ModTran 使用教程

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标签: MODTRAN 大气辐射传输 仿真

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 即可,默认会安装到 C:\PcModWin40\Usr

运行

在沙盒中运行:

运行 PcModWin
运行 PcModWin

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 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 。调整为 可以设置为 x 流近似。

scattering
scattering
Disort 注意事项如果你使用 Disort,推荐设置为 16 流,其他在 Windows 11 上可能无法运行。此外,仿真时命令行可能会多次卡住,此时按下 Ctrl + C 即可。

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:

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

总透射辐亮度与频率的关系
总透射辐亮度与频率的关系
总辐亮度与频率的关系
总辐亮度与频率的关系

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。

总透射辐亮度与频率的关系
总透射辐亮度与频率的关系
总辐亮度与频率的关系
总辐亮度与频率的关系

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Comments

评论

  • Rikki  

    哇,好复古的界面设计
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