Atmosferyczne kody przenoszenia promieniowania

Model , kod lub symulator atmosferycznego transferu promieniowania oblicza transfer promieniowania elektromagnetycznego przez atmosferę planetarną .

Metody

U podstaw modelu przenoszenia promieniowania leży równanie przenoszenia promieniowania , które jest rozwiązywane numerycznie za pomocą solwera , takiego jak metoda dyskretnych rzędnych lub metoda Monte Carlo . Równanie przenoszenia promieniowania jest monochromatycznym do obliczania promieniowania w pojedynczej warstwie atmosfery ziemskiej. Aby obliczyć radiancję dla obszaru widmowego o skończonej szerokości (np. oszacować budżet energetyczny Ziemi lub zasymulować odpowiedź instrumentu), należy scałkować w paśmie częstotliwości (lub długości fal). Najdokładniejszym sposobem na to jest przejście przez interesujące nas częstotliwości i obliczenie dla każdej częstotliwości radiancji przy tej częstotliwości. W tym celu należy obliczyć udział każdej linii widmowej dla wszystkich cząsteczek w warstwie atmosfery; nazywa się to linia po linii . W przypadku odpowiedzi instrumentu jest to następnie splecione z odpowiedzią widmową instrumentu. Szybszą, ale bardziej przybliżoną metodą jest transmisja pasmowa . Tutaj transmisja w obszarze pasma charakteryzuje się zestawem wcześniej obliczonych współczynników (zależnych od temperatury i innych parametrów). Ponadto modele mogą uwzględniać rozpraszanie z cząsteczek lub cząstek, a także polaryzację ; jednak nie wszystkie modele to robią.

Aplikacje

Radiacyjne kody przenoszenia są wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań. Są powszechnie stosowane jako modele wyprzedzające do pozyskiwania parametrów geofizycznych (takich jak temperatura czy wilgotność ). Modele transferu promieniowania są również wykorzystywane do optymalizacji systemów fotowoltaicznych pod kątem wytwarzania energii odnawialnej . Innym powszechnym obszarem zastosowań jest model pogody lub klimatu , w którym wymuszanie radiacyjne jest obliczane dla gazów cieplarnianych , aerozoli lub chmur . W takich zastosowaniach radiacyjne kody przenoszenia są często nazywane parametryzacją promieniowania . W tych zastosowaniach kody przenoszenia promieniowania są używane w kierunku do przodu, tj. na podstawie znanych właściwości atmosfery oblicza się szybkości ogrzewania, strumienie promieniowania i radiancje.

Podejmowane są wysiłki w celu wzajemnego porównania kodów promieniowania. Jednym z takich projektów była inicjatywa ICRCCM (Intercomparison of Radiation Codes in Climate Models), która obejmowała późne lata 80. i początek XXI wieku. Bardziej aktualny (2011) projekt, Continual Intercomparison of Radiation Codes, kładzie również nacisk na wykorzystanie obserwacji do zdefiniowania przypadków porównań wzajemnych.

Tabela modeli

Nazwa	Strona internetowa	Bibliografia	UV	Widoczny	W pobliżu IR	Termiczna podczerwień	mm/sub-mm	kuchenka mikrofalowa	linia po linii / pasmo	Rozpraszanie	spolaryzowane	Geometria	Licencja	Notatki
4A/PO	[2]	Scott i Chedin (1981)	NIE	NIE	Tak	Tak	NIE	NIE	pasmo lub linia po linii	Tak	Tak		darmowy
6S/6SV1	[3]	Kotchenova i in. (1997)	NIE	Tak	Tak	NIE	NIE	NIE	zespół	?	Tak			powierzchnia nielambertowska
SZTUKA	[4]	Eriksson i in. (2011) Buehlera i in. (2018)	NIE	NIE	NIE	Tak	Tak	Tak	linia po linii	Tak	Tak	sferyczne 1D, 2D, 3D	GPL
BTRAM	[5]	Chapmana i in. (2009)	NIE	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	linia po linii	NIE	NIE	1D, płaszczyzna równoległa	własna reklama
COART	[6]	Jin i in. (2006)	Tak	Tak	Tak	Tak	NIE	NIE		Tak	NIE	płaszczyzna równoległa	bezpłatny
CRM	[7]		NIE	Tak	Tak	Tak	NIE	NIE	zespół	Tak	NIE		łatwo dostępny	Część Społecznościowego Modelu Klimatycznego NCAR
CRTM	[8]		NIE	Tak	Tak	Tak	NIE	Tak	zespół	Tak	?
Model transferu radiacyjnego DART	[9]	Gastellu-Etchegorry i in. (1996)	NIE	Tak	Tak	Tak	NIE	NIE	zespół	Tak	?	sferyczne 1D, 2D, 3D	bezpłatnie do badań z licencją	powierzchnia nielambertowska, tworzenie i import krajobrazu
ROZKŁADANIE	[10]	Stamnes i in. (1988) Lin i in. (2015)	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	radar		Tak	NIE	płaszczyzna równoległa lub pseudosferyczna (v4.0)	bezpłatnie z ograniczeniami	dyskretna rzędna, używana przez innych
Promieniować	[11]		NIE	Tak	Tak	NIE	NIE	NIE	pasmo lub linia po linii	Tak	NIE	płasko-równoległy, kulisty	LGPL	Symulacja powierzchni 3D
FARMY	[12]	Xie i in. (2016)	λ>0,2 µm	Tak	Tak	NIE	NIE	NIE	zespół	Tak	NIE	płaszczyzna równoległa	bezpłatny	Szybka symulacja opadającego promieniowania słonecznego na powierzchnię lądu w celu badań nad energią słoneczną i klimatem
Fu-Liou	[13]	Fu i Liou (1993)	NIE	Tak	Tak	?	NIE	NIE		Tak	?	płaszczyzna równoległa	użycie online, dostępny kod źródłowy	interfejs sieciowy online pod adresem
FUTBOLIN		Martin-Torres (2005)	λ>0,3 µm	Tak	Tak	Tak	λ<1000 urn	NIE	linia po linii	Tak	?	kulisty lub płasko-równoległy		obsługuje miksowanie linii, absorpcję kontinuum i NLTE
GENLN2	[14]	Edwardsa (1992)	?	?	?	Tak	?	?	linia po linii	?	?
KARINA	[15]	Eymet (2005)	NIE	NIE	Tak		NIE	NIE		?	?	płaszczyzna równoległa	GPL
KCARTA	[16]		?	?	Tak	Tak	?	?	linia po linii	Tak	?	płaszczyzna równoległa	łatwo dostępny	Model referencyjny AIRS
KOPRA	[17]		NIE	NIE	NIE	Tak	NIE	NIE		?	?
LBLRTTM	[18]	Clough i in. (2005)	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	linia po linii	?	?
LEEDR	[19]	Fiorino i in. (2014)	λ>0,2 µm	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	pasmo lub linia po linii	Tak	?	kulisty	Oprogramowanie rządu USA	rozbudowane źródła słoneczne i księżycowe; pojedyncze i wielokrotne rozpraszanie
LinePak	[20]	Gordley i in. (1994)	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	linia po linii	NIE	NIE	kulisty (Ziemia i Mars), płasko-równoległy	swobodnie dostępne z ograniczeniami	interfejs sieciowy, SpectralCalc
libRadtran	[21]	Mayer i Kylling (2005)	Tak	Tak	Tak	Tak	NIE	NIE	pasmo lub linia po linii	Tak	Tak	płasko-równoległe lub pseudosferyczne	GPL
MATISSE	[22]	Caillault i in. (2007)	NIE	Tak	Tak	Tak	NIE	NIE	zespół	Tak	?		własnościowe darmowe oprogramowanie
MCARaTS													GPL	Trójwymiarowe Monte Carlo
MODTRAN	[23]	Berka i in. (1998)	ṽ <50 000 cm ^-1 (równ. λ>0,2 µm)	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	pasmo lub linia po linii	Tak	?		własna reklama	źródło słoneczne i księżycowe, wykorzystuje DISORT
MOSART	[24]	Korneta (2006)	λ>0,2 µm	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	zespół	Tak	NIE		łatwo dostępny
MSCART	[25]	Wang i in. (2017) Wang i in. (2019)	Tak	Tak	Tak	NIE	NIE	NIE		Tak	Tak	1D, 2D, 3D	dostępne na żądanie
PICASO	[26] łącze	Batalha i in. (2019) Mukherjee i in. (2022)	λ>0,3 μm	Tak	Tak	Tak	NIE	NIE	pasmo lub skorelowane-k	Tak	NIE	płaszczyzna równoległa, 1D, 3D	GPL Github	egzoplaneta, brązowy karzeł, modelowanie klimatu, zależność fazowa
PUMY	[27]		Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	Linia po linii i skorelowane k	Tak	Tak	płasko-równoległych i pseudosferycznych	Bezpłatne/internetowe narzędzie
PROMIEŃ	[28]	Sakwa (2018)	NIE	NIE	Tak		NIE	NIE		NIE	NIE	1D	GPL
RFM	[29]		NIE	NIE	NIE	Tak	NIE	NIE	linia po linii	NIE	?		dostępne na żądanie	MIPAS oparty na GENLN2
RRTM/RRTMG	[30]	Mlawera i in. (1997)	ṽ <50 000 cm ^-1 (równ. λ>0,2 µm)	Tak	Tak	Tak	Tak	ṽ >10 cm ^-1		?	?		darmo	używa ROZKŁADANIA
RTMOM	[31] ^{[ martwy link ]}		λ>0,25 urn	Tak	Tak	λ<15 urn	NIE	NIE	linia po linii	Tak	?	płaszczyzna równoległa	darmowy
RTTOV	[32]	Saunders i in. (1999)	λ>0,4 µm	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	zespół	Tak	?		dostępne na żądanie
SASKTRAN		Bourassa i in. (2008) Zawada i in. (2015)	Tak	Tak	Tak	NIE	NIE	NIE	linia po linii	Tak	Tak	kulisty 1D, 2D, 3D, płasko-równoległy	dostępne na żądanie	opcje dyskretne i Monte Carlo
SBDART	[33]	Ricchiazzi i in. (1998)	Tak	Tak	Tak	?	NIE	NIE		Tak	?	płaszczyzna równoległa		używa ROZKŁADANIA
SCIATRAN	[34]	Rozanow i in. (2005) , Rozanow i in. (2014)	Tak	Tak	Tak	NIE	NIE	NIE	pasmo lub linia po linii	Tak	Tak	płasko-równoległy lub pseudosferyczny lub kulisty
SZARM		Lapustin (2002)	NIE	Tak	Tak	NIE	NIE	NIE		Tak	?
SHDOM	[35]	Evansa (2006)	?	?	Tak	Tak	?	?		Tak	?
σ-IASI	[36]	Amato i in. (2002) Liuzzi i in. (2017)	NIE	NIE	Tak	Tak	Tak	NIE	zespół	Tak	NIE	płaszczyzna równoległa	Dostępne na żądanie	Półanalityczne Jakobiany.
SMART-G	[37]	Ramon i in. (2019)	Tak	Tak	Tak	NIE	NIE	NIE	pasmo lub linia po linii	Tak	Tak	płasko-równoległy lub kulisty	bezpłatnie do celów niekomercyjnych	Kod Monte-Carlo zrównoleglony przez GPU (CUDA). Opcje atmosfery i/lub oceanu
Streamer, Fluxnet	[38]	Klucz i Schweiger (1998)	NIE	NIE	λ>0,6 mm	λ<15 mm	NIE	NIE	zespół	Tak	?	płaszczyzna równoległa		Fluxnet to szybka wersja STREAMERA wykorzystująca sieci neuronowe
XRTM	[39]		Tak	Tak	Tak	Tak	Tak	Tak		Tak	Tak	płasko-równoległych i pseudosferycznych	GPL
VLIDORT/LIDORT	[40]	Spurr i Christi (2019)	Tak	Tak	Tak	Tak	?	?	linia po linii	Tak	Tak, tylko VLIDORT	płaszczyzna równoległa		Używany w transferze radiacyjnym SMART i VSTAR
Nazwa	Strona internetowa	Bibliografia	UV	VIS	W pobliżu IR	Termiczna podczerwień	kuchenka mikrofalowa	mm/sub-mm	linia po linii/pasmo	Rozpraszanie	spolaryzowane	Geometria	Licencja	Notatki

Bazy danych absorpcji molekularnej

Do obliczeń linia po linii potrzebne są charakterystyki linii widmowych, takie jak środek linii, intensywność, energia stanu niższego, szerokość linii i kształt.

Nazwa	Autor	Opis
HITRAN	Rothmana i in. (1987, 1992, 1998, 2003, 2005, 2009, 2013, 2017)	HITRAN to kompilacja parametrów spektroskopii molekularnej, których różne kody komputerowe wykorzystują do przewidywania i symulacji transmisji i emisji światła w atmosferze. Oryginalna wersja została stworzona w Air Force Cambridge Research Laboratories (lata 60-te). Baza danych jest utrzymywana i rozwijana w Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics w Cambridge MA, USA.
GEJSA	Jacquinet-Husson i in. (1999, 2005, 2008)	GEISA (Gestion et Etude des Informations Spectroscopiques Atmosphériques: Management and Study of Spectroscopic Information) to dostępna komputerowo spektroskopowa baza danych, zaprojektowana w celu ułatwienia dokładnych obliczeń transferu promieniowania w przód przy użyciu podejścia linia po linii i warstwa po warstwie. Został on uruchomiony w 1974 roku w Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD/IPSL) we Francji. GEISA jest utrzymywana przez grupę ARA w LMD (Ecole Polytechnique) w zakresie części naukowej oraz przez grupę ETHER (CNRS Centre National de la Recherche Scientifique-France) w IPSL (Institut Pierre Simon Laplace) w zakresie części technicznej. Obecnie GEISA jest zaangażowana w działania związane z oceną możliwości IASI ( Infrared Atmospheric Sounding Interferometer na pokładzie europejskiego satelity METOP) poprzez bazę danych GEISA/IASI wywodzącą się z GEISA.

Zobacz też

Przypisy

Ogólne

Bohren, Craig F. i Eugene E. Clothiaux, Podstawy promieniowania atmosferycznego: wprowadzenie z 400 problemami , Weinheim: Wiley-VCH, 2006, 472 str., ISBN 3-527-40503-8 .
Goody, RM i YL Yung, Promieniowanie atmosferyczne: podstawa teoretyczna. Oxford University Press, 1996 (wydanie drugie), 534 strony, ISBN 978-0-19-510291-8 .
Liou, Kuo-Nan, Wprowadzenie do promieniowania atmosferycznego, Amsterdam; Boston: Academic Press, 2002, 583 s., International geophysics series, v.84, ISBN 0-12-451451-0 .
Mobley, Curtis D., Światło i woda: transfer radiacyjny w wodach naturalnych; oparte częściowo na współpracy z Rudolphem W. Preisendorferem, San Diego, Academic Press, 1994, 592 s., ISBN 0-12-502750-8
Petty, Grant W, Pierwszy kurs promieniowania atmosferycznego (wyd. 2), Madison, Wisconsin: Sundog Pub., 2006, 472 str., ISBN 0-9729033-1-3
Preisendorfer, Rudolph W., Optyka hydrologiczna, Honolulu, Hawaje: Departament Handlu USA, National Oceanic & Atmospheric Administration, Environmental Research Laboratories, Pacific Marine Environmental Laboratory, 1976, 6 tomów.
Stephens, Graeme L., Teledetekcja niższej atmosfery: wprowadzenie, Nowy Jork, Oxford University Press, 1994, 523 s. ISBN 0-19-508188-9 .
Thomas, Gary E. i Knut Stamnes, Transfer promieniowania w atmosferze i oceanie, Cambridge, Nowy Jork, Cambridge University Press, 1999, 517 s., ISBN 0-521-40124-0 .
Zdunkowski W., T. Trautmann, A. Bott, Promieniowanie w atmosferze. Cambridge University Press, 2007, 496 stron, ISBN 978-0-521-87107-5

Linki zewnętrzne

ITWC do transferu radiacyjnego