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MODIS 数据处理.pdf

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.90M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    MODIS 的 1B 产品用户指南 Version 4.3.0 (Terra) 和 Version 4.3.1 (Aqua) MODIS Level 1B Product User’s Guide For Level 1B Version 4.3.0 (Terra) and Version 4.3.1 (Aqua) MCST Document # PUB-01-U-0202- REV B MCST Internal Memorandum # M1038 Prepared by Members of the MODIS Characterization Support Team For NASA/Goddard Space Flight Center Greenbelt, MD 20771 December 1, 2003 2003 年 12 月 1 日 1
    目 录 第一章、 序论 1．1 MODIS 1B 软件系统与本用户指南的目的 1．2 MODIS 1B 数据的生产 第二章、 HDF-EOS 数据格式简介 2．1 MODIS 1B 文件中采用的 HDF 数据对象： 2.1.1. 科学数据集（SDSs）； 2.1.2. 定长数据(Vdata)； 2.1.3. 文件(全局)属性。 2．2 从 HDF 到 HDF-EOS 的扩展：Swath 结构 第三章、 MODIS 1B 地球视角数据产品 3．1 结构：文件分类 3．2 MODIS 1B HDF-EOS 地球产品的元数据 3．3 MODIS 1B 地球产品的科学数据 3．4 白天与夜间不同模式对产品的影响 3．5 地球视角数据量小结 第四章、 程序与查找表版本号在元数据字段上的表达 4．1 PGEVERSION 元数据字段 4．2 ALGORITHMPACKAGEVERSION 元数据字段 第五章、 地球视角数据产品科学数据集 5．1 术语含义 5．2 科学数据集中波段的排列顺序 5．3 产品文件中探测器的排列顺序 5．4 科学数据集：几个反射太阳波段的技术含义（物理意义） 5.4.1 用经过尺度转换的整型数（Scaled Integer，SI） 表达 dn**。 5.4.2 计算反射太阳波段的反射产品 5.4.3 计算反射太阳波段的辐射产品 5.4.4 反射太阳波段的单位和属性 5.4.5 由高分辨率到低分辨率的重采样 5．5 热辐射波段科学数据集的技术含义 5.5.1 把辐射值的尺度转换为 16-bit 整数型 5.5.2 热辐射波段科学数据单位和属性 2
    5.6 数据质量保证：无效数据数值的标定 5.7 科学数据集的不确定性的表达 第六章、 星上定标文件结构 第七章、 缩写词 第八章、 属语表 第九章、 参考文献 第十章、 第十章、索引 ―――――――――――――――――――――――――――――――――――――― 附 录： A． 可以使用的 HDF 和 HDF 工具：（主要网址） A.1 可用 HDF A.2 科学数据处理软件包（SDP Toolkit） A.3 HDF-EOS A.4 可以读写、显示 HDF－EOS 文件的工具 A.4.1 HDF-EOS 标准、工具、与信息中心 A.4.2 EOSVIEW 软件 A.4.3 交互式数据语言 (IDL) A.4.4 其它工具（Research Systems Inc. 公司） B． HDF－EOS SWATH 结构举例 C． 反射太阳波段地球视角数据产品 C.1 在 1B 中计算 dn** 的算法 C.2 在 1B 中计算反射波段转换尺度和偏移（scales and offsets）的算法 C.3 在 1B 中计算辐射波段转换尺度和偏移（scales and offsets）的算法 C.4 从 dn** 中计算 dn* 3
    第1章 简 介 1．1 1B 级的软件系统和本用户指南的目的 由 MODIS 数据标定和技术支持组（MCST）开发的 1B 级软件系统的目的， 是为从事地球科学领域应用的 MODIS 科学组（MST）提供结果校准的 MODIS 数 据 。 应 用 之 一 是 从 1B 生 成 图 象 。 图 1-1 是 从 MODIS 网 站 图 象 库 （http://modis.gsfc.nasa.gov/gallery/）中下载的一幅 MODIS 图象。 图 1-1: 美国五大湖区 1km 分辨率，2000 年 3 月 3 日，RGB=1,4,3 但是，1B 产品没有直接包含如图 1-1 所示的图象，它们只包含校准的数据，可 以用其它软件把 1B 数据转化为这样的图象。 本文档是 MODIS 1B 级产品用户指南。1B 级产品的内容被 1B 级文件规范 定义【8～10】。本指南的目的是给用户提供产品体系结构的基本理解—能够使用 户解译和使用 1B 产品。指南假设用户具有 MODIS 仪器的结构和操作的基本知 识【1~2】。与本指南配合使用的其它参考文件为：《MODIS 1B 数据字典》【5】， 提供了 1B 级产品中单个数据项目的含义和起源的更多细节。 1．2 1B 级产品文件的生成 在 Terra 和 Aqua 两颗卫星计划中，经过 1A 级、地理位置、1B 级软件系统 4
    生成的数据产品，归档在 NASA 空间飞行中心（GSFC）的分布式动态存档中心 （GDAAC）。 1A 级处理程序，把 2 个小时的 0 级文件重新组织成一系列基本处理单元， 及数据块（Granules），每个数据块包含大约 5 分钟的 MODIS 数据。因为 MODIS 镜面的一次扫描需要 1.4771 秒，所以在 5 分钟内 1B 级产品文件典型的有 203 次 完全扫描，有时候完全扫描 204 次。每天 5 分钟集合的扫描文件有 288 个。地理 位置代码计算地面单个象元的坐标，以及有关 MODIS 的太阳和月亮的位置信息。 在 GDAAC 的操作中，1A 级和地理位置代码使用产品生成程序（PGE01）。同时， 它们将输入的 MODIS 数据放到 1B 级软件中。 1B 级软件系统由 2 个连续的过程组成，在操作环境 PGE02 执行。第一个过程， MOD-PR02 是系统中主要的校准处理代码。该代码完成以下功能： （1） 完成校正算法为所有已知的仪器问题，纠正原始的对地观测数据，并 将校正过的数据转换成校正产品。算法由 MODIS 校正支持组（MCST） 与 MODIS 科学组（MST）合作开发。 （2） 将校正过的科学数据组织成可视的 swath，swath 的结构可以与每个象 元的地理位置参数直接相关。 （3） 完成原始的和校正过的数据质量保证测试。 MOD-PR02 一般输入 3 个 1A 级文件，在时间上连续，指定为“原来的”， “当前的”，和“随后的”。当前包含 MODIS 数据的集合通过 程序的执行来校 正。原来的和随后的集合提供邻接的 MODIS 数据的程序，因为校正算法需要穿 过当前集合边界的数据。如果领头的或拖尾的集合由于数据或者其它原因丢失 了，MOD-PR02 将在当前集合内校正数据。MOD-PR02 也相应于当前的 1A 级集 合和校正参数文件输入位置文件。MOD-PR02 输入原始信号，生成 4 个产品文 件，时间范围与当前的 1A 级和地理位置集合相同。4 个产品文件中的 3 个包含 根据数据的空间分辨率组织的校正过的对地观测数据。第 4 个文件包含工程和校 正数据。MOD-PR02 的这 4 个产品是本用户指南的焦点。 注释：本用户指南中，“1B 级软件”指 MOD-PR02 程序。 在 1B 级软件系统中的第二个过程，MOD-PR02QA，从 MOD-PR02 产生的 对地观测文件中拷贝元数据，产生质量保证（QA）文件（ASCII 格式）。这些 QA 文件支持 MCST，开发成熟的 QA 算法，在本指南中将不再进一步考虑。 1B 级校正程序生成 4 个产品文件，MOD-PR02，表 1。2。1 中概述。 ECS 名称 MODIS/Terra MOD02QKM MODIS/Aqua MYD02QKM MOD02HKM MYD02HKM MOD021KM MYD021KM MOD02OBC MYD02OBC 表.1: 1B 级产品概要 产品内容 校正过的 250 米分辨率的对地观测数据 校正过的 500 米分辨率的对地观测数据，包括被聚集的 250 米分 辨率以 500 米分辨率显示的波段 校正过的 1 公里分辨率的对地观测数据，包括被聚集的 250 米和 500 米分辨率以 1 公里分辨率显示的波段 星上校正器（OBC）和工程数据 3 种对地观测产品以 3 种空间分辨率 250 米，500 米，和 1 公里对外发布。 5
    星上矫正器和工程数据文件包含太空星上测量值，黑体，辐射校正集合和太阳扩 散体，另外的工程数据。 这些文件的格式采用广泛使用的 HDF 格式。文件的体系结构利用分等级数 据结构-对地观测系统（HDF-EOS）对 HDF 的扩展。HDF-EOS 支持对地观测系 统 （ EOS ） 数 据 的 存 档 和 储 存 的 需 要 。 对 于 通 过 EOS 在 http://daac.gsfc.nasa.gov/data/ 的 数 据 网 关 ， 从 Goddard 动 态 存 档 发 布 中 心 （GDAAC）已注册的用户，可以使用这些产品。 第2章 HDF-EOS 数据格式介绍 分等级的数据格式（HDF）是地球观测系统数据和信息系统（EOSDIS）核 心系统（ECS）选择的标准数据存储格式。HDF 由伊利诺斯州大学的美国国家超 级计算应用中心（NCSA）开发和维护（http://ncsa.uiuc.edu）。EOSDIS 定义了一 种称为 HDF-EOS 的扩展，它为储存 EOS 数据和搜索服务建立了标准。熟悉 HDF 和 HDF-EOS 的人可以跳过此章。 泛泛地说，HDF 容许共享跨平台的自我描述文件。“自我描述”意味着一个 数据集，例如一个多维的数字序列，有逻辑上与它相联系的额外的元数据，描述 诸如矩阵的阶数，每维中的元素数，等等。跨平台访问文件的能力是强大的性能， 容许人们能够读不同机器上生成的文件。例如，DEC ALPHA 机器上的用户可以 读一个在 Silicon 图形工作站上生成的 HDF 文件—它一般要考虑二进制文件的字 节顺序。HDF 的库函数考虑了这些细节。 为了获得上面的性能，HDF 借用了面向对象的程序设计法则。多维的排列、 表和图象可存储在同一个文件中，并被作为离散的目标观看，而不只是连续的字 节流。关于面向对象的编程和文件的物理布局的知识不是必需的，因为用户只是 通过对 HDF 库的调用来访问这些目标。用户需要理解根据各种 HDF 和 HDF-EOS 数据对象类型理解被访问文件的内容。下一章描述这些数据对象类型。 2．1 在 1B 级文件中使用的 HDF 数据对象 1B 级使用以下的 HDF 支持的数据对象来存贮科学数据，校准数据和相关的 元数据，它们描述了科学数据的范围和质量： 2．1．1 科学数据集（SDSs） 这些对象包含多维排列，用于存储科学数据。1B 级使用 SDSs 存储校准过 的科学数据，它们的不确定性，部分质量保证数据。 通过属性数据（可以被认 为是“系”到 SDS 的数据）使 SDSs 能够自我描述。图 2-1 显示了一个 SDS 的 成分。 6
    Required Attributes Name Data Type (e.g.int16,float32) SDS ARRAY Dimensions Optional Attributes Predefined Attributes • • Labels Fill values, etc. User defined attributes Dimension Scales Figure 错误！文档中没有指定样式的文字。-2: Schematic of the Required and Optional Components (Attributes) of an SDS The required components are shown on the left side of the figure, and the optional components are shown on the right. 图 2-1：SDS 必需的和可选的成分（属性）示意图 下面列出的必须属性提供了容许 HDF 库识别 SDS 的最小信息，将数据组织成具 7
    有正确的维数和数据类型： （1） 名称：定义 SDS 名字的字符串，具有唯一性。 （2） 数据类型：定义数据如何在排列中储存的数据类型（例如，32 位的浮点 数）。 （3） 维数：排列的维数或阶数。 所有其它的属性是可选项，例如： （1） 预定义的属性，包括但是没有限制到： 。标记：为所有的维和数据 。单元：为所有的维和数据 。范围：指定数据集的最大和最小值 。填充值：代表数据集中丢失了的数据 。坐标系统：当解译或显示数据的时候使用 （2） 用户定义的属性：1B 级采用了这个特征的优点来为校准过的产品定义专 门的校准比例和偏移参数（这不同于预定义属性） （3） 维数比例：当解译和显示数据时对于不同的维数所用的比例 2．1．2 固定长度数据（Vdata） 8
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