经验分享 | 关于NASA VIIRS数据

01 NPP卫星系统

NPP（National Polar-orbiting Partnership）卫星系统是由的NASA和NOAA主要用于环境监测。NPP卫星系统包括5个传感器（ATMS，CrlS，OMPS，CERES，VIIRS）。NPP2011年10月28日发射，2012年1月改名SUOMI，也有人称作SNPP。2017年更新计划搭载JPSS（the next generation of polar orbiting satellites），所以也称作JPSS-1/VIIRS。

02 VIIRS传感器

VIIRS（Visible infrared Imaging Radiometer）可见光红外成像辐射仪配备NPP在可见光和红外波段，卫星上的传感器和扫描成像辐射仪可以收集陆地、大气、冰层和海洋的辐射图像。SNPP/VIIRS 传感器提供22个波段，波长范围为0.4μm到12.5μm，其中5个高分辨率图像通道（I波段，375m）；16个中等分辨率通道（M波段,750m）；一个白天/晚上的波段（DNB,750m）。洪水监测采用可见光、近红外、短波近红外波段。夜光遥感数据一般指DNB波段。

VIIRS幅宽约 3000 km，每天无缝覆盖世界一次。VIIRS作为MODIS的替代产品，数据组织形式相似，但VIIRS由于幅宽较大，中低纬度数据缺失得到了极大的改善。VIIRS与MODIS与每天只有一次过境(当地时13:30)相比，MODIS两个星MOD（10：30）及MYD（13：30）。

图VIIRS同MODIS比较空间覆盖范围

图 VIIRS 波段信息

03 VIIRS数据产品

04 VIIRS下载和处理数据

4.1 直接下载官网

数据官网：https://lpdaac.usgs.gov/

(1) 找到所需的产品下载界面，选择ORDER DATA

(2) 选择所需的时间范围、空间位置和文件下载数据。

4.2 数据处理

VIIRS L1B预处理数据包括几何校正和辐射校准。与MODIS不同，VIIRS数据在分发前对蝴蝶结效应产生的数据重叠进行了修正和去除。分别将VNP打开03经纬度数据，VNP打开02辐射数据，ENVI下使用【Build GLT】和【Georeference from GLT】工具即可对VIIRS几何校正数据。

4.3产品介绍

4.3.1VNP02MOD

VNP02MOD 源自 16 中等分辨率或 M 最低点的空间分辨率为波段 750 米。这些 M 波段包括 11 反射太阳波段 (RSB) 和 5 热发射波段 (TEB)。每个 M 沿轨道方向有波段 16 个探测器，每次扫描有 16 提供行像元 750 m的分辨率。M 波段的波长范围为 0.402 μm 至 12.49 μm，对可见光、近波、短波、中波和长波红外波长敏感。该产品源自 NASA VIIRS L1A 原始辐射包括辐射和反射数据、质量标志、颗粒和集合级元数据的校准和地理定位。时间跨度为 5 分钟的 MODIS L1B 产品相比，VIIRS L1B 包括校准辐射产品 6 标称时间持续几分钟。750 m振幅产品的图像尺寸为 3232 x 3200 每天有240个像元覆盖全球。

数据链接：https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/missions-and-measurements/science-domain/viirs-L0-L1

说明文档：https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/missions-and-measurements/viirs/NASA_VIIRS_L1B_UG_August_2021.pdf

4.3.2VNP03MOD

VNP03MOD 为 NASA VIIRS L1 地形校正产品的地理定位简称，并包含每一个 750 m中等距离的衍生视线 (LOS) 矢量分辨率或 M 波段。地理定位算法使用许多输入，包括地球椭球体、大地水准面和数字地形模型以及 SNPP 平台的星历和姿态数据，以及 VIIRS 传感器和卫星几何信息。VNP03MOD 产品包括表面高度、太阳顶和方向角、传感器顶和方向角、陆地/水域掩膜以及每个像元位置的质量标志。VNP03MOD 为导出提供基本输入VIIRS M 产品波段较高。

数据链接：https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/missions-and-measurements/science-domain/viirs-L0-L1

4.3.3CLDMSK_L2_VIIRS_NOAA20

MODIS-VIIRS 云掩膜 (MVCM) 旨在促进 Aqua 和 Terra 平台上的 MODIS与 VIIRS云检测系列仪器之间的连续性。这个 MODIS MVCM 不使用产品和标准 MODIS 产品 (MOD35/MYD35) 算法中使用的算法相同。CLDMSK_L2_MODIS_Aqua 云罩是在 1000 m(最低点)在空间分辨率下点) 2 级产品。CLDMSK_L2_VIIRS_SNPP 和 CLDMSK_L2_VIIRS_NOAA20 云遮罩是在 750 m（最低点）空间分辨率下生成的 2 级产品。MODIS对应的产品是MYD35。

数据链接：https://ladsweb.modaps.eosdis.nasa.gov/missions-and-measurements/science-domain/cloud/#viirs

~ 以上产品近期使用VIIRS产品因此简单做了下整理~

05 相关研究

5.1基于VIIRS/S-NPP估计高空间分辨率晴空地表长波上升辐射

在混合方法的整体框架下，开发了线性模型和多自适应回归样条（MARS）模型，从可见红外成像的大气层顶部（TOA）辐射基于VIIRS的 M14、M15 和 M16波段估计750 m瞬时晴空LWUP，综合辐射传输模拟，生成大量具有代表性的样品，线性模型和 MARS 模型。通过从表面辐射预算网络开发的两种模型 (SURFRAD) 验证七个站点收集的现场测量结果。均方根误差 (RMSE) 分别为 -4.59 W/m2 和 16.15 W/m2 ，而 MARS 模型偏差和均方根误差 (RMSE) 分别为 -5.23 W/m2 和 16.38 W/m2 。由于线性模型计算效率高，精度可接受，线性模型更适合生产可操作 LWUP 产品。由于线性模型计算效率高，精度可接受，线性模型更适合生产可操作 LWUP 产品。将由 VIIRS 估计开发的线性模型 LWUP 成像光谱仪从中分辨率 (MODIS) 检索到的 LWUP 进行比较。Bias 和 RMSE 分别为 -0.15 W/m2 和 25.24 W/m2。本文首次将混合方法应用于从 VIIRS 全球数据估计晴空 LWUP。混合方法的良好性能和 VIIRS LWUP 和 MODIS LWUP 它们之间的一致性表明，预计将生成混合方法 LWUP 记录长期高空间分辨率环境数据 (EDR)。

图VIIRS（M14,M15M16）与MODIS波段比较

图 VIIRS 和 MODIS的 LWUP 空间显示反演结果

文章参考链接：doi:10.3390/rs10020253

5.2利传递学习神经网络从VIIRS数据估算全球下行短波辐射  

    本研究使用一种用迁移移学习的神经网络（TL）概念被引入利用辐射转移模拟和地面测量数据， 在当地的太阳日中仅实现全球下行短波辐射（DSR）估算，只有大气层顶数据和地面反照率作为输入。所提出的方法基于750米分辨率的VIIRS数据中估算瞬时和日均下行短波辐射，全球40个独立台站验证了其估算结果。2013年，瞬时DSR验证的均方根误差和相对均方根误差分别为91.2（16.1%）、106.3（18.3%）、75.0（24.2%）W/m2，每日验证分别达到30.8（15.5%）、33.5（17.6%）和31.3（14.4%）W/m2。与传统的ML模型、物理模型（如查找表和直接估计）以及现有的DSR产品相比，该方法在极地地区具有显著的高精度，在其他地区具有类似的表现。该算法还应用于VIIRS 幅宽数据以测试其全球有效性。瞬时的DSR空间分布数据表现出的到云掩模产品空间模式以及日均的DSR空间分布数据显示的空间模式类似于CERES的DSR以及云掩膜数据，但分辨率更高。进一步的分析表明，TL加入后，模型性能对训练数据量的敏感性降低。这项研究证明了TL在提高DSR估计的通用性和准确性方面的优势，这可能适用于其他变量反演。

图 2013年6月6日，格陵兰、乌拉尔和中东地区的日均DSR估算值，并与CERES-SYN日均DSR的比较

文献参考链接：https://doi.org/10.1016/j.rse.2022.112999

文字排版 | 南波婉琬

审核 | 南波婉琬

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