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Códigos de transferencia radiativa atmosférica

Un modelo, código o simulador de transferencia radiativa atmosférica calcula la transferencia radiativa de radiación electromagnética a través de una atmósfera planetaria .

Métodos

En el núcleo de un modelo de transferencia radiativa se encuentra la ecuación de transferencia radiativa que se resuelve numéricamente utilizando un solucionador como un método de ordenadas discretas o un método de Monte Carlo . La ecuación de transferencia radiativa es una ecuación monocromática para calcular la radiancia en una sola capa de la atmósfera de la Tierra. Para calcular la radiancia para una región espectral con un ancho finito (por ejemplo, para estimar el presupuesto de energía de la Tierra o simular la respuesta de un instrumento), uno tiene que integrar esto sobre una banda de frecuencias (o longitudes de onda). La forma más exacta de hacer esto es recorrer las frecuencias de interés y, para cada frecuencia, calcular la radiancia en esta frecuencia. Para esto, uno necesita calcular la contribución de cada línea espectral para todas las moléculas en la capa atmosférica; esto se llama un cálculo línea por línea . Para una respuesta del instrumento, esto luego se convoluciona con la respuesta espectral del instrumento.

Un método más rápido pero más aproximado es la transmisión de banda . En este caso, la transmisión en una región de una banda se caracteriza por un conjunto de coeficientes precalculados (en función de la temperatura y otros parámetros). Además, los modelos pueden tener en cuenta la dispersión de moléculas o partículas, así como la polarización ; sin embargo, no todos los modelos lo hacen.

Aplicaciones

Los códigos de transferencia radiativa se utilizan en una amplia gama de aplicaciones. Se utilizan comúnmente como modelos directos para la recuperación de parámetros geofísicos (como la temperatura o la humedad ). Los modelos de transferencia radiativa también se utilizan para optimizar los sistemas solares fotovoltaicos para la generación de energía renovable . [1] Otro campo de aplicación común es en un modelo meteorológico o climático , donde se calcula el forzamiento radiativo para gases de efecto invernadero , aerosoles o nubes . En tales aplicaciones, los códigos de transferencia radiativa a menudo se denominan parametrización de la radiación . En estas aplicaciones, los códigos de transferencia radiativa se utilizan en sentido directo, es decir, sobre la base de propiedades conocidas de la atmósfera, se calculan las tasas de calentamiento, los flujos radiativos y las radiancias.

Existen iniciativas para la intercomparación de códigos de radiación. Uno de esos proyectos fue el ICRCCM (Intercomparación de códigos de radiación en modelos climáticos), que se desarrolló desde finales de los años 1980 hasta principios de los años 2000. El proyecto más actual (2011), Intercomparación continua de códigos de radiación, también hace hincapié en el uso de observaciones para definir casos de intercomparación. [2]

Tabla de modelos

Bases de datos de absorción molecular

Para un cálculo línea por línea, se necesitan características de las líneas espectrales, como el centro de la línea, la intensidad, la energía del estado inferior, el ancho de la línea y la forma.

Véase también

Referencias

Notas al pie
  1. ^ Andrews, Rob W.; Pearce, Joshua M. (2013). "El efecto del albedo espectral en el rendimiento de dispositivos solares fotovoltaicos de silicio amorfo y silicio cristalino". Energía solar . 91 : 233–241. Código Bibliográfico :2013SoEn...91..233A. doi :10.1016/j.solener.2013.01.030.
  2. ^ Intercomparación continua de códigos de radiación
  3. ^ Scott, NA; Chedin, A. (1981). "Un método rápido línea por línea para los cálculos de absorción atmosférica: el Atlas Automatizado de Absorción Atmosférica". 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). "Validación de una versión vectorial del código de transferencia radiativa 6S para la corrección atmosférica de datos satelitales. Parte I: Radiancia de la trayectoria". 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, el simulador de transferencia radiativa atmosférica, versión 2" (PDF) . Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer . 112 (10): 1551–1558. Bibcode :2011JQSRT.112.1551E. doi :10.1016/j.jqsrt.2011.03.001 . Consultado el 2 de noviembre de 2016 .
  6. ^ Buehler, SA; Mendrok, J.; Eriksson, P.; Perrin, A.; Larsson, R.; Lemke, O. (2018). "ARTS, el simulador de transferencia radiativa atmosférica — versión 2.2, la edición de caja de herramientas planetaria" (PDF) . Desarrollo de modelos geocientíficos (GMD) . 11 (4): 1537–1556. Código Bibliográfico :2018GMD....11.1537B. doi : 10.5194/gmd-11-1537-2018 . Consultado el 16 de enero de 2023 .
  7. ^ Chapman, IM; Naylor, DA; Gom, BG; Querel, RR; Davis-Imhof, P. (2009). "BTRAM: Un modelo interactivo de transferencia radiativa atmosférica". El 30.º Simposio Canadiense sobre Teledetección . 30 : 22–25.
  8. ^ Jin, Z.; Charlock, TP; Rutledge, K.; Stamnes, K.; Wang, Y. (2006). "Una solución analítica de la transferencia radiativa en el sistema acoplado atmósfera-océano con superficie rugosa". Appl. Opt . 45 (28): 7443–7455. Bibcode :2006ApOpt..45.7443J. doi :10.1364/AO.45.007443. hdl : 2060/20080015519 . PMID  16983433. S2CID  39305812.
  9. ^ Hillier, D. John (1 de mayo de 2020). "CMFGEN: una herramienta espectroscópica clave para los astrofísicos". Propuesta del HST : 16131.
  10. ^ Johnson, B; Dang, C; Stegmann, P; Liu, Q; Moradi, I; Auligne, T (2023). "El modelo de transferencia radiativa comunitaria (CRTM): desarrollo de modelos colaborativos centrados en la comunidad que aceleran la investigación y las operaciones". Bull. Amer. Meteor. Soc . 104 (10): 3–7. Bibcode :2023BAMS..104E1817J. doi : 10.1175/BAMS-D-22-0015.1 . S2CID  258738740.
  11. ^ Gastellu-Etchegorry, JP; Demarez, V; Pinel, V; Zagolski, F (1996). "Modelado de la transferencia radiativa en cubiertas vegetales heterogéneas en 3-D". Rem. Sens. Env . 58 (2): 131–156. Bibcode :1996RSEnv..58..131G. doi :10.1016/0034-4257(95)00253-7.
  12. ^ Stamnes, Knut; Tsay, SC; Wiscombe, W.; Jayaweera, Kolf (1988). "Algoritmo numéricamente estable para transferencia radiativa por método de ordenadas discretas en medios estratificados de emisión y dispersión múltiple". Appl. Opt . 27 (12): 2502–2509. Bibcode :1988ApOpt..27.2502S. doi :10.1364/AO.27.002502. PMID  20531783.
  13. ^ Lin, Zhenyi; Stamnes, S.; Jin, Z.; Laszlo, I.; Tsay, SC; Wiscombe, W. (2015). "Soluciones de ordenadas discretas mejoradas en presencia de un límite inferior anisotrópicamente reflectante: actualizaciones de la herramienta computacional DISORT". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 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). "Un modelo rápido de radiación de todo el cielo para aplicaciones solares (FARMS): algoritmo y evaluación del rendimiento". Energía solar . 135 : 435–445. Código Bibliográfico :2016SoEn..135..435X. doi : 10.1016/j.solener.2016.06.003 .
  15. ^ Fu, Q.; Liou, K.-N (1993). "Parametrización de las propiedades radiativas de los cirros". 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 (Version 200503/MARCH 2005)" (Página sobre la formación de nubes y aerosoles de Fu-Liou [versión 200503/MARZO DE 2005]). Langley Research Center . NASA . Archivado desde el original el 27 de mayo de 2010. Consultado el 7 de julio de 2010 .
  17. ^ Martin-Torres, FJ; Kutepov, A.; Dudhia, A.; Gusev, O.; Feofilov, AG (2003). "Cálculo rápido y preciso de las tasas de absorción de transferencia radiativa para las bandas infrarrojas en la atmósfera de Titán". Geophysical Research Abstracts : 7735. Bibcode :2003EAEJA.....7735M.
  18. ^ Edwards, DP (1992), GENLN2: Un modelo general línea por línea de transmitancia y radiancia atmosférica, Versión 3.0, descripción y guía del usuario, NCAR/TN-367-STR, Centro Nacional de Investigación Atmosférica, Boulder, Co.
  19. ^ KARINE: una herramienta para el análisis de transferencia radiativa infrarroja en atmósferas planetarias por V. Eymet. Nota técnica interna, Laboratoire d'Energétique, 2005.
  20. ^ Clough, SA; Shephard, MW; Mlawer, EJ; Delamere, JS; Iacono, MJ; Cady-Pereira, K.; Boukabara, S.; Brown, PD (2005). "Modelado de transferencia radiativa atmosférica: un resumen de los códigos 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. ^ Fiorino, ST; Randall, RM; Via, MF; Burley, JL (2014). "Validación de una herramienta de caracterización de la capa límite atmosférica de alta resolución espectral de UV a RF". J. Appl. Meteorol. Climatol . 53 (1): 136–156. Código Bibliográfico :2014JApMC..53..136F. doi : 10.1175/JAMC-D-13-036.1 .
  22. ^ Gordley, LL; Marshall, BT (1994). "LINEPAK: Algoritmo para modelar la transmitancia espectral y la radiancia". 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. ^ Mayer, B.; Kylling, A. (2005). "Nota técnica: El paquete de software libRadtran para cálculos de transferencia radiativa: descripción y ejemplos de uso" (PDF) . Química y física atmosférica . 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). "Características ópticas multiresolución de la superficie del mar agitado en el infrarrojo". Applied Optics . 46 (22): 5471–5481. Bibcode :2007ApOpt..46.5471C. doi :10.1364/AO.46.005471. PMID  17676164.
  25. ^ "MCARaTS". sites.google.com . Consultado el 1 de abril de 2016 .
  26. ^ Berk, A.; Bernstein, LS; Anderson, GP; Acharya, PK; Robertson, DC; Chetwynd, JH; Adler-Golden, SM (1998). "Actualizaciones de la nube MODTRAN y de dispersión múltiple con aplicación a AVIRIS". Teledetección del medio ambiente . 65 (3): 367–375. Bibcode :1998RSEnv..65..367B. doi :10.1016/S0034-4257(98)00045-5.
  27. ^ Cornette, William M. (2006). "Moderate Spectral Atmospheric Radiance and Transmittance (MOSART) Computer Code Version 2.00. (Código informático de radiancia y transmitancia atmosférica espectral moderada (MOSART), versión 2.00.), Lexington, MA (2006)". Proc. Conferencia sobre modelado de transmisión atmosférica IEEE-GRSS/AFRL, Lexington MA .
  28. ^ Wang, Zhen; Cui, Shengcheng; Yang, Jun; Gao, Haiyang; Liu, Chao; Zhang, Zhibo (2017). "Un nuevo método híbrido de reducción de varianza dependiente del orden de dispersión para simulaciones de Monte Carlo de transferencia radiativa en atmósfera nublada". Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer . 189 : 283–302. Bibcode :2017JQSRT.189..283W. doi : 10.1016/j.jqsrt.2016.12.002 .
  29. ^ Wang, Zhen; Cui, Shengcheng; Zhang, Zhibo; Yang, Jun; Gao, Haiyang; Zhang, Feng (2019). "Extensión teórica del modelado universal de transferencia radiativa de Monte Carlo hacia adelante y hacia atrás para simulaciones de observación de polarización pasiva y activa". Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer . 235 : 81–94. Bibcode :2019JQSRT.235...81W. doi : 10.1016/j.jqsrt.2019.06.025 .
  30. ^ Batalha, Natasha E.; Marley, Mark S.; Lewis, Nikole K.; Fortney, Jonathan J. (1 de junio de 2019). "Espectroscopia de luz reflejada de exoplanetas con PICASO". The Astrophysical Journal . 878 (1): 70. arXiv : 1904.09355 . Código Bibliográfico :2019ApJ...878...70B. doi : 10.3847/1538-4357/ab1b51 . ISSN  0004-637X. S2CID  128347336.
  31. ^ Mukherjee, Sagnick; Batalha, Natasha E.; Fortney, Jonathan J.; Marley, Mark S. (2023). "PICASO 3.0: Un modelo climático unidimensional para planetas gigantes y enanas marrones". The Astrophysical Journal . 942 (2): 71. arXiv : 2208.07836 . Código Bibliográfico :2023ApJ...942...71M. doi : 10.3847/1538-4357/ac9f48 . S2CID  251594505.
  32. ^ Pannier, E.; Laux, C. (2019). "RADIS: Un código radiativo de no equilibrio línea por línea para especies de bases de datos de CO2 y similares a HITRAN" (PDF) . Espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 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, un modelo correlacionado-k validado para la onda larga". J. Geophys. Res . 102 (16): 663–682. Bibcode :1997JGR...10216663M. doi : 10.1029/97JD00237 . S2CID  54031652.
  34. ^ Saunders, RW; Matricardi, M.; Brunel, P. (1999). "Un modelo mejorado de transferencia radiativa rápida para la asimilación de observaciones de radiancia satelital". Quarterly Journal of the Royal Meteorological Society . 125 (556): 1407–1425. Bibcode :1999QJRMS.125.1407S. doi :10.1256/smsqj.55614.
  35. ^ "¡Bienvenido a la documentación de SASKTRAN! — Documentación de SASKTRAN 0.1.3". arg.usask.ca . Consultado el 11 de abril de 2018 .
  36. ^ Bourassa, AE; Degenstein, DA; Llewellyn, EJ (2008). "SASKTRAN: Un código de transferencia radiativa de geometría esférica para la estimación eficiente de la luz solar dispersada en el limbo". Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer . 109 (1): 52–73. Bibcode :2008JQSRT.109...52B. doi :10.1016/j.jqsrt.2007.07.007.
  37. ^ Zawada, DJ; Dueck, SR; Rieger, Luisiana; Bourassa, AE; Lloyd, Dakota del Norte; Degenstein, DA (26 de junio de 2015). "Adiciones de alta resolución y Monte Carlo al modelo de transferencia radiativa SASKTRAN". Atmos. Medidas. Tecnología . 8 (6): 2609–2623. Código Bib : 2015AMT.....8.2609Z. doi : 10.5194/amt-8-2609-2015 . ISSN  1867-8548.
  38. ^ Ricchiazzi, P.; Yang, S.; Gautier, C.; Sowle, D. (1998). "SBDART: una herramienta de software de investigación y enseñanza para la transferencia radiativa plano-paralela en la atmósfera de la Tierra". 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. ^ Rozanov, A.; Rozanov, V.; Buchwitz, M.; Kokhanovsky, A.; Burrows, JP (2005). "SCIATRAN 2.0: un nuevo modelo de transferencia radiativa para aplicaciones geofísicas en la región espectral de 175-2400 nm". Avances en la investigación espacial . 36 (5): 1015–1019. Código Bibliográfico :2005AdSpR..36.1015R. doi :10.1016/j.asr.2005.03.012.
  40. ^ Rozanov, V.; Rozanov, A.; Kokhanovsky, A.; Burrows, JP (2014). "Transferencia radiativa a través de la atmósfera terrestre y el océano: paquete de software SCIATRAN". Revista de espectroscopia cuantitativa y transferencia radiativa . 133 : 13–71. Código Bibliográfico :2014JQSRT.133...13R. doi :10.1016/j.jqsrt.2013.07.004.
  41. ^ Lyapustin, A. (2002). "Código de transferencia radiativa SHARM-3D para simulaciones de radiancia sobre una superficie no homogénea no lambertiana: estudio de intercomparación". Applied Optics . 41 (27): 5607–5615. Bibcode :2002ApOpt..41.5607L. doi :10.1364/AO.41.005607. PMID  12269559.
  42. ^ Evans, KF (1998). "El método de ordenadas discretas de armónicos esféricos para transferencia radiativa atmosférica tridimensional". Revista de Ciencias Atmosféricas . 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. ^ Amato, U.; Masiello, G.; Serio, C.; Viggiano, M. (2002). "El código σ-IASI para el cálculo de la radiancia atmosférica infrarroja y sus derivados". Environmental Modelling & Software . 17 (7): 651–667. doi :10.1016/S1364-8152(02)00027-0.
  44. ^ Liuzzi, G.; Masiello, G.; Serio, C.; Meloni, D.; Di Biagio, C.; Formenti, P. (2017). "Consistencia de distribuciones dimensionales e índices de refracción del polvo del desierto medidos sobre Lampedusa con radiancias IASI". Técnicas de Medición Atmosférica . 10 (2): 599–615. Código Bib : 2017AMT....10..599L. doi : 10.5194/amt-10-599-2017 . hdl : 11563/125342 .
  45. ^ Ramon, D. (2019). "Modelado de la transferencia radiativa polarizada en el sistema océano-atmósfera con el código SMART-G Monte Carlo acelerado por GPU". Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer . 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). "Herramientas para la transferencia radiativa atmosférica: Streamer y 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). Los modelos linealizados de transferencia radiativa de ordenadas discretas escalares y vectoriales LIDORT y VLIDORT . Serie Springer en dispersión de luz. págs. 1–62. doi :10.1007/978-3-030-03445-0_1. S2CID  126425750.
  50. ^ Sitio de HITRAN
  51. ^ Sitio de GEISA
General

Enlaces externos