home *** CD-ROM | disk | FTP | other *** search
/ NASA Climatology Interdisciplinary Data Collection / NASA Climatology Interdisciplinary Data Collection - Disc 1.iso / readmes / readme.avhrr_ndvi next >
Text File  |  1998-03-04  |  21KB  |  508 lines
  1.                               [CIDC FTP Data]
  2.                          [PAL NDVI IDC Data on FTP]
  3.  
  4. Data Access
  5.  
  6.      NDVI Data from AVHRR Land Pathfinder
  7.  
  8.                                    [rule]
  9.  
  10. Readme Contents
  11.  
  12.      Data Set Overview
  13.           Sponsor
  14.           Original Archive
  15.           Future Updates
  16.  
  17.      The Data
  18.           Characteristics
  19.           Source
  20.  
  21.      The Files
  22.           Format
  23.           Name and Directory Information
  24.           Companion Software
  25.  
  26.      The Science
  27.           Theoretical Basis of Data
  28.           Processing Sequence and Algorithms
  29.           Scientific Potential of Data
  30.           Validation of Data
  31.  
  32.      Contacts
  33.           Points of Contact
  34.  
  35.      References
  36.  
  37.                                    [rule]
  38.  
  39. Data Set Overview
  40.  
  41.      This data set is produced as part of the NOAA/NASA Pathfinder
  42.      AVHRR Land program. It contains global monthly composites of the
  43.      Normalized Difference Vegetation Index (NDVI) at 1 degree
  44.      resolution covering the period from July 1981 to September 1994.
  45.      This monthly climate data set was recently updated since the
  46.      original data (the 10-day composite) used for generating this
  47.      monthly dataset, was recently reprocessed. The Pathfinder Program
  48.      produces long-term data sets derived from the observations made by
  49.      Advanced Very High Resolution Radiometers (AVHRR) on the
  50.      "afternoon" NOAA operational meteorological satellites (NOAA-7,
  51.      -9, 11) and processed in a consistent manner for global change
  52.      research.
  53.  
  54.      Sponsor
  55.      The production and distribution of this data set are funded by
  56.      NASA's Earth Science enterprise. The data are not copyrighted;
  57.      however, we request that, when you publish data or results using
  58.      these data, please acknowledge as follows:
  59.  
  60.           The authors wish to thank the Distributed Active Archive
  61.           Center (Code 902.2) at the Goddard Space Flight Center,
  62.           Greenbelt, MD, 20771, for producing the data in their
  63.           present form and distributing them. The original data
  64.           products were produced under the NOAA/NASA Pathfinder
  65.           program, by a processing team headed by Ms. Mary James
  66.           of the Goddard Global Change Data Center; and the
  67.           science algorithms were established by the AVHRR Land
  68.           Science Working Group, chaired by Dr. John Townshend of
  69.           the University of Maryland. Goddard's contributions to
  70.           these activities were sponsored by NASA's Earth Science
  71.           enterprise.
  72.  
  73.      Original Archive
  74.      This data set is part of the NOAA/NASA AVHRR Land Pathfinder data
  75.      set archived at the Goddard DAAC. It is derived from the 8 km,
  76.      10-day composite data (three per month), which are composited from
  77.      the Daily data. The Daily data are derived from the NOAA AVHRR
  78.      Global Area Coverage (GAC) 1B data, available from NOAA's
  79.      Satellite Active Archive.
  80.  
  81.      Future Updates
  82.      This data set will be updated as data from other years are
  83.      processed.
  84.  
  85. The Data
  86.  
  87.      Characteristics
  88.  
  89.         * Parameters: Normalized Difference Vegetation Index (NDVI),
  90.           derived from the visible and near-infrared channel
  91.           reflectances (0.58 to 0.68 um and 0.73 to 1.10 um,
  92.           respectively). The NDVI is highly correlated to surface
  93.           vegetation.
  94.  
  95.         * Units: Dimensionless
  96.         * Typical Range: -0.200 to 0.730
  97.  
  98.         * Temporal Coverage: July 1981 to September 1994
  99.         * Temporal Resolution: All gridded values are monthly
  100.           composites.
  101.  
  102.         * Spatial Coverage: Global
  103.         * Spatial Resolution: 1 degree x 1 degree
  104.  
  105.      Source
  106.      These data were collected by the Advanced Very High Resolution
  107.      Radiometer (AVHRR) flown on NOAA-series satellites.
  108.  
  109.      Nominal orbit parameters for the NOAA-7, -9, and -11 are
  110.  
  111.           Launch date: 6/23/81 (NOAA-7), 12/12/84 (NOAA-9), 9/24/88
  112.           (NOAA-11)
  113.           Orbit: Sun synchronous, near polar
  114.           Nominal altitude: 833 km
  115.           Inclination: 98.8 degrees
  116.           Orbital period: 102 minutes
  117.           Equatorial crossing times: 114.30 (NOAA-7), 14.20 (NOAA-9),
  118.                13.40 (NOAA-11) LST
  119.           Nodal Increment: 25.3 degrees
  120.  
  121.      The orbital period of about 102 minutes produces 14.1 orbits per
  122.      day. Because the daily number of orbits is not an integer, the
  123.      suborbital tracks do not repeat daily, although the local solar
  124.      time of the satellite's passage is essentially unchanged for any
  125.      latitude. The 110.8 degrees cross-track scan equates to a swath of
  126.      about 2700 km. This swath width is greater than the 25.3 degrees
  127.      separation between successive orbital tracks and provides
  128.      overlapping coverage (side-lap).
  129.  
  130.      The spectral band widths and Instantaneous Field of View (IFOV) of
  131.      the AVHRR instrument are given in the following table.
  132.  
  133.               Channel       Wavelength      IFOV (milliradian)
  134.                            (micrometer)
  135.  
  136.                  1         0.58 - 0.68             1.39
  137.  
  138.                  2         0.73 - 1.10             1.41
  139.  
  140.                  3         3.55 - 3.93             1.51
  141.  
  142.                  4         10.3 - 11.3             1.41
  143.  
  144.                  5         11.5 - 12.5             1.30
  145.  
  146.      A more detailed, comprehensive description of the NOAA series
  147.      satellites, the AVHRR instrument, and the AVHRR GAC 1B data can be
  148.      found in the NOAA Polar Orbiter Data User's Guide (Kidwell 1991),
  149.      which can be obtained from NOAA's National Environmental Satellite
  150.      Data and Information Service (NESDIS) (see DATA ACCESS AND
  151.      CONTACTS).
  152.  
  153. The Files
  154.  
  155.      Format
  156.  
  157.         * File Size: 259200 bytes, 64800 data values
  158.         * Data Format: IEEE floating point notation
  159.         * Headers, trailers, and delimiters: none
  160.         * Fill value: -99.999
  161.         * Mask: Sea mask applied, value = -9.999
  162.         * Image orientation: North to South
  163.                Start position: (179.5W, 89.5N)
  164.                End position: (179.5E, 89.5S)
  165.  
  166.      Name and Directory Information
  167.  
  168.      Naming Convention
  169.  
  170.      The file naming convention for the NDVI data files is
  171.  
  172.           avhrr_pf.ndvi.1nmegl.[yymm].ddd
  173.  
  174.      where
  175.           avhrr_pf = AVHRR Pathfinder
  176.           ndvi = Normalized Difference Vegetation Index
  177.           1 = number of levels
  178.           n = vertical coordinate, n = not applicable
  179.           m = temporal period, m = monthly
  180.           e = horizontal grid resolution, e = 1 x 1 degree
  181.           gg = spatial coverage, gg = global (land and ocean)
  182.           yy = year
  183.           mm = month number
  184.           ddd = (bin=binary, ctl GrADS control file)
  185.  
  186.      Directory Path
  187.  
  188.           /data/inter_disc/biosphere/avhrr_ndvi/yyyy
  189.  
  190.      where yyyy is year.
  191.  
  192.      Companion Software
  193.      Several software packages have been made available on the CIDC
  194.      CD-ROM set. The Grid Analysis and Display System (GrADS) is an
  195.      interactive desktop tool that is currently in use worldwide for
  196.      the analysis and display of earth science data. GrADS meta-data
  197.      files (.ctl) have been supplied for each of the data sets. A GrADS
  198.      gui interface has been created for use with the CIDC data. See the
  199.      GrADS document for information on how to use the gui interface.
  200.  
  201.      Decompression software for PC and Macintosh platforms have been
  202.      supplied for datasets which are compressed on the CIDC CD-ROM set.
  203.      For additional information on the decompression software see the
  204.      aareadme file in the directory:
  205.  
  206.           software/decompression/
  207.  
  208.      Sample programs in FORTRAN, C and IDL languages have also been
  209.      made available to read these data. You may also acquire this
  210.      software by accessing the software/read_cidc_sftwr directory on
  211.      each of the CIDC CD-ROMs
  212.  
  213. The Science
  214.  
  215.      Theoretical Basis of Data
  216.  
  217.      Spectral Wavelengths:
  218.  
  219.      On the NOAA-7, NOAA-9, and NOAA-11 satellites, the AVHRR sensor
  220.      measures emitted and reflected radiation in five channels (bands)
  221.      of the electromagnetic spectrum: a visible (0.58 to 0.68
  222.      micrometer) band that is used for daytime cloud and surface
  223.      mapping; a near-infrared (0.725 to 1.1 micrometer) band used for
  224.      surface water delineation and vegetation cover mapping; a
  225.      mid-infrared (3.55 to 3.93 micrometer) band used for sea surface
  226.      temperature and nighttime cloud mapping; a thermal infrared (10.5
  227.      to 11.5 micrometer) band used for surface temperature and day and
  228.      night cloud mapping; and another thermal infrared (11.5 to 12.5
  229.      micrometer) band used for surface temperature mapping (Kidwell
  230.      1991).
  231.  
  232.      Vegetation Index:
  233.  
  234.      The first AVHRR channel is in a part of the spectrum where
  235.      chlorophyll causes considerable absorption of incoming radiation,
  236.      and the second channel is in a spectral region where spongy
  237.      mesophyll leaf structure leads to considerable reflectance. This
  238.      contrast between responses of the two bands can be shown by a
  239.      ratio transform; i.e., dividing one band by the other. Several
  240.      ratio transforms have been proposed for studying different land
  241.      surfaces (Tucker, 1979). The Normalized Difference Vegetation
  242.      Index (NDVI) is one such ratio, which has been shown to be highly
  243.      correlated with vegetation parameters such as green-leaf biomass
  244.      and green-leaf area and, hence, is of considerable value for
  245.      vegetation discrimination (Justice et al. 1985).
  246.  
  247.      NDVI Relationships With Geophysical Variables:
  248.  
  249.      A ratio between bands is of considerable use in reducing
  250.      variations caused by surface topography (Holben and Justice 1981).
  251.      It compensates for variations in radiance as a function of Sun
  252.      elevation for different parts of an image. The ratios do not
  253.      eliminate additive effects caused by atmospheric attenuation, but
  254.      the basis for the NDVI and vegetation relationship holds
  255.      generally. The soil background contributes a reflected signal
  256.      apart from the vegetation, and interacts with the overlying
  257.      vegetation through multiple scattering of radiant energy. Huete
  258.      (1988) found the NDVI to be as sensitive to soil darkening
  259.      (moisture and soil type) as to plant density over partially
  260.      vegetated areas.
  261.  
  262.      Processing Sequence and Algorithms
  263.  
  264.      Formulae:
  265.  
  266.      Derivation Techniques and Algorithms
  267.  
  268.      Recalibrated radiances for the Pathfinder data are converted to
  269.      surface reflectance and brightness temperature using the following
  270.      procedures and information available from NOAA (Rao, 1993a,b).
  271.  
  272.      Calibration for Channels 1 and 2:
  273.  
  274.           R = (Counts- Offset)(Gain)
  275.  
  276.      where
  277.  
  278.           R = is the radiance in [W][m-2][micrometer-1][steradian-1]
  279.           Gain = A exp((B)( d))
  280.           d = is the number of days since launch
  281.           A, B = are calibration parameters supplied by the NOAA/NASA
  282.           Pathfinder Calibration Working Group (Rao 1993b).
  283.  
  284.      For Channel 3, the calibration is determined by the gain and
  285.      offsets provided in the NOAA 1B data, using procedures described
  286.      in Kidwell (1991).
  287.  
  288.      For Channels 4 and 5, radiances are computed from the temperatures
  289.      of the Internal Calibration Target (ICT) and the laboratory
  290.      blackbody as convolutions of the Planck function over AVHRR's
  291.      spectral response functions. Details are available in NOAA
  292.      Technical Report (Rao 1993a).
  293.  
  294.      Reflectance for Channels 1 and 2 is derived as follows:
  295.  
  296.           Reflectance = (surface leaving radiance) / (incoming
  297.           radiance).
  298.  
  299.      The Atmospheric correction scheme follows the algorithm of Gordon
  300.      et. al (1988)
  301.  
  302.      Brightness temperatures for Channels 3, 4, and 5 are derived as
  303.      follows:
  304.  
  305.           The calibrated radiances are converted to brightness
  306.           temperatures using Planck function. NOAA provides look-up
  307.           tables for each satellite (Kidwell 1991, Brown et al. 1985,
  308.           Weinreb et al. 1990).
  309.  
  310.      NDVI is derived:
  311.  
  312.           (Channel 2 reflectance - Channel 1 reflectance)
  313.           ----------------------------------------------
  314.           (Channel 2 reflectance + Channel 1 reflectance)
  315.  
  316.      Data Processing Sequence
  317.  
  318.      Daily data are produced for a compositing period and quality
  319.      controlled. The 10-day composite is created from Daily data and
  320.      quality controlled. Climate data are generated from the composite.
  321.      The One-Degree Monthly Composite data set is derived from the
  322.      Climate data.
  323.  
  324.      Processing Steps (and data sets)
  325.  
  326.      The AVHRR Land Pathfinder data are created by the following steps.
  327.  
  328.        1. Ascending GAC orbit data are unpacked and staged.
  329.        2. Ancillary data needed in processing are retrieved. These
  330.           include ozone data from Nimbus-7 Total Ozone Mapping
  331.           Spectrometer (TOMS), land surface elevation from the Earth
  332.           Topographic Five Minute Grid (ETOPO5) data set, land or sea
  333.           mask, and satellite ephemeris files.
  334.        3. Each scan is navigated using an orbital model.
  335.        4. Based on the precise navigation, latitudes, longitudes, solar
  336.           zenith, solar azimuth, scan, and relative azimuth angles are
  337.           determined for each pixel.
  338.        5. Calibration and atmospheric corrections are applied, and
  339.           counts are converted to radiances that are used to derive
  340.           reflectance and brightness temperatures.
  341.        6. Cloud flags are calculated and appended and the NDVI is
  342.           calculated from the surface reflectances.
  343.        7. The data are then resampled to 8 km x 8 km pixels in the
  344.           output product (Daily data) and all ocean data are masked
  345.           out.
  346.        8. Once 10 days of daily data are processed, they are composited
  347.           by choosing values for each bin based on the day that has the
  348.           highest NDVI value. Only those pixels within 42 degrees of
  349.           nadir are used in the composite.
  350.        9. The Climate data are produced from the Composites.
  351.       10. One Degree Monthly Composites are produced from the Composite
  352.           data.
  353.       11. Data products and their associated metadata are quality
  354.           controlled before archiving at the Goddard DAAC.
  355.  
  356.      Processing Changes
  357.  
  358.      The changes included with Pathfinder data beginning in 1988 are
  359.  
  360.         * Relative azimuth representation
  361.         * Bug fixes to CLAVR
  362.         * Bug fixes to thermal calibration
  363.         * Modification of ozone input to atmospheric correction
  364.  
  365.      The change made beginning in 1986 data is
  366.  
  367.         * Composite routine changes
  368.  
  369.      Calibration
  370.  
  371.      The Pathfinder Calibration Working Group recommended time-
  372.      dependent calibration coefficients that incorporate the slopes
  373.      derived from several different calibration investigations and tie
  374.      these to offsets corresponding to certain aircraft underflights
  375.      (Staylor 1990). For channels 4 and 5, new methods for calibration
  376.      were recommended based in part on reanalysis of preflight
  377.      calibration data that take into consideration the nonlinear
  378.      response of the instrument and provide corrections to earlier gain
  379.      and offset adjustments.
  380.  
  381.      In the processing stream, the satellite number and days since
  382.      launch are used to calculate a revised gain. This new gain, along
  383.      with offsets provided in Rao (1993b), is used to calculate
  384.      radiance. For the thermal channels, the gains and offsets provided
  385.      in the NOAA 1B record are corrected using the Internal Calibration
  386.      Target (ICT) temperature and corrections provided in Rao (1993a).
  387.      They are then applied to calculate a top of the atmosphere
  388.      radiance. This is then converted into brightness temperature using
  389.      a Planck function equivalent lookup table based on the response
  390.      curve of each channel. Channel 3 is converted to brightness
  391.      temperature following procedures described in Kidwell (1991).
  392.  
  393.      Atmospheric Correction A Rayleigh correction is calculated and
  394.      applied using a standard radiative transfer equation and
  395.      methodology, which follows the work of Gordon et al. (1988). This
  396.      includes a correction for ozone absorption and daily ozone data
  397.      from the Total Ozone Mapping Spectrometer (McPeters et al. 1993)
  398.      used in the correction. In addition, the pixel elevation as
  399.      determined from the ETOPO5 data set (NGDC 1993) is used to correct
  400.      the pressure level used in the calculation of Rayleigh
  401.      coefficients. The Rayleigh correction terms are applied to the
  402.      Channels 1 and 2 radiance, and the resulting reflectances are
  403.      normalized for solar illumination.
  404.  
  405.      Scientific Potential of Data
  406.      This data set product (NDVI) is particularly useful for studies of
  407.      temporal and interannual behavior of surface vegetation and for
  408.      developing surface background characteristics for use in climate
  409.      modeling. Some uses of NDVI include
  410.  
  411.         * Global land cover classification
  412.         * Regional agricultural crop monitoring
  413.         * Desertification studies and drought monitoring
  414.         * Terrestrial environmental monitoring
  415.         * Global water and energy balance studies.
  416.  
  417.      Validation of Data
  418.      A few validation checks have been built into the Pathfinder data
  419.      processing (Quality Control Flags). Automated quality checks are
  420.      made for consistency in fields such as date and satellite or scan
  421.      times. Geophysical values are checked to see that they are within
  422.      a reasonable range. Certain anomalies may exist in the data set
  423.      because of conditions inherent in the input data, for example,
  424.      missing scan lines or orbits, incorrect or incomplete calibration
  425.      coefficients, and many of these data are flagged with the Quality
  426.      control indicator.
  427.  
  428. Contacts
  429.  
  430.      Points of Contact
  431.      For information about or assistance in using any DAAC data,
  432.      contact
  433.  
  434.           EOS Distributed Active Archive Center(DAAC)
  435.           Code 902.2
  436.           NASA Goddard Space Flight Center
  437.           Greenbelt, Maryland 20771
  438.  
  439.           Internet: daacuso@daac.gsfc.nasa.gov
  440.           301-614-5224 (voice)
  441.           301-614-5268 (fax)
  442.  
  443. References
  444.  
  445.      Brown, O.W., J.W. Brown, and R.H. Evans. 1985. Calibration of
  446.      Advanced Very High Resolution Radiometer observations. Journal of
  447.      Geophysical Research, 90:11667- 11677.
  448.  
  449.      Gordon, H.R., J.W. Brown, and R.H. Evans. 1988. Exact Rayleigh
  450.      scattering calculations for use with the Nimbus- 7 coastal zone
  451.      color scanner. Applied Optics, 27:2111-2122.
  452.  
  453.      Holben, B.N., and C.O. Justice. 1981. An examination of spectral
  454.      band ratioing to reduce the topographic effect on remotely sensed
  455.      data, International Journal of Remote Sensing, 2:115-133.
  456.  
  457.      Huete, A.R. 1988. A soil adjusted vegetation index (SAVI), Remote
  458.      Sensing of the Environment, 25:295-309.
  459.  
  460.      Justice, C.O., J.R.G. Townshend, B.N. Holben, and C.J. Tucker.
  461.      1985. Analysis of the phenology of global vegetation using
  462.      meteorological satellite data, International Journal of Remote
  463.      Sensing, 6:1271-1318.
  464.  
  465.      Kidwell, K. 1991. NOAA Polar Orbiter Data User's Guide. NCDC/SDSD.
  466.      National Climatic Data Center, Washington, DC.
  467.  
  468.      McPeters, R.D., et al. 1993. Nimbus-7 Total Ozone Mapping
  469.      Spectrometer (TOMS) Data Products User's Guide. NASA Reference
  470.      Publication 1323.
  471.  
  472.      NGDC. 1993. 5 Minute Gridded World Elevation. NGDC Data,
  473.      Announcement DA 93-MGG-01. Boulder.
  474.  
  475.      Rao, C.R.N. 1993a. Nonlinearity corrections for the thermal
  476.      infrared channels of the Advanced Very High Resolution Radiometer:
  477.      assessment and recommendations. NOAA Technical Report NESDIS-69.
  478.      NOAA/NESDIS. Washington, DC.
  479.  
  480.      Rao, C.R.N. 1993b. Degradation of the visible and near-infrared
  481.      channels of the Advanced Very High Resolution Radiometer on the
  482.      NOAAP9 spacecraft: assessment and recommendations for corrections.
  483.      NOAA Technical Report NESDIS- 70. NOAA/NESDIS. Washington, DC.
  484.  
  485.      Staylor, W.F. 1990. Degradation rates of the AVHRR visible channel
  486.      from the NOAA-6, -7, and -9 spacecraft. Journal of Atmospheric and
  487.      Oceanic Technology, 7:411-423.
  488.  
  489.      Tucker, C.J. 1979. Red and photographic infrared linear
  490.      combinations for monitoring vegetation. Remote Sensing of the
  491.      Environment, 8:127-150.
  492.  
  493.      Weinreb, M.P., G. Hamilton, S. Brown, and R.J. Koczor. 1990.
  494.      Nonlinearity corrections in calibration of Advanced Very High
  495.      Resolution Radiometer infrared channels. Journal of Geophysical
  496.      Research, 95:381-7388.
  497.  
  498.   ------------------------------------------------------------------------
  499.  
  500.                  [NASA] [GSFC]  [Goddard DAAC] [cidc site]
  501.  
  502.                   NASA  Goddard      GDAAC        CIDC
  503.  
  504. Last update:Fri Dec 12 12:40:21 EST 1997
  505. Page Author: William Teng -- teng@daac.gsfc.nasa.gov
  506. Web Curator: Daniel Ziskin -- ziskin@daac.gsfc.nasa.gov
  507. NASA official: Paul Chan, DAAC Manager -- chan@daac.gsfc.nasa.gov
  508.