ENVI.5.4.1中Sentinel-3A数据处理

Sentinel-3A于2016年2月发射,该卫星搭载OLCI(海陆色度仪)和SLSTR(海陆表面温度辐射计),可提供全球多光谱中等分辨率海洋/陆地观测能力。海洋方面,可对海温、海色、海平面高度以及海冰厚度进行测量,测量数据可用于监测地球气候变化、海洋污染和生物生产力等;陆地方面,可用于监测森林大火、陆地植被健康及湖泊河流的水位等。现可通过https://scihub.copernicus.eu/s3/#/home(用户名:s3guest,密码:s3guest)免费下载Sentinel-3A OLCI/SLSTR 1级 和2级产品。

ENVI 5.4.1支持Sentinel-3 OLCI/SLSTR Level-1/ Level-2数据处理,包括数据打开、几何校正、辐射定标、大气校正等。

1.  数据处理

下面以OLCI大气表观反射率Level-1 EFR数据为例介绍Sentinel-3数据处理流程。

1.1处理流程

流程说明:

1)几何校正需在辐射校正前,若先辐射校正则丢失几何定位信息;

2)跟据不同应用,虚框内容为可选。

1.2数据打开

(1)    S3A_OL_1_EFR产品为NetCDF格式,以.zip压缩包提供,解压后得到40个.nc文件(波段及元信息)和一个xml文件。

图:Sentinel-3A OLCI L1-EFR文件结构

注:每个波段的文件名标识为radiance(https://sentinel.esa.int/web/sentinel/technical-guides/sentinel-3-olci/level-1/fr-or-rr-toa-radiances ),产品级别说明为Full resolution top of atmosphere reflectance(https://sentinel.esa.int/web/sentinel/user-guides/sentinel-3-olci/data-formats )。这里我们以产品级别说明为准,即大气表观反射率。 

(2)    在菜单栏中,选择File > Open File > Open As > Optical Sensors > European Space Agency > Sentinel-3 OLCI,弹出Open对话框,选择xfdumanifest.xml文件,点击打开。

1.3几何定位

(1)    数据的空间参考为地理查找表(GLT,ground lookup table),打开后自动读取到GLT地理坐标。如下图为打开数据后在数据管理器中可以看到相应的信息。

图:Sentinel-3A基本信息 

(2)    在ToolBox中,选择 Geometric > CorrectionReproject GLT with BowtiReproject GLT with Bowtie Correction。在弹出的对话框中选择前面打开的文件,点击OK按钮。

注:Sentinel-3 OLCI/SLSTR 1和2级产品均使用该工具几何定位。

图:几何定位输入对话框 

(3)    弹出Reproject GLT with Bowtie Correct参数面板如下:

图:Reproject GLT with Bowtie Correct参数设置 

  投影类型:区域若包含两极地区则选择Polar Stereographic WGS-84,否则默认。此处选择Geographic WGS-84。

  插值方法:离散型(如分类数据)则选择Nearest Neighbor,否则默认。此处选择Distance Weighted。

  设置输出文件,点击OK按钮。

(4)    得到的结果具有地理坐标,点击菜单栏File>Open World Data>Countries,加载ENVI自带全球矢量数据,查看几何定位结果。

图:几何定位结果(CIR显示)

1.4 辐射定标

(1)    在图层管理器中,右键图层选择View Metadata查看数据元信息,点击Sepctral项,可以看到ENVI已自动识别辐射定标所需参数。

图:Sentinel-3A光谱信息

(2)    在Toolbox中,选择Radiometric Correction > Radiometric Calibration,在弹出的File Selection对话框中,选择几何定位后的数据,点击OK,弹出Radiometric Calibration参数面板。

图:Radiometric Calibration参数面板 

  点击Apply FLAASH Settings按钮,参数会自动调整为FLAASH大气校正所要求的数据输入格式;

(3)    设置辐射定标结果输出路径和文件名,点击OK开始执行,定标结束后结果会自动加载到Data Manager中。

1.5大气校正

FLAASH大气校正可参考:

  FLAASH设置详解:  http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0102v59e.html

  获取区域平均高程: http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0101drqg.html

  常见错误及解决方法:http://blog.sina.com.cn/s/blog_764b1e9d0100pvrk.html

以下只介绍Sentinel-3 数据FLAASH大气校正关键参数设置:

(1)    在Toolbox搜索框中,输入FLAASH,双击筛选出的FLAASH Atmospheric Correction工具。

一、基本参数设置

图:FLAASH基本参数面板

  Sensor Type未能自动识别,保持默认UNKNOWN-MSI;

  Sensor Altitude (km) 为815;

  Pixel Size (m)根据数据设置,此示例数据空间分辨率为300m。

二、多光谱设置

点击Multispectral Settings弹出如下参数面板

图:多光谱设置面板 

  设置光谱响应函数。点击Filter Function File,在弹出的对话框中点击Open按钮,定位到自己的软件安装路劲下的** \ENVI54\resource\filterfuncs,选择sentinel3.sli点击OK;

  若基本参数设置中Water Rerieval为Yes,则需设置水汽吸收/反射波段,哨兵3A OLCL数据缺少相应水汽吸收和反射波段,这里设置为No;

  该示例数据不支持Aerosol Retrieval,故Kaufman-Tanre Aerosol Retrieval 无需设置;

三、高级设置

点击基本参数设置中的Advanced Settings,弹出如下高级参数面板。

图:高级参数面板 

  Use Adjacency Correctin设置为No,即对于低分辨率数据,不使用邻域纠正。若保持默认Yes,则出现如下错误;

Use Tiled Processing 建议设置为No(内存不小于4G)。如设置为yes,Tile size需要设置50-200m。

注:若为Yes使用分块计算,如分块Tile size太小,则可能报如下错误。

其它参数保持默认。

单击Apply执行处理。

四、浏览结果

显示FLAASH大气校正结果。在工具栏上选择波谱曲线工具,选择几个典型的地物波谱,如下为植被的波谱曲线。

图:植被波谱曲线(左-FLAASH大气校正后,右-大气校正前)

图:近海岸海水(左-FLAASH大气校正后,右-大气校正前)

2.Sentinel-3A数据介绍

Sentinel-3A数据详情见:https://sentinel.esa.int/web/sentinel/missions/sentinel-3

2.1Sentinel-3A OLCI 数据

2.1.1空间分辨率

   FR(Full Resolution)模式:约300 m

   RR(Reduced Resolution)模式:约1.2 km

2.1.2 波段设置

2.1.3产品级别

Level

Name of
Product Package

Main Content

Availability

Latency

Estimated

Size per half orbit

Product Dissemination Unit

0

OL_0_EFR

Full Resolution ISPs

INTERNAL

NRT

9.5Gb

N/A

0

OL_0_CR0

Calibration with no spectral relaxation

INTERNAL

NRT

502Mb

N/A

0

OL_0_CR1

Calibration with spectral relaxation

INTERNAL

NRT

240Mb

N/A

1

OL_1_EFR

Full resolution top of atmosphere reflectance

USER

NRT/NTC

28.5Gb

Frame 3 mn

1

OL_1_ERR

Reduced resolution top of atmosphere reflectance

USER

NRT/NTC

2.3Gb

Dump (full daylight orbit)

1

OL_1_RAC

Dark offset and gain coefficients from radiometric calibration

INTERNAL

NRT

1Mb

N/A

1

OL_1_SPC

Wavelength characterization from spectral calibration

INTERNAL

NRT

27Mb

N/A

2

OL_2_WFR

Full resolution water and atmosphere geophysical products

USER

NRT/NTC

28.4GB

Frame 3 mn

2

OL_2_LFR

Full resolution land and atmosphere geophysical products

USER

NRT/NTC

8.8GB

Frame 3 mn

2

OL_2_WRR

Reduced resolution water and atmosphere geophysical products

USER

NRT/NTC

2.4GB

Dump (full daylight orbit)

2

OL_2_LRR

Reduced resolution land and atmosphere geophysical products

USER

NRT/NTC

1.1GB

Dump (full daylight orbit)

 EFR = Earth Observation Full Resolution
ERR = Earth Observation Reduced Resolution
RAC = Radiometric Calibration
SPC = Spectral Calibration
WFR = Water Full resolution
LFR = Land Full resolution
WRR = Water Reduced Resolution
LRR = Land Reduced Resolution

2.2Sentinel-3A SLSTR数据

2.2.1空间分辨率

      * 太阳反照率波段:500 m

      * 热红外波段:1 km

2.2.2基本参数

Performance

Parameters

SLSTR

Swaths

Nadir view

400 km

Dual view

740 km

Global coverage
revisit time

1 S/C (dual view)

1.9 days

 

0.9 days

 

1 day

 

0.5 days

SSI at SSP (km)

 

0.5 km VIS-SWIR
1 km IR-fire

Spectral channels
centre λ (µm)

VIS:
SWIR:
MWIR/TIR:
Fire-1/2:

0.555; 0.659; 0.865;
1.375; 1.610; 2.25;
3.74; 10.85; 12;
3.74; 10.85

2.2.2产品级别

Level

Name of
Product Package

Main Content

Availability

Latency

Estimated Size per orbit

Product Dissemination Unit

0

SL_0_SLT__

Full resolution ISPs

INTERNAL

NRT

7.2 GB

N/A

1

SL_1_RBT__

Brightness temperatures and radiances

USER

NRT/NTC

44.5 GB

Frame 3 mn

2

SL_2_WCT__

Sea surface temperature
(single and dual view, 2 and 3 channels)

INTERNAL

NRT/NTC

4.1 GB

N/A

2

SL_2_WST__

Level-2P sea surface temperature (GHRSST-like)

USER

NRT/NTC

2.2 GB

NRT = Frame 3 mn
NTC = Full orbit (from pole to pole)

2

SL_2_LST__

Land surface temperature parameters and fire radiative power

USER

NRT/NTC

1.4 GB

NRT = Frame 3 mn
NTC = Full orbit (from pole to pole

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