ModTran 使用教程

MODTRAN (MODerate resolution atmospheric TRANsmission) 是一个大气辐射传输仿真软件。下面，我们将介绍如何在 Windows 11 上安装和使用 PcModWin 4.0 完成一次基本的仿真流程。

安装#

在 Windows 11 上直接运行安装程序，会没有任何反应。

推荐使用 Sandboxie-Plus。

安装过程全部默认 Next > 即可，默认会安装到 C:\PcModWin40\Usr。

运行#

在沙盒中运行：

仿真#

加载模型#

加载默认模型，点击 File > Open，选择 CaseM01.ltn 即可。

设置参数#

点击 Card1_input 可以设置参数。

第一页调整模型的大气参数。比如，可以设置大气模式为 6 种标准大气模式中的一种。

第二页默认即可。

第三页设置散射算法，默认为 ModTran 2。调整为 Distort 可以设置为 x 流近似。

第四页设置表面参数，默认即可。

第五页设置太阳辐射参数，默认即可。

第六页设置气溶胶参数。第一项 Aerosol Model Used 可以设置能见度，比如 23 km 和 5 km。

第七页设置几何和光谱参数。比较重要的：

• 观测的天顶角（Zenith Angle / deg）：默认为 180，即垂直向下。

• 初始频率（Initial Frequency）：默认为 1/cm。可以根据波长设置。这里我们将第二个输入框设置为 0.4 (um)。频率和后面的 nm 单位会自动计算。

• 最终频率（Final Frequency）：默认为 1/cm。可以根据波长设置。这里我们将第二个输入框设置为 0.8 (um)。频率和后面的 nm 单位会自动计算。

• 频率间隔（Frequency Increment）：默认为 1/cm。可以根据波长设置。这里我们将第一个输入框设置为 10。

第八页设置日月参数，可以更改太阳天顶角（Solar Zenith Angle / deg），默认为 60。

运行仿真#

点击 Run Model > Run Modtran 即可开始仿真。

查看结果#

结果分析#

我们需要手动找到输出的数据。右键所用的沙盒，点击「沙盒内容」>「浏览内容」，找到 drive\C\PcModWin40\Bin\tape7，用编辑器打开。

在第 11 行开始，会有如下的 tsv 输出：

FREQ   TOT TRANS  PTH THRML  THRML SCT  SURF EMIS   SOL SCAT  SING SCAT  GRND RFLT  DRCT RFLT  TOTAL RAD  REF SOL  SOL@OBS   DEPTH
12485. 0.40669635 5.1623E-28            4.7701E-28 1.4701E-07 2.9647E-08 9.8148E-08 3.3511E-08 2.4516E-07 5.26E-07 7.54E-06   0.900
12486. 0.47100717 5.4052E-28            5.4983E-28 2.2607E-07 3.5646E-08 1.5537E-07 5.0319E-08 3.8144E-07 7.90E-07 7.54E-06   0.753
12487. 0.47655550 5.4059E-28            5.5366E-28 2.3468E-07 3.6231E-08 1.6162E-07 5.2165E-08 3.9630E-07 8.19E-07 7.55E-06   0.741
12488. 0.47596380 5.3800E-28            5.5035E-28 2.3393E-07 3.6187E-08 1.6103E-07 5.1985E-08 3.9496E-07 8.16E-07 7.55E-06   0.742
12489. 0.46592516 5.2978E-28            5.3619E-28 2.1901E-07 3.5155E-08 1.5018E-07 4.8770E-08 3.6919E-07 7.65E-07 7.55E-06   0.764
12490. 0.47586975 5.3306E-28            5.4504E-28 2.3351E-07 3.6124E-08 1.6068E-07 5.1857E-08 3.9419E-07 8.14E-07 7.54E-06   0.743
12491. 0.46820295 5.2572E-28            5.3372E-28 2.2171E-07 3.5269E-08 1.5213E-07 4.9327E-08 3.7384E-07 7.74E-07 7.52E-06   0.759
12492. 0.47614878 5.2802E-28            5.4020E-28 2.3277E-07 3.5963E-08 1.6012E-07 5.1650E-08 3.9290E-07 8.11E-07 7.50E-06   0.742
12493. 0.47661918 5.2566E-28            5.3817E-28 2.3235E-07 3.5826E-08 1.5985E-07 5.1545E-08 3.9221E-07 8.09E-07 7.46E-06   0.741
12494. 0.47313675 5.2128E-28            5.3171E-28 2.2564E-07 3.5235E-08 1.5500E-07 5.0064E-08 3.8064E-07 7.86E-07 7.40E-06   0.748
12495. 0.46910751 5.1711E-28            5.2468E-28 2.1801E-07 3.4557E-08 1.4947E-07 4.8385E-08 3.6747E-07 7.59E-07 7.34E-06   0.757
12496. 0.42784721 4.9749E-28            4.7626E-28 1.6438E-07 3.0650E-08 1.1183E-07 3.8096E-08 2.7620E-07 5.98E-07 7.27E-06   0.849
12497. 0.47309175 5.1486E-28            5.2413E-28 2.2053E-07 3.4448E-08 1.5135E-07 4.8866E-08 3.7188E-07 7.67E-07 7.23E-06   0.748
12498. 0.46997952 5.1041E-28            5.1821E-28 2.1572E-07 3.4069E-08 1.4786E-07 4.7810E-08 3.6358E-07 7.50E-07 7.22E-06   0.755
12499. 0.44197509 4.9391E-28            4.8502E-28 1.7983E-07 3.1514E-08 1.2214E-07 4.0420E-08 3.0197E-07 6.34E-07 7.23E-06   0.817

这里的数据是在不同频率时的仿真结果。你可以使用你喜欢的工具分析。注意这个输出的格式不是 tsv 之类的，需要你稍微手动编辑一下。

下面是一些例子：

能见度条件对比#

23 km 能见度与 5 km 能见度相比，总透射辐亮度明显更高，总辐亮度略高于后者。这是因为能见度越高，光子与大气中气溶胶和气体相互作用的次数越少，光子的传播距离越远，总辐亮度越高。

算法对比#

MODTRAN 2 算法使用原始 Isaacs 双流算法，而 DISORT 算法使用离散纵坐标近似。对于总投射辐亮度，使用 DISORT 16 流近似和 MODTRAN 2 算法的结果近似，后者给出的结果的准确度更高。对于总辐亮度，使用 16 流近似的结果更正确。