Uso dei modelli di trasporto radiativo: parametri di input e di output
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- Annabella Bellini
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1 Uso dei modelli di trasporto radiativo: parametri di input e di output Henri Diémoz ARPA Valle d Aosta Tutorial UV Bologna, 1-3 dicembre 2008
2 premessa i modelli funzionano con i dati che inserisco io! stima nel passato o in tempo reale? in input valori misurati o stimati previsione? in input dati previsti
3 premessa i modelli funzionano con i dati che inserisco io! stima nel passato o in tempo reale? in input valori misurati o stimati previsione? in input dati previsti
4 premessa i modelli funzionano con i dati che inserisco io! stima nel passato o in tempo reale? in input valori misurati o stimati previsione? in input dati previsti
5 premessa i modelli funzionano con i dati che inserisco io! stima nel passato o in tempo reale? in input valori misurati o stimati previsione? in input dati previsti
6 premessa i modelli funzionano con i dati che inserisco io! stima nel passato o in tempo reale? in input valori misurati o stimati previsione? in input dati previsti
7 1 parametri astronomici 2 parametri geografici 3 parametri meteorologici 4 algoritmi di risoluzione 5 output 6 alcuni modelli liberi
8 parametri astronomici irradianza extraterrestre dentro il modello, possibilità (ridotta) di scegliere distanza Terra-Sole angoli solari
9 parametri astronomici irradianza extraterrestre dentro il modello, possibilità (ridotta) di scegliere distanza Terra-Sole angoli solari
10 parametri astronomici irradianza extraterrestre dentro il modello, possibilità (ridotta) di scegliere distanza Terra-Sole angoli solari
11 parametri astronomici irradianza extraterrestre dentro il modello, possibilità (ridotta) di scegliere distanza Terra-Sole angoli solari
12 parametri astronomici distanza Terra-Sole ±3% calcolato dal giorno giuliano (data)
13 parametri astronomici angoli solari ci importa solo θ massa d aria e effetto coseno
14 parametri astronomici angolo solare zenitale θ GW P eq ϕ O λ
15 parametri astronomici angolo solare zenitale δ θ equatore λ
16 parametri astronomici angolo solare zenitale alcuni casi notevoli (equinozi/solstizi, equatore/poli) complico: se non sono all equatore/polo, serve la latitudine complico: se non sono agli equinozi/solstizi, serve la declinazione giorno giuliano (o data e anno) complico: se non sono al mezzogiorno locale, serve l ora e la longitudine (perché?)
17 parametri astronomici angolo solare zenitale alcuni casi notevoli (equinozi/solstizi, equatore/poli) complico: se non sono all equatore/polo, serve la latitudine complico: se non sono agli equinozi/solstizi, serve la declinazione giorno giuliano (o data e anno) complico: se non sono al mezzogiorno locale, serve l ora e la longitudine (perché?)
18 parametri astronomici angolo solare zenitale alcuni casi notevoli (equinozi/solstizi, equatore/poli) complico: se non sono all equatore/polo, serve la latitudine complico: se non sono agli equinozi/solstizi, serve la declinazione giorno giuliano (o data e anno) complico: se non sono al mezzogiorno locale, serve l ora e la longitudine (perché?)
19 parametri astronomici angolo solare zenitale alcuni casi notevoli (equinozi/solstizi, equatore/poli) complico: se non sono all equatore/polo, serve la latitudine complico: se non sono agli equinozi/solstizi, serve la declinazione giorno giuliano (o data e anno) complico: se non sono al mezzogiorno locale, serve l ora e la longitudine (perché?)
20 parametri astronomici angolo solare zenitale alcuni casi notevoli (equinozi/solstizi, equatore/poli) complico: se non sono all equatore/polo, serve la latitudine complico: se non sono agli equinozi/solstizi, serve la declinazione giorno giuliano (o data e anno) complico: se non sono al mezzogiorno locale, serve l ora e la longitudine (perché?)
21 parametri astronomici angolo solare zenitale gli algoritmi per il calcolo sono facilmente reperibili sul web molti modelli includono tools per il calcolo degli angoli molti modelli calcolano in automatico gli angoli (dati anno, mese, giorno, ora e coordinate)... e utilizzano la data anche per altro (distanza T-S, profili estate/inverno,...)
22 1 parametri astronomici 2 parametri geografici 3 parametri meteorologici 4 algoritmi di risoluzione 5 output 6 alcuni modelli liberi
23 parametri geografici quota orizzonte albedo effettiva
24 parametri geografici quota orizzonte albedo effettiva
25 parametri geografici quota orizzonte albedo effettiva
26 parametri geografici quota serve un solo punto? conosciamo già la quota altezza dal suolo ci serve il dato su una regione? DTM modello fatto funzionare per ogni punto
27 parametri geografici quota serve un solo punto? conosciamo già la quota altezza dal suolo ci serve il dato su una regione? DTM modello fatto funzionare per ogni punto
28 parametri geografici quota serve un solo punto? conosciamo già la quota altezza dal suolo ci serve il dato su una regione? DTM modello fatto funzionare per ogni punto
29 parametri geografici quota serve un solo punto? conosciamo già la quota altezza dal suolo ci serve il dato su una regione? DTM modello fatto funzionare per ogni punto
30 parametri geografici orizzonte possibile calcolare obstruction (approssimazione isotropa)
31 parametri geografici elbedo locale
32 parametri geografici albedo effettiva albedo: α = F riflessa F incidente amplificazione per retrodiffusione fino al 50% effettivo locale
33 parametri geografici albedo effettiva def: il valore di albedo da inserire in un modello unidimensionale per ottenere l irradianza misurata (la realtà è 3D!)... quindi non si può misurare direttamente non è un problema se non c è la neve (α eff =qualche %; tabelle in modelli) esistono relazioni empiriche con albedo locale in una regione (contribution function; e.g. Lenoble 2004) e relazioni con parametri neve (spessore, giorni dopo nevicata,...; e.g. Schwander et al. 1999)... ma attenzione a topologia, ombre, alberi... oppure retrieval da ottica diretta (e.g. Kylling 2000) la cosa migliore è il retrieval dalla misura (a quote diverse)
34 parametri geografici albedo effettiva def: il valore di albedo da inserire in un modello unidimensionale per ottenere l irradianza misurata (la realtà è 3D!)... quindi non si può misurare direttamente non è un problema se non c è la neve (α eff =qualche %; tabelle in modelli) esistono relazioni empiriche con albedo locale in una regione (contribution function; e.g. Lenoble 2004) e relazioni con parametri neve (spessore, giorni dopo nevicata,...; e.g. Schwander et al. 1999)... ma attenzione a topologia, ombre, alberi... oppure retrieval da ottica diretta (e.g. Kylling 2000) la cosa migliore è il retrieval dalla misura (a quote diverse)
35 parametri geografici albedo effettiva def: il valore di albedo da inserire in un modello unidimensionale per ottenere l irradianza misurata (la realtà è 3D!)... quindi non si può misurare direttamente non è un problema se non c è la neve (α eff =qualche %; tabelle in modelli) esistono relazioni empiriche con albedo locale in una regione (contribution function; e.g. Lenoble 2004) e relazioni con parametri neve (spessore, giorni dopo nevicata,...; e.g. Schwander et al. 1999)... ma attenzione a topologia, ombre, alberi... oppure retrieval da ottica diretta (e.g. Kylling 2000) la cosa migliore è il retrieval dalla misura (a quote diverse)
36 parametri geografici albedo effettiva def: il valore di albedo da inserire in un modello unidimensionale per ottenere l irradianza misurata (la realtà è 3D!)... quindi non si può misurare direttamente non è un problema se non c è la neve (α eff =qualche %; tabelle in modelli) esistono relazioni empiriche con albedo locale in una regione (contribution function; e.g. Lenoble 2004) e relazioni con parametri neve (spessore, giorni dopo nevicata,...; e.g. Schwander et al. 1999)... ma attenzione a topologia, ombre, alberi... oppure retrieval da ottica diretta (e.g. Kylling 2000) la cosa migliore è il retrieval dalla misura (a quote diverse)
37 parametri geografici albedo effettiva def: il valore di albedo da inserire in un modello unidimensionale per ottenere l irradianza misurata (la realtà è 3D!)... quindi non si può misurare direttamente non è un problema se non c è la neve (α eff =qualche %; tabelle in modelli) esistono relazioni empiriche con albedo locale in una regione (contribution function; e.g. Lenoble 2004) e relazioni con parametri neve (spessore, giorni dopo nevicata,...; e.g. Schwander et al. 1999)... ma attenzione a topologia, ombre, alberi... oppure retrieval da ottica diretta (e.g. Kylling 2000) la cosa migliore è il retrieval dalla misura (a quote diverse)
38 parametri geografici albedo effettiva def: il valore di albedo da inserire in un modello unidimensionale per ottenere l irradianza misurata (la realtà è 3D!)... quindi non si può misurare direttamente non è un problema se non c è la neve (α eff =qualche %; tabelle in modelli) esistono relazioni empiriche con albedo locale in una regione (contribution function; e.g. Lenoble 2004) e relazioni con parametri neve (spessore, giorni dopo nevicata,...; e.g. Schwander et al. 1999)... ma attenzione a topologia, ombre, alberi... oppure retrieval da ottica diretta (e.g. Kylling 2000) la cosa migliore è il retrieval dalla misura (a quote diverse)
39 parametri geografici albedo effettiva def: il valore di albedo da inserire in un modello unidimensionale per ottenere l irradianza misurata (la realtà è 3D!)... quindi non si può misurare direttamente non è un problema se non c è la neve (α eff =qualche %; tabelle in modelli) esistono relazioni empiriche con albedo locale in una regione (contribution function; e.g. Lenoble 2004) e relazioni con parametri neve (spessore, giorni dopo nevicata,...; e.g. Schwander et al. 1999)... ma attenzione a topologia, ombre, alberi... oppure retrieval da ottica diretta (e.g. Kylling 2000) la cosa migliore è il retrieval dalla misura (a quote diverse)
40 parametri geografici albedo effettiva def: il valore di albedo da inserire in un modello unidimensionale per ottenere l irradianza misurata (la realtà è 3D!)... quindi non si può misurare direttamente non è un problema se non c è la neve (α eff =qualche %; tabelle in modelli) esistono relazioni empiriche con albedo locale in una regione (contribution function; e.g. Lenoble 2004) e relazioni con parametri neve (spessore, giorni dopo nevicata,...; e.g. Schwander et al. 1999)... ma attenzione a topologia, ombre, alberi... oppure retrieval da ottica diretta (e.g. Kylling 2000) la cosa migliore è il retrieval dalla misura (a quote diverse)
41 parametri geografici albedo effettiva
42 parametri geografici MYSTIC/LibRadtran Arpa-Mystic (senza neve)
43 parametri geografici MYSTIC/LibRadtran Arpa-Mystic (con neve)
44 1 parametri astronomici 2 parametri geografici 3 parametri meteorologici 4 algoritmi di risoluzione 5 output 6 alcuni modelli liberi
45 parametri meteorologici ozono pressione gas minori modelli di atmosfera e profili nubi aerosol
46 parametri meteorologici ozono pressione gas minori modelli di atmosfera e profili nubi aerosol
47 parametri meteorologici ozono pressione gas minori modelli di atmosfera e profili nubi aerosol
48 parametri meteorologici ozono pressione gas minori modelli di atmosfera e profili nubi aerosol
49 parametri meteorologici ozono pressione gas minori modelli di atmosfera e profili nubi aerosol
50 parametri meteorologici ozono pressione gas minori modelli di atmosfera e profili nubi aerosol
51 parametri meteorologici ozono
52 parametri meteorologici dove prendere l ozono? satelliti (non sempre in NRT) OMI GOME 2 SCIAMACHY
53 parametri meteorologici dove prendere l ozono? satelliti (non sempre in NRT) OMI GOME 2 SCIAMACHY
54 parametri meteorologici dove prendere l ozono?
55 parametri meteorologici dove prendere l ozono? rete mondiale strumenti a terra (anche stazioni italiane) WOUDC
56 parametri meteorologici dove prendere l ozono?
57 parametri meteorologici dove prendere l ozono? previsioni PROMOTE forecast/ ESA-TEMIS ESA-TEMIS NOAA-NCEP
58 parametri meteorologici dove prendere l ozono? ricostruzioni nel passato su griglia (1950- ): COST726
59 parametri meteorologici di minore importanza pressione scattering Rayleigh gas minori SO2,... modelli di atmosfera e profili (gas, T,...) default per stagione (se sono bravo, interpolazione temporale) i profili danno piccola dipendenza da θ
60 parametri meteorologici di minore importanza pressione scattering Rayleigh gas minori SO2,... modelli di atmosfera e profili (gas, T,...) default per stagione (se sono bravo, interpolazione temporale) i profili danno piccola dipendenza da θ
61 parametri meteorologici di minore importanza pressione scattering Rayleigh gas minori SO2,... modelli di atmosfera e profili (gas, T,...) default per stagione (se sono bravo, interpolazione temporale) i profili danno piccola dipendenza da θ
62 parametri meteorologici di minore importanza pressione scattering Rayleigh gas minori SO2,... modelli di atmosfera e profili (gas, T,...) default per stagione (se sono bravo, interpolazione temporale) i profili danno piccola dipendenza da θ
63 parametri meteorologici di minore importanza pressione scattering Rayleigh gas minori SO2,... modelli di atmosfera e profili (gas, T,...) default per stagione (se sono bravo, interpolazione temporale) i profili danno piccola dipendenza da θ
64 parametri meteorologici di minore importanza pressione scattering Rayleigh gas minori SO2,... modelli di atmosfera e profili (gas, T,...) default per stagione (se sono bravo, interpolazione temporale) i profili danno piccola dipendenza da θ
65 parametri meteorologici di minore importanza pressione scattering Rayleigh gas minori SO2,... modelli di atmosfera e profili (gas, T,...) default per stagione (se sono bravo, interpolazione temporale) i profili danno piccola dipendenza da θ
66 parametri meoteorologici nubi albedo effect scattering effect +25% extinction effect Mims& Frederick, 1994
67 parametri meoteorologici nubi WHO/WMO consigliano previsione per cielo sereno nubi reali scattering orizzontale modelli 3D (lenti e non disponibili) bisogna avere anche tutti i dati 3D! scattered clouds: posizione relativa sole-nubi? previsione difficile! possibili approssimazioni a caso 1D (es. IPA) LWC, altezza, spessore, fase,... calcolo irradianza o dose?
68 parametri meoteorologici nubi WHO/WMO consigliano previsione per cielo sereno nubi reali scattering orizzontale modelli 3D (lenti e non disponibili) bisogna avere anche tutti i dati 3D! scattered clouds: posizione relativa sole-nubi? previsione difficile! possibili approssimazioni a caso 1D (es. IPA) LWC, altezza, spessore, fase,... calcolo irradianza o dose?
69 parametri meoteorologici nubi WHO/WMO consigliano previsione per cielo sereno nubi reali scattering orizzontale modelli 3D (lenti e non disponibili) bisogna avere anche tutti i dati 3D! scattered clouds: posizione relativa sole-nubi? previsione difficile! possibili approssimazioni a caso 1D (es. IPA) LWC, altezza, spessore, fase,... calcolo irradianza o dose?
70 parametri meoteorologici nubi WHO/WMO consigliano previsione per cielo sereno nubi reali scattering orizzontale modelli 3D (lenti e non disponibili) bisogna avere anche tutti i dati 3D! scattered clouds: posizione relativa sole-nubi? previsione difficile! possibili approssimazioni a caso 1D (es. IPA) LWC, altezza, spessore, fase,... calcolo irradianza o dose?
71 parametri meoteorologici nubi WHO/WMO consigliano previsione per cielo sereno nubi reali scattering orizzontale modelli 3D (lenti e non disponibili) bisogna avere anche tutti i dati 3D! scattered clouds: posizione relativa sole-nubi? previsione difficile! possibili approssimazioni a caso 1D (es. IPA) LWC, altezza, spessore, fase,... calcolo irradianza o dose?
72 parametri meoteorologici nubi WHO/WMO consigliano previsione per cielo sereno nubi reali scattering orizzontale modelli 3D (lenti e non disponibili) bisogna avere anche tutti i dati 3D! scattered clouds: posizione relativa sole-nubi? previsione difficile! possibili approssimazioni a caso 1D (es. IPA) LWC, altezza, spessore, fase,... calcolo irradianza o dose?
73 parametri meoteorologici nubi WHO/WMO consigliano previsione per cielo sereno nubi reali scattering orizzontale modelli 3D (lenti e non disponibili) bisogna avere anche tutti i dati 3D! scattered clouds: posizione relativa sole-nubi? previsione difficile! possibili approssimazioni a caso 1D (es. IPA) LWC, altezza, spessore, fase,... calcolo irradianza o dose?
74 parametri meoteorologici nubi WHO/WMO consigliano previsione per cielo sereno nubi reali scattering orizzontale modelli 3D (lenti e non disponibili) bisogna avere anche tutti i dati 3D! scattered clouds: posizione relativa sole-nubi? previsione difficile! possibili approssimazioni a caso 1D (es. IPA) LWC, altezza, spessore, fase,... calcolo irradianza o dose?
75 parametri meteorologici nubi
76 parametri meteorologici nubi
77 parametri meteorologici aerosol
78 parametri meteorologici aerosol se il carico non è eccessivo valori di default del modello (di solito, 6 tipi) alcune proprietà misurabili con fotometro solare (in UV, estrapolazione) e.g. AOD, α, β Angstrom le proprietà cambiano con λ alcune proprietà richiedono modelli approccio alternativo: esistono modelli aerosol (e.g. OPAC) meglio adattare modello a misura
79 parametri meteorologici aerosol se il carico non è eccessivo valori di default del modello (di solito, 6 tipi) alcune proprietà misurabili con fotometro solare (in UV, estrapolazione) e.g. AOD, α, β Angstrom le proprietà cambiano con λ alcune proprietà richiedono modelli approccio alternativo: esistono modelli aerosol (e.g. OPAC) meglio adattare modello a misura
80 parametri meteorologici aerosol se il carico non è eccessivo valori di default del modello (di solito, 6 tipi) alcune proprietà misurabili con fotometro solare (in UV, estrapolazione) e.g. AOD, α, β Angstrom le proprietà cambiano con λ alcune proprietà richiedono modelli approccio alternativo: esistono modelli aerosol (e.g. OPAC) meglio adattare modello a misura
81 parametri meteorologici aerosol se il carico non è eccessivo valori di default del modello (di solito, 6 tipi) alcune proprietà misurabili con fotometro solare (in UV, estrapolazione) e.g. AOD, α, β Angstrom le proprietà cambiano con λ alcune proprietà richiedono modelli approccio alternativo: esistono modelli aerosol (e.g. OPAC) meglio adattare modello a misura
82 parametri meteorologici aerosol se il carico non è eccessivo valori di default del modello (di solito, 6 tipi) alcune proprietà misurabili con fotometro solare (in UV, estrapolazione) e.g. AOD, α, β Angstrom le proprietà cambiano con λ alcune proprietà richiedono modelli approccio alternativo: esistono modelli aerosol (e.g. OPAC) meglio adattare modello a misura
83 parametri meteorologici aerosol se il carico non è eccessivo valori di default del modello (di solito, 6 tipi) alcune proprietà misurabili con fotometro solare (in UV, estrapolazione) e.g. AOD, α, β Angstrom le proprietà cambiano con λ alcune proprietà richiedono modelli approccio alternativo: esistono modelli aerosol (e.g. OPAC) meglio adattare modello a misura
84 1 parametri astronomici 2 parametri geografici 3 parametri meteorologici 4 algoritmi di risoluzione 5 output 6 alcuni modelli liberi
85 algoritmi di risoluzione metodi esatti : discrete-ordinate technique il più usato adding-doubling technique Monte-Carlo technique metodi approssimati: single scattering approximations two-stream approximations Eddington and Delta-Eddington approximations
86 1 parametri astronomici 2 parametri geografici 3 parametri meteorologici 4 algoritmi di risoluzione 5 output 6 alcuni modelli liberi
87 output spettro di irradianza spettri d azione, dose irradianza diretta e diffusa separatamente non solo in UV! non solo a terra! spettro di radianza, flusso attinico, heating rates,...
88 output spettro di irradianza spettri d azione, dose irradianza diretta e diffusa separatamente non solo in UV! non solo a terra! spettro di radianza, flusso attinico, heating rates,...
89 output spettro di irradianza spettri d azione, dose irradianza diretta e diffusa separatamente non solo in UV! non solo a terra! spettro di radianza, flusso attinico, heating rates,...
90 output spettro di irradianza spettri d azione, dose irradianza diretta e diffusa separatamente non solo in UV! non solo a terra! spettro di radianza, flusso attinico, heating rates,...
91 output spettro di irradianza spettri d azione, dose irradianza diretta e diffusa separatamente non solo in UV! non solo a terra! spettro di radianza, flusso attinico, heating rates,...
92 output spettro di irradianza spettri d azione, dose irradianza diretta e diffusa separatamente non solo in UV! non solo a terra! spettro di radianza, flusso attinico, heating rates,...
93 1 parametri astronomici 2 parametri geografici 3 parametri meteorologici 4 algoritmi di risoluzione 5 output 6 alcuni modelli liberi
94 alcuni modelli liberi
95 alcuni modelli liberi N.B. I modelli attuali si equivalgono, molti sono implementazioni diverse degli stessi algoritmi (es. DISORT) non importa il nome del modello (scegli il più comodo per te) è importante l algoritmo di risoluzione scelto ma soprattutto sono importanti i dati di input!
96 buon lavoro!
97 bibliografia figure tratte da: p. 11: p. 12, 30: P. Koepke, Cost Summer School, p. 29: B. Mayer, LibRadtran manual p. 50, 53: NASA, p. 55: WOUDC, p. 65: Mims and Frederick, 1994 p. 74, 75: B. Mayer, p. 93: B. Mayer, Modelling of Surface UV Radiation, One Century of UV Radiation Research - Davos 2007 p. 95: Emde, C. and Mayer, B., Simulation of solar radiation during a total eclipse: a challenge for radiative transfer, Atmos. Chem. Phys., 7, , 2007
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