ICESat-2数据下载及处理分析随笔

ICESat-2数据下载及处理分析随笔

ICESat-2全称是Ice，Cloud and land Elevation Satellite -2。看名字我们能知道它的任务是测ice，cloud和land elevation，而且这是一个Satellite，是一颗卫星。那么这里我们就要分清ICESat-2和ATLAS的关系，ICESat-2是星载平台，是一个space observatory，ATLAS是这个星载平台上搭载的单光子激光雷达系统。ICESat-2有个-2在后面，这个是2nd generation的意思。既然有2nd generation，那么肯定就有1st generation，这个1st generation 就是ICESat（没有-2的后缀），ICESat-2是ICESat的升级版，它俩的任务都是测ice，cloud和land elevation（看名字也看得出来，一模一样）。ICESat从2003年一直工作到了2009年，采集了大量数据，现在已经退休了，其数据都挂在了下面这个NASA官网上（NASA: ICESat​icesat.gsfc.nasa.gov​）。
现在的ICESat-2是2018年发射的，其相对于第一代ICESat有较大的升级，主要来说就是ICESat搭载的激光雷达是传统的激光雷达，是响应强度的，而ICESat-2搭载的是单光子激光雷达，是有单个光子响应能力的，极大扩展了探测性能。ICESat-2目前正在天上工作。

1.相关ICESat-2数据介绍参考以下引用博文连接：

1.ICESat-2学习笔记1 : ICESat-2和ATLAS简介
连接：
添加链接描述

2.数据下载

网址1： https://search.earthdata.nasa.gov/

打开网站后，在地图中用矩形框选择自己兴趣范围。
然后再搜索3中输入ICESAT关键词，检索出需要的产品类型：
从ATL03-ATL22都有。
建议用这种方法下载。

例如选择ATL08，自动检索出影像，然后设置需要的时间段。

进行下载，下载时段以中午后为宜，下载速度较快。
也可以生成python脚本下载，但不推荐，速度太慢。

网址2： https://nsidc.org/data/data-access-tool/ATL03/versions/5

可以根据自己对产品的需求，更改连接中的ATL03，如更换为ATL08
https://nsidc.org/data/data-access-tool/ATL08/versions/5
打开网站后，在地图中用矩形框选择自己兴趣范围。
然后再搜索3中输入ICESAT关键词，检索出需要的产品类型：
从ATL03-ATL22都有。

官网生成python脚本，如：nsidc-download_ATL03.005_2022-11-06，不推荐。
order files 会生成订单，官方会发送到邮箱，自己进行下载。

3.数据查看

数据查看用“HDFView-3.1.0-win10vs14_64”。

4.数据处理

以ATL08为例，用“PhoREAL_v3.30_init”软件。

5.结果分析

以ATL08、ATL03为例，生成光子点高程.

6.数据说明

图片来自icesat-2官网：https://nsidc.org/data/icesat-2/products/

数据类型：

转自：添加链接描述

**ATL00 ：**Telemetry data 遥测数据，level0；
Raw ATLAS telemetry in packet format 原始数据，不对外公开。
**ATL01：**Reformatted Telemetry 格式转换遥测数据，level1；
Parsed, partially reformatted into HDF5,generated daily, segmented into several minute granules 通过解析转换成HDF5格式数据，并分成granules.
**ATL02：**Science Unit Converted Telemetry 科学单元数据，level1；
Photon time of flight, corrected for instrument effects. Includes all photons,pointing data, spacecraft position,housekeeping data, engineering data, and raw atmospheric profiles, segmented into several minute granules.经仪器校正后的飞行时间数据。包括所有光子，指向数据，航天器位置，工程数据和原始大气文件。
**ATL03：**Global Geolocated Photon Data 全球地理定位光子数据，level2；
Precise latitude, longitude and elevation for every received photon, arranged by beam in the along-track direction. Photons classified by signal vs. background, as well as by surface type (land ice, sea ice, land, ocean), including all geophysical corrections (e.g. Earth tides,atmospheric delay, etc.…). Segmented into several minute granules.
沿轨方向排列光子的精确经度、纬度和高程。光子根据信号和背景噪声分类，或按照地表类型分类（陆地冰、海冰、陆地和海洋），包括各种物理校正。
**ATL04：**Uncalibrated BackscatterProfiles 后向散射校正文件，level2；
沿轨大气散射文件，包括极低地区的校正系数。
**ATL06：**Land Ice Elevation 陆地冰高程，level3A；
沿轨和垂轨方向计算成对激光束的高度。
**ATL07：**Arctic/Antarctic Sea Ice Elevation 北极和南极海冰高程，level3A；
沿轨方向海冰和开阔水域的高程。
**ATL08：**Land Water Vegetation Elevation 陆地植被高程，level3A；
沿轨方向各种尺度的冠层覆盖高中，包括冠层高度，冠层覆盖率，表面坡度和粗糙度，以及表观反射率。
**ATL09：**Calibrated Backscatter and Cloud Characteristics ATLAS大气云层特性，level3A；
沿轨方向云层高度，后向散射，云层厚度，是由ATL04产品处理得到的。
**ATL10：**Arctic/Antarctic Sea Ice Freeboard 南极北极冰板块高度，level3A；
冰板块高度和海平面即海冰的高程。
**ATL11：**Antarctica/Greenland Ice Sheet H(t) Series 南极和格陵兰地区冰原高程，level3B；
按重复轨道或垂直的时间序列冰原高程。
**ATL12：**Ocean Elevation 海洋高程，level3A；
特定区域尺度的地表高程，该高程包括表面倾斜率、粗糙度以及表面反射等因素。
**ATL13：**Inland Water Height 内陆水体高程，level3A；
沿轨方向的特定内陆水准面的高程，包括表面倾斜度和粗糙度等因素。
**ATL14：**Antarctica/Greenland Ice Sheet H(t) Gridded 南极洲和格陵兰岛的冰原高程格网数据，level3B；
基于所有可用高程数据的冰原年度高程图。
**ATL15：**Antarctica/Greenland Ice Sheet dh/dt Gridded 南极洲和格陵兰岛的冰原高程变化格网数据，level3B；
冰原的年度高程变化和总变化。
**ATL16：**ATLAS Atmosphere Weekly ATLAS周大气数据，level3B；
极地地区云层、雪、陆地的探测频率。
**ATL17：**ATLAS Atmosphere Monthly ATLAS月大气数据，level3B；
极地地区云层、雪、陆地的探测频率。
**ATL18：**Land/Canopy Gridded 陆地冠层格网数据，level3B；
格网陆地表面高程，冠层高度和冠层覆盖。
**ATL19：**Mean Sea Surface (MSS) 平均海平面，level3B；
格网海洋高程产品。
**ATL20：**Arctic/Antarctic Gridded Sea Ice Freeboard 北极/南极洲格网海冰数据，level3B；
格网海冰数据。
**ATL21：**Arctic/Antarctic Gridded Sea Surface Height w/in Sea Ice 北极/南极洲海冰区的海表面格网数据，level3B；
海冰覆盖地区的海表面高程格网月数据。

3.数据产品分级：

——level1

ATL01用来计算光子传输时间。
ATL02是由ATL01进行仪器校正，例如消除时间和指向测量的偏差，纠正温度和电压变化对ATLAS电子设备的影响。
ATL02主要功能：（1）为系统、质量控制分析记录辐射参数；（2）支持精密测点(PPD)和精密定轨(POD)处理；（3）为二级全球地理定位光子产品提供源数据(ATL03)；（4）向二级归一化相对后向散射产品提供每个强波束的原始大气文件(ATL04)。
ATL02分为两类数据集：一类记录每个光子的纬度，经度和高程（ATL03）；另一类是归一化相关的后向散射系数的大气文件（ATL04）。

—— level-2

ATL03 是ATL02借助辅助数据（精确指向和精确定轨地面处理数据）进行处理生成的，该产品提供了时间，纬度，经度，和经过地理物理校正的椭球高度（如大气层和固体地球变形影响），而且用户可以对其进行校正。每个信号被分成了光子信号和背景噪声。
ATL03为了区分光子信号和背景噪声，ATL03处理生成光子数量与高度的函数关系直方图。
ATL03也包含五个surface mask——陆地、陆地冰、海洋、海冰和内陆水——共同覆盖地球表面。

ATL04提供了可用于识别大气层及其边界的沿轨、归一化相对后向散射(NRB)profiles，包括云、气溶胶和雪。NRB是通过原始光子计数减去背景光子事件，乘以从卫星到返回高度的范围的平方，并通过激光能量归一化而生成的。NRB仅由每对波束的强波束产生，因此每一个ATL04 granule 含有三个大气profiles.

—— level-3A

ATL06提供了陆冰表面高度的地理估计和辅助参数，可用于解释估计和评估其质量。光子事件被聚合成重叠的，沿着轨道的固定长度(40m)的段，其中心相距20米，计算沿轨道的斜率和每个段的中心的高度。

ATL07海冰高程，该产品为南北半球的冰雪覆盖的海洋提供了沿着轨道的表面高度和类型(例如，冰雪覆盖的冰，开放水域)，将每150个混合返回光子作为一个观测段。

ATL08用来估计地形高度，冠层高度，和冠层覆盖，沿轨固定长度为100m。

ATL09记录了从大气后向散射Profiles检测到的层高度和相关标志(ATL04)。

ATL10海冰干舷，每个半球每天提供多达16个轨道文件。包含的海冰干舷高与ATL07中每段海冰高程记录相对应。

ATL12包括高度分布估计(十分位箱)、显著波高、表面坡度和表观反射率。

ATL13包括沿轨道的水面高度、坡度和每个脉冲的粗糙度，以及相邻脉冲之间平面表面的坡向和最大坡度。该产品已经经过物理校正，用于内陆水观测。要根据观测质量剔除质量较差的数据和水位异常值。

—— level-3B

ATL11提供表面高度的时间序列。ATL11利用一致性检测方法从ATL06中剔除误差值，并进行局部地形校正处理，消除因为地形变化带来的误差。

ATL14 &ATL15
ATL14产品利用ATL11的坡度校正高度，为南极洲和格陵兰岛生成数字高程模型(dem)-125m。

ATL15将综合ATL06(陆冰高度)和第一次ICESat任务的高度测量数据，绘制不同时间窗口的高度变化图:一个是ICESat任务的中点和ICESat-2开始的时间窗口；ICESat-2任务的每一年。

ATL16（Weekly） &ATL17(Monthly) 这两种产品的区别在于它们的网格分辨率和频率。

ATL18由地形和冠层特征的网格地图组成。该产品分辨率500-1000m。ATL18将包括冠层高度、冠层覆盖和地面高度。

ATL19利用所有ICESat-2轨道从每月初到月末对海面高度的网格化数据，进行平均处理。

相关引用及转载：

ICESat-2学习笔记 2 ：ICESat-2卫星搭载的ATLAS测高雷达
链接如下：

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ICESat2学习笔记3 ： ICESat2 ATLAS数据介绍
链接如下：
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ICESat2学习笔记4 ：Windows下使用HDFView查看ICESat-2 hdf5文件
链接如下：

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ICESat2学习笔记5 ：ICESat-2数据下载

链接如下：

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ICESat2学习笔记6 ：ICESat，IceBridge和ICESat-2：这三个任务的数据访问入门
链接如下：
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ICESat2学习笔记7 ：ATLAS Signals and signal finding 信号和信号的发现
链接如下：
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ICESat2学习笔记8 ：ATL08数据介绍

链接如下：
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ICESat2学习笔记9 ：python读取ATL08数据

链接如下：
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ICESat2学习笔记10 ：python批量读取处理ATL08数据

链接如下：
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