1.MODIS 仪器概述

         MODIS是EOS AM-1系列卫星的主要探测仪器，也是EOS Terra平台上唯一进行直接广播的对地观测仪器。MODIS是当前世界上新一代“图谱合一”的光学遥感仪器，具有36个光谱通道，分布在0.4-14um的电磁波谱范围内，波段范围和主要用途如表1所示。

        MODIS仪器的地面分辨率分别为250米、500米和1000米，视幅宽度为2330km，在对地观测过程中，每秒可同时获得6.1兆比特来自大气、海洋和陆地表面信息，每日或每两日可扫描一次全球观测数据。多波段数据可以同时提供反映陆地、云边界，云特性，海洋水色、浮游植物、生物地理化学，大气中水汽，地表、云顶温度，大气温度，臭氧和云顶高度等特征的信息，用于对陆表、生物圈、固态地球、大气和海洋进行长期全球观测。每一个MODIS仪器的设计寿命为5年，1998年到2006年将计划发射4颗卫星，由此估计，利用MODIS仪器至少将获得15年36个光谱波段的地球综合信息，这些数据对于开展自然灾害与生态环境监测、全球环境和气候变化研究以及进行全球变化的综合性研究等将是非常有意义的。

表1  MODIS仪器特性和主要用途

2.MODIS 1B 数据结构

        对地观测数据文件包括250米、500米和1000米分辨率的定标后的资料，采用分层数据格式（HDF）存储。

表2. 1B产品概要

ECS短名	产  品  内  容
MOD02QKM	定标后250米分辨率地球观测数据。
MOD02HKM	定标后500米分辨率地球观测数据，包括250米的两个通道的资料，这两个通道的分辨率被降低到500米。
MOD021KM	定标后1000米分辨率地球观测数据，包括250米和500米的两个通道的资料，所有通道的分辨率均为1000米。
MOD02OBC	星载定标器（OBC）数据和其他工程数据。

        当Terra卫星运行时，旋转镜垂直于轨道扫描，每幅轨道图象由连续的扫描带组成。给定波段的一组探测器在沿轨道方向对齐在四个焦平面上。图象中的一条扫描线是扫描带中一个探测器的扫描观测资料。1km波段包含10个探测器，500m波段包含20个探测器，250m波段包含40个探测器。探测器之间的扫描间距大致分别为1km、500m和250m，在扫描方向，每帧（frame）大致为1km大小，MODIS仪器在1km波段每帧的取样率为1，500m波段为2，250m波段为4。

        上述MODIS仪器记录数据的方式说明数据可以用[波段，扫描带，探测器，帧，样本]进行索引，但要在一张二维图象上表示数据，用[波段，轨道方向坐标，扫描方向坐标]三维坐标系统更合适一些。“轨道方向坐标”扫描带和探测器的综合坐标，“扫描方向坐标”是帧和样本的综合坐标。

        扫描方向

        因为不同分辨率的产品在轨道方向和扫描线方向的观测点数不同，若把所有波段的数据都放在单一的科学数据集对象中的话，从数据存储角度而言效率是很低的，因此1B产品中只将分辨率相同、光谱性质相同的数据放在同一SDS对象内，称为波段组。 

表3. 1B产品中的各波段组

名  称	分辨率	波段数	光 谱 波 段
EV_250_RefSB	250 m	2	1, 2
EV_500_RefSB	500 m	5	3,4,5,6,7
EV_1KM_RefSB	1 km	15	8-19, 26
EV_1KM_Emissive	1 km	16	20-25, 27-36

         “RefSB”指的是太阳光反射波段，而“Emissive”指的是热辐射波段。波段8-19实际上是14个波段，包括13lo, 13hi, 14lo, 14hi（若加上波段26则为15个波段）。

表4. MODIS 1B地球观测产品中科学数据集概要

科学数据集（SDS）名称和描述	第一维 波段数	第二维 扫描带数*探测器数	第三维 帧数*样本数
250m产品
EV_250_RefSB 250 m地球观测反射波段产品科学数据	2	扫描带数*40	1354*4
EV_250_RefSB_Uncert_Indexes 250 m地球观测反射波段产品不确定指数	2	扫描带数*40	1354*4
500m产品
EV_250_Aggr500_RefSB 250 m合成至500 m地球观测反射波段产品科学数据	2	扫描带数*20	1354*2
EV_250_Aggr500_RefSB_Uncert_Indexes 250 m合成至500 m地球观测反射波段产品不确定指数	2	扫描带数*20	1354*2
EV_250_Aggr500_RefSB_Samples_Used 250 m合成至500 m地球观测反射波段产品所用样本数	2	扫描带数*20	1354*2
EV_500_RefSB 500 m地球观测反射波段产品科学数据	5	扫描带数*20	1354*2
EV_500_RefSB_Uncert_Indexes 500 m地球观测反射波段产品不确定指数	5	扫描带数*20	1354*2
1km 产品
EV_250_Aggr1km_RefSB 250 m合成至1km地球观测反射波段产品科学数据	2	扫描带数*10	1354*1
EV_250_Aggr1km_RefSB_Uncert_Indexes 250 m合成至1km地球观测反射波段产品不确定指数	2	扫描带数*10	1354*1
EV_250_Aggr1km_RefSB_Samples_Used 250 m合成至1k m地球观测反射波段产品所用样本数	2	扫描带数*10	1354*1
EV_500_Aggr1km_RefSB 500 m合成至1km地球观测反射波段产品科学数据	5	扫描带数*10	1354*1
EV_500_Aggr1km_RefSB_Uncert_Indexes 500 m合成至1km地球观测反射波段产品不确定指数	5	扫描带数*10	1354*1
EV_500_Aggr1km_RefSB_Samples_Used 500 m合成至1km地球观测反射波段产品所用样本数	5	扫描带数*10	1354*1
EV_1KM_RefSB 1 km 地球观测反射波段产品科学数据	15	扫描带数*10	1354*1
EV_1KM_RefSB_Uncert_Indexes 1 km 地球观测反射波段产品不确定指数	15	扫描带数*10	1354*1
EV_1KM_Emissive 1 km 地球观测热辐射波段产品科学数据	16	扫描带数*10	1354*1
EV_1KM_Emissive_Uncert_Indexes 1 km地球观测热辐射波段产品不确定指数	16	扫描带数*10	1354*1
EV_Band261 1 km第26波段地球观测产品科学数据	12	扫描带数*10	1354*1
EV_Band26_Uncert_Indices1 1 km第26波段地球观测不确定指数	12	扫描带数*10	1354*1

        注：1.除非MODIS科学研究工作组另有指示，在卫星发射6个月后该数据集对象将从产品文件中去除
        2. 该数据集对象是二维的，因为其只有一个波段。

        MODIS 1B产品预处理软件将定位数据的子集从定位文件中拷贝到地球观测产品文件中，以便支持绘图和显示。每个文件都包含经度和纬度数据。1km文件还包括高度、范围和太阳相对于MODIS的位置等6个辅助数据集。

 3.Python 进行辐射定标

        各波段的对地观测数据集都是以仪器定标后得到的16位整形数存放的，对于一般用户而言，通常要应用观测点的物理值，具体转换主要包括对反射率（reflectance）、辐射率（radiance）以及发射率（Emissive）的相关计算。

        主要原理是读取原始DN值和手动定标为辐射亮度值的过程。

        Radiance=scales*(DN-offsets)

        这就需要pyhdf第三方库进行读取头文件计算，后面会给出相关计算代码。