stringtranslate.com

Коды атмосферного радиационного переноса

Модель , код или симулятор атмосферного радиационного переноса рассчитывает радиационный перенос электромагнитного излучения через планетарную атмосферу .

Методы

В основе модели переноса излучения лежит уравнение переноса излучения , которое численно решается с использованием решателя, такого как метод дискретных ординат или метод Монте-Карло . Уравнение переноса излучения представляет собой монохроматическое уравнение для расчета яркости в одном слое атмосферы Земли. Чтобы рассчитать яркость для спектральной области с конечной шириной (например, для оценки энергетического бюджета Земли или моделирования отклика прибора), необходимо проинтегрировать ее по полосе частот (или длин волн). Самый точный способ сделать это — перебрать интересующие частоты и для каждой частоты рассчитать яркость на этой частоте. Для этого необходимо рассчитать вклад каждой спектральной линии для всех молекул в слое атмосферы; это называется построчным расчетом. Для отклика прибора это затем свертывается со спектральным откликом прибора.

Более быстрым, но и более приближенным методом является полосовая передача . Здесь передача в области полосы характеризуется набором предварительно рассчитанных коэффициентов (зависящих от температуры и других параметров). Кроме того, модели могут учитывать рассеяние от молекул или частиц, а также поляризацию ; однако не все модели это делают.

Приложения

Коды переноса излучения используются в широком спектре приложений. Они обычно используются в качестве прямых моделей для извлечения геофизических параметров (таких как температура или влажность ). Модели переноса излучения также используются для оптимизации солнечных фотоэлектрических систем для генерации возобновляемой энергии . [1] Другая распространенная область применения — это погодные или климатические модели , где радиационное воздействие рассчитывается для парниковых газов , аэрозолей или облаков . В таких приложениях коды переноса излучения часто называют параметризацией излучения . В этих приложениях коды переноса излучения используются в прямом смысле, т. е. на основе известных свойств атмосферы вычисляются скорости нагрева, потоки излучения и яркости.

Существуют попытки провести взаимное сравнение радиационных кодов. Одним из таких проектов был проект ICRCCM (взаимное сравнение радиационных кодов в климатических моделях), который охватывал конец 1980-х – начало 2000-х годов. Более современный (2011 г.) проект Continual Intercomparison of Radiation Codes также подчеркивает использование наблюдений для определения случаев взаимного сравнения. [2]

Таблица моделей

Базы данных молекулярного поглощения

Для построчного расчета необходимы характеристики спектральных линий, такие как центр линии, интенсивность, энергия нижнего состояния, ширина линии и форма.

Смотрите также

Ссылки

Сноски
  1. ^ Эндрюс, Роб В.; Пирс, Джошуа М. (2013). «Влияние спектрального альбедо на производительность солнечных фотоэлектрических устройств на основе аморфного кремния и кристаллического кремния». Солнечная энергия . 91 : 233–241. Bibcode : 2013SoEn...91..233A. doi : 10.1016/j.solener.2013.01.030.
  2. ^ Постоянное взаимное сравнение радиационных кодов
  3. ^ Скотт, NA; Чедин, A. (1981). "Быстрый построчный метод для вычислений атмосферного поглощения: Автоматизированный атлас атмосферного поглощения". J. Appl. Meteorol . 20 (7): 802–812. Bibcode : 1981JApMe..20..802S. doi : 10.1175/1520-0450(1981)020<0802:AFLBLM>2.0.CO;2 .
  4. ^ Kotchenova, SY; Vermote, EF; Matarrese, R; Klemm, FJ (2006). "Validation of a vector version of the 6S radiative transfer code for atmosphere correction of satellite data. Part I: Path Radiance". Applied Optics . 45 (26): 6762–6774. Bibcode :2006ApOpt..45.6762K. CiteSeerX 10.1.1.488.9804 . doi :10.1364/AO.45.006762. PMID  16926910. 
  5. ^ Eriksson, P.; Buehler, SA; Davis, CP; Emde, C.; Lemke, O. (2011). "ARTS, симулятор атмосферного радиационного переноса, версия 2" (PDF) . Журнал количественной спектроскопии и радиационного переноса . 112 (10): 1551–1558. Bibcode :2011JQSRT.112.1551E. doi :10.1016/j.jqsrt.2011.03.001 . Получено 2016-11-02 .
  6. ^ Buehler, SA; Mendrok, J.; Eriksson, P.; Perrin, A.; Larsson, R.; Lemke, O. (2018). "ARTS, симулятор атмосферного радиационного переноса — версия 2.2, издание Planetary Toolbox" (PDF) . Geoscientific Model Development (GMD) . 11 (4): 1537–1556. Bibcode :2018GMD....11.1537B. doi : 10.5194/gmd-11-1537-2018 . Получено 16.01.2023 .
  7. ^ Chapman, IM; Naylor, DA; Gom, BG; Querel, RR; Davis-Imhof, P. (2009). «BTRAM: интерактивная модель атмосферного радиационного переноса». 30-й Канадский симпозиум по дистанционному зондированию . 30 : 22–25.
  8. ^ Jin, Z.; Charlock, TP; Rutledge, K.; Stamnes, K.; Wang, Y. (2006). «Аналитическое решение переноса излучения в связанной системе атмосфера-океан с шероховатой поверхностью». Appl. Opt . 45 (28): 7443–7455. Bibcode :2006ApOpt..45.7443J. doi :10.1364/AO.45.007443. hdl : 2060/20080015519 . PMID  16983433. S2CID  39305812.
  9. ^ Хиллер, Д. Джон (01.05.2020). «CMFGEN: ключевой спектроскопический инструмент для астрофизиков». Предложение HST : 16131.
  10. ^ Джонсон, Б.; Данг, К.; Стегманн, П.; Лю, К.; Моради, И.; Олин, Т. (2023). «Модель переноса излучения в сообществе (CRTM): совместная разработка модели, ориентированная на сообщество, ускоряющая переход от исследований к операциям». Bull. Amer. Meteor. Soc . 104 (10): 3–7. Bibcode : 2023BAMS..104E1817J. doi : 10.1175/BAMS-D-22-0015.1 . S2CID  258738740.
  11. ^ Гастеллу-Этчегорри, Дж. П.; Демарес, В.; Пинель, В.; Загольски, Ф. (1996). «Моделирование переноса излучения в неоднородных трехмерных растительных покровах». Rem. Sens. Env . 58 (2): 131–156. Bibcode : 1996RSEnv..58..131G. doi : 10.1016/0034-4257(95)00253-7.
  12. ^ Стамнес, Кнут; Цай, С.С.; Вискомб, В.; Джаявира, Колф (1988). «Численно устойчивый алгоритм для метода дискретных ординат радиационного переноса в многократно рассеивающих и излучающих слоистых средах». Appl. Opt . 27 (12): 2502–2509. Bibcode : 1988ApOpt..27.2502S. doi : 10.1364/AO.27.002502. PMID  20531783.
  13. ^ Линь, Чжэньи; Стамнес, С.; Цзинь, З.; Ласло, И.; Цай, С.К.; Вискомб, В. (2015). «Улучшенные решения дискретных ординат при наличии анизотропно отражающей нижней границы: обновления вычислительного инструмента DISORT». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 157 (12): 119–134. Bibcode : 2015JQSRT.157..119L. doi : 10.1016/j.jqsrt.2015.02.014. S2CID  119467744.
  14. ^ Xie, Y.; Sengupta, M.; Dudhia, J. (2016). «Быстрая модель излучения всего неба для солнечных приложений (FARMS): алгоритм и оценка производительности». Солнечная энергия . 135 : 435–445. Bibcode : 2016SoEn..135..435X. doi : 10.1016/j.solener.2016.06.003 .
  15. ^ Фу, Q.; Лиу, K.-N (1993). «Параметризация радиационных свойств перистых облаков». J. Atmos. Sci . 50 (13): 2008–2025. Bibcode :1993JAtS...50.2008F. doi : 10.1175/1520-0469(1993)050<2008:POTRPO>2.0.CO;2 .
  16. ^ "Fu-Liou Cloud/Aerosol Forcing Page (версия 200503/март 2005)". Исследовательский центр Лэнгли . NASA . Архивировано из оригинала 2010-05-27 . Получено 2010-07-07 .
  17. ^ Мартин-Торрес, Ф.Дж.; Кутепов, А.; Дудхия, А.; Гусев, О.; Феофилов, АГ (2003). "Точное и быстрое вычисление коэффициентов поглощения радиационного переноса для инфракрасных диапазонов в атмосфере Титана". Geophysical Research Abstracts : 7735. Bibcode :2003EAEJA.....7735M.
  18. ^ Эдвардс, Д.П. (1992), GENLN2: Общая построчная модель пропускания и излучения атмосферы, Описание версии 3.0 и руководство пользователя, NCAR/TN-367-STR, Национальный центр атмосферных исследований, Боулдер, графство.
  19. ^ КАРИНЕ: инструмент для анализа переноса инфракрасного излучения в планетных атмосферах, автор В. Эймет. Обратите внимание на внутреннюю технику, Laboratoire d'Energétique, 2005.
  20. ^ Clough, SA; Shephard, MW; Mlawer, EJ; Delamere, JS; Iacono, MJ; Cady-Pereira, K.; Boukabara, S.; Brown, PD (2005). "Моделирование атмосферного радиационного переноса: сводка кодов AER". J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer . 91 (2): 233–244. Bibcode :2005JQSRT..91..233C. doi :10.1016/j.jqsrt.2004.05.058. hdl : 2027.42/142162 .
  21. ^ Фиорино, СТ; Рэндалл, РМ; Виа, МФ; Берли, Дж. Л. (2014). «Валидация инструмента для определения характеристик атмосферного пограничного слоя с высоким спектральным разрешением в диапазоне УФ-РЧ». J. Appl. Meteorol. Climatol . 53 (1): 136–156. Bibcode : 2014JApMC..53..136F. doi : 10.1175/JAMC-D-13-036.1 .
  22. ^ Гордли, Л. Л.; Маршалл, Б. Т. (1994). «LINEPAK: Алгоритм моделирования спектрального пропускания и излучения». J. Quant. Spectrosc. Radiat. Transfer . 52 (5): 563–580. Bibcode :1994JQSRT..52..563G. CiteSeerX 10.1.1.371.5401 . doi :10.1016/0022-4073(94)90025-6. 
  23. ^ Майер, Б.; Киллинг, А. (2005). "Техническое примечание: Пакет программного обеспечения libRadtran для расчетов переноса излучения – описание и примеры использования" (PDF) . Атмосферная химия и физика . 5 (7): 1855–1877. Bibcode :2005ACP.....5.1855M. doi : 10.5194/acp-5-1855-2005 .
  24. ^ Caillaut, K.; Fauqueux, S.; Bourlier, C.; Simoneau, P.; Labarre, L. (2007). «Многократные оптические характеристики взволнованной морской поверхности в инфракрасном диапазоне». Applied Optics . 46 (22): 5471–5481. Bibcode : 2007ApOpt..46.5471C. doi : 10.1364/AO.46.005471. PMID  17676164.
  25. ^ "MCARaTS". sites.google.com . Получено 2016-04-01 .
  26. ^ Берк, А.; Бернстайн, Л.С.; Андерсон, Г.П.; Ачарья, П.К.; Робертсон, Д.К.; Четвинд, Дж.Х.; Адлер-Голден, СМ. (1998). «Облако MODTRAN и усовершенствования многократного рассеивания с применением к AVIRIS». Дистанционное зондирование окружающей среды . 65 (3): 367–375. Bibcode : 1998RSEnv..65..367B. doi : 10.1016/S0034-4257(98)00045-5.
  27. ^ Корнетт, Уильям М. (2006). "Умеренное спектральное атмосферное излучение и пропускание (MOSART) Компьютерный код версии 2.00., Лексингтон, Массачусетс (2006)". Труды конференции IEEE-GRSS/AFRL по моделированию атмосферного пропускания, Лексингтон, Массачусетс .
  28. ^ Ван, Чжэнь; Цуй, Шэнчэн; Ян, Цзюнь; Гао, Хайян; Лю, Чао; Чжан, Чжибо (2017). «Новый гибридный метод снижения дисперсии, зависящий от порядка рассеяния, для моделирования методом Монте-Карло переноса излучения в облачной атмосфере». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 189 : 283–302. Bibcode :2017JQSRT.189..283W. doi : 10.1016/j.jqsrt.2016.12.002 .
  29. ^ Ван, Чжэнь; Цуй, Шэнчэн; Чжан, Чжибо; Ян, Цзюнь; Гао, Хайян; Чжан, Фэн (2019). «Теоретическое расширение универсального моделирования переноса излучения Монте-Карло вперед и назад для моделирования наблюдения пассивной и активной поляризации». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 235 : 81–94. Bibcode : 2019JQSRT.235...81W. doi : 10.1016/j.jqsrt.2019.06.025 .
  30. ^ Баталья, Наташа Э.; Марли, Марк С.; Льюис, Николь К.; Фортни, Джонатан Дж. (2019-06-01). "Спектроскопия отраженного света экзопланет с помощью PICASO". The Astrophysical Journal . 878 (1): 70. arXiv : 1904.09355 . Bibcode :2019ApJ...878...70B. doi : 10.3847/1538-4357/ab1b51 . ISSN  0004-637X. S2CID  128347336.
  31. ^ Мукерджи, Сагник; Баталья, Наташа Э.; Фортни, Джонатан Дж.; Марли, Марк С. (2023). «PICASO 3.0: одномерная модель климата для планет-гигантов и коричневых карликов». The Astrophysical Journal . 942 (2): 71. arXiv : 2208.07836 . Bibcode : 2023ApJ...942...71M. doi : 10.3847/1538-4357/ac9f48 . S2CID  251594505.
  32. ^ Pannier, E.; Laux, C. (2019). "RADIS: неравновесный построчный радиационный код для CO2 и HITRAN-подобных баз данных видов" (PDF) . Количественная спектроскопия и перенос излучения . 222–223: 12–25. Bibcode :2019JQSRT.222...12P. doi :10.1016/j.jqsrt.2018.09.027. S2CID  125474810.
  33. ^ Mlawer, EJ; Taubman, SJ; Brown, PD; Iacono, MJ; Claugh, SA (1997). "RRTM, проверенная коррелированная-k модель для длинных волн". J. Geophys. Res . 102 (16): 663–682. Bibcode : 1997JGR...10216663M. doi : 10.1029/97JD00237 . S2CID  54031652.
  34. ^ Saunders, RW; Matricardi, M.; Brunel, P. (1999). «Улучшенная модель быстрого переноса излучения для усвоения данных спутниковых наблюдений за излучением». Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society . 125 (556): 1407–1425. Bibcode : 1999QJRMS.125.1407S. doi : 10.1256/smsqj.55614.
  35. ^ "Добро пожаловать в документацию SASKTRAN! — Документация SASKTRAN 0.1.3". arg.usask.ca . Получено 11.04.2018 .
  36. ^ Бурасса, AE; Дегенштейн, DA; Ллевеллин, EJ (2008). «SASKTRAN: Код переноса излучения со сферической геометрией для эффективной оценки рассеянного на лимбе солнечного света». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 109 (1): 52–73. Bibcode : 2008JQSRT.109...52B. doi : 10.1016/j.jqsrt.2007.07.007.
  37. ^ Завада, диджей; Дуек, СР; Ригер, Луизиана; Бурасса, AE; Ллойд, Северная Дакота; Дегенштейн, Д.А. (26 июня 2015 г.). «Дополнения высокого разрешения и Монте-Карло к модели переноса излучения SASKTRAN». Атмосфера. Измер. Тех . 8 (6): 2609–2623. Бибкод : 2015AMT.....8.2609Z. дои : 10.5194/amt-8-2609-2015 . ISSN  1867-8548.
  38. ^ Риккиацци, П.; Янг, С.; Готье, К.; Соул, Д. (1998). «SBDART: Программное обеспечение для исследований и обучения для плоскопараллельного переноса излучения в атмосфере Земли». Bull. Am. Meteorol. Soc . 79 (10): 2101–2114. Bibcode : 1998BAMS...79.2101R. doi : 10.1175/1520-0477(1998)079<2101:SARATS>2.0.CO;2 . S2CID  55800532.
  39. ^ Розанов, А.; Розанов, В.; Бухвиц, М.; Кохановский, А.; Берроуз, Дж. П. (2005). "SCIATRAN 2.0-Новая модель переноса излучения для геофизических приложений в спектральном диапазоне 175-2400 нм". Advances in Space Research . 36 (5): 1015–1019. Bibcode :2005AdSpR..36.1015R. doi :10.1016/j.asr.2005.03.012.
  40. ^ Розанов, В.; Розанов, А.; Кохановский, А.; Берроуз, Дж. П. (2014). «Перенос излучения через земную атмосферу и океан: программный пакет SCIATRAN». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 133 : 13–71. Bibcode :2014JQSRT.133...13R. doi :10.1016/j.jqsrt.2013.07.004.
  41. ^ Ляпустин, А. (2002). «Код переноса излучения SHARM-3D для моделирования излучения над неламбертовской неоднородной поверхностью: исследование взаимного сравнения». Прикладная оптика . 41 (27): 5607–5615. Bibcode : 2002ApOpt..41.5607L. doi : 10.1364/AO.41.005607. PMID  12269559.
  42. ^ Эванс, К. Ф. (1998). «Метод дискретных ординат сферических гармоник для трехмерного атмосферного переноса излучения». Журнал атмосферных наук . 55 (3): 429–446. Bibcode :1998JAtS...55..429E. CiteSeerX 10.1.1.555.9038 . doi :10.1175/1520-0469(1998)055<0429:TSHDOM>2.0.CO;2. S2CID  40027059. 
  43. ^ Амато, У.; Масиелло, Г.; Серио, К.; Виджано, М. (2002). «Код σ-IASI для расчета инфракрасного атмосферного излучения и его производных». Environmental Modelling & Software . 17 (7): 651–667. doi :10.1016/S1364-8152(02)00027-0.
  44. ^ Люцци, Г.; Масиелло, Г.; Серио, К.; Мелони, Д.; Ди Бьяджо, К.; Форменти, П. (2017). «Согласованность размерного распределения и показателей преломления пустынной пыли, измеренных над Лампедузой с излучением IASI». Методы измерения атмосферы . 10 (2): 599–615. Бибкод : 2017AMT....10..599L. дои : 10.5194/amt-10-599-2017 . hdl : 11563/125342 .
  45. ^ Рамон, Д. (2019). «Моделирование переноса поляризованного излучения в системе океан-атмосфера с использованием кода Монте-Карло SMART-G с ускорением на GPU». Журнал количественной спектроскопии и переноса излучения . 222–223: 89–107. Bibcode : 2019JQSRT.222...89R. doi : 10.1016/j.jqsrt.2018.10.017. S2CID  125121586.
  46. ^ FluxNet
  47. ^ Key, J.; Schweiger, AJ (1998). "Инструменты для атмосферного переноса излучения: Streamer и FluxNet". Computers & Geosciences . 24 (5): 443–451. Bibcode :1998CG.....24..443K. doi :10.1016/S0098-3004(97)00130-1. hdl : 2060/19980018471 . S2CID  118079586.
  48. ^ [1] |-->]
  49. ^ Spurr, R.; Christi, M. (2019). Линеаризованные скалярные и векторные дискретные ординатные модели переноса излучения LIDORT и VLIDORT . Серия Springer по рассеянию света. стр. 1–62. doi :10.1007/978-3-030-03445-0_1. S2CID  126425750.
  50. ^ Сайт HITRAN
  51. ^ Сайт GEISA
Общий

Внешние ссылки