第三章 研究方法與材料
第三節 研究材料
一、 MODIS 衛星影像資料
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第三節 研究材料
一、 MODIS 衛星影像資料
MODIS（Moderate-resolution Imaging Spectroradiometer）又稱中級解析 度成像分光輻射度計，是搭載於 Terra 和 Aqua 衛星上的重要感測器。美國 太空總署（NASA）首先於 1999 年 12 月發射 Terra 衛星，並自 2000 年 2 月 24 日起開始收集資料；Aqua 衛星亦於 2002 年 5 月發射成功，目前二顆衛 星均運作正常。Terra MODIS 通過台灣上空之時間為上午 10 時 30 分左右，
而 Aqua MODIS 則為下午 13 時 30 分左右，除在觀測資料具有較佳之互補 性外，更可提供大氣、海洋或陸表中極短現象之研究與監測等應用之參考，
極短自然現象如雷雨等。
MODIS 運行時間週期約為 1 - 2 天，掃描地表之寬度為 2330 公里，衛 星軌道高度為 705 公里。MODIS 感測器有 36 個波段，波長介於 0.405 - 14.385 μm，其中 1 - 19 及 26 光譜波段為可見光及近紅外光（Near Infrared, NIR），其餘的光譜波段則為熱紅外光（Thermal Infrared, TIR）；在空間解析 度方面，依據波段的不同，MODIS 影像共具有三種不同的空間解析度，分 別為 250 公尺（band 1 - 2）、500 公尺（band 3 - 7）和 1 公里（band 8 - 36）。 由於波段多，可供組合的觀測與分析方式更為多元，故在大範圍環境資源 調查上，MODIS 較 SPOT、Landsat 等衛星更具優勢；此外，MODIS 在進 行設計時，其接收之波段已考慮大氣和海洋遙測之需求，故除地表資源調 查之應用外，MODIS 資料亦可用以大氣氣溶膠含量、空氣品質監測、海洋 水色分析、潮流與漁汛調查等研究分析（國立中央大學太空及遙測研究中 心，2003）。
MODIS 標準產品之儲存格式為（Hierarchical Data Format，HDF），而 臺灣地區須選擇的軌道編號為 h28v06 及 h29v06。MODIS 除具有前述優勢 以外，更還有免費取用之特點，故本研究將使用 MOD16、MCD12Q1 及 MOD13Q1 三項產品，詳細內容分述如下：
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(一) MOD16─MODIS 全球地表蒸發散監測資料
MOD16 全名為 MODIS Global Terrestrial Evapotranspiration Data Set，
由美國太空總署地球觀測系統（NASA Earth Observing System）及美國蒙大 拿大學森林學院陸域動態數值模擬研究團隊（The University of Montana, Numerical Terradynamic Simulation Group, NTSG）共同研究產製及免費提供
（下載網址：http://www.ntsg.umt.edu/project/mod16）；MOD16 產品可用於 計算區域水和能量平衡、土壤水分狀態等，也因此其成果對於全球水資源 管理將提供重要關鍵訊息。
MOD16 產品包含蒸發散（ET）、潛熱通量（LE）、潛在蒸發散（PET）
和潛在潛熱通量（PLE）四項數據，空間解析度為 1 公里，時間解析度則有 8 天、月和年。MOD16 運用 Mu et al.（2011）基於 Penman-Monteith Algorithm 所改良的演算理論，加入日夜差異考量、簡化植被覆蓋率之計算過程、加入 土壤熱通量因子、改良氣孔傳導、空氣動力及邊界層之阻抗等參數之推估，
並於計算過程中考慮樹冠及土壤之含水狀態；其計算成果經實測結果驗證 為更加有效、準確，逐漸於全球得到廣泛應用（Mu et al., 2013）。
目前 MOD16 產品所提供有 2000 - 2014 年的資料，每年度資料釋出之 時間尚未固定，據本研究之觀察約有一年左右的提供時間延遲，未能達成 依使用者特定時間利用之需求。本研究將採用 MOD16 的月蒸發散（ET）
資料，進行投影及坐標轉換、影像接合、裁切、去除無效值、數據校正等前 處理後才得用以後續統計分析；以 2012 年 7 月為例、將全臺 MOD16 處理 成果顯示如圖 3-3。
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圖 3- 3 全臺 MOD16 地表蒸發散監測資料空間分佈圖
(二) MCD12Q1─MODIS 土地覆蓋分類資料
MCD12Q1 全名為 The MODIS Land Cover Type product，為結合 Terra 和 Aqua 衛星上 MODIS 感測器資料之產品，由 NSAS 的陸地處理主動式發 布檔案中心（Land Processes Distributed Active Archive Center, LP DAAC）所 提供（下載網址：https://lpdaac.usgs.gov/dataset_discovery/modis/modis_produ cts_table/mcd12q1），共有五種土地覆蓋分類方案之分類成果：(1) 國際地圈 生物圈計畫（IGBP）全球植被分類方案；(2) 馬里蘭大學（UMD）方案；
(3) MODIS LAI/fPAR 方案；(4) MODIS 淨初級生產力（NPP）方案；(5) 植 物功能型（PFT）方案。空間解析度為 500 公尺，時間解析度則為 2001 - 2012 年每年皆有一組資料（USGS, 2014a）。
本研究根據欲判釋出農地位置之需求，採用第一類分類系統─IGBP 全 球植被分類方案之分類成果，然因其原分類多至 17 種土地覆蓋型態，為方 便後續使用，則再重新分類為為水體、林地、農地、建地及裸露地五類（詳 見表 3-1）。研究期間為 2003 – 2012 年、共十年，不同種類之土地覆蓋面積
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上則略有變化，此亦顯示採用高時間精度資料對於土地使用隨時間變化而 變動之地區有更佳的判釋效益；以 2012 年為例、將全臺 MCD12Q1 處理成 果顯示如圖 3-4。
表 3- 1 IGBP 全球植被分類方案與本研究重分類之對照表 原分類
IGBP 全球植被
分類方案
本研究
重分類 原分類
IGBP 全球植被
分類方案本研究 重分類
0
水 0 水9
稀樹草原 1 林地1
常綠針葉林 1 林地10
草地 1 林地2
常綠闊葉林 1 林地11
永久濕地 0 水3
落葉針葉林 1 林地12
農田 2 農地4
落葉闊葉林 1 林地13
都市及建成區 3 建地5
混合林 1 林地14
農田/自然植被鑲嵌 2 農地
6
閉灌叢 1 林地7
開放灌叢 1 林地15
雪和冰 0 水8
木本稀樹草原 1 林地16
貧瘠或稀疏植被 4 裸露地圖 3- 4 全臺 MCD12Q1 土地覆蓋分類成果空間分佈圖：（左）IGPB 全球 植被分類方案；（右）本研究重分類成果
(三) MOD13Q1─MODIS 植生指標
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MOD13Q1 全名為 Global MODIS vegetation indices，亦由 NASA 的 LP DAAC 所提供（下載網址：https://lpdaac.usgs.gov/dataset_discovery/modis/m odis_products_table/mod13q1）。提供 NDVI（常態化差異植生指標）和 EVI
（增揚植生指標）等植生指標資料，空間解析度為 250 公尺，自 2000 年後 每 16 天釋出產製資料（USGS, 2014b）。
NDVI 係由紅光與近紅外光之反射值計算而得，其理論值落在-1 至 1 之 間，愈接近 1 顯示植物生長旺盛、健康，愈接近 0 則反之。由於稻作生長 有特有 NDVI 變化趨勢，使用 NDVI 資料將可協助檢視稻作生長期各階段 之變化對蒸發散量產生之影響；以 2012 年 7 月為例、將全臺 MOD13Q1 處 理成果顯示如圖 3-5。
圖 3- 5 全臺 MOD13Q1 NDVI 資料空間分佈圖
二、 氣象資料─月均溫度、月降水量、月均風速、月均日照時數、月均