表面特性专题制图器和MODIS

最后更新2023年2月19日星期日|地球表面

从陆地空间观测，关键变量是反射率(近红外)和发射率(热红外)。图10.8显示了一些常见材料的这些“指纹”是如何变化的。仔细选择波长滤光片(例如，分离叶绿素波段)可以提高对植被类型和不同生长阶段的敏感性，或者可以处理表面的矿物学和物理状态，例如，以便研究沙漠化，甚至勘探石油或其他有价值的矿藏。必须解决的问题包括大气的污染和模糊效应，大多数矿物的相对平淡的光谱，以及不同种类的材料总是混合和分层的事实。光谱数据对部分覆盖、阴影和湿度等参数也很敏感，分析往往需要应用先进的图像处理和分析技术实证模型以分离大范围的变量。

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浮动。10.8.的光谱特征一些常见材料的近红外光谱。类似的差异也适用于热红外和微波光谱区域:例如，雪、水和冰的介电常数是如此不同，以至于对发射的影响很容易被检测到。例如，在波长为1.55厘米时，海水的发射率为0.44，而冰的发射率大约是它的两倍。

浮动。10.8.一些常见材料的近红外光谱特征。类似的差异也适用于热红外和微波光谱区域:例如，雪、水和冰的介电常数是如此不同，以至于对发射的影响很容易被检测到。例如，在波长为1.55厘米时，海水的发射率为0.44，而冰的发射率大约是它的两倍。

最早运用这一原则的仪器之一是陆地卫星系列地球卫星上的专题绘图仪。在可见光和近红外波段(0.45 ~ 2.35°)有6个光谱通道，在热红外波段(10.4 ~ 12.5°)有1个光谱通道。瞬时视场在705公里轨道高度的表面为30x30平方米，带宽185公里，包括20个同时测量，使用垂直于扫描方向的焦平面上的探测器线性阵列。大口径望远镜直径为50厘米，仪器尺寸为0.9x0.9x1.8立方米，重325公斤，功耗为250瓦。在分析数据时，实验者通常处理来自两个通道的信号的比例，一个在选定的特征内，另一个在选定的特征外，以减少诸如表面照明变化或薄云干扰所造成的不必要影响。

利用地球资源卫星进行遥感，可以迅速获取陆地表面数据，否则收集这些数据即使不是不可能，也是代价高昂的。最近，Terra和Aqua卫星(前两颗地球成分观测系统EOS于1999年和2002年发射，携带了两台用于多光谱热成像的新仪器ASTER(先进星载热发射和反射辐射计)和MODIS(中分辨率成像光谱仪)。MODIS在36个光谱通道中有490个探测器，其中19个覆盖可见光和近红外，其余在热红外。与ATSR一样，一个包含

表10.1 MODIS光谱波段和用途摘要，来自Ward(1997)。在RH列中，对于每种情况下的典型目标，小数字(<1)是噪声等效温度变化(K)，大数字(>10)是信噪比。

主要用途

乐队

带宽(^)

信噪比或NEAT

土地/云

1

.620 -

.670

128

边界

2

.841 -

.876

201

3.

.459 -

.479

243

4

.545 -

.565

228

5

1.230 -

1.250

74

6

1.628 -

1.652

275

7

2.105 -

2.155

110

海洋的颜色

8

.405 -

.420

880

浮游植物

9

.438 -

.448

838

生物地球化学

10

.483 -

.493

802

11

.526 -

.536

754

12

.546 -

.556

750

13

.662 -

.672

910

14

.673 -

.683

1087

15

.743 -

.753

586

16

.862 -

.877

516

大气

17

.890 -

.920

167

水蒸气

18

.931 -

.941

57

19

.915 -

.965

250

表面/云

20.

3.660 -

3.840

0.05

温度

21

3.929 -

3.989

2.00

22

3.929 -

3.989

0.07

23

4.020 -

4.080

0.07

大气

24

4.433 -

4.498

０．２５

温度

25

4.482 -

4.549

０．２５

卷云

26

1.360 -

1.390

150

水蒸气

27

6.535 -

6.895

０．２５

28

7.175 -

7.475

０．２５

29

8.400 -

8.700

0.05

臭氧

30.

9.580 -

9.880

０．２５

表面/云

31

10.780 -

11.280

0.05

温度

32

11.770 -

12.270

0.05

云顶

33

13.185 -

13.485

０．２５

高度

34

13.485 -

13.785

０．２５

35

13.785 -

14.085

０．２５

36

14.085 -

14.385

0.35

旋转镜在一个旋转中查看地球和内部校准目标，但在这种情况下也查看冷空间的零辐射参考。

来自扫描镜的辐射通过望远镜反射到一系列分束器上，分束器将光子在光谱上分成四个焦平面，如图10.9所示。能量通过聚焦光学定向到探测器阵列上，每个阵列都涂有单独的带通滤波器。36个波段汇总在表10.1中。

MODIS的校准原理不同于ATSR的校准原理，因为前者观测的是海面，而海面的发射率是事先已知的。对于陆地观测来说，严格的发射前校准可追溯源和机载校准系统仍然是有用的，该系统使用铝v型槽板，其中一点是经过校准的发射率和精确监测的温度，另一点是空间视图。除了了解绝对亮度外，还使用了地面真实方法，其中机载成像系统具有与飞机上的MODIS类似的特征，可以同时成像与MODIS相同的场景。由于机载系统的误差远小于卫星仪器的误差，因此可以将机载测量结果作为真实值，并对校准程序进行修改，以纠正热成像表面发射率的计算值与实测值之间的差异。同时，表面运动可以在视觉上识别两种仪器视野内的材料，并允许使用真实数据建立光谱指纹数据库。

MODIS数据在自然和可持续资源管理、监测土地覆盖动态和土地利用、碳预算建模、沿海和海洋水质监测、气溶胶预算、农业、林业和渔业生产(包括作物产量监测和预测)等许多领域得到广泛应用。它在应急领域也有价值，可用于管理火灾和洪水等紧急情况，以及跟踪火山灰羽状物的演变。

继续阅读:大气温度HIRS和大气

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