除MODIS数据重叠的原理

3.2.3 利用MODIStools的模块消除数据重叠

3.3 反(辐)射率定标

3.4 太阳天顶角订正

3.4.1 SolarZenith影像分析

3.4.2 SolarZenith影像坐标插值

3.4.3 影像天顶角订正

3.4.4 结论与分析

3.5 热红外波段亮温反演

3.5.1 亮温反演原理

3.5.2 亮温反演

3.6 几何纠正

3.6.1 地图投影理论

3.6.2 投影变换IDL实现算法

3.6.3 MODIS影像纠正软件实现

4 MODIS影像检测

4.1 云检测

4.1.1 云检测方法

4.1.2 MODIS数据云雾检测流程

4.2 冰雪监测

4.3 水体检测

4.3.1 水体检测原理

4.3.2 薄云雾下的水体的识别

4.3.3 消除阴影对水体的误判

4.4 植被覆盖率

4.4.1 方法研究

4.4.2 植被指数

4.4.3 植被指数合成

4.4.4 基于NDVI的植被覆盖率检测

4.5 对MODIS影像的检测实例

5 地表温度的反演

5.1 遥感地表温度的研究方法

5.2 分裂窗算法简介

5.3 分裂窗算法各中间参数的计算

5.3.1 大气透射率

5.3.2 地表比辐射率的计算

5.4 云南省地表温度的反演

6 土壤湿度反演

6.1 主要模型介绍

6.2 模型应用分析

7 MODIS数据处理及反演软件简介

8 结论

附录

参考文献

致谢