美国对地观测系统

美国对地观测系统（EOS）中分辨率成象光谱仪

（MODIS）遥感数据的特点与应用 刘 闯 （中国科学院地理科学与资源研究所) 葛成辉 （清华大学电子工程系、宇航研究中心）

一、美国对地观测系统（EOS）和TERRA、AQUA 卫星

近几年来，科学界对全球变化研究、以及全球变化对人类生存环境的影响研究逐步走向深入。为了加强对地球表层陆地、海洋、大气和他们之间相互关系的综合性的科学研究，美国国家航空航天局（NASA）自1991年起开始了对地观测系统计划。这个计划分三个阶段：第一阶段－准备工作阶段（1991－1998年）；第二阶段－全面的对地观测阶段（1999－2003）；第三阶段－新一代更为细致的对地观测阶段（2003年以后十年）。NASA新一代的对地观测系统计划主要包括三方面内容：1）发射一系列新一代对地观测卫星；2）以NASA数据中心群（DAAC）为核心管理和散发卫星所获得的数据；3）组织科学家队伍开展对地球多要素的综合研究。重点观测和研究领域包括：水与能量循环，海洋，大气化学，陆地表面，水和生态系统过程，冰川和极地冰盖以及固体地球。作为这一系列对地观测卫星中的第一颗星，TERRA已于1999年12月18日发射成功。TERRA卫星是美国（国家航空航天局）、日本（国际贸易与工业厅）和加拿大（空间局、多伦多大学）共同合作发射的卫星。卫星上共载有五个对地观测传感器，它们分别是：云与地球辐射能量系统测量仪－ CERES(Clouds and the Earth's Radiant Energy System)、中分辨率成象光 谱仪－ MODIS （MODerate-resolution Imaging Spectroradiometer）、多 角度成象光谱仪 － MISR (Multi-angle Imaging SpectroRadiometer)、 先进星载热辐射与 反射测 量仪 ASTER (Advanced Spaceborn Thermal Emission and reflection Radiometer)、和对流层污染测量仪－MOPITT (Measurements Of Pollution In The Troposphere)。

TERRA卫星发射成功标志着人类对地观测新的里程的开始。NASA在介绍TERRA卫星意义时采取的比喻是："如果把地球比作一位从来没有做过健康检查的中年人的话，TERRA就是科学家对具有45亿年历史的地球的健康状况第一次进行全面检查和综合诊断的科学工具"。由于TERRA卫星每日地方时上午10：30时过境，因此也把它称作地球观测第一颗上午星（EOS－AM1）。

NASA新一代对地观测卫星的第二颗星是AQUA卫星，它是美国、巴西和日本共同合作的产品。该星计划于2000年12月发射。AQUA卫星的主要任务也是对地观测，它保留了TERRA卫星上已经有了的CERES和MODIS传感器，并在数据采集时间上与TERRA形成补充。它也是太阳同步极轨卫星，每日地方时下午过境，因此称作地球观测第一颗下午星（EOS－PM1）。AQUA卫星上共载有6个传感器，它们分别是：云与地球辐射能量系统测量仪 － CERES(Clouds and the Earth's Radiant Energy System)、中分辨率成象光谱仪－MODIS(Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer )、大气红外探测器－AIRS (Atmospheric Infrared Sounder)、先进微波探测器－AMSU-A (Advanced Microwave Sounding Unit-A)、巴西湿度探测器 － HSB (Humidity Sounder for Brazil)、和地球观测系统先进微波扫描辐射计 － AMSR-E (Advanced Microwave Scanning Radiometer-EOS). AQUA增强了对大气 的观测力度，特别适用于对地球季节性和跨年度时间尺度气候变化的研究。

此外，美国对地观测系统还将陆续发射数颗卫星，包括以观测大气化学成分为主的AULA卫星（计划2002年12月发射，称作地球观测化学星EOS－CHEM），以观测地球冰雪、云层和地面高程为主的ICESAT卫星（计划2001年7月发射），以观测太阳辐射和对地球气候影响为主的SORCE卫星（计划2002年年中发射）和以观测陆地为主的LANDSAT－7卫星（1999年发射成功）等。在TERRA、AQUA、AULA、

ICESAT、SORCE、LANDSAT－7等六颗星上共载有21个包括多光谱扫描仪、微波辐射计、合成孔径雷达等传感器，它们所获得的数据分辨率分别从15米到1000米不等。 二、中分辨率成象光谱遥感数据（MODIS）特点

从数据资源开发利用和经济核算综合平衡的角度来看，更值得世界各国普遍注意的是安装在TERRA和AQUA两颗卫星上的中分辨率成象光谱仪（MODIS）获取的数据。 1. MODIS数据资源的特点

MODIS数据主要有三个特点，其一，NASA对MODIS数据实行全世界免费接收的政策（TERRA卫星除MODIS外的其他传感器获取的数据均采取公开有偿接收和有偿使用的政策），这样的数据接收和使用政策对于目前我国大多数科学家来说是不可多得的、廉价并且实用的数据资源；其二，MODIS数据涉及波段范围广（36个波段）、数据分辨率比NOAA－AVHRR有较大的进展（250米、500米和1000米）(表1：MODIS技术指标表、表2： MODIS波段分布特征、表3： MODIS波 段分布特征－续）。这些数据均对地球科学的综合研究和对陆地、大气和海洋进行分门别类的研究有较高的实用价值；其三，TERRA和AQUA卫星都是太阳同步极轨卫星，TERRA在地方时上午过境，AQUA将在地方时下午过境。TERRA与AQUA上的MODIS数据在时间更新频率上相配合，加上晚间过境数据，对于接收MODIS数据来说，可以得到每天最少2次白天和2次黑夜更新数据。这样的数据更新频率，对实时地球观测和应急处理（例如森林和草原火灾监测和救灾）有较大的实用价值。

表1：MODIS技术指标表

表2： MODIS波段分布特征

表3： MODIS波段分布特征 …… 此处隐藏：5250字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……