[发明专利]MODIS地表反射率数据的预处理方法及系统

说明书

技术领域

本发明涉及数据预处理技术领域，尤其涉及一种MODIS地表反射率数据的预处理方法及系统。

背景技术

预处理过程是保证全球陆表卫星数据产品质量的前提。由于遥感数据在空间、波谱和时间上受到云、雪和云影等的影响，真实的地表反射率往往受到干扰，从而很难精确地反映出地表特征参量产品的变化规律。

从全球每天的遥感图像上分析，全球平均70％以上地区都被云覆盖；在时间上，云覆盖还存在长期性、季节性、多变性；同时，云覆盖带来了云影的存在；在中高纬度区，由于大量的可溶性雪的存在，云和雪的相似性使得图像的判别又增加了很多困难。中分辨率成像光谱仪MODIS(Moderate-Resolution Imaging Spectroradiometer，MODIS)数据由于其空间分辨率低、覆盖范围广，受云、云影、雪、及其他异常气候条件的影响十分明显，从而给数据使用带来不便影响。因此云及云影的标识和去除成为影响地表特征参量产品精度的重要组成部分。

现有技术中，辐射传输模型广泛应用于地表反射率和地表发射率的计算，包括短波和长波辐射传输方程。

对于短波辐射，如果忽略极化效应，辐射传输方程可以表达为：

dI(s)ds=-K(I-J)]]>

其中I(s)表示特定方向s上的辐亮度；K称为体消光系数；J称为源函数。

假设大气是水平均一的，而且介质粒子是各向同性的，那么辐射传输方程又可以表达为：

其中τ是光学厚度，ω是单次散射反照率，P是相函数，J0是介质的源函数。

地表是解辐射传输方程的下边界条件。云层的反射可以看作是影响介质各参数的因素。

对于长波辐射，辐射传输方程可以写为：

同理，云层自身的温度和辐射影响了介质的各个参数。

直观上看，太阳辐射到达地面，再经地面反射回到传感器。由于云的存在，太阳辐射有可能被云直接反射回到传感器。而太阳辐射被云阻挡，或穿过薄云后到达地面，在地面形成云影，而传感器对云影成像。同时，太阳、传感器角度的变化、地形影响，都可能造成传感器输出辐射值的变化。只有考虑这些因素，全面应用于辐射传输方程，才能获取正确的地表反射率。

从反射光谱来看，云具有可见光和短波红外高反射率的特性，雪具有在可见光区域高反射、在短波红外高吸收的特性，如图3。从发射光谱看，云和雪的温度较低。

同时，云具有高度的流动性和变化性，而地物往往保持了一定的连续性。因此，识别云雪和地物既可以从其光谱属性，也可以从其温度属性出发，也可以从时空变化属性出发。

从反射光谱来看，云具有可见光和短波红外高反射率的特性，雪具有在可见光区域高反射、在短波红外高吸收的特性。同时，云具有高度的流动性和变化性，而地物往往保持了一定的连续性。因此，识别云雪和地物既可以从其光谱属性，也可以从其温度属性出发，或者可以从时空变化属性出发。利用更多的信息，进一步改善云、雪、云影的标识和去除成为影响地表特征参量产品精度的重要组成部分。

目前，对于云的识别主要分为两块：基于单个区域(Swath)的识别和基于时间序列的识别。

目前比较成熟的单Swath云掩模算法的特点是基于单一像元，根据云的强反射和低温度特性，采用反射光谱和亮温的阈值来判断该像元是否被云污染。

MODIS云掩模目前采用的算法基本可分为如下几类：

1)基于热红外波段亮温(尤其以11μm为主)：单通道亮温(BT)、通道间亮温差(BTD)；

2)基于反射波段反射率：单通道反射率、通道间反射率比值；

3)基于水汽吸收或通透波段(以1.38μm、11μm为主)；

4)CO2切片法；

5)时空不一致性检测。

这些算法的原理来自于可见光、红外的大气辐射传输模型和地物反射、发射特性。检测时的阈值设置最终来源于时间、气象、大气辐射传输模型、地物生态特性。