ModTran 使用教程

MODTRAN (MODerate resolution atmospheric TRANsmission) 是一個大氣輻射傳輸模擬軟體。下面，我們將介紹如何在 Windows 11 上安裝和使用 PcModWin 4.0 完成一次基本的模擬流程。

安裝#

在 Windows 11 上直接執行安裝程式，會沒有任何反應。

推薦使用 Sandboxie-Plus。

安裝過程全部預設 Next > 即可，預設會安裝到 C:\PcModWin40\Usr。

執行#

在沙盒中執行：

模擬#

載入模型#

載入預設模型，點選 File > Open，選擇 CaseM01.ltn 即可。

設定引數#

點選 Card1_input 可以設定引數。

第一頁調整模型的大氣引數。比如，可以設定大氣模式為 6 種標準大氣模式中的一種。

第二頁預設即可。

第三頁設定散射演算法，預設為 ModTran 2。調整為 Distort 可以設定為 x 流近似。

第四頁設定表面引數，預設即可。

第五頁設定太陽輻射引數，預設即可。

第六頁設定氣溶膠引數。第一項 Aerosol Model Used 可以設定能見度，比如 23 km 和 5 km。

第七頁設定幾何和光譜引數。比較重要的：

• 觀測的天頂角（Zenith Angle / deg）：預設為 180，即垂直向下。

• 初始頻率（Initial Frequency）：預設為 1/cm。可以根據波長設定。這裡我們將第二個輸入框設定為 0.4 (um)。頻率和後面的 nm 單位會自動計算。

• 最終頻率（Final Frequency）：預設為 1/cm。可以根據波長設定。這裡我們將第二個輸入框設定為 0.8 (um)。頻率和後面的 nm 單位會自動計算。

• 頻率間隔（Frequency Increment）：預設為 1/cm。可以根據波長設定。這裡我們將第一個輸入框設定為 10。

第八頁設定日月引數，可以更改太陽天頂角（Solar Zenith Angle / deg），預設為 60。

執行模擬#

點選 Run Model > Run Modtran 即可開始模擬。

檢視結果#

結果分析#

我們需要手動找到輸出的資料。右鍵所用的沙盒，點選「沙盒內容」>「瀏覽內容」，找到 drive\C\PcModWin40\Bin\tape7，用編輯器開啟。

在第 11 行開始，會有如下的 tsv 輸出：

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

這裡的資料是在不同頻率時的模擬結果。你可以使用你喜歡的工具分析。注意這個輸出的格式不是 tsv 之類的，需要你稍微手動編輯一下。

下面是一些例子：

能見度條件對比#

23 km 能見度與 5 km 能見度相比，總透射輻亮度明顯更高，總輻亮度略高於後者。這是因為能見度越高，光子與大氣中氣溶膠和氣體相互作用的次數越少，光子的傳播距離越遠，總輻亮度越高。

演算法對比#

MODTRAN 2 演算法使用原始 Isaacs 雙流演算法，而 DISORT 演算法使用離散縱座標近似。對於總投射輻亮度，使用 DISORT 16 流近似和 MODTRAN 2 演算法的結果近似，後者給出的結果的準確度更高。對於總輻亮度，使用 16 流近似的結果更正確。