MODIS
MODIS (inglise Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer) on keskmise lahutusvõimega kujutise spektroradiomeeter. MODIS on üks põhilisemaid NASAle kuuluvatest satelliitinstrumentidest, mis viidi Maa orbiidile Terra satelliidil 1999. aastal ja Aqua satelliidil 2002. aastal. Mõlemad satelliidid kuuluvad EOS programmi.[1]
Sissejuhatus
MODIS kogub andmeid 36 spektraalkanalis lainepikkuste vahemikus 0,4–14,4 mikromeetrit. Ruumiline lahutus on instrumendil olenevalt spektraalkanalist 250 m, 500 m või 1 km. MODISe piltidega kaetakse kogu Maa 1-2-päevase intervalliga.MODISega saab informatsiooni globaalsete protsesside toimumise dünaamika kohta. Uurimisobjektideks on nii maapind, veekogud kui ka atmosfäär erinevatel kõrgustel. MODISel on tähtis roll globaalsete mudelite välja töötamisel, ennustamaks suuremastaabilisi muutusi võimalikult täpselt.[1]
Ajalugu
MODIS sensorit on ehitatud ja arendatud 1995. aasta keskpaigast alates – siis valmis vastav ehitusmudel. Terra satelliidi pardal olev MODISe Protoflight Mudel (PFM) lennutati orbiidile 18. detsembril 1999 ja MODISe Flight Mudel 1 (Aqua pardal) 4. mail 2002. MODISe aparaadid on ehitatud NASA tehniliste nõuete järgi Santa Barbara kaugseire tehases (SBRS). Tehas esindab parimat kosmoselendude riistvara kaugseires.[1] Kuigi instrumendi elueaks arvati olevat kuni kuus aastat[1], töötavad mõlemad MODISe aparaadid praeguseni. Terra satelliit on orbiidil olnud juba üle 11 aasta ja Aqua kosmoseaparaat sellest natuke vähem (2011. aasta seisuga).
Tehnilised andmed
| Tehnilised andmed | |
|---|---|
| Orbiit | 705 km, päikesesünkroonne ringorbiit, Terra satelliidi orbiit kulgeb põhjast lõunasse, Aqua satelliidi orbiit lõunast põhja. |
| Skaneerimistempo | 20,3 rpm, risti liikumissuunaga |
| Skaneeritava riba mõõtmed | 2330 km (risti liikumissuunaga), 10 km (liikumissuunaga samas sihis) |
| Mõõdud | |
| Teleskoop | Diameeter 17,78 cm, fookuseta |
| Suurus | 1,0 × 1,6 × 1,0 m |
| Kaal | 228,7 kg |
| Teleskoobi võimsus | 162,5 W (üksiku orbiidi keskmine) |
| Andmeedastuskiirus | 10,6 Mbit/s (päevase aja maksimum); 6,1 Mbit/s (orbiidi keskmine) |
| Radiomeetriline lahutus | 12 bitti |
| Ruumiline lahutus | 250 m (kanalid 1–2), 500 m (kanalid 3–7), 1000 m (kanalid 8–36) |
| Nominaalne kasutuskestus | 6 aastat |
MODISe kanalid
| Kanal | Lainepikkus (nm) | Lahutusvõime (m) | Esmane kasutus |
|---|---|---|---|
| 1 | 620–670 | 250 m | Maapinna/pilvkatte/aerosoolide piirid |
| 2 | 841–876 | 250 m | |
| 3 | 459–479 | 500 m | Maapinna/pilvkatte/aerosoolide omadused |
| 4 | 545–565 | 500 m | |
| 5 | 1230–1250 | 500 m | |
| 6 | 1628–1652 | 500 m | |
| 7 | 2105–2155 | 500 m | |
| 8 | 405–420 | 1000 m | Ookeani värvus/ fütoplankton/ biogeokeemia |
| 9 | 438–448 | 1000 m | |
| 10 | 483–493 | 1000 m | |
| 11 | 526–536 | 1000 m | |
| 12 | 546–556 | 1000 m | |
| 13 | 662–672 | 1000 m | |
| 14 | 673–683 | 1000 m | |
| 15 | 743–753 | 1000 m | |
| 16 | 862–877 | 1000 m | |
| 17 | 890–920 | 1000 m | Atmosfääri veeaur |
| 18 | 931–941 | 1000 m | |
| 19 | 915–965 | 1000 m | |
| Kanal | Lainepikkus (µm) | Lahutusvõime (m) | Esmane kasutus |
| 20 | 3,660–3,840 | 1000 m | Maapinna/pilvede temperatuur |
| 21 | 3,929–3,989 | 1000 m | |
| 22 | 3,929–3,989 | 1000 m | |
| 23 | 4,020–4,080 | 1000 m | |
| 24 | 4,433–4,498 | 1000 m | Atmosfääri temperatuur |
| 25 | 4,482–4,549 | 1000 m | |
| 26 | 1,360–1,390 | 1000 m | Kiudpilvede veeaur |
| 27 | 6,535–6,895 | 1000 m | |
| 28 | 7,175–7,475 | 1000 m | |
| 29 | 8,400–8,700 | 1000 m | Pilvede omadused |
| 30 | 9,580–9,880 | 1000 m | Osoon |
| 31 | 10,780–11,280 | 1000 m | Maapinna/pilvede temperatuur |
| 32 | 11,770–12,270 | 1000 m | |
| 33 | 13,185–13,485 | 1000 m | Pilvede ülemine piir |
| 34 | 13,485–13,785 | 1000 m | |
| 35 | 13,785–14,085 | 1000 m | |
| 36 | 14,085–14,385 | 1000 m |
MODISe lahutusvõime
Radiomeetriline lahutus
Radiomeetriline lahutus on sensori tundlikkus erinevate elektromagnetkiirguste suhtes kujutise jäädvustamisel. Mida suurem on tundlikkus, seda rohkem suudab sensor erinevaid energiatasemeid signaalis eristada. Radiomeetrilist lahutust mõjutavad lisaks tundlikkusele ka signaali-müra suhe, kogu signaaliahela dünaamiline diapasoon ja kasutatav analoog-digitaalmuundur. MODISe radiomeetriline lahutus on 12 bitti.
Ruumiline lahutus
MODISelt on võimalik saada kolme erineva ruumilise lahutusega pilte: 250 m, 500 m ja 1000 m. 250 ja 500 m lahutust kasutatakse pilvisuse ja aerosooli uurimise kanaleil, 1 km ookeani ja atmosfääri koostise uurimise kanaleil ning soojuskiirguse piirkonnas. Kahel kanalil on ruumiline lahutus 250 m ja viiel kanalil 500 m. Ülejäänud kanalid on lahutusvõimega 1 km.[1]
Spektraalne lahutus
MODISe spektraalne kanali laius varieerub vahemikus 10–500 nm, sõltudes vaadeldava kujutise mõõtmetest ja energiakogusest, mis on vajalik arvestatava mõõtmise tegemiseks konkreetse kanali puhul. Väiksemate lainepikkuste juures on ka kanali laius väiksem. Mida suuremaks muutuvad lainepikkuste väärtused, seda laiemaks muutub üldjuhul ka kanali laius. MODISE puhul on erandiks kanalid 5–7. Kõige suurema lainepikkuste vahemikuga on 31. kanal, mida kasutatakse maapinna ja pilvede temperatuuri mõõtmiseks.
Andmete kogumine
MODIS opereerib nii Terra kui Aqua kosmoseaparaatidega. Skaneeritava riba laiuseks on 2330 km ja kogu Maa katab MODIS 1–2 päevaga. Kuna MODISe uurimisvaldkond on väga lai, siis pakub see üksikasjalikke andmeid nii maapealsete, atmosfääri ja kui ka ookeanis toimuvate protsesside kohta. Osa MODISe andmete põhjal koostatud tulemeist on kõigile vabalt kättesaadavad juba 2–6 tunni möödumisel satelliidi ülelennust.[1]
Koos teiste satelliitidel olevate instrumentide kogutud andmetega edastatakse ka MODISe andmed maa peal asuvatesse jaamadesse White Sandsi New Mexicos. Andmete kogumist korraldab TDRSS (Tracking and Data Relay Satellite System). Edasi saadetakse andmed EDOSile (EOS Data and Operations System) Goddardi kosmoselendude keskusse USAs, kus toimub erinevate produktide valmistamine.[1]
Mitmed MODISe vaatlustest tuletatud produktid kirjeldavad maapinna, ookeanide ja atmosfääri omadusi, mida saab kasutada lokaalsete ja globaalsete protsesside muutuste uurimiseks[1]. MODISe produktid on saadaval mitmetes allikates, mis on nimetatud järgmises alapunktis.
MODISe tulemid
Tulemite töötlustasemed
Vastavalt andmestikule eristatakse MODISel viit töötlustaset: tase 0, tase 1, tase 2, tase 3 ja tase 4.
- Tase 0 hõlmab töötlemata sensori andmeid. Kõik valesignaalid, mis jõuavad maa peal asuvatesse jaamadesse, on eemaldatud, kuid andmed on siiski kõige algelisemal kujul. Need tulemid pole üldjuhul mõeldud tavatarbijatele.
- Tase 1 jaguneb tasemeteks tase 1A ja tase 1B.
- Taseme 1A andmed on rekonstrueeritud, töötlemata sensori andmed koos selgitavate radiomeetriliste ja geomeetriliste kalibratsiooni koefitsientidega, mida taseme 0 andmetel ei ole.
- Taseme 1B andmed on taseme 1A andmed, millele on rakendatud sensori radiomeetrilise kalibratsiooni käsustik.
- Tase 2 sisaldab tuletatud geofüüsikalisi muutujaid sama lahutusvõimega piirkonnas kui taseme 1 andmete allikad.
- Taseme 3 andmed on tuletatud geofüüsikalised muutujad, mis on teisendatud ühisele ajalisele/ruumilisele skaalale.
- Taseme 4 andmed on madalamate tasemete analüüsi tulemused mudeli või pildi kujul.[2]
Tulemid
Pidevalt toodetakse praegu umbes 40 MODISe andmetel põhinevat tulemit. Väga paljusid neist kasutatakse globaalsete muutuste uurimiseks ja iseloomustamiseks. MODISe vaatluste põhjal saab avastada ka reostusi, hinnata ja hallata erinevaid loodusressursse ning kindlaks määrata katastroofide (metsatulekahjude, põudade ja üleujutuste) ulatust.MODISe tulemid on jagatud viide kategooriasse: kalibreerimise, atmosfääri, maapinna, krüosfääri ja ookeani tulemid.
- Kalibreerimise tulemid
Kalibreerimistulemid on saadaval MCST Webi kodulehel [3]. Neile tulemitele toetuvad kõik edasised üksikasjalikumad produktid. Kalibreerimisega kõrvaldatakse andmetest sobimatud piksliväärtused ja instrumendi enda juhuslikud vead.
- Atmosfääri tulemid
Atmosfääri tulemid on kättesaadaval MODIS Atmosphere'i kodulehel[4]. On teada, et Maa kliima muutub koos atmosfääri omaduste muutumisega. Seepärast on oluline jälgida lisandgaaside, pilvkatte, pilvetüüpide, päikesekiirguse ja troposfääri aerosoolide sisalduste muutusi. MODISe andmete põhjal koostatud vastavad tulemid loovad selleks hea võimaluse.
Taseme 2 atmosfääri tulemid
- Aerosooli tulem seirab aerosooli tüüpe, atmosfääri optilist paksust, osakeste suurusjaotust, masskontsentratsiooni, optilisi omadusi ja kiirguslikke jõudusid.
- Veeauru tulem uurib atmosfääri veeauru sisalduse kõikumisi ja sademeid.
- Pilvede tulem seirab pilvede füüsikalisi ja kiirguslikke omadusi, kuhu kuuluvad pilveosakeste faas, efektiivne pilvetilgakeste raadius, pilvede optiline tihedus, pilvede varjuefektid, temperatuur, pilvede maksimaalne kõrgus ja pilveosakeste omadused nii päevastes kui öistes tingimustes.
- Atmosfääri vertikaalse profiili tulem jälgib temperatuuri, niiskuse, atmosfääri stabiilsuse ja osooni koguhulga vertikaalset muutust.
- Pilvkatte produktilt saame andmeid selle kohta, kas sensori vaatevälja jääv maapind on pilvkattest mõjutamata või jääb see varju piirkonda.
- Ühendatud atmosfääri tulem on koostatud eespool nimetatud atmosfääri tulemitest.
Taseme 3 atmosfääri tulemid on loodud statistiliselt ülalmainitud taseme 2 produktide põhjal. Üksikud väärtused on summeeritud ühepäevaste, kaheksapäevaste või kuupikkuste perioodide keskmisteks. Taseme 3 atmosfääri tulemeid on kolm.[4]
- Maapinna tulemid
Maapinna tulemid on kättesaadaval LP DAAC kodulehel [5] ja MODIS Land kodulehel [6].
- Pinna peegeldusvõime tulem võimaldab hinnata pinna spektraalset peegeldusvõimet. Võimalikult täpsete tulemuste saamiseks tuleks arvestada ainult neid sensori andmeid, mis on mõõdetud maapinna tasemel ja atmosfäärilise hajumise ja absorptsiooni puudumisel. Tulemiga saab mõõta ka erinevate pindade albeedosid, mis on üks tähtsamaid parameetreid Maa energiabilansi kirjeldamisel.
- Maapinna temperatuuri/kiirgusvõime tulem
- Taimkatte tulem hõlmab viit erinevat taimkatte klassifitseerimise skeemi. Kõige esmasem skeem suudab tuvastada 17 erinevat taimkatte tüüpi. Produkt sisaldab andmeid erinevatest vegetatsiooni perioodidest.
- Temperatuuri anomaaliate/tulekahjude tulem. Tulekahju avastamine põhineb kas absoluutsel detekteerimisel (tule kuumus on piisav detekteerimiseks) või suhtelisel detekteerimisel taustsüsteemi suhtes. Produktilt saadud informatsiooni kasutatakse ajutiste tulekahjude uurimiseks erinevates ökosüsteemides ja muutuste jälgimiseks tulekahjude levikus.
- LAI/FPAR produkti kasutatakse pinna fotosünteesi, evapotranspiratsiooni ja netoprimaarproduktsiooni arvutamiseks. LAI e lehepinnaindeks on mingil pinnatükil asetsevate taimede lehtede (ühe poole) kogupindala jagatud selle pinnatüki pindalaga. Kui kõik lehed taimedelt maha laotada, siis LAI on keskmine maapinna katte kordsus. FPAR on fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus, mis on neeldunud rohelises taimestikus.
- Brutoprimaarproduktsiooni (summaarse fotosünteesi) tulem võimaldab täpset ja regulaarset maapealse taimestiku kasvu mõõtmist.
- Taimkatte ulatuse muutuse uurimiseks väljatöötatud tulem põhineb eri aluspinnatüüpide erineval peegeldumisvõimel.
- Vegetatsiooni indeksite NDVI ja EVI tulemid. NDVI on väga levinud indeks taimkatte tiheduse kirjeldamisel. Tulemiga saab efektiivselt iseloomustada biofüüsikalisi ja biokeemilisi protsesse taimestikuga kaetud pinnastel.
- Evapotranspiratsiooni tulem hõlmab kõiki taimestikult aurumisega seotud protsesse.[6]
- Krüosfääri tulemid
Krüosfääri tulemid on saadaval NSIDC kodulehel [7].
- Lumikatte/ookeanijää tulem põhineb lumikatte kaardistamise algoritmil, mis kasutab NDSI indeksit (Normalized Difference Snow Index). Tulemit kasutavad klimatoloogid ja modelleerijad hüdroloogiliste mudelite koostamisel.
- Ookeani tulemid
Ookeani tulemid on kättesaadavad OceanColor Webi kodulehel [8]. Ookeani puhul on kõige olulisemad tulemid, mis näitavad oluliste ühendite (klorofüll a, tahked orgaanilised ja anorgaanilised süsinikühendid) kontsentratsioone või füüsikaliste suuruste (veepinna temperatuur, fotosünteetiliselt aktiivne kiirgus ja veepinna peegeldusvõime) väärtusi vees.