ICESat 数据介绍
文章目录
- 一、ICESat数据介绍
- 二、ICESat数据产品
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- 1. 数据产品介绍
- 2.数据下载
- 3. 数据处理方法
- 4. 参考资料
一、ICESat数据介绍
- 第一代：ICESat/GLAS
ICESat全称 Ice，Cloud and land Elevation Satellite，即冰、云和陆地高程卫星，有效载荷为地球科学激光测高系统GLAS（Geoscience Laser Altimeter System），是全球首颗对地观测激光测高卫星，于2003年发射，2009年停止工作。主要任务测量两极冰原高度和海冰变化，以及地形和植被特征参数等。
ICESat卫星运行轨道约为600公里，地理覆盖范围从南纬86°到北纬86°。倾角为94°；运行周期为91d的重复轨道。
GLAS使用1064 nm的脉冲来测量地表高度，使用532 nm的脉冲来测量云层和气溶胶的垂直分布。
ICESat/GLAS官网 https://icesat.gsfc.nasa.gov/icesat/
ICESat/GLAS从2003年到2009年，每年观测两到三次，共提供19期数据（其中L1包括L1a和L1b）。
【注】图片来自文献：Water-level changes in China’s large lakes determined from ICESat/GLAS data。
【注】图片来自https://nsidc.org/data/icesat/laser_op_periods.html
ICESAT/GLAS测高原理：
根据卫星发射器发射和接收脉冲的时间差测定卫星到表面的距离，并对高度进行相应的地形校正。反射面高度（Height）是由卫星轨道高度（Altitude）、测量值（Range）和各种误差（Corrections，因仪器、地球物理校正对距离的影响）。
ICESAT/GLAS优势：
ICESAT/GLAS具有覆盖范围广，垂直分辨率高，采样密集等特点，达到地面的激光脉冲形成直径约为70m的光斑，光斑之间约172m，地面垂直分辨率可达10cm。
- 第二代：ICESat-2/ATLAS
ICESat-2有效载荷为先进地形激光测高系统ATLAS（Advanced Topographic Laser Altimeter System），于2018年开始工作。
ICESat-2官网 https://icesat-2.gsfc.nasa.gov/
二、ICESat数据产品
1. 数据产品介绍
数据产品等级：
数据一共分为0级、1级、2a级、2b级、3级共五级产品。
- 0级:原始仪器数据，在轨检测3个月后开始接收数据，最长能接收24小时的数据；
- 1级：工程单元转换数据，在轨检测3个月后接收数据，最长可接受72小时数据；
- 2a级：大地水准数据范围和高程数据，在轨测试6个月后开始接收数据，最长可接收72个小时的数据以及2周的精确轨道和精确指向测量数据；
- 2b级：数据是衍生的地球物理沿轨数据，在轨测试6个月后开始接收数据，最长可接收所需要的个别地球物理产品积累完成后1个月的时间数据；
- 3级：衍生的地理格网数据，在轨测试6个月后开始接受数据，最长时间与2b级相同。
以上的原始数据、标准数据及生产产品所用的软件算法、代码等都要统一上交给NASA-SMD/ESD数据中心，另外产生标准数据的算法统一打包在ATBDs。
数据产品分类：
- 第一代：ICESat/GLAS
ICESat /GLAS数据产品有15类：GLA01，GLA02，…GLA15
（https://nsidc.org/data/icesat/data.html）
其中，ICESat /GLAS level2 数据产品GLA14 可以探测水面高程，精度在10cm左右。ICESAT/GLA14的高程基准为EGM96（Earth Gravitational Model，地球重力场模型）。
ICESAT/GLAS数据产品是沿卫星轨迹测量高度/距离，而不是根据特定目标测量的。因此，需要进一步的处理来获得感兴趣的水位。
- 第二代：ICESat-2/ATLAS
ICESat-2/ATLAS数据产品有22类：ATL00，ATL01，…，ATL21。
原始0级遥测数据不对外公开；两种L1产品：ATL01（用于计算光子传输时间）和ATL02（针对温度和电压影响对其进行校正）。
借助协助数据（精确指向和精确顶柜地面处理数据）对ATL02产品进一步处理，生成包含光子的纬度，经度和大地高的ATL03产品。
2.数据下载
ICESat数据下载官网：https://nsidc.org/data/icesat/
3. 数据处理方法
ICESat /GLAS数据预处理方法：
（1）利用NSIDC’s GLAS 高程测量提取工具NGAT（NSIDC GLAS Altimetry elevation extractor Tool），从GLAS二进制形式数据提取相关信息（.txt）；
（2）在Microsoft Access中将数据转换为.mdb文件；
（3）当ICESat卫星轨迹与湖泊相交时提取数据；
（4）坐标系转换：Topex/Poseidon转换成WGS84坐标系，转换公式：
需要注意的几点：
- 测高高程提取工具(NGAT)用于从ICESat-GLAS产品中提取带有纬度、经度、高程和大地水准面高度的足迹。
- 大地水准面高度基于更新的大地水准面模型：EGM2008（http://nsidc.org/data/icesat/data_releases.html）
- 获取的点数据可以转换成shapefile文件，在ARCGIS中显示。
- 需要对提取的水位进行平均，剔除异常值。方法：首先目视剔除明显的异常值，然后根据标准偏差(standard deviation，STD)阈值，剔除导致标准偏差较高的异常值。
参考文献：
Water level variation of Lake Qinghai from satellite and in situ measurements under climate change.
Estimating water volume variations in lakes and reservoirs from four operational satellite altimetry databases and satellite imagery data.
具体操作过程可参考：黄土高原重要水库水位变化的ICESAT/GLA14监测论文。
（1）利用美国国家冰雪数据中心提供的NGAT工具从ICESAT/GLA14数据的二进制文件中读取测高数据，在batch_read_altimetry中输入路径，输出路径，输入数据及输出数据，经度，纬度等信息。该工具提取的数据主要包括所测点的大地经度，大地纬度，相对于参考椭球体的高度和大地水准面差距。生成TXT文本格式文件；
（2）利用Excel将上步骤中的文本文件TXT在ArcGIS中转为shapefile文件；
（3）转换坐标，将ICESAT/GLA14数据中提取的Topex/Poseidon椭球体下的高程值减去70cm得到WGS84坐标；
（4）利用湖泊矢量边界对ICESAT/GLA14数据进行裁剪，并在ARCGIS中设定阈值对经过湖泊的轨道数据剔除粗差；
（5）计算每个时间段内的湖泊水位的平均值。
4. 参考资料
ICESat1以及ICESat2参数对比：https://zhuanlan.zhihu.com/p/75830242
ICESat数据介绍及下载：https://blog.csdn.net/weixin_44035267/article/details/104249083
ICEsat数据介绍、下载、读取、GMT筛选：https://blog.csdn.net/wise_sun/article/details/108357866
Water-level changes in China’s large lakes determined from ICESat/GLAS data[J].
Water level variation of Lake Qinghai from satellite and in situ measurements under climate change[J].
Estimating water volume variations in lakes and reservoirs from four operational satellite altimetry databases and satellite imagery data[J].
黄土高原重要水库水位变化的ICESat/GLA14监测[J].
更新：
NGAT工具下载：https://cdn.uat.earthdata.nasa.gov/conduit/upload/997/ESSDR%20book%2012-2011%20FINAL%20web%20copy.pdf
目前官网上找不到该软件，不知道原因。
可以使用HDFView提取高程信息。具体教程：https://nsidc.org/support/how/progress-sample-extract-elevation-glas-hdf5-altimetry-data-text-format
Tools for working with the Tools for working with the Geoscience Geoscience Laser Altimeter System (GLAS) Data Products from the Laser Altimeter System (GLAS) Data Products from the
Ice, Cloud, and land Elevation Satellite (ICESat) Mission：http://www2.hawaii.edu/~jmaurer/posters/Maurer_GLAS_AGU2004_poster.pdf
