MODTRAN の使い方
1 MODTRAN とは
MODTRAN(The Moderate Resolution Transmittance) コードは AFGL (Air Force Geophysics Laboratory,USA) により開発されたものである。 主に、 2cm-1 の分解能 (紫外線では 20cm-1分解能 をもち、 0 から 50; 000cm-1 までの波数に対する大気の透過率および放射輝度を計算する。また、 MODTRAN では新しく discrete-ordinate-method(DISORT)多重散乱アルゴリズムが導入された。
2 入力パラメータ
MODTRAN4 では、 入力パラメータは tape5 というファイル名で取り扱われる。そのtape5 は、大きく分けて 5 つのカードから成り、 それらカードには、 それぞれオプションが用意されている。選択されたパラメータによりそれぞれのオプションカードへ分岐される。 したがって、 使用環境にあったカードを作成しなければない。これらは 1 行で 1 カードで記述される。実際に MODTRAN4 を実行する場合、 入力パラメータを決まった書式で tape5 に作成しなければならない。 書式を間違うと、 MODTRAN4 はエラーを起こし、 強制終了する。 ここで示す書式は、 FORTRAN 形式である。
カード 1:基礎となる地理的、 気象的条件等を入力
入力パラメータ:MODTRAN,SPEED,ITYPE,IEMSCT,IMULT,M1,M2,M3,M4,M5, M6,MDEF,IM,NOPRT,TBOUND,SALB
書式:2A1,I3,12I5,F8.3,F7.2
MODTRAN: MODTRAN 計算を行うか、 LOWTRAN 計算を行うかの設定。
MODT RAN = 0T 0;0M0or 空白 MODT RAN バンドモデル
= 0C0or0K0 MODT RANcorrelated - koption(IEMSCT で radiance
モードを選択した場合のみ ： 最も正確な値が得られるが遅い)
= 0F 0or0L0 20cm-1LOW T RAN バンドモデル
SP EED = 0S0or 空白 0slow0correlated - koption
= 0M0 0medium0correlated - koption
MODEL: 大気モデルを入力。 これによりそのモデルの気象プロファイルが適用される。
MODEL = 0 気象データを入力 (カード 2C; 2C1; 2C2; 2C2X; 2C3)
= 1 T ropicalAtmosphere(熱帯モデル)
= 2 Mid - LatitudeSummer(中緯度夏モデル)
= 3 Mid - LatitudeW inter(中緯度冬モデル)
= 4 Sub - ArcticSummer(亜熱帯夏モデル)
= 5 Sub - ArcticW inter(亜熱帯冬モデル)
= 6 1976USStandard(1976 年米国標準モデル)
= 7 ユーザー定義の気象プロファイルデータ (高度、 気温、 気圧、 水蒸気量、 エアロゾル消散係数 etc) を入力 (カード 2C; 2C1; 2C2; 2C2X; 2C3)
(1) ITYPE: 大気の経路を指定する。
IT Y P E = 1 水平な経路
= 2 2 点間の鉛直または斜め経路
= 3 大気圏外または地表面への鉛直または斜め経路
IEMSCT: 計算方式を指定する。
IEMSCT = 0 伝達の計算
= 1 熱放射の計算
= 2 太陽 ・ 月の単散乱放射輝度を含む放射輝度の計算
= 3 太陽 ・ 月の放射照度の計算
IMULT: 多重散乱を行うかどうかの選択。
IMULT = 0 多重散乱なし
= 1 多重散乱あり
M1〜M6: 気象プロフィイルデータの変更、 追加の設定。 これらのパラメータは、 それぞれ、 気温、 気圧、 水蒸気量 (H2O)、 オゾン (O3)、 メタン (CH4)、 亜酸化窒素 (N2O)、 一酸化炭素 (CO) である。 これらのパラメータの設定は、 0 か空白または MODEL 設定 1〜6 で指定される。 MODEL=1〜6 で M1〜M6=0か空白ならば、 その MODEL で指定されたプロファイルが設定され、 M1〜M6=1〜6 ならば、 その MODEL 設定でのプロファイルが設定される。
MDEF: 重い分子を指定。 通常は 0 か空白または 1 を指定。 2 を指定すると、 重い分子を設定できる。
IM:
IM = 0 次の計算にはじめに読み込んだ MODEL データを用いる
= 1 ユーザ指定のデータに初期化する (ユーザ指定 (MODEL = 7) の場合)
NORPT: 出力データの出力形式の選択。 通常は 0 を選択。
NORP T = 0 tape6 の出力
= 1 tape6 の出力 (縮小版)
= 2 tape8 の出力
= 3 tape8 の出力 (spectralcoolingratedate を追加)
TBOUND: 地表面温度 (K) の指定。
IEMSCT=1 または 2 を選択した場合のみ意味をもつ。 空白の場合には、 最初の大気 の境界温度を地表面温度として使用する。
SALB: 地表面反射率の指定。
SALB 0 地表面反射率
< 0 用意されている反射率データを用いる。
-1 = freshsnow; -2 = forest; -3 = farm; -4 = desert; -5 = ocean; -6 = clouddeck; -7 = oldgrass; -8 = decayedgrass; -9 = mapleleaf; -10 = burntgrass
(2) カード 1a:多重散乱、 太陽スペクトル、 二酸化炭素混合比、 オゾン量などに関する 設定を行う。
入力パラメータ:DIS,DISAZM,NSTR,LSUN,ISUN,CO2MX,H2OSTR,O3STR,LSUNFL, LBMNAM,LFLTNM,SOLCON
書式:2L1,I3,L1,I4,F10.5,2A10,3(1X,A1),4X,F10.3
DIS: カード 1 で IMULT=1(多重散乱あり) に設定した場合に使用。
DIS = t DISORT (discrete - ordinate - method) 多重散乱アルゴリズムが使用される。
= f または空白 Isaacstwo - stream アルゴリズムが使用される。
DISAZM: DISORT において方位依存フラグを使用するかの設定。
DISAZM = t 多重散乱太陽光の方位依存性を含む。
= f または空白 太陽または観測天頂角が垂直に近い場合。
NSTR: ストリーム数 (2,4,8,16) を指定。
LSUN:
LSUN = f または空白 標準の太陽スペクトルデータ (5cm-1刻み) を使用。
= t 1cm-1刻みの太陽スペクトルデータをファイルから読み込む。
ISUN: LSUN が t である場合に必要。 三角スムージングフィルターの幅を指定。
CO2MX: 二酸化炭素混合比 (単位は ppmv) の変更。 標準の値は 330ppmv。 現在提唱され ている値 (1997 年) は 360ppmv。
H2OSTR: 水蒸気量の変更。 空白または 0 の場合は、 標準の水蒸気量が使用される。
gm=cm2で設定する場合、 g の文字につづけて指定する (例 g 2.0)。
atm-cm で設定する場合、 aの文字につづけて指定する (例 a 3000)。
正の値の場合、 例えば、 2.0 とした場合、 標準の水蒸気量の 2 倍となる。
O3STR オゾン量の変更。 空白または 0 の場合は、 標準のオゾン量が使用される。
gm=cm2で設定する場合、 g の文字につづけて指定する (例 g 0.0001)。
atm-cm で設定する場合、 a の文字につづけて指定する (例 a 0.2)。
正の値の場合、 例えば、 2.0 とした場合、標準のオゾン量の 2 倍となる。
ONE Dobson unit は 273.15K において 10^-3 atm - cmに相当する。
LSUNFL: t ならばカード 1A1 から太陽放射データのファイル名を読み込む。
LSUN が t の場合のみ、 ファイルは使用される。
それ以外は、 標準の太陽放射データが使用される。
LBMNAM: t ならばカード 1A2 からバンドモデルパラメータのファイル名を読み込む。 それ以外は、 標準 (1cm - 1) のバンドモデルのデータベースを使用する。
LFLTNM: t ならばカード 1A3 からユーザ指定の instrument filter function のファイル名を読み込む。
COLCON: SOLCON の吸収の値。
(3) カード 2:具体的なエアロゾルモデルや気象条件等を設定する。
入力パラメータ:APLUS,IHAZE,CNOVAM,ISEASN,ARUSS,IVULCN,ICSTL,ICLD,IVSA,VIS, WSS,WHH,RAINRT,GNDALT
書式:A2,I3,A1,I4,A3,I2,3(I5),5F10.5
APLUS: Aerozol Plus オプション (カード 2A+) を使用する場合は、 A+を選択。 通常は空白。
IHAZE: エアロゾルモデル (標高 0〜2km) の設定。
IHAZE = -1 エアロゾルなし、 雲あり
= 0 エアロゾル、 雲なし
= 1 RURAL(田園型); VIS(水平視程) = 23km
= 2 RURAL(田園型); VIS = 5km
= 3 NAV Y MARIT IME(海軍沿海型); VIS は風速と相対湿度により設定される
= 4 MARIT IME(沿海型); VIS = 23km
= 5 URBAN(都市型); VIS = 5km
= 6 T ROP OSP HERIC(対流圏型); VIS = 50km
= 7 ユーザの定義するエアロゾルモデル (カード 2D; 2D1; 2D2 で定義)
= 8 F OG1(霧); VIS = 0:2km
= 9 F OG2(放射状の霧); VIS = 0:5km
= 10 DESERT (砂漠); VIS は風速により設定される
ISEASN: エアロゾルモデル (標高 2〜10km) の設定。
ISEASN = 0 MODEL により決定
MODEL = 0:1:2:4:6:7 春夏モデル
MODEL = 3:5 秋冬モデル
= 1 春夏モデル
= 2 秋冬モデル
ARUSS: 任意の波長のエアロゾルモデルを設定する場合は、 USS を設定。 通常は空白。
IVULCN: エアロゾルモデル (標高 10〜100km) の設定。 火山性エアロゾルに関する設定。通常は 0 または 1 を使用。
IV ULCN = 0; 1 BACKGROUNDST RAT OSP HERIC の鉛直分布プロファイルと減衰
= 2 MODERAT EV OLCANIC プロファイルと AGEDV OLCANIC の減衰
= 3 HIGHV OLCANIC プロファイルと F RESHV OLCANIC の減衰
= 4 HIGHV OLCANIC プロファイルと AGEDV OLCANIC の減衰
= 5 MODERAT EV OLCANIC プロファイルと F RESHV OLCANIC の減衰
= 6 MODERAT EV OLCANIC プロファイルとBACKGROUNDST RAT OSP HERIC の減衰
= 7 HIGHV OLCANIC プロファイルとBACKGROUNDST RAT OSP HERIC の減衰
= 8 EXT REMEV OLCANIC プロファイルと F RESHV OLCANIC の減衰
(4) ICSTL: エアマス特性。 Navy maritime モデル (IHAZE=3) の時に使用。 デフォルトの値は 3.
ICST L = 1 ひろびろとした海 (海洋性) ..
.
= 10 大陸の影響が強い (大陸性)
ICLD: 雲や雨に関する設定。
ICLD = 0 雲 ・ 雨なし
= 1 積雲 (雲底 0:66km 雲頂 3:0km)
= 2 高層雲 (雲底 2:4km 雲頂 3:0km)
= 3 層雲 (雲底 0:33km 雲頂 1:0km)
= 4 積層雲 (雲底 0:66km 雲頂 2:0km)
= 5 乱層雲 (雲底 0:16km 雲頂 0:66km)
= 6 層雲による霧雨をシミュレーション
= 7 乱層雲による小雨をシミュレーション
= 8 乱層雲による (適度な) 雨をシミュレーション
= 9 乱層雲による大雨をシミュレーション
= 10 乱層雲による極度に激しい雨をシミュレーション
= 11 ユーザが定義した雲
= 18 標準の巻 (絹) 雲
= 19 光学的にうすい巻 (絹) 雲
IVSA: Army Vertical Structure Algorithm(VSA) の設定。 1 は使用、 0 は不使用。 通常は指定しない。
VIS: 水平視程 (単位は km)。 IHAZE 設定時に決められるが、この設定が指定された場合 は、 この値を使用する。 0 の場合は、 IHAZE 設定に従う。
WSS: 現在の風速の指定。 Navy maritime と desert エアロゾル (IHAZE=3,10) の時有効。通常は指定しない。
WHH: 24 時間平均風速を設定。 Navy varitime(IHAZE=3) の時有効。 通常は指定しない。
RAINRT: 降水量の設定。 通常は指定しない。
GNDALT: 地表面の海抜 (単位は km) を設定。
(5) カード 2A+:エアロゾル 1〜4 の高度を設定する。 (カード 2 の APLUS='A+' の場合のみ)
入力パラメータ:ZAER11,ZAER12,SCALE1,ZAER21,ZAER22,SCALE2, ZAER31,ZAER32,SCALE3,ZAER41,ZAER42,SCALE4
書式:3(1X,F9.0),20X,3(1X,F9.0) ZAERi1 エアロゾル i の新しい下端高度
ZAERi2 > ZAERi1 エアロゾル i の新しい上端高度
< ZAERi1 新しい下端高度に直す
= ZAERi1 デフォルトの値に設定する
SCALEi > 0:0 鉛直プロファイルを SCALEi 倍する
= 0 or 空白 鉛直プロファイルを 1:0 倍する
tape5 の設定例を以下に示す。
A+ 1 1 0 0 0 0 0.000 0.000 0.000 0.000 (CARD2)
.70 3.7 .5 15.0 .5
35.5 65.5 1.0 70.0 90.0 (CARD2A+)
______________表_1:_Default_Aerozol_Region_Boundaries__________
|_Aerozol_|Common_Region_Definition|Actual_ZAERi1|Actual_ZAERi2_|_
|____1____|_______0-2km__________|_____0km______|_____3km______|
|____2____|_______2-10km__________|____2km______|_____11km_____|
|____3____|______10-30km_________|_____10km_____|_____35km_____
|____4____|______30-100km_________|____30km_____|____100km_____|
(6) MODEL=0 または 7 が設定された場合は、 カード 2C,2C1,2C2,2C2X,2C3 を設定しなけれ ばならない。
カード 2C:大気層の数と次に読み込むカードの指定。
入力パラメータ:ML,IRD1,IRD2,TITLE
書式:315,A65
ML = 大気層の数を指定。
IRD1 = カード 2C2 を読む場合は 1、 読まない場合は 0。
IRD2 = カード 2C3 を読む場合は 1、 読まない場合は 0。
T IT LE = タイトルを指定するようになっているが、 特に意味はないので、 指定しなくてもよい。
カード 2C1:各大気層の気圧、 気温等を設定する。 パラメータを空白にして場合、 そのパラメータは、 省略時設定のデータに置き換えられる。 高度以外の単位は JCHAR で指定される。
入力パラメータ:ZMDL,P,T,WMOL(1),WMOL(2),WMOL(3), (JCHAR(J),J=1,14), JCHARX
書式:F10.3,5E10.3,14A1,1X,A1
ZMDL = 大気層境界の高度 (km)
P = 気圧
T = 気温
W MOL(1) = H2O
W MOL(2) = CO2
W MOL(3) = O3
JCHAR(1 - 14) = 単位、 モデル (1 - 6) による大気の設定
JCAHRX = 重い分子に関する設定
カード 2C2:残りの空気分子量の設定。 IRD=1 の場合。
入力パラメータ:WMOL(4-12)
書式:8E10.3 W MOL(4 - 12) : N2O; CO; CH4; O2; NO; SO2; NO2; NH3; HNO3それぞれの気体の分子含有量 (表 2)
カード 2C2X:重い分子量の設定。 IRD=1,MDEF=2 の場合。
入力パラメータ:WMOLX(1-13)
書式:8E10.3 W MOLX(1 - 13) : 重い分子。 それぞれの気体の分子含有量 (表 3)
(7) カード 2C3:消散係数、 水蒸気量、 降水量を指定する。 IRD2=1 の場合。
入力パラメータ:AHAZE,EQLWCZ,RRATZ,IHA1,ICLD1,IVUL1,ISEA1,ICHR1
書式:10X,3F10.3,515 AHAZE = 高度 ZMDL における波長 0:55~m の消散係数 (km-1)。
EQLW CZ = ZMDL における含水比 (gm=m3)。 これはエアロゾル、 雲、 霧のモデルに使用される。
RRAT Z = ZMDL における降水率 (mm=hr)。
IHA1 = IHA1; ICLD1; IV UL1 はどれか一つが適用される。 IHA1 は ZMDL における 0km〜2km のエアロゾルを IHAZE(カード 2) で指定したプロダクト
ICLD1 = ZMDL のおける雲の消散係数を ICLD(カード 2) で指定したプロファイルに設定。
IV UL1 = ZMDL のおける 10km〜100km のエアロゾルを IV ULCN(カード 2) で指定したプロファイルに設定。
ISEA1 = ZMDL におけるエアロゾルの季節モデルを指定。 ISEASN(カード 2) 参照。
ICHR1 = これは 0 を設定。
表 2: JCHAR(J)(j=1-14)_と_P,T,WMOL_の関係
|__J__|Variable_|_Species_|_
|__1__|__P_____|__気圧__|
|__2__|__T_____|__気温__|
|__3__|WMOL(1)__|_H2O__|_
|__4__|WMOL(2)__|_CO2__|_
|__5__|WMOL(3)__|__O3___|
|__6__|WMOL(4)__|_N2O__|_
|__7__|WMOL(5)__|__CO___|
|__8__|WMOL(6)__|_CH4__|_
|__9__|WMOL(7)__|__O2___|
|_10_|WMOL(8)__|__NO___|_
|_11_|WMOL(9)__|__SO2__|_
|_12_|WMOL(10)_|__NO2__|_
|_13_|WMOL(11)_|__NH3__|_
|_14_|WMOL(12)_|_HNO3_|_
表_3:_JCHAR(1)_気圧の単位の設定_
|_____|________単位__________|_
|__A__|_________mb___________|
|__B__|________atm___________|
|__C__|________torr__________ |
|_1-6_|MODEL_のデフォルトの値_|
(8) 表_4:_JCHAR(2)_気温の単位の設定_
|_____|________単位__________|_
|__A__|_________K____________|
|__B__|_________C____________|
|_1-6_|MODEL_のデフォルトの値_|
_ 表_5:_JCHAR(3-14)_単位の設定_
|_____|________単位__________|_
|__A__|________ppmv__________|3
|__B__|___modecules=cm_______|
|__C__|_______gm/kg__________|3
|__D__|_______gm=m__________|_
|__E__|_________mb___________|
|__F__|_TD_in_T(K)_H2O_のみ__ |
|__G__|_TD_in_T(C)_H2O_のみ__ |
|__H__|____RH_H2O_のみ_______|
|_1-6_|MODEL_のデフォルトの値_|
カード 2C,2C1 の設定例を以下に示す。
36 0 0NSM RUN
0.000E+00 9.230E+02 3.500E+01 1.000E+01 .000E+00 .000E+00ABH222222222222
1.000E+00 8.217E+02 3.033E+02 8.667E+00 .000E+00 .000E+00AAH222222222222
2.000E+00 7.306E+02 2.986E+02 7.245E+00 .000E+00 .000E+00AAH222222222222
3.000E+00 6.468E+02 2.923E+02 5.945E+00 .000E+00 .000E+00AAH222222222222
↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑
高度 気圧 気温 水蒸気 二酸化炭素 オゾン JCHAR
大気層の数は 36。 IRD1,IRD2 は読まない。 気圧の単位は JCHAR(1)=A なので mb。 気温は高度 0km の時の単位は JCHAR(2)=B なの で℃。 0km 以外の単位は JCHAR(2)=A なので K。 水蒸気の単位は JCHAR(3)=H なので RH(相対湿度)。 二酸化炭素、 オゾンは JCHAR がそれぞれ 2 になっているので MODEL=2 の中緯度夏期のデフォルトの値が使用される。 カード 2 で IHAZE=7 または ICLD=11 とした場合、 カード 2D,2D1,2D2 でエアロゾル のパラメータを指定することができる。
(9) カード 2D:4 つの高度領域のエアロゾルについてパラメータを指定するかを設定。 IHAZE=7 または ICLD=11 の場合。
入力パラメータ:IREG(1),IREG(2),IREG(3),IREG(4)
書式:4I5
IREG(N) = 0 デフォルトの値を使用。
= 1 消散係数、 吸収係数、 非対称性パラメータを読み込む
カード 2D1:IREG(N)=1 の場合。
入力パラメータ:AWCCON,TITLE
書式:E10.3,18A4 AW CCON 水蒸気量 (gm=m3) から消散係数 (km-1) への変換係数
T IT LE タイトルを指定できるが、 設定しなくてもよい。
カード 2D2:エアロゾルの消散係数、 吸収係数、 非対称性パラメータを指定する。
入力パラメータ:VX(I),EXTC(N,I),ABSC(N,I),ASYM(N,I),I=1,47
書式:3(F6.2,2F7.5,F6.4)
V X(I) = 波長
EXT C(N; I) = 消散係数。 0:55~m の消散係数で正規化する。
EXT (~)=EXT (0:55~m)
ABSC(N; I) = 吸収係数。 0:55~m の消散係数で正規化する。
ABS(~)=EXT (0:55~m)
ASY M(N; I) = 非対称性パラメータ。
(10) カード 2 の ARUSS を空白とし、 IREG(N)=1 とした場合は表のような 47 波長に ついて消散係数、 吸収係数、 非対称性パラメータを設定しなければならない。 ARUSS='USS' とした場合は IREG(N)=N とし、 N 個の波長について設定できる。
表_6:_エアロゾルのパラメータを設定する波長_
|_Index_|Wavelength_|Index|Wavelength_|_
|___1___|___0.2_____|25___|___9.0____ |
|___2___|___0.3_____|26___|___9.2____ |
|___3___|_0.3371___|_27___|___10.0___ |
|___4___|__0.55____|_28___|__10.591__ |
|___5___|_0.6943___|_29___|___11.0___ |
|___6___|__1.06____|_30___|___11.5___ |
|___7___|__1.536____|31___|___12.5___ |
|___8___|___2.0_____|32___|___14.8___ |
|___9___|__2.25____|_33___|___15.0___ |
|___10___|__2.5_____|34___|___16.4___ |
|___11___|__2.7_____|35___|___17.2___ |
|___12___|__3.0_____|36___|___18.5___ |
|___13___|3.3923___|_37___|___21.3___ |
|___14___|_3.75____|_38___|___25.0___ |
|___15___|__4.5_____|39___|___30.0___ |
|___16___|__5.0_____|40___|___40.0___ |
|___17___|__5.5_____|41___|___50.0___ |
|___18___|__6.0_____|42___|___60.0___ |
|___19___|__6.2_____|43___|___80.0___ |
|___20___|__6.5_____|44___|__100.0___ |
|___21___|__7.2_____|45___|__150.0___ |
|___22___|__7.9_____|46___|__200.0___ |
|___23___|__8.2_____|47___|__300.0___ |
|___24___|__8.7_____|____|___________|
(11) カード 2D,2D1,2D2 の設定例を以下に示す。
1 0 0 0
0.000e+00region #1 desert summer aerosol
0.204.689790.304780.0485 0.302.504910.190790.0489 0.342.096190.167060.0490
0.551.000000.167060.0492 0.690.705550.074490.0493 1.060.376150.046910.0493
1.540.217590.031430.0493 2.000.147680.023700.0493 2.250.124300.090620.0493
2.500.106540.018690.0492 2.700.095220.017220.0492 3.000.081660.015400.0492
3.390.068240.013530.0491 3.750.058970.012170.0491 4.500.045240.010050.0490
5.000.038770.008990.0489 5.500.033700.008140.0488 6.000.029670.007430.0487
6.200.028280.007180.0487 6.500.026400.006830.0487 7.200.022750.006140.0487
7.900.019880.005580.0487 8.200.018820.005360.0487 8.700.017250.005040.0488
9.000.016400.004870.0487 9.200.015860.004760.0487 10.000.013980.004360.0486
10.590.012780.004110.0484 11.000.012040.003950.0483 11.500.011210.003780.0481
12.500.009780.003460.0476 14.800.007350.002910.0461 15.000.007180.002870.0460
16.400.006150.002620.0448 17.200.005650.002490.0441 18.500.004960.002310.0430
21.300.003850.002000.0403 25.000.002890.001700.0364 30.000.002110.001410.0315
40.000.001330.001050.0202 50.000.000960.000840.0130 60.000.000760.000700.0090
80.000.000540.000520.0051100.000.000420.000410.0033150.000.000280.000270.0014
200.000.000210.000200.0008300.000.000130.000130.0003
↑ ↑ ↑ ↑
波長 消散 吸収 非対称性パラメータ
ここでは、 IREG(1)=1 とし 0-2km の領域のエアロゾルのパラメータを指定し、 その他の領域のエアロゾルはデフォルトの値を使用している。 また、 ARUSS は空白としているので、47 波長についてパラメータを設定している。
ガウスザイデル多重散乱計算プログラムの使用方法
ガウスザイデルにより、 消散係数、 吸収係数、 非対称性パラメータを求める方法 について説明する。
ガウスザイデルの出力ファイル (gauss.out,phase.inp,gauss.fld) からは消散係数、 吸収係数、非対称性パラメータは得られない。 しかし、１次散乱アルベドを求めているので、プログラム中では消散係数、 吸収係数は求めている。 そこで、 プログラムを改良し、 消散係数、 吸収係数を出力させるようにする。 atmstr.f の中の phasf というサブルーチンで１次散乱アルベドを求めている。 １４３行目にある omega0=cscat/cext と１４４行目にある
if(omega0.gt.1.0)omega0=1.0 の間に
write(*,*)cscat, 'cscat' と write(*,*) cext, 'cext' をいれる。 コンパイルし実行すると散乱係数 (cscat)、消散係数 (cext) が出力される。 吸収係数は消散係数-散乱係数により求めることができる。
非対称性パラメータは、 位相関数で重みづけられた散乱角の余弦の重み平均で、 前方散乱の度合を示すパラメータである。 つまり、
R1
cos`p(cos`)d(cos`)
g = -1 _________________R1 (1)
-1 p(cos`)d(cos`)
で定義される。 ここで、 ` は散乱角、 p(cos`) は位相関数である。 散乱位相関数は phase.inpにより得られるので、 上の式により非対称性パラメータを求めることができる。
(12) カード 3:目標物と観測点の位置情報を設定する。
入力パラメータ:H1,H2,ANGLE,RANGE,BETA,RO,LENN,PHI
書式:6F10.3,15,5X,F10.3
H1 = 人工衛星 (観測点) の高度 (km)。
H2 = 地表面 (目標物) の高度 (km)。
ANGLE = 観測点から目標物までの天頂角。 人工衛星に届く光量を計算する場合、 通常 180° にする。
RANGE = パスの長さ (km)。
BET A = H1 と H2 に対する地球の中心角。
RO = 地球の半径。 空白にすると MODEL により規定された値が使用される。
LENN = 光路の種類を指定。 1 の場合は大気の周縁観測における計算として利用される。 通常は 0 を使用。
P HI = H2 から H1 に対しての天頂角。 (2)
カード 3 において、 すべての値を設定する必要はない。
o 水平な経路 (ITYPE=1) の場合
- H1,RANGE を設定。
o 2 点間の鉛直または斜め経路 (ITYPE=2) の場合
- H1,H2,ANGLE,LENN を設定。
- H1,ANGLE,RANGE を設定。
- H1,H2,RANGE を設定。
- H1,H2,BETA を設定。
- H2,H2,PHI,LENN を設定。
- H2,PHI,RANGE を設定。
o 大気圏外または地表面への鉛直または斜め経路 (ITYPE=3) の場合
- H1,ANGLE を設定。
- H1,H2 を設定。
H2,PHI を設定。
(13) カード 3A1:カード 1 で IEMSCT=2 とした場合、 必ず設定しなければならない。
入力パラメータ:IPARM,IPH,IDAY,ISOURC
書式:4I5
IP ARM = カード 3A2 の設定。 (0; 1; 2; 10; 11; 12) 通常は 2 を設定。
IP H = エアロゾルの位相関数データの設定。
= 0 は、 Henyey - Greenstein 位相関数を使用。
= 1 は、 ユーザ定義の位相関数を使用。
= 2 は MODT RAN で用意されている位相関数を使用する。 通常は 2 を選択。
IDAY = ジュリアン日を設定。 1 月 1 日は 1、 2 月 1 日は 32 とする。
ISOURC = 太陽を光源とするなら 0 を選択。 月を光源とするなら 1 とする。
カード 3A2:このカードはカード 3A1 により設定する内容が異なる。
入力パラメータ:PARM1,PARM2,PARM3,PARM4,TIME,PSIPO,ANGLEM,G
書式:8F10.3
IPARM=0 の場合
PARM1 = 観測点の緯度 (-90° 〜 + 90°)
PARM2 = 観測点の経度 (0° 〜360° Greenwich の西より)
PARM3 = 光源 (太陽または月) の緯度
PARM4 = 光源の経度
IPARM=1 の場合 IDAY と TIME は必ず指定しなければならない。
PARM1 = 観測点の緯度 (-90° 〜 + 90°)
PARM2 = 観測点の経度 (0° 〜360° Greenwich の西より)
PARM3 = 必要なし。
PARM4 = 必要なし。
IPARM=2 の場合
PARM1 = 観測点 - 目標点と目標点 - 太陽の相対方位角。 直下観測 (ANGLE = 180) を 仮定する場合は、 方位角による依存性はないので、 適当な値でよい。
PARM2 = 太陽天頂角。
PARM3 = 必要なし。
PARM4 = 必要なし。
IPARM=10 の場合
PARM1 = H2 の緯度。
PARM2 = H2 の経度。
PARM3 = 光源の緯度。
PARM4 = 光源の経度。
PSIP O = H2 から H1 への方位角。
(14) IPARM=11 の場合
PARM1 = H2 の緯度。
PARM2 = H2 の経度。
TIME = グリニッジ時間。
PSIP O = H2 から H1 への方位角。
IPARM=12 の場合
PARM1 = H2 における太陽の相対方位角。
PARM2 = H2 における太陽の天頂角。
TIME = グリニッジ時間。 (IP ARM = 1; 11 の場合)
PSIP O = パスの方位角。 (IP ARM = 0; 1; 10; 11 の場合)
ANGLEM = 月の位相角。 (ISOURC = 1 の場合のみ)
G = Henyey - Greenstein 位相関数を利用する場合の非対称性パラメータ。
G = +1 完全前方散乱、 G = 0 等方散乱、 G = -1 完全後方散乱。
カード 4:スペクトルの範囲を指定する。
入力パラメータ:V1,V2,DV,FWHM,YFLAG,XFLAG,DLIMIT,FLAGS
書式:4F10.0,2A1,A8,A7
V1 = 始まりの波数 (cm-1)。
V2 = 終わりの波数。
DV = 波数の刻み幅 (整数、 最大 50)。
FWHM = スリット関数の幅。 無難な設定は、 IDV と同じ値を使用する。
カード 5:反復計算するかどうかを設定。
入力パラメータ:IRPT
書式:I5
IRP T = 通常は 0(終了) を設定する。 同じ条件で衛星センサのバンドを 変更するだけの場合は、 4 を設定する。 4 を設定した場合は、 このカードの後に、 カード 4、 カード 5 を作成する必要がある。
(15) いくつか設定例を示す。
◯大気上端輝度 (TOA 輝度) を求める場合。 (大気モデルは中緯度夏期、 エアロゾルは MARITIMEモデル、 直下観測 (ANGLE=180) とし、 太陽天頂角は 30 ° 、 地表面反射率は 0.5)
M 2 3 2 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 .500
F 0F 0
4 0 0 0 0 0 0.000 0.000 0.000 0.000
50.000 .000 180.000 .000 .000 .000 0
2 2 1 0
0.0 30.0 .000 .000 .000 .000 .000 .000
18000 30000 2 2
0
◯大気の透過率や光学的厚さを求める場合。 (大気モデルとエアロゾルモデル (0〜2km) はユーザ定義。 )
t 7 2 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 .000 .00
f 0f 0 330.000 0.00000 a 0.306 f t f
DATA/BMP97`01.BIN
7 0 0 0 0 0 130.000 .000 .000 .000 .00
36 0 0NSM RUN
0.000E+00 8.490E+02 2.500E+01 3.000E+01 .000E+00 .000E+00ABH666666666666
1.000E+00 7.559E+02 2.935E+02 2.600E+01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
2.000E+00 6.721E+02 2.890E+02 2.173E+01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
3.000E+00 5.950E+02 2.829E+02 1.783E+01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
4.000E+00 5.263E+02 2.768E+02 1.537E+01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
5.000E+00 4.643E+02 2.707E+02 1.237E+01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
6.000E+00 4.081E+02 2.647E+02 1.180E+01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
7.000E+00 3.570E+02 2.581E+02 1.193E+01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
8.000E+00 3.117E+02 2.515E+02 1.166E+01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
9.000E+00 2.715E+02 2.449E+02 1.187E+01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.000E+01 2.355E+02 2.384E+02 1.159E+01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.100E+01 2.036E+02 2.318E+02 7.671E+00 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.200E+01 1.751E+02 2.252E+02 4.211E+00 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.300E+01 1.500E+02 2.186E+02 2.135E+00 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.400E+01 1.282E+02 2.185E+02 1.155E+00 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.500E+01 1.089E+02 2.185E+02 6.674E-01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.600E+01 9.302E+01 2.185E+02 5.531E-01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.700E+01 7.961E+01 2.185E+02 4.590E-01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.800E+01 6.805E+01 2.197E+02 3.372E-01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.900E+01 5.824E+01 2.208E+02 2.564E-01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
2.000E+01 4.986E+01 2.221E+02 1.935E-01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
2.100E+01 4.274E+01 2.233E+02 1.504E-01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
2.200E+01 3.662E+01 2.245E+02 1.168E-01 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
2.300E+01 3.151E+01 2.257E+02 9.352E-02 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
(16)
2.400E+01 2.698E+01 2.269E+02 7.335E-02 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
2.500E+01 2.321E+01 2.281E+02 5.784E-02 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
3.000E+01 1.106E+01 2.368E+02 1.220E-02 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
3.500E+01 5.464E+00 2.484E+02 2.059E-03 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
4.000E+01 2.790E+00 2.609E+02 3.701E-04 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
4.500E+01 1.475E+00 2.735E+02 7.876E-05 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
5.000E+01 7.970E-01 2.794E+02 2.756E-05 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
5.500E+01 4.316E-01 2.729E+02 2.362E-05 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
6.000E+01 2.279E-01 2.605E+02 3.150E-05 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
7.000E+01 5.615E-02 2.210E+02 2.796E-04 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
8.000E+01 1.005E-02 1.764E+02 2.850E-02 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1.000E+02 0.000E+00 1.930E+02 3.938E-06 .000E+00 .000E+00AAH666666666666
1 0 0 0
0.000e+00region #1 desert summer aerosol
0.201.201410.226880.0650 0.301.120530.191040.0634 0.341.097410.180910.0631
0.551.000000.139800.0620 0.690.953350.121750.0614 1.060.867930.092490.0605
1.540.791910.071020.0596 2.000.736620.058130.0590 2.250.712760.052960.0588
2.500.689030.048630.0585 2.700.673490.045670.0583 3.000.651920.041830.0581
3.390.622730.037670.0578 3.750.601160.034450.0575 4.500.564460.029020.0572
5.000.537710.026130.0568 5.500.512070.023660.0565 6.000.490920.021600.0563
6.200.483800.020880.0563 6.500.474260.019820.0564 7.200.455870.017740.0567
7.900.439190.015330.0571 8.200.431640.015330.0573 8.700.419000.014320.0576
9.000.410880.013790.0576 9.200.405000.013430.0577 10.000.381760.012210.0578
10.590.362890.011380.0577 11.000.350220.010880.0577 11.500.334660.010350.0575
12.500.303060.009320.0571 14.800.238260.007570.0555 15.000.233280.007450.0554
16.400.200920.006670.0541 17.200.184000.006280.0534 18.500.160010.005700.0521
21.300.119320.004760.0492 25.000.082040.003830.0447 30.000.051050.003000.0396
40.000.021900.002000.0254 50.000.011100.001490.0160 60.000.006170.001190.0110
80.000.002490.000840.0061100.000.001340.000660.0039150.000.000560.000420.0017
200.000.000350.000310.0010300.000.000210.000200.0004
50.000 0.000 180.000 .000 .000 .000 0 0.00000
4000 30000 2 2
0
17