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 terrestre. Para calcular la radiancia de una región espectral con un ancho finito (por ejemplo, para estimar el balance energético de la Tierra o simular la respuesta de un instrumento), uno tiene que integrarlo en 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 radiación en esta frecuencia. Para ello, es necesario calcular la contribución de cada línea espectral para todas las moléculas de la capa atmosférica; esto se llama cálculo línea por línea . Para la respuesta de un instrumento, esto luego se convoluciona con la respuesta espectral del instrumento. Un método más rápido pero más aproximado es la transmisión por banda . Aquí, la transmisión en una región en una banda se caracteriza por un conjunto de coeficientes precalculados (dependiendo de la temperatura y otros parámetros). Además, los modelos pueden considerar 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 avanzados para la recuperación de parámetros geofísicos (como temperatura o 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 el forzamiento radiativo se calcula para gases de efecto invernadero , aerosoles o nubes . En tales aplicaciones, los códigos de transferencia radiativa a menudo se denominan parametrización de 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 velocidades de calentamiento, los flujos radiativos y las radiancias.
Hay esfuerzos para la intercomparación de códigos de radiación. Uno de estos proyectos fue el esfuerzo de ICRCCM (Intercomparison of Radiation Codes in Climate Models) que abarcó desde finales de la década de 1980 hasta principios de la de 2000. El proyecto más actual (2011), Continual Intercomparison of Radiation Codes, también enfatiza el uso de observaciones para definir casos de intercomparación. [2]
Tabla de modelos
Nombre | Sitio web | Referencias | UV | Visible | IR cercano | IR Térmico | mm / sub-mm | Microonda | línea por línea / banda | Dispersión | Polarizado | Geometría | Licencia | Notas |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
4A / OP | [2] | Scott y Chédin (1981) | No | No | sí | sí | No | No | banda o línea por línea | sí | sí | freeware | ||
6S / 6SV1 | [3] | Kotchenova y col. (1997) | No | sí | sí | No | No | No | banda | ? | sí | superficie no lambertiana | ||
LETRAS | [4] | Eriksson y col. (2011) | No | No | No | sí | sí | sí | linea por linea | sí | sí | esférico 1D, 2D, 3D | GPL | |
BTRAM | [5] | Chapman y col. (2009) | No | sí | sí | sí | sí | sí | linea por linea | No | No | 1D, plano paralelo | comercial propietario | |
COART | [6] | Jin y col. (2006) | sí | sí | sí | sí | No | No | sí | No | plano paralelo | libre | ||
CRM | [7] | No | sí | sí | sí | No | No | banda | sí | No | disponible de forma gratuita | Parte del modelo climático comunitario de NCAR | ||
CRTM | [8] | No | sí | sí | sí | No | sí | banda | sí | ? | ||||
Modelo de transferencia radiativa DART | [9] | Gastellu-Etchegorry y col. (1996) [8] | No | sí | sí | sí | No | No | banda | sí | ? | esférico 1D, 2D, 3D | gratis para investigación con licencia | superficie no lambertiana, creación e importación de paisajes |
DESORT | [10] | Stamnes y col. (1988) [9] Lin y col. (2015) [10] | sí | sí | sí | sí | sí | Radar | sí | No | plano-paralelo o pseudo-esférico (v4.0) | gratis con restricciones | ordenada discreta, usada por otros | |
GRANJAS | [11] | Xie y col. (2016) [11] | λ> 0,2 µm | sí | sí | No | No | No | banda | sí | No | plano paralelo | libre | Simulación rápida de la radiación solar descendente en la superficie de la tierra para la investigación del clima y la energía solar |
Fu-Liou | [12] | Fu y Liou (1993) [12] | No | sí | sí | ? | No | No | sí | ? | plano paralelo | uso en línea, código fuente disponible | interfaz web en línea en [13] | |
FUTBOLIN | Martín-Torres (2005) [14] | λ> 0,3 µm | sí | sí | sí | λ <1000 µm | No | linea por linea | sí | ? | esférico o plano paralelo | maneja mezcla de línea, absorción continua y NLTE | ||
GENLN2 | [13] | Edwards (1992) [15] | ? | ? | ? | sí | ? | ? | linea por linea | ? | ? | |||
KARINE | [14] | Eymet (2005) [dieciséis] | No | No | sí | No | No | ? | ? | plano paralelo | GPL | |||
KCARTA | [15] | ? | ? | sí | sí | ? | ? | linea por linea | sí | ? | plano paralelo | disponible de forma gratuita | Modelo de referencia AIRS | |
KOPRA | [dieciséis] | No | No | No | sí | No | No | ? | ? | |||||
LBLRTM | [17] | Clough y col. (2005) [17] | sí | sí | sí | sí | sí | sí | linea por linea | ? | ? | |||
LEEDR | [18] | Fiorino y col. (2014) [18] | λ> 0,2 µm | sí | sí | sí | sí | sí | banda o línea por línea | sí | ? | esférico | Software del gobierno de EE. UU. | fuentes solares y lunares extendidas; dispersión simple y múltiple |
LinePak | [19] | Gordley y col. (1994) [19] | sí | sí | sí | sí | sí | sí | linea por linea | No | No | esférico (Tierra y Marte), plano paralelo | disponible gratuitamente con restricciones | interfaz web, SpectralCalc |
libRadtran | [20] | Mayer y Kylling (2005) [20] | sí | sí | sí | sí | No | No | banda o línea por línea | sí | sí | plano-paralelo o pseudo-esférico | GPL | |
MATISSE | [21] | Caillault y col. (2007) [21] | No | sí | sí | sí | No | No | banda | sí | ? | software gratuito propietario | ||
MCARaTS | [22] | GPL | Montecarlo en 3D | |||||||||||
MODTRAN | [22] | Berk y col. (1998) [23] | ṽ <50 000 cm −1 | sí | sí | sí | sí | sí | banda o línea por línea | sí | ? | comercial propietario | fuente solar y lunar, utiliza DISORT | |
MOSART | [23] | Cornette (2006) [24] | λ> 0,2 µm | sí | sí | sí | sí | sí | banda | sí | No | disponible de forma gratuita | ||
MSCART | [24] | Wang y col. (2017) [25] Wang y col. (2019) [26] | sí | sí | sí | No | No | No | sí | sí | 1D, 2D, 3D | disponible bajo pedido | ||
PUMAS | [25] | sí | sí | sí | sí | sí | sí | Línea por línea y correlacionada-k | sí | sí | plano-paralelo y pseudo-esférico | Herramienta gratuita / en línea | ||
RADIS | [26] | Alforja (2018) [27] | No | No | sí | No | No | No | No | 1D | GPL | |||
RFM | [27] | No | No | No | sí | No | No | linea por linea | No | ? | disponible bajo pedido | Modelo de referencia MIPAS basado en GENLN2 | ||
RRTM / RRTMG | [28] | Mlawer y col. (1997) [28] | ṽ <50 000 cm −1 | sí | sí | sí | sí | ṽ > 10 cm −1 | ? | ? | gratis | usa DISORT | ||
RTMOM | [29] [ enlace muerto ] | λ> 0,25 µm | sí | sí | λ <15 µm | No | No | linea por linea | sí | ? | plano paralelo | freeware | ||
RTTOV | [30] | Saunders y col. (1999) [29] | λ> 0,4 µm | sí | sí | sí | sí | sí | banda | sí | ? | disponible bajo pedido | ||
SASKTRAN | [30] | Bourassa y col. (2008) [31] Zawada y col. (2015) [32] | sí | sí | sí | No | No | No | linea por linea | sí | sí | esférico 1D, 2D, 3D, plano paralelo | disponible bajo pedido | opciones discretas y Monte Carlo |
SBDART | [31] | Ricchiazzi y col. (1998) [33] | sí | sí | sí | ? | No | No | sí | ? | plano paralelo | usa DISORT | ||
SCIATRAN | [32] | Rozanov y col. (2005) , [34] Rozanov y col. (2014) [35] | sí | sí | sí | No | No | No | banda o línea por línea | sí | sí | plano-paralelo o pseudo-esférico o esférico | ||
SHARM | Lyapustin (2002) [36] | No | sí | sí | No | No | No | sí | ? | |||||
SHDOM | [33] | Evans (2006) [37] | ? | ? | sí | sí | ? | ? | sí | ? | ||||
σ-IASI | [34] | Amato y col. (2002) [38] Liuzzi y col. (2017) [39] | No | No | sí | sí | sí | No | banda | sí | No | plano paralelo | Disponible bajo pedido | Jacobianos semi-analíticos. |
SMART-G | [35] | Ramon y col. (2019) [40] | sí | sí | sí | No | No | No | banda o línea por línea | sí | sí | plano paralelo o esférico | gratis para fines no comerciales | Código Monte-Carlo paralelizado por GPU (CUDA). Opciones de atmósfera y / o océano |
Serpentina , Fluxnet | [36] [41] | Key y Schweiger (1998) [42] | No | No | λ> 0,6 mm | λ <15 mm | No | No | banda | sí | ? | plano paralelo | Fluxnet es una versión rápida de STREAMER que utiliza redes neuronales | |
XRTM | [37] | sí | sí | sí | sí | sí | sí | sí | sí | plano-paralelo y pseudo-esférico | GPL | |||
VLIDORT / LIDORT | [38] [43] | Spurr y Christi (2019) [44] | sí | sí | sí | sí | ? | ? | linea por linea | sí | Sí solo VLIDORT | plano paralelo | Utilizado en transferencia radiativa SMART y VSTAR | |
Nombre | Sitio web | Referencias | UV | VIS | IR cercano | IR Térmico | Microonda | mm / sub-mm | línea por línea / banda | Dispersión | Polarizado | Geometría | Licencia | Notas |
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.
Nombre | Autor | Descripción |
---|---|---|
HITRAN [45] | Rothman y col. (1987, 1992, 1998, 2003, 2005, 2009, 2013, 2017) | HITRAN es una compilación de parámetros espectroscópicos moleculares que utilizan diversos códigos informáticos para predecir y simular la transmisión y emisión de luz en la atmósfera. La versión original fue creada en los Laboratorios de Investigación de Cambridge de la Fuerza Aérea (1960). La base de datos se mantiene y desarrolla en el Centro Harvard-Smithsonian de Astrofísica en Cambridge MA, EE. UU. |
GEISA [46] | Jacquinet-Husson y col. (1999, 2005, 2008) | GEISA (Gestion et Etude des Informations Spectroscopiques Atmosphériques: Gestión y estudio de información espectroscópica) es una base de datos espectroscópica accesible por computadora, diseñada para facilitar cálculos precisos de transferencia radiativa directa utilizando un enfoque línea por línea y capa por capa. Se inició en 1974 en el Laboratoire de Météorologie Dynamique (LMD / IPSL) en Francia. GEISA es mantenido por el grupo ARA en LMD (Ecole Polytechnique) por su parte científica y por el grupo ETHER (CNRS Centre National de la Recherche Scientifique-France) en IPSL (Institut Pierre Simon Laplace) por su parte técnica. Actualmente, GEISA está involucrado en actividades relacionadas con la evaluación de las capacidades del IASI ( Interferómetro de Sondeo Atmosférico Infrarrojo a bordo del satélite europeo METOP) a través de la base de datos GEISA / IASI derivada de GEISA. |
Ver también
- Códigos de aproximación de dipolos discretos
- Códigos de dispersión electromagnética por cilindros
- Códigos de dispersión electromagnética por esferas
- Propiedades ópticas del agua y el hielo.
Referencias
- Notas al pie
- ^ RW Andrews, JM Pearce, El efecto del albedo espectral en el rendimiento del dispositivo fotovoltaico solar de silicio amorfo y silicio cristalino , Energía solar , 91 , 233–241 (2013). DOI: 10.1016 / j.solener.2013.01.030 acceso abierto
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enlaces externos
- ITWC para transferencia radiativa