Projekt:FE Auswerteverfahren 1/Schnee/Hall 2002

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Hall et al. 2002[Bearbeiten]

Dorothy K. Hall, George A. Riggs, Vincent V. Salomonson, Nicolo E. DiGirolamo, Klaus J. Bayr (2002): MODIS SNOW-COVER PRODUCTS


Am 18.12.1999 startete der Terra Satellit mit fünf Instrumenten an Bord ins All. MODIS (Moderate ResolutionImaging Spectroradiometer) ist eines dieser Instrumente. MODIS Schnee und Eisdaten sind seit 13.09.2000 im National Snow and Ice Data Center (NSIDC) erhältlich.

MODIS Produkte:[Bearbeiten]

Die MODIS-Schnee und Eisdaten sind global in einer geometrischen Auflösung von 500m und einer zeitlichen Auflösung von bis zu einem Tag aufgenommen wurden. Das CMG (climate-modeling grid) ist für die Klimamodellierung erstellt wurden und zeigt die globale Schneebedeckung in einer Auflösung von 0,05°, was einer Auflösung von 5,6km am Äquator entspricht. Außerdem sind noch 8-Tages-Komposite erhältlich, welche aus acht Einzelbildern (jeweils einen Tag Abstand) erstellt wurden. Diese Zusammenführung der acht Tage ermöglicht die prozentuale Angabe an wie vielen Tagen Schnee gelegen hat. In Zukunft soll für die täglichen Daten auch für jedes Pixel angegeben werden, wie viel Prozent des Pixels mit Schnee bedeckt sind.

MODIS Algorithmus:[Bearbeiten]

Mit Hilfe der MODIS Kanäle 4 (0.545–0.565µm) und 6 (1.628–1.652µm) wird der NDSI (normalized difference snow index) berechnet.

Ein Pixel wird als Schnee klassifiziert wenn der NDSI ≥ 0,4 und wenn zusätzlich die Reflexion im MODIS Kanal 2 (0.841–0.876 µm)> 11% und im Kanal 4 >10%. Die Reflexion im Kanal 4 wird deshalb noch einmal separat betrachtet, weil kleine Werte im Kanal 4 einen hohen NDSI verursachen können. Durch dieses zusätzliche Kriterium soll verhindert werden, dass z.B. dunkle Nadelwälder als Schnee klassifiziert werden. Im dichten Waldbestand wird der NDVI mit in die Klassifikation miteinbezogen. Der Grund dafür liegt darin, dass bei einem Wald die Reflexion im sichtbarem Licht eigentlich sehr klein ist, aber wenn der Wald mit Schnee bedeckt ist steigt die Reflexion stark an in diesem Bereich wobei die Reflexion sich im nahen Infrarot kaum ändert. Dies führt dazu, dass der NDVI sich stark verringert. Wenn der NDVI für ein Pixel in einem dichten Waldbestand ca. 0,1 beträgt kann dieses Pixel auch als Schnee klassifiziert werden, obwohl der NDSI < 0,4. Trotzdem kam es anfangs immer noch zu erheblichen Fehlklassifikation durch Wolkenbedeckung, Aerosoleffekte und Verwechslung von Sand und Schnee an Küsten. Diese Einflüsse wurden verringert durch die Einführung einer „thermal mask“ im Oktober 2001. Dafür wurden die MODIS Kanäle 31 (10.78–11.28 µm) und 32 (11.77–12.27 µm) verwendet. Damit wurde die Oberflächentemperatur bestimmt und es wurde bestimmt, dass wenn ein Pixel nach der vorigen Methode als Schnee klassifiziert wurde und jetzt eine Temperatur von über 277 K aufweist nicht mehr als Schnee klassifiziert wird. In MODIS gibt es noch weitere Masken wie die „cloud mask“ und die „land/water mask“. Wenn die „cloud mask“ für ein Pixel angibt, dass sich dort Wolkenbedeckung befindet wird dieses Pixel nicht mit in den Schneealgorithmus miteinbezogen. Zu dem Zeitpunkt des Artikels, gab es trotzdem noch Probleme mit der Unterscheidung von Wolken und Schnee, sodass auf die Entwicklung von leistungsfähigen „cloud masks“ verwiesen wird. Durch die „land/water mask“ wird Land von Wasser und Binnengewässer von Ozeanen unterschieden. Der Schneealgorithmus wird nur auf Festland und Binnengewässer angewandt.

Einschränkungen/Probleme[Bearbeiten]

  • Wolken werden durch die damalige „cloud mask“ noch stark überschätzt, sodass die Klassifikation, wenn nur der NDSI verwendet wird sogar noch realistischer ist.
  • Schnee unter Wolken ergibt Probleme (aber Quellen angegeben die das erforschen)
  • binäres System der Tagesdaten. Es wird nur untersucht ob Schnee oder nicht, es gibt keine anteiligen Angaben für ein Pixel.
  • Wenig Möglichkeiten zur Validierung. (Fehlen von Luftbildern und flächenhaften Bodenbeobachtungen zur Zeit des Überflugs von MODIS)

Weitere Informationen zu MODIS und auch download von MODIS Produkten unter den folgenden Links: