Anwendung von MODTRAN

Transkript

1 Vorlesung 8 Anwendung von MODTRAN 8.1 Inhaltsangabe Einrichten, Anwendung mit Steuerkarten, Ausdrucke etc. 8.2 Installation Das Handbuch für MODTRAN 5 kann von ftp://ftp.pmodwrc.ch//stealth/ claus/modtran5/manual/modtran(r) pdf heruntergeladen werden. Es hat folgendes Inhaltsverzeichnis: 1. INTRODUCTION 2. OVERVIEW OF INPUT DATA FORMAT 2.1 Listing of CARDs and Their Format 3. CARD 1 (REQUIRED) - MAIN Radiation Transport DRIVER 4. CARD 1A (REQUIRED) - RADIATIVE TRANSPORT DRIVER CONT D 5. OPTIONAL CARDs 1A1, 1A2, 1A3, 1A4, 1B (SPECTRAL DATA AND SENSOR RESPONSE FUNCTION FILES) 6. CARD 2 (REQUIRED) - MAIN aerosol and cloud options 7. OPTIONAL CARD 2A+ (FLEXIBLE AEROSOL MODEL) 8. OPTIONAL CARD 2A (CLOUD MODELS) 8.1 CARD 2A Standard Form (CIRRUS CLOUD MODELS, ICLD = 18 or 19) 8.2 CARD 2A Alternate Form (WATER/ICE CLOUD MODELS, ICLD = 1-10) 9. OPTIONAL CARD 2B (ARMY VERTICAL STRUCTURE ALGORITHM) 10. OPTIONAL CARDs 2C, 2CY, 2C1, 2C2, 2C2X, 2C2Y, 2C3 (USER-DEFINED SPECIES AND ATMOSPHERIC PROFILES) 10.1 CARD 2C 10.2 CARDs 2C1, 2C2, 2C2X 10.3 CARD 2C3

2 88 Vorlesung 8: Anwendung von MODTRAN 11. OPTIONAL CARDs 2D, 2D1, 2D2 (USER-DEFINED AEROSOL AND CLOUD PARAME- TERS) 11.1 CARD 2D 11.2 CARD 2D CARD 2D2 12. OPTIONAL CARDs 2E1 AND 2E2 (USER-DEFINED CLOUD PARAMETERS) 12.1 CARD 2E CARD 2E Alternate CARD 2E2 13. CARD 3 (REQUIRED) - LINE-OF-SIGHT GEOMETRY 13.1 Standard CARD Alternate CARD 3 (TRANSMITTED SOLAR/LUNAR IRRADIANCE, IEMSCT = 3) 14. OPTIONAL CARDs 3A1 AND 3A2 (SOLAR / LUNAR SCATTERING GEOMETRY) 14.1 CARD 3A CARD 3A2 15. OPTIONAL CARDs 3B1, 3B2, 3C1-3C6 (USER-DEFINED SCATTERING PHASE FUNCTI- ONS) 15.1 CARD 3B CARD 3B CARDs 3C1-3C6 16. CARD 4 (REQUIRED) - SPectral range and resolution 17. OPTIONAL CARDs 4A, 4B1, 4B2, 4B3, 4L1 and 4L2 (GROUND SURFACE CHARACTERI- ZATION) 17.1 CARD 4A 17.2 CARD 4B CARD 4B CARD 4B CARD 4L CARD 4L2 18. CARD 5 (REQUIRED) - Repeat run option 19. DEDICATION AND ACKNOWLEDGEMENTS 20. REFERENCES APPENDIX A: MODTRAN USER-SUPPLIED AEROSOL UPGRADES A.1 User-Supplied Aerosol Spectral Parameters (ARUSS Option)

3 8.3 Benützung von MODTRAN R 5 89 A.2 User-Supplied Aerosol Phase Functions (CARDs 3B1, 3B2, 3C1-3C6) A.3 User-Supplied Aerosol Profiles (CARD 2C3) A.4 Example tape5 File APPENDIX B: NOVAM IN MODTRAN B.1 NOVAM Code B.2 Incorporation into MODTRAN B.3 Some Results B.4 NOVAM input and MODTRAN input Files Error! Bookmark not defined. B.5 Future Upgrades to NOVAM Implementation B.6 Modifications to NOVAM to Code B.7 References APPENDIX C: MODTRAN INSTALLATION C.1 Installation Steps C.2 I/O Files APPENDIX D: BAND MODEL FILES FOR USER-DEFINED SEPCIES APPENDIX E: BINARY OUTPUT OPTION APPENDIX F: SPECIAL DISORT OPTION FOR ATMOSPHERIC CORRECTION Die Installation ist für 32- und 64-bit Windows Systeme und für Mac relativ einfach, die Progamme und Datenfiles sind auf der DVD-1. Für UNIX und LINUX muss etwas mehr unternommen werden, die entsprechenden Programme und Datenfiles sind auf der DVD Benützung von MODTRAN R 5 Die Steuerung von MODTRAN wird über Steuerkarten - wie in alten Zeiten, wo es noch echt Karten waren - bewerkstelligt. Heute werden sie ]in Files gespeichert wie auch die Ausgabe der Resultate. Es hat inzwischen viele verschiedene gegeben, wie die folgenden Lis]te zeigt. Alle können nun mit einem für einen bestimmten Lauf gültigem Namen versehen werden. Wir bezeichen die Files im folgenden mit Davos und so bekommen wir (mit b werden die gleichen Daten als binärfiles ausgegeben, die kleiner sind und rascher geschrieben werden können, muss entsprechend definiert werden). Man muss aber ein Program haben, das die binären Daten lesen kann (als Beispiel kann das FORTRAN Program M5 bn2as.f verwendet werden auch, um Routinen in z.b. MatLab oder IDL zu schreiben). Davos.tp5 als tape5, Input Davos.tp6 als tape6, allgemeine Listen, der in tape5 spezifizierten Input und Zusammenfassung der Output Daten Davos.tp7 als tape7, Liste der spektralen Eingaben und Resultate Davosb.tp7 als tape7b Davos.tp8 als tape8, Liste der spektralen Resultate (u.a. auch Strahldichten) Davosb.tp8 als tape8b

4 90 Vorlesung 8: Anwendung von MODTRAN Davos.7sc als tape7.scn, Liste der spektralen Resultate mit alternativer Spaltfunktion Davos.7sr als tape7.scr, Davos.plt als pltout, Liste entweder der Resultate der Transmission oder Strahldichten Davosb.plt als pltoutb Davos.psc als pltout.scn, Liste der spektralen Resultate mit alternativer Spaltfunktion Davos.clr als clrates, Liste der Abkühlungsgrössen Davos.cnh als channels.out, Spektrale Daten für die verschiedenen Kanäle Davos.flx als specflux, Spektraler Fluss an vorgegebenen Höhenschichten Davos.acd als atmcor.dat, Resultat der sphärischen Albedo für verschiedene Schichten Die Steuerkarten und der entsprechende Namen wird durch die Definition der tp5 Karte deklariert; z.b. als D:/MODTRAN5.2/MyRes/greenhousp2500.tp5 und falls das Subdirectory MyRes im Hauptdirectory des Programms ist, wie in meinem Fall, genügt es ab MyRes/... zu deklarieren. In weiteren Zeilen können weitere tp5 eingegeben werden, die dann eine nach den anderen gerechnet werden (siehe z.b. die Orginalsteuerfile für die Tests). Als Beispiel sollen die folgenden Hinweise dienen, die für die Prüfungsaufganben mit MOD- TRAN im WS 2008/09 gemacht wurden. Da es sich vorwiegend um Rechnungen zum Treihauseffekt gehandelt hat, wurden Rechnungen im vertikalen Pfad vom Boden in den Weltraum verwendet. Die entsprechenden Karten 1 und 1A für eine 1 cm 1 Auflösung und eine Solarkonstante von 1365Wm 2 sehen folgendermassen aus: M fff f 4 f _2008 Für Aerosole (z.b. Rural mit hoher Sichtweite) und für Wolken (z.b. Altostratus mit Defaultwerten Definition in 2A) werden die Karten 2 und 2A verwendet: Für die Geometrie der Sonnenstrahlung und die Berechnung von Flüssen können die Karten 3, 3A1 und 3A2 und 4 als Bespiel dienen: Mit Blick in den Zenit aus einer Höhe von 600m, die Sonne im Süden bei 60 Grad Zenitwinkel werden sie folgendermassen eingegeben: RN WTAA T1 Die Resultate befinden sich in.tp6 am Ende und in.flx (spekralen Füsse, durch T1 (Karte4) würde nur die untereste und oberste Schicht ausgegeben). Die hier wiedergegebenen Resultate sind aus.tp6 mit einem Nimbostratus (5 anstelle von 2 in Card 2). INTEGRATED COOLING RATES AND VERTICAL FLUXES FROM TO CM-1: CALC COOLING RATE TOTAL THERMAL SCATTERED SOLAR LAYER ALTITUDE TOTAL NO DIRECT SUN FLUX UP FLUX DOWN FLUX UP FLUX DOWN (KM) (K/DAY) (K/DAY) (W/M2) (W/M2) (W/M2) (W/M2)

5 8.3 Benützung von MODTRAN R 5 91 Eine letzte Bemerkung zum Gebrauch von MODTRAN: Fehlermeldungen sind eigentlich nicht existent. Ein häufiger Fehler entsteht durch falsches Format in den Steuerkarten und es ist dann nicht immer klar, welche Karte betroffen ist. Es kommt dann nach Doppelklick auf Mod5.1b qwin.exe ein FORTRAN Input Conversion Error, der nur sagt, dass es in tp5 passiert. Mit dem dann schon bestehenden tp6 Ausdruck kann man in etwa lokalisieren wo. Wichtig ist, die Formate müssen exakt den Vorgaben entsprechen, ev. fehlt auch eine Zusatz-karte, nachschauen und nicht verzweifeln. Wenn alles richtig läuft heisst es im MODTRAN Fenster unten rechts Running und wenn man mehrere tp5 in MOD5ROOT.IN hat erscheint die Meldung, dass das Programm eben mit der nächsten File weitermacht. Am Ende wird Running durch Finished ersetzt und es erscheint ein kleines Fenster das besagt es sei fertig (wenn alles gut ging steht error code 0, sonst irgend eine Zahl) und dann das Fenster mit OK schliessen.

6 92 Vorlesung 8: Anwendung von MODTRAN 8.4 Anhang: Beschreibung der Steuerkarten Im folgendem werden die Karten einzeln vorgefu hrt, wobei die neuen Elemente in MODTRANr 5 kursiv sind. Die Tabellen 8.1 bis 8.8 zeigen die Organisation dieser 5 Kartentypen. Tabelle 8.1: MODTRANr 5 Karte 1. Tabelle 8.2: Kombinationen fu r MODTRANr 5 Karte 1.

7 8.4 Anhang: Beschreibung der Steuerkarten Tabelle 8.3: MODTRANr 5 Karte 2. 93

8 94 Vorlesung 8: Anwendung von MODTRAN Tabelle 8.4: Kombuinationen für MODTRAN R 5 Karte 2.

9 8.4 Anhang: Beschreibung der Steuerkarten Tabelle 8.5: MODTRANr 5 Karte 3. Tabelle 8.6: Kombinationen fu r MODTRANr 5 Karte 3. 95

10 96 Vorlesung 8: Anwendung von MODTRAN Tabelle 8.7: MODTRAN R 5 Karte 4 und 5. Tabelle 8.8: Möglichkeiten der MODTRAN R 5 Karte 5.