Evaluation of MODIS Land products for air temperature estimations in Colombia

Abstract

El producto moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) land-surface temperature/emissivity (LST ) es a menudo utilizado en estudios meteorológicos para evaluaciones en tiempo cuasireal. Colombia requiere de un manejo prospectivo de sus ecosistemas productivos, sin embargo no existe una alta densidad de mediciones para la temperatura de la superficie (temperatura del aire a 2 m). La validación clásica de los productos MODIS incluye trabajo de campo para la calibración y la medición de las diferencias entre los radiómetros y el sensor MODIS. Para esta investigación, los datos del producto LST de MODIS son comparados con estaciones climatológicas usando técnicas de regresión múltiple para aumentar la exactitud de MODIS LST en conjunto con los productos MOD09GA , MOD17A2, MOD15A2 y MOD13A2 como parámetros auxiliares (variables explicativas) dentro del modelo final. Las mediciones terrestres se realizaron en la zona Caribe, Casanare y Valle del Cauca, usando las estaciones agroclimatológicas en la primera temporada seca de 2007 y los datos MODIS en versión diaria. El índice de vegetación aumentado, la porción de radiación activa fotosintética y la fotosíntesis neta son incluidas en el modelo final como estimadores del parámetro clave para la temperatura del aire: la vegetación. Finalmente dos factores son propuestos para la estimación de la temperatura de la superficie-LST : ángulo cenit del sensor y ángulo cenit del sol, que registran los cambios en la reflectancia de la vegetación y la sensibilidad del sensor.

The moderate resolution imaging spectroradiometer (MODIS) land-surface temperature/emissivity (LST) product is often used for studies in meteorology due to its ability for near realtime evaluations. Colombia, as a country requires a prospective management for its productive ecosystems, but currently does not have sufficient spatially-distributed field data for air temperature at 2-m above the ground. The traditional validation of MODIS products includes field campaigns for calibrating and measuring differences between the satellite sensor and radiometers. For this research, the LST data on the ground was compared with climatologic stations using multiple regression techniques for improving the accuracy of the LST from MODIS, using MOD09GA, MOD17A2, MOD15A2, MOD13A2 as ancillary parameters (explanatory variables) in the final model. The ground measurements were obtained in the Caribbean zone and the Casanare and Valle del Cauca departments in Colombia, using agroclimatic stations in the first dry season of 2007 and daily MODIS data. Enhanced vegetation index, fraction of photosynthetically active radiation, and net photosynthesis were included in the final model for explaining the vegetation as a key parameter for air temperature. Finally, two factors were proposed for LST estimation: sensor zenith angle and solar zenith angle due to the reflectance of the vegetation and sensitivity of the sensor.