本数据集为基于 Sentinel-3 OLCI 传感器的时间序列积雪参数栅格产品(.img 格式)。支持 ENVI、ArcGIS、QGIS 等主流遥感与地理信息软件直接读取。原始处理生成积雪像元点云表格后,通过空间插值将离散点数据转换为连续的面状栅格影像,使数据能够反映积雪参数的空间连续分布特征,满足区域积雪时空分析的需求。按年度-月份-日期对每日栅格文件命名,月度合成 NDSI 文件按年度-月份-合成序号命名。包含以下数据: 1)NDSI(归一化积雪指数):无单位(范围 -1~1,是积雪覆盖监测的经典指标,可有效区分积雪与非积雪地表,反映区域积雪覆盖范围与覆盖度) 2)雪粒径有效半径(Snow Grain Size / Snowgrain):μm(微米)反映积雪物理结构的关键参数,其大小与积雪的融化、反射特性密切相关,可支撑积雪物理过程研究; 3)污染物相对质量浓度(Pollution Amount):ppm(百万分之一)表征积雪中粉尘、气溶胶等污染物的相对含量,可反映积雪的污染程度,为积雪生态环境评估提供数据支撑。 其中雪粒径有效半径,污染物相对质量浓度参数生成每日栅格影像,NDSI参数进一步进行月度最大值无云合成(每月约 4 景)。栅格采用等经纬度投影,重采样分辨率 200 米,支持积雪动态监测、粒径与污染量时空分析等应用。
| 数据量 | 1.3 TiB |
|---|---|
| 数据空间分辨率(/米) | 200m |
| 数据时间分辨率 | 雪粒径、污染量:每日; NDSI:月度最大值合成(每月约 4 景无云影像) |
| 坐标系 | WGS84 |
| 投影 | WGS84 |
原始数据选取欧洲空间局(ESA)/ EUMETSAT Sentinel-3A/B 卫星搭载的 Ocean and Land Colour Instrument(OLCI)传感器 L1B 级 Earth Observation Full Resolution (EFR) 产品,原因在于 Sentinel-3 系列卫星是欧洲哥白尼计划的核心卫星,其搭载的 OLCI 传感器专为海陆观测设计,具备高光谱、高空间分辨率、高覆盖频率的优势,适合开展大尺度积雪长期动态监测。OLCI 传感器拥有 21 个光谱波段,覆盖 400-1020nm 光谱范围,其中第 21 波段的中心波长为 1.02 微米,该波段对积雪粒径的散射特性变化高度敏感,是反演雪粒径的核心波段,为积雪物理参数的定量反演提供了关键光谱基础。该传感器原始空间分辨率约 300 米,幅宽达 1270km,且 Sentinel-3A、3B 两颗卫星协同工作,可实现全球范围内 1 天一次的全覆盖观测,能够保障数据的空间覆盖范围与时间观测密度,满足 2016-2025 年长时间序列、中亚与中国北方大区域的积雪参数监测需求。
使用 iCOR 插件(支持 SNAP 模块可视化操作或批量调用 icor.bat 脚本)对 L1B 级数据进行大气校正处理。原因在于 L1B 级数据为传感器原始辐射定标数据,包含大气散射、吸收、反射等多种干扰,无法直接用于地表参数反演,大气校正是定量遥感的基础前提,可将传感器接收到的辐射值转换为地表真实反射率,为后续积雪参数反演提供准确的光谱数据。选择 iCOR 插件而非传统大气校正模型,是因为 iCOR 插件专为 Sentinel-3 OLCI 等中等空间分辨率、大覆盖面积的遥感数据设计,能够有效处理异质性较高的大气模式,校正精度更高、适配性更强。处理过程中去除受大气强吸收影响的 Oa13、Oa14、Oa15、Oa19、Oa20 五个波段,仅输出 16 个可靠的地表反射率波段(Oa01–Oa12、Oa16–Oa18、Oa21)及经纬度信息,原因在于上述五个波段处于大气水汽、二氧化碳的强吸收波段,受大气干扰严重,光谱数据可靠性低,去除后可提升后续数据处理的准确性,同时保留的 16 个波段覆盖了积雪监测的核心光谱范围,能够满足积雪分类与参数反演的需求。 采用 SNAP IdePix OLCI 处理器识别影像中的云、云影及积雪像元,并仅保留 1216、1232、1248、1264、3264 五类积雪相关编码像元。遥感影像中云、云影会与积雪产生光谱混淆,成为积雪识别与参数反演的主要干扰源,必须通过专业分类算法剔除云、云影及其他非积雪像元,才能精准提取积雪像元。SNAP IdePix OLCI 处理器是针对 OLCI 传感器开发的专用像素分类算法,能够基于光谱特征与纹理特征实现云、云影、积雪、陆地等下垫面类型的精准区分,分类精度高于通用分类算法;而 1216、1232 等五类编码为该算法中积雪像元的专属编码,仅保留此类像元可有效剔除非积雪干扰,确保后续处理仅针对积雪像元,提升积雪参数反演的针对性与准确性。 参数反演:基于 Kokhanovsky 等积雪反射率物理模型(球形反照率、几何光学模型、外部混合模式),使用 400 nm、560 nm、865 nm、1020 nm 等关键波段,反演雪粒径(考虑形状参数 3.62、4.53、5.8)和污染物量。该模型是针对积雪反射率特性开发的经典定量模型,能够综合考虑积雪的散射、吸收特性及污染物的混合效应,相比经验模型,物理模型的机理性更强、反演精度更高,适用于不同区域、不同积雪状况的参数反演;融合球形反照率、几何光学模型、外部混合模式,可分别模拟积雪的球形散射特征、几何光学散射特性及冰与污染物的外部混合状态,更贴合实际的积雪物理与光学特征。在进行粒径的算法过程中,还需要计算冰的负折射指数的虚部,这里用Spline插值即可。同时需要计算相当方位角,直接采用使用传感器的观测方位角与太阳的方位角进行计算,如果它们的绝对值大于180°时,用360°减去其绝对值。 栅格化与插值:将离散的积雪像元点云数据进行克里金空间插值,生成 200 米分辨率的等经纬度投影栅格影像。点云数据为离散的点特征,无法直观反映积雪参数的空间分布特征,也难以进行区域尺度的空间分析与可视化表达,通过栅格化与插值将离散点数据转换为连续的面状栅格数据,能够实现积雪参数的空间连续表达,满足区域积雪时空分布分析的需求。将栅格分辨率设置为 200 米提升数据空间精细度;采用等经纬度投影,该投影方式可保持地理坐标的唯一性与一致性,便于数据的空间拼接、叠加分析及与其他地理数据的融合使用。 月度合成:仅对 NDSI 参数采用最大值合成方法,生成每月约 4 景无云栅格产品,雪粒径和污染物参数则保留每日单景产品,不进行合成,最终所有数据均输出为 ENVI .img 栅格文件。对 NDSI 进行月度最大值合成的原因在于,NDSI 主要用于积雪覆盖范围监测,受云、云影干扰较大,每日影像中存在大量云覆盖缺失区域,而最大值合成法可选取月度内同一像元的最大 NDSI 值,有效剔除云、云影干扰,提升数据的无云覆盖率与空间连续性,满足积雪覆盖宏观监测的需求;雪粒径与污染物参数对积雪短期变化响应敏感,且云覆盖对其反演结果的影响可通过前期积雪分类有效剔除,因此保留每日单景产品,保障数据的时间精细度,满足积雪短期动态变化研究的需求。将数据输出为 ENVI .img 格式,该格式是遥感领域的标准栅格数据格式,支持 ENVI、ArcGIS、QGIS 等主流遥感与地理信息软件直接读取与处理,无需额外的格式转换,降低数据使用门槛,同时该格式可完整保留栅格数据的空间参考、波段信息等元数据,保障数据的完整性。
大气校正质量:iCOR 在 Sentinel-3 OLCI 陆地应用中表现良好,校正后的地表反射率数据能够真实反映地表的实际光谱特征,为后续积雪参数反演提供了准确的基础数据;蓝光和近红外个别波段差异略高,主要与 OLCI 传感器的 “excess of brightness” 现象相关,该现象为传感器自身系统特性导致,属于可控误差范围,对整体积雪参数反演的影响较小。 反演不确定性:受观测几何角度、大气残留误差、云污染及地形影响。月度 NDSI 最大值合成可显著提高数据连续性和无云覆盖率。 整体适用性:数据质量适合中高纬度积雪区的定量遥感分析,但建议在使用时结合具体应用场景进行进一步验证。
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