RSTAR6b-CAOS
インストール
パッケージは以下のOpenCLASTRのページからダウンロードする。
http://www.ccsr.u-tokyo.ac.jp/~clastr
http://157.82.240.167/~clastr/
解凍後はまず、rstar6b.Readmeをよく読む。Intel Macは、"little endian"である。k-distributionのファイルを選択する場合、"_ltl"の付いている方を選べばよい。例えば、
$ ln -s ckd.g.ch_2_1e3_ltl ckd.g.ch_2
として、リンクする。
コンパイルするには、Intel Fortranの場合、
$ ifort -O -r8 -assume byterecl rstar6b.f
使い方
基本的には、dataというファイルで全てのデータを入力できる。変数の説明はReadmeに書いてある。
大気プロファイルはMLATMDというファイルから読み込んでおり、粒子のデータはAERDBというファイルから読み込んでいる。これらのデータを独自のものを使いたい場合は、ファイルを書き換えるか、プログラムを少し修正して、初期化後に独自のデータに変更する必要がある。
気体の種類
28種類の濃度が大気データファイルMLATMDより与えられている。ただし、現バージョンでは、実際に計算に使われているのは、その一部。具体的には、H2O, CO2, O3, N2O, CO, CH4, O2の７種類である。
C AMOL R(KNL,KNM1,KATM) : MOLECULAR PROFILES (PPMV)
C 1: H2O 2: CO2 3: O3 4: N2O 5: CO 6: CH4 7: O2
C TRAC R(KNL,KNM2) TRACE GASE FROFILES (PPMV)
C 8: NO 9: SO2 10: NO2 11: NH3 12: HNO3
C 13: OH 14: HF 15: HCL 16: HBR 17: HI
C 18: CLO 19: OCS 20: H2CO 21: HOCL 22: N2
C 23: HCN 24: CH3CL 25: H2O2 26: C2H2 27: C2H6
C 28: PH3
制限事項
大気層の最大数：現状では最大49層まで。これを増やすには、ソースコードのいろいろな部分を修正する必要がある。RSTAR-CAOSパッケージで対応済み。
大気層の区切り方：高度区切りを変更するには、大気プロファイルのデータ（P, T, gases）と粒子プロファイルのデータ両方を変更（新しい高度区切りについて内挿）する必要がある。RSTAR-CAOSパッケージで対応済み。
光学特性の変更：現バージョンでは、雲やエアロゾル粒子は全て球形と仮定している。非球形としたい場合は、ソースコードの修正またはKRNL.OUTのデータの修正が必要。しかし、ソースコードを修正するなら、かなり深い部分まで理解する必要があり、困難。また、KRNL.OUTのデータの定義が不明のため、この修正は困難。
入出力形式
入力ファイル：
入力データ
ex). data (パッケージ付属の入力例)
->Refer to rstar6b.Readme [4. Experiment parameter file: data]
計算手法や地表面状態といった基本的な入力情報を司るファイル。
なおCAOS-packageでは先頭行のみ、コメントとして無視される。そのためコメントがない場合でも、先頭行は空けて記述する必要がある。
[L 1] 1 0 0 0 2 : ISOL INDA INDG IMTHD NDA
ISOL: night/day time (0: nighttime, 1: daytime)
INDA: calculation mode (0: flux-only, 1: flux & radiance calculation)
INDG: surface character (0: Lambert surface, 1: Ocean surface)
IMTHD: flux/intensity calculation modes
0 : DM (Delta-M)-method. Good for flux calculations.
1 : MS (Multiple+Single)-method. Good for radiance calculations.
2 : TMS (Truncated Multiple+Single)-method. Good for reflected radiance calculations.
3 : IMS (Improved Multiple+Single)-method. Good for transmitted radiance calculations.
さまざまな計算モードがあるが、ReadmeではよくわからなければIMTHD=2でよいとしている。細かい計算手法の差異に関しては、Nakajima and Tanaka (1988)を参照するとよい。
NDA: Number of Gaussian quadrature points in the hemisphere for integrating the nadir angle integration of the radiative transfer equation.
高ければ高いほど精度が好悪状するが、Fluxの計算の場合はNDAは2-4で十分に高い精度がある。
Radianceの計算の場合はNDAは6-10程度にしておいたほうがよい。
[L 2] 1 60.0 : NA0 TH0
[L 3] 1 180.0 : NA1 TH1
[L 4] 1 0.0 : NFI FI
NA0 : Number of solar zenith angles (larger than 0).
TH0(I),I=1,NA0 : Solar zenith angles (degrees).
Specify only when NA0>0.
NA1 : Number of zenith angles of emerging radiances (larger than 0).
TH1(I),I=1,NA1 : Zenith angles of emerging radiances (degrees).
<90 for transmitted and >90 for reflected radiances.
NFI : Number of azimuthal angles.
FI(I),I=1,NFI : Azimuth angles (degrees).
0 for forward scattering direction.
[L 5] 1 : NW0
[L 6] 0.0 0.0 : RX
[L 7] 1.0 : RF
NW0 : Number of sub-wavelength grids for calculating response function.
RX(I), I=1,NW0+1 : DW*RX=Wavelength displacements in micron
for sub-wavelenth grids.
-0.5 <= RX <= 0.5
RF(I), I=1,NW0 : Integrated response function of radiomter as
a function of RX (Relative unit is OK).
Give NW0=1, RX=0, RF=1 for monochromatic calculations.
Averaged radiance:
L = sum (I=1,N; Radiance(I)*RF(I))/sum(I=1,N; RF(I))
[L 8] 10 : NWL/ WL (Micron), DW (micron), GALB
[L 9] 0.20 0.25 0.4 0.5 1.0 2.0 4.0 5.0 10.0 20.0
[L 10] 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0 0.0
[L 11] 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.1 0.0 0.0 0.0
[L8]の最左値がNWL (Number of center wavelengths)を表す。
下の3行の数字は上からWL、DW、GALBのセットとなっている。
NWL : 計算を行う波長数。下の列の数がこの値と一致していなければならない。
WL : 中心波長 (μm)。
DW : サブ波長を示すためのスケーリングファクター。
上で指定されているRXとともに、DW*RXで中心波長WLの周辺波長を表す。
0で完全な単色スペクトルの計算となる。
GALB : INDG (Surface type)=0 (Lambert面)なら地表面アルベド。
INDG>0ならU10 (スカラー風速; m/sec)。
[L 12] 6 45 : IATM NLN/ IPB
[L 13] 46 45 44 43 42 41 40 39 38 37 36 35 34 33 32 31 30 29 28 27 26 25 24 23 22 21 20 19 18 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1
IATM : Atmospheric number (same as that of AFGL-lowtran (Kneizys et al., 1988)).
1: Tropical,
2: Mid-latitude summer, 3: Mid-latitude winter
4: Hight-latitude summer, 5: Hight-latitude winter
6: US standard
NLN : Number of sublayers to define the atmosphere.
NPOLY : Number of particle polydispersions.
IPBF(I),I=1,NLN1 : Interface number to define sublayers to construct
the atmosphere. Top to bottome, i.e.,
Those must be given in the order from top to bottom:
IPBF(1)=50, IPBF(NLN+1)=1
IF >0 then radiation fields are calculated
IF <0 then no radiation field calculations
Layer numbers are defined in atmospheric models in
MLATMD.
* For IR calculation, it will be better to have many layers
for better accuracy.
Default values are as follows:
--- table of IPBF ---
Interface Altitude Interface Altitude
number (km) number (km)
50 120.0 25 24.0
49 115.0 24 23.0
48 110.0 23 22.0
47 105.0 22 21.0
46 100.0 21 20.0
45 95.0 20 19.0
44 90.0 19 18.0
43 85.0 18 17.0
42 80.0 17 16.0
41 75.0 16 15.0
40 70.0 15 14.0
39 65.0 14 13.0
38 60.0 13 12.0
37 55.0 12 11.0
36 50.0 11 10.0
35 47.5 10 9.0
34 45.0 9 8.0
33 42.5 8 7.0
32 40.0 7 6.0
31 37.5 6 5.0
30 35.0 5 4.0
29 32.5 4 3.0
28 30.0 3 2.0
27 27.5 2 1.0
26 25.0 1 0.0
--- end of table ---
[L 14] 1 0.98 : IFRH TRH
IFRH : 0: R.H. use from model atmosphere
1: R.H. use total R.H.(TRH)
TRH Total relative humidity (0-1)
[L 15] 1 2 0.5E-4 : NPOLY ICN WLCN : (Maritime)
NPOLY : Number of particle polydispersions. Give 2, for example,
if you have water clouds and aerosols.
ICN : 0 if CNPT is the total column dry volume for each polydispersion
1 if CNPT is the total column volume for each polydispersion
2 if CNPT is optical thickness at a scaling wavelength WLCN
3 if CNPT is optical thickness at each wavelength
WLCN : Scaling wavelgnth (cm) at which CNPT as optical
thickness is measured.
* repeat for the number of polydispersion
[L 16] 1 0. : NCOMP CNPT
NCOMP : Number of particle models to compose the polydispersion
CNPT : Column total quantity of the polydispersion defined by ICN
** repeat for the number of particle models for the polydispersion
[L 17] 10 : MPTC
[L 18] 1.0 : VPTC
MPTC : Particle model number for each polydisperisons
(see more information in the section for AERDB)
VPTC : Relative dry volume concentration for external mixing of particle models
** end repeat
* end repeat
* Particle model types
1: Water 2: Ice
3: Dust-like 4: Soot
5: Volcanic-ash 6: 75%H2SO4
7: Rural 8: Sea Spray
9: Urban 10: Tropo
11: Yellow sand
CNPT(I), I=1,NPOLY : Total volume of each polydisperison.
total volume (cm3/cm2) if ICN=0,1
optical thickness at WLCN if ICN=2,3
The following read statements are for setting user defined
With the subroutine INITS5B, the gaseous concentration profiles in PPMV unit
are set in the array CNG(L,M) for the L-th layer and M-th molecules.
The geseous number M is defined as follows:
1: H2O 2: CO2 3: O3 4: N2O 5: CO 6: CH4 7: O2
8: NO 9: SO2 10: NO2 11: NH3 12: HNO3 13: OH 14: HF
15: HCL 16: HBR 17: HI 18: CLO 19: OCS 20: H2CO 21: HOCL
22: N2 23: HCN 24: CH3CL 25: H2O2 26: C2H2 27: C2H6 28: PH3
In many applications, users may want to set their own water vapor profile in
relative humidity, not in PPMV unit. In the main program, such situation
is assumed by putting relative humidity data in data file, and then
after setting model atmosphere PPMV concentration, CNG(L,1) are read
from the data file as relative humidity values. Before entering
main routine RSTR6B, this relative humidity profiles are transformed
into PPMV units by a routine WVCAL. If you don't need such situation,
simply delete this part in the main program.
As shown in this routine, it will be better to modify the shipped main
program into a better routine for your application. Since the structure
of the main program is simple, the users can make your own one very easily.
more info... ctrl_cloud_prop_in_rstar6b_v01.pdf
なおRSTAR6b-CAOS Packageではここに次の9行が加わる。
[L 19] 0 0.0 : (CAOS) mgtmp, gtmp
[L 20] 1 : (CAOS) ncgas
[L 21] 1 1.0 : (CAOS) igas, fgas
[L 22] 1 : (CAOS) ncprf
[L 23] 15 : (CAOS) iptc
[L 24] 8*1e-6 1.0 41*1e-6 : (CAOS) cnp(1:nl)
[L 25] 1 : (CAOS) ncpsd
[L 26] 15 1 : (CAOS) iptc, imode
[L 27] 2 1.0000 1.5 20.0E-4 0.0 : (CAOS) dryap(2:6, imode, iptc)
詳細はCAOS独自の修正参照。
大気鉛直プロファイル
ex). MLATMD (パッケージ付属の大気プロファイル)
->Refer to rstar6b.Readme [5. Gas parameter file: MLATMD]
Lowtran-7の大気モデルパラメータを用いている。
[L 1] # OF MAIN MOLECULES, # OF TRACE GASES, # OF ATMOSPHERS, # OF LEVELS
[L 2] 7 21 6 50
左から、NM1、NM2、NATH、NL。
NM1 : Number of molecules of first kind.
NM2 : Number of molecules of second kind.
NATM : Number of model atmospheres.
NL : Number of height levels.
[L 3] AIR MOLECULAR WEIGHT
[L 4] 28.964
AIRM : Air molecular weight
[L 5] CODE, NUMBER OF ISOTOPES, MOLECULAR WEIGHT, RELATIVE ABUNDANCE
[L 6] H2O
[L 7] 4
[L 8] 161 181 171 162
[L 9] 18.015 20 19 19
[L 10] 0.9973 0.0020 0.0004 0.0003
...
[L141] PH3
[L142] 1
[L143] 1111
[L144] 34.00
[L145] 0.99955
上から、気体名、同位体数、同位体のコード、同位体の分子量、同位体の存在比。
H2O、CO2、O3、N2O、CO、CH4、O2、NO、SO2、NO2、NH3、HNO3、OH、HF、HCL、HBR、HI、CLO、OCS、H2CO、HOCL、N2、HCN、CH3CL、H2O2、C2H2、C2H6、PH3の28種類について繰り返しで記述。
[L146] ALT (KM)
[L147] 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0
[L148] 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0
...
[L156] 100.0 105.0 110.0 115.0 120.0
層の高度分布。
[L157] PRESSURE MODEL 1 (MB) TROPICAL
[L158] 1.013E+03 9.040E+02 8.050E+02 7.150E+02 6.330E+02
[L159] 5.590E+02 4.920E+02 4.320E+02 3.780E+02 3.290E+02
...
[L167] 2.890E-04 1.300E-04 6.470E-05 3.600E-05 2.250E-05
[L168] PRESSURE MODEL 2 MID-LATITUDE SUMMER
[L169] 1.013E+03 9.020E+02 8.020E+02 7.100E+02 6.280E+02
[L170] 5.540E+02 4.870E+02 4.260E+02 3.720E+02 3.240E+02
...
[L222] 3.200E-04 1.450E-04 7.100E-05 4.010E-05 2.540E-05
モデル大気1-6の層の気圧分布[hPa]。
[L223] TEMPERATURE MODEL 1 (K)
[L224] 299.70 293.70 287.70 283.70 277.00
[L225] 270.30 263.60 257.00 250.30 243.60
...
[L288] 195.10 208.80 240.00 300.00 360.00
モデル大気1-6の層の温度分布[K]。
[L289] H2O MODEL 1 (PPMV)
[L290] 2.593E+04 1.949E+04 1.534E+04 8.600E+03 4.441E+03
[L291] 3.346E+03 2.101E+03 1.289E+03 7.637E+02 4.098E+02
...
[L750] 1.600E+05 1.400E+05 1.200E+05 9.400E+04 7.250E+04
モデル大気1-6の層のH2O、CO2、O3、N2O、CO、CH4、O2各気体の濃度分布。
[L751] DENSITY MODEL 1 (AIR MOLECULES / CM3)
[L752] 2.450E+19 2.231E+19 2.028E+19 1.827E+19 1.656E+19
[L753] 1.499E+19 1.353E+19 1.218E+19 1.095E+19 9.789E+18
...
[L816] 1.189E+13 5.033E+12 2.144E+12 9.688E+11 5.114E+11
モデル大気1-6の層の密度分布。
[L817] ANO
[L818] 3.00E-04 3.00E-04 3.00E-04 3.00E-04 3.00E-04
[L819] 3.00E-04 3.00E-04 3.00E-04 3.00E-04 3.00E-04
...
[L1047] 1.00E-14 1.00E-14 1.00E-14 1.00E-14 1.00E-14
層のANO、SO2、ANO2、ANH3、HNO3、OH、HF、HCL、HBR、HI、CLO、OCS、H2CO、HOCL、AN2、HCN、CH3CL、H2O2、C2H2、C2H6、PH3各気体の濃度分布（大気モデルで共通）。
エアロゾル鉛直プロファイル
ex). AERDB (パッケージ付属のエアロゾルプロファイル)
->Refer to rstar6b.Readme [6. Particle parameter file: AERDB]
出力ファイル：
出力データ
ex). out0 (パッケージ付属の出力例)
[L 1] 0.2000 7.420E+00 : WL SOL
WL: Center wavelength [μm]
SOL: Solar incident irradiance [W/m2/μm]
[L 2] L TAU TAUA TAUR W G1 G2
[L 3] 1 1.526E-05 0.000E+00 3.137E-06 2.055E-01 -4.246E-10 2.055E-02
[L 4] 2 4.080E-05 0.000E+00 7.700E-06 1.887E-01 -3.899E-10 1.887E-02
...
[L 47] 45 6.843E+00 0.000E+00 8.142E-01 1.190E-01 -2.458E-10 1.190E-02
L: Layer number? (from upper layer to lower layer?)
TAU: Total optical thickness
├TAUA: of particle (aerosol)
└TAUR: of atmosphere (rayleigh)
W: Single scattering albedo
G1: Asymmetry factor
G2: 2nd moment of the total phase function
[L 49] L FLXD FLXDD FLXU
[L 50] 1 3.710E+00 3.710E+00 8.835E-02
[L 51] 2 3.710E+00 3.710E+00 8.834E-02
...
[L 95] 46 2.882E-29 4.876E-46 2.882E-30
FLXD: Downward flux [W/m2/μm]
FLXDD: Direct incident flux [W/m2/μm]
FLXU: Upward flux [W/m2/μm]
上記の出力要素がWLとSOLに対してひとまとまりになり、ループして出力される。
[L 96] 0.2500 7.407E+01 : WL SOL
[L 97] L TAU TAUA TAUR W G1 G2
[L 98] 1 5.832E-05 0.000E+00 1.157E-06 1.985E-02 -4.100E-11 1.985E-03
[L 99] 2 1.809E-04 0.000E+00 2.841E-06 1.570E-02 -3.244E-11 1.570E-03
...
[L142] 45 1.365E+00 0.000E+00 3.004E-01 2.201E-01 -4.548E-10 2.201E-02
[L143]
[L144] L FLXD FLXDD FLXU
[L145] 1 3.703E+01 3.703E+01 5.436E-02
[L146] 2 3.703E+01 3.703E+01 5.432E-02
...
[L190] 46 2.531E-60 4.730E-92 2.531E-61
...(L950まで繰り返し)
なおRSTAR6b-CAOS Packageではここに次の3行が加わる。
[LXXX] : L / Radiance (TH1->FI->TH0)
[LXXX]
[LXXX] 8.60977E+00 8.58549E+00
その他:
Mie kernel file
ex). KRNL.OUT (パッケージ付属)
ckd.g.ch (binary)
ex). ckd.g.ch_2_1e3big, ltl, 2e3_big, 2e3_ltl (パッケージ付属)