SBDART辐射传输模式的输入.docx
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SBDART辐射传输模式的输入
关于平面平行辐射传输模式（SBDART）的文件输入（2012年夏发布）
此文件向SBDART（平面平行辐射传输模式）提供文件输入参数。
SBDART是一种软件工具，用来计算地球大气和表面在无云和多云条件下的平面平行辐射传输。
对于该程序的一般性描述和评论请参阅Ricchiazzi在1998年的说明。
（美国气象学会公告，1998年10月）。
SBDART的主要输入文件称为INPUT。
此文件包含一个单独的NAMELIST输入区也称为INPUT。
NAMELIST输入的一大显著优势就是不是所有元素的输入数据块都需要被用户指定。
由于大部分代码的输入被初始化为合理默认值，新用户可以先指定一些相关程度较高的输入参数。
输入参数的默认状态可以通过从当前工作目录中移出的INPUT来确定。
当SBDART检测到没有INPUT文件输入时，它将打印所有输入的默认设置参数。
该输出可以被重新定向到一个文件中进行编辑。
INPUT的默认配置如下：
=====================================================================
&INPUT
idatm=4,amix=0.0,isat=0,
wlinf=0.550,wlsup=0.550,wlinc=0.0,
sza=0.0,csza=-1.0,solfac=1.0,
nf=2,iday=0,time=16.0,
alat=-64.7670,alon=-64.0670,zpres=-1.0,
pbar=-1.0,sclh2o=-1.0,uw=-1.0,
uo3=-1.0,o3trp=-1.0,ztrp=0.0,
xrsc=1.0,xn2=-1.0,xo2=-1.0,
xco2=-1.0,xch4=-1.0,xn2o=-1.0,
xco=-1.0,xno2=-1.0,xso2=-1.0,
xnh3=-1.0,xno=-1.0,xhno3=-1.0,
xo4=1.0,isalb=0,albcon=0.0,
sc=1.0,3*0.0,zcloud=5*0.0,tcloud=5*0.0,
lwp=5*0.0,nre=5*8.0,rhcld=-1.0,
krhclr=0,jaer=5*0,zaer=5*0.0,
taerst=5*0.0,iaer=0,vis=23.0,
rhaer=-1.0,wlbaer=47*0.0,tbaer=47*0.0,
abaer=-1.0,wbaer=47*0.950,gbaer=47*0.70,
pmaer=940*0.0,zbaer=50*-1.0,dbaer=50*-1.0,
nothrm=-1,nosct=0,kdist=3,
zgrid1=0.0,zgrid2=30.0,ngrid=50,
zout=0.0,100.0,iout=10,deltam=t,
lamber=t,ibcnd=0,saza=180.0,
prnt=7*f,ipth=1,fisot=0.0,
temis=0.0,nstr=4,nzen=0,
uzen=20*-1.0,vzen=20*90,nphi=0,
phi=20*-1.0,imomc=3,imoma=3,
ttemp=-1.0,btemp=-1.0,spowder=f,
idb=20*0
/
说明：
令人失望的是，许多fortran编译器在应对不正确的NAMELIST输入文件时，会产生相当潜在的错误信息。
以下是三种常见的的NAMELIST错误信息及其含义：
1.错误信息：
在NAMELIST输入的参考变量无效
含义：
你拼错了一个NAMELIST中的变量名
2.错误信息：
NAMELIST变量的值过多
含义：
你为一个变量所指定的值太多，最有可能是因为你使用了超过一个逗号来隔开变量
3.错误信息：
在程序读取过程中或在名单区INPUT未找到前中止文件
含义：
有两种可能：
A）你没有写进NAMELIST区的分类符（INPUT,DINPUT或者END）或是你拼错了它；或者
B）你使用了错误的字符来表示一个名单区的名称。
FORTRAN90要求名单区开始于&,结束于/，但是大部分FORTRAN77编译器惯用$，$END。
SBDART有时需要使用的其它一些输入文件：
atms.dat–大气廓线（用于获取输入量IDATM）
aerosol.dat–气溶胶信息（用于获取输入量IAER）
albedo.dat–地表反照率（用于获取输入量ISALB）
filter.dat–传感器滤波函数（用于获取输入量ISAT）
solar.dat–太阳光谱（用于获取输入量NE）
usrcld.dat–云垂直廓线（用于获取输入量TCLOUD）
SBDART通常会直接向标准输出设备列出计算结果（即，终端，如果交互运行的话）。
然而，
一些警告信息会不被写入名为SBDART_WARNING的文件中。
其中，问号显示出警告消息的数
量。
当运行SBDART进行过多次的输入操作时，SBDART_WARNING文件将只在进行第一次迭代产生警告条件时创建一次。
警告文件中包括一个警告信息和触发警告的输入文件的副本。
通用选项（NAMELIST&INPUT）:
=====================================
波长范围，滤波器的功能规范
================================================
NF：
太阳光谱选择器
-2=当kidist=-1时，用TOA太阳辐照度从CKTAU文件中读取。
当kidist不为-1时，NF=-2不是一个有效的输入。
-1=从文件solar.dat中读取（由用户提供）
数据文件solar.dat是从当前的工作目录读取。
这种ASCII文件的读取是通过以下自由格式的阅读声明完成的：
read（13,*,end=100）（wlsun（i）,sun（i）,i=1,5000）
100continue
where,wlsunwavelengthsamplepoints（microns）
sundirectnormalsolarirradianceatthetopoftheatmosphere（W/m2/micron）
从solar.dat中读取的波长样本点的数目应该小于等于5000
旧版本的SBDART使用了不同的格式光谱输入文件albedo.dat，filter.dat和solar.dat。
一种perl代码“newform”可以从ftp:
:
/
0=光谱均匀
1=5s太阳光谱
0.005微米的分辨率，0.25微米至4微米
2=LOWTRAN_7太阳光谱（缺省）
20cm-1的分辨率，0.到28780cm-1
10cm-1的分辨率，28780.到57490cm-1
3=MODTRAN_3太阳光谱
20cm-1的分辨率，100-49960cm-1
滤波函数类型
-4高斯滤波器，WLINF-2*WLSUP到WLINF+2*WLSUP
-3三角形滤波器，WLINF-WLSUPtoWLINF+WLSUP
-2平坦滤波器，WLINF-.5*WLSUPtoWLINF+.5*WLSUP
-1用户自定义，从filter.dat中读取
0滤波函数=1，从WLINF到WLSUP（缺省）
说明：
如果ISAT=0并且KDIST=-1，那么WLINF和WLSUP的值只有一种影响效果，就是如果它们与默认值有差别，那么WLINF等于WLSUP。
否则，波长样本点的值与CKTAU文件保持一致。
1METEO
2GOES（EAST）
3GOES（WEST）
4AVHRR1（NOAA8）
5AVHRR2（NOAA8）
6AVHRR1（NOAA9）
7AVHRR2（NOAA9）
8AVHRR1（NOAA10）
9AVHRR2（NOAA10）
10AVHRR1（NOAA11）
11AVHRR2（NOAA11）
12GTR-100ch1
13GTR-100ch2
14GTR-100410nmchannel
15GTR-100936nmchannel
16MFRSR415nmchannel
17MFRSR500nmchannel
18MFRSR610nmchannel
19MFRSR665nmchannel
20MFRSR862nmchannel
21MFRSR940nmchannel
22AVHRR3（nominal）
23AVHRR4（nominal）
24AVHRR5（nominal）
25BiologicalactionspectraforDNAdamagebyUVBradiation
26AIRS1380-460nm
27AIRS2520-700nm
28AIRS3670-975nm
29AIRS4415-1110nm
说明：
如果ISAT=-1，由用户提供的数据文件“filter.dat”从当前工作目录中读取。
这里ASCII文件的读取是只读的自由格式（数字可能会用空格，逗号或回车分隔）；
read（13,*,end=100）（wlfilt（i）,filt（i）,i=1,huge（0））
100continue
where,wlfiltwavelengthsamplepoints（microns）
filtfilterresponsevalue（unitless）
从filter.dat中读取的波长样本点的数目应该小于等于1000
这种文件格式是新的。
以前版本的SBDART使用不同格式的光谱输入文件albedo.dat，filter.dat和solar.dat。
一种perl代码“newform”可以从ftp:
:
/
WLINF:
当ISAT=0时有较低的波长限制（WLINF>.250微米）
当ISAT=-2，-3，-4时为中心波长
WLSUP:
当ISAT=0时有较高的波长限制（WLINF<100.0微米）
当ISAT=-2，-3，-4时等效宽度
说明：
如果ISAT等于-2，使用矩形滤波器（恒定波长）当中心波长位于WLINF和WLSUP等效宽度（全宽=WLSUP）
如果ISAT等于-3，使用三角形滤波器当中心波长位于WLINF和WLSUP等效宽度（全宽=2*WLSUP）（滤波函数在结束点为0，在WLSUP为1）
如果ISAT=-4，使用高斯滤波器当中心波长位于WLINF和WLSUP等效宽度（全宽=4*WLSUP）
如果要求在单一波长输出，那么设置WLINF=WLSUP和ISAT=0.在这种情况下，SADART需要设置WLINC=1（用户指定的WLINC值被忽略），并且辐照度的输出单位是（W/m2/um），辐射的输出单位是（W/m2/um/sr）。
WLINC:
此参数指定了SBDART运行时的光谱分辨率。
虽然被计算限制的光谱范围通常通过波长数据来输入，光谱步长可以由波长、log（波长）[与log（波数）的恒定增量相同]或波数的增量来指定。
选取哪一个决定于你最想将最大分辨率置于哪个光谱通道。
由于SBDART是基于LOWTRAN7自带模型，其中产生的光谱分辨率为20cm-1，这将是过度允许极端谱步长小于1cm-1。
另一方面，光谱分辨率高于1微米也没什么用。
因此，WLINC方式的解读取决于它是否小于1，在0和1之间或大于1。
*WLINC=0（缺省）=>波长的增量等于0.005微米或是波长范围的1/10，取两者中较小的。
如果WLINF=WLSUP，那么WLINC=0.001。
*WLINC<0=>波长增量是当前波长的恒定分量。
WLINC被解释为增量的指定值Δ（λ）/λ,并且波长的步长被调整以使波长的步长近似由当前波长和WLINC产生。
当波长范围延伸到超过过去十年波长时，将波长增量指定为步长的分量会变得有用。
例如，如果波长范围为0.5到20.0，指定波长增量为恒定的0.01微米就可能导致保留短波，消除长波。
设置WLIINC=-.01将导致代码在可见光范围取用约为0.005微米的波长增量，在热红外波段取用约为0.2微米的波长增量，这是对分辨率和电脑运行时间的折中解决。
*1>=WLINC>0=>WLINC相当于波长步长尺度（微米）
如果WLINC>1，那么WLINC是与厘米大小成反比的步长尺度。
如果要求最大保真度并且气体吸收是对输出的主要影响因素，那么WLINC需要设置为20，也就是LOWTRAN自带模型的波数分辨率。
波长步长的总数，nw1，通过以下方式给出
nw1=1+ln（wlsup/wlinf）/|wlinc|wlinc<0
nw1=1+（wlsup-wlinf）/wlinc1>=wlinc>0
nw1=1+10000*（1/wlinf-1/wlsup）/wlincwlinc>1
太阳几何学
==========
SZA：
太阳高度角（度）（默认值=0。
）
太阳能值的输入可通过设置sza>90关闭
SZA在SCZA非负或IDAY非零时可忽略
CSZA：
太阳高度角的余弦值。
如果CSZA>0，太阳高度角被设置为acos（CSZA）（默认值=-1。
）
SAZA：
太阳方位角（度）（默认值=0）
SAZA在IDAY非零时刻忽略。
设置SAZA=180将导致前向散射峰附近出现φ=0（见下文）。
IDAY：
如果IDAY>0，太阳入射角（SZA,SAZA）是按照指定时间和一个内部的太阳星历算法（见子程序zensun）来计算。
IDAY是用来表示多少天为一个标准的“年”的数字，在1月1号IDAY=1，12月31号IDAY=365，IDAY在内部通过mod（IDAY-1,365）+1来替换。
如果IDAY<0，则abs（iday）,time,alat,alon,sza,azm和solfacd的值由代码给出，并标准化输出及退出。
TIME：
十进制小时的UTC时间（格林威治）
ALAT：
地球表面点的纬度
ALON：
地球表面点的东经
说明：
如果IDAY等于0，TIME,ALAT和ALON均可忽略。
SOLFAC：
太阳距离因子。
利用这一因子考虑日地距离季节性变化。
如果用R表示天文单位上的日地距离，则SOLFAC=1/R**2。
当太阳几何形状是通过IDAY，TIME,ALAT和ALON来设置时，SOLFAC由内部设置。
在这种情况下，SOLFAC按照下式给出：
SOLFAC=（1.-eps*cos（2*pi*（IDAY-perh）/365））-2
其中，eps=轨道偏心率=0.01673
perh=近日点天数=2（1月2日）
说明：
日地距离的季节性变化将产生+/3.4%的TOA太阳能流量的扰动。
在与表面测量做详细比较时必须考虑该因子。
NOSCT：
用于边界层气溶胶的气溶胶散射模式：
0正常的散射和吸收处理
1按照（1-ssa*saym）减少光学深度，令ssa=0
2令ssa=0
3按照（1-ssa）减少光学深度，令ssa=0
其中，ssa=单次散射反照率，asym=不对称因子
Nosct不影响平流层气溶胶模型或iaer=5的边界层模式。
表面反射特性
===========
ISALB:
地表发射率特征
-1-光谱地表反照率从“albedo.dat”中读取
0-用户指定，由ALBCON制定的频谱均匀的反照率
1-雪盖
2-清水
3-湖面
4-海面
5-沙地（数据范围为0.4-2.3微米）
6-植被（数据范围为0.4-2.6微米）
7-海水双向反射分布函数，包括生物色素，泡沫材料，太阳反辉区等SC提供的额外输入参数。
8-Hapke解析双向反射分布函数模型。
SC提供额外输入参数。
9-Ross厚型和LI稀疏型双向反射分布函数模型。
SC提供额外输入参数。
说明：
如果ISALB=-1，用户提供的光谱反射率文件“albedo.dat”从当前工作目录读取。
这里ASCII文件的读取是只读的自由格式（数字可能会用空格，逗号或回车分隔）；
read（13,*,end=100）（wlalb（i）,alb（i）,i=1,huge（0））
100continue
where,wlalbwavelengthsamplepoints（microns）
albspectralalbedo（unitless）
从albedo.dat中读取的波长样本点的数目应该小于等于1000
用户指定的反射率可以覆盖所有波长范围和具有任意高的分辨率。
这与标准反射率模型（沙，植被，湖面和海面）在5微米分辨率条件下只有0.25到4微米的指定范围相反。
在2.0版本之前，SBDART使用了不同格式的光谱输入文件albedo.dat,filter.dat和solar.dat。
一种perl代码“newform”可以从ftp:
:
/
说明：
大批量的光谱反射率数据可由JPL谱库获取：
.gov/
jpl光谱文件可以在经过以下这行perl命令处理后呗SBDART使用：
perl-lane'print"$F[0]",$F[1]/100if/^*[0-9]/'albedo.dat
其中jplfile是谱库文件的名称。
ALBCON：
ISALB=0——光谱均匀，地表反照率
SC：
用于isalb=7,8,和10的地表反照率规格参数
----------isalb=7----------
SC指定海洋反射模型参数：
SC
（1）:
在mg/m3单位内的海洋色素浓度。
色素假定包括叶绿素a+脱镁叶绿素a。
色素浓度影响波长范围在0.4-0.7微米的海洋双向反射分布函数（默认值=0.01）。
通过设置SC
（1）=0来关闭内部贡献值。
（值得注意的是，内部贡献值在0即在SC
（1）趋于0时，内部贡献值并不是连续的趋向0。
）
SC
（2）:
海面上以m/s为单位的风速。
风速影响太阳反辉区和为海洋双向反射分布函数贡献的泡沫参数（默认值=5m/s）
SC（3）:
以千分数表示的海洋盐度。
盐度影响海洋表面的菲涅尔反射（默认值=34.3）
说明：
海洋的brdf模型与应用与6s辐射传输的模型几乎相同。
唯一的不同是，SBDART中使用的双向反射分布函数不依赖于风向。
依赖于风向的双向反射分布函数被风向方位角超过360度的平均条件下的6s反射模式消除。
说明：
6s模型不包括任何对于波侧面阴影的规定，，所以表面的阐释或者观察方向的结果有可能是不正确的。
更多的信息可以从Vermote,E.,D.Tanre,J.L.Deuze,M.Herman,andJ.J.Morcrette（1995）等人编写的“SecondSimulationoftheSatelliteSignalintheSolarSpectrum（6S）,user'sguide”中获取。
----------isalb=8----------
SC指定Hapke分析的brdf模型参数：
SC
（1）:
表面粒子的单次散射反照率
SC
（2）:
表面粒子散射的不对称因子
SC（3）:
热点的数量级（反作用）
SC（4）:
热点的宽度
说明：
这种模型是基于Hapke，1981
同样可以参照P.Pinet,A.Cord,S.Chevrel和Y.Daydou，2003：
‘ExperimentaldeterminationoftheHapkeparametersforplanetaryregolithsurfaceanalogs’
通用的植被（实际上是三叶草），可以用sc=0.101,-0.263,0.589,0.046来描述。
（来源于PintyandVerstraete,1991）。
雪盖可以用sc=0.99,0.6,0.0,0.995来描述。
（来源于Domingueetal.,1997和VerbiscerandVeverka,1990）
----------isalb=9----------
SC指定Ross厚型和LI稀疏型brdf模型参数
SC
（1）=各向同性系数
SC
（2）=流量系数
SC（3）=几何阴影系数
SC（4）=热点数量级
SC（5）=热点宽度
（（Ross,1981;Li和Strahler,1992）
----------isalb=10----------
SC指定雪盖，海面，沙地和植被的混合比
复合反照率分数（仅适用于isalb=10）
SC
（1）:
雪盖分数
SC
（2）:
海面分数
SC（3）:
沙地分数
SC（4）:
植被分数
说明：
SC
（1）+SC
（2）+SC（3）+SC（4）不需要总和为1。
因此，使用SC因子来提高给定表面型的整体反射率是可行的。
例如，SC=0,0,2,0产生的表面光谱反射率结果是沙地的两倍。
当心，总的反射率大于1将产生非物理结果。
大气模式
========
默认臭氧（atm-cm）
IDATM:
大气剖面:
水汽（g/cm2）totalbelow_10km
---------------------------------------------------------------------------------------
0用户自定义
1热带大气4.1170.253.0216
2中纬度夏季2.9240.324.0325
3中纬度冬季0.8540.403.0336
4副极地夏季2.0850.350.0346
5副极地冬季0.4180.486.0340
6US621.4180.349.0252
-nListtostandardout
如果IDATM=0，用户提供的大气廓线，“atms.dat”是从当前的工作目录
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