fu-liou radiative transfer model 学习日记(一)

online model 见LaRC fu-liou模式

主程序:src/simple/simple.f90

call set_default_options_fu ==>lib/src/fuinput.f90

设置一些理想默认值,其中包括示踪气体的浓度,四种同步计算模式(CLEAR,TOTAL ,Pristine,NoaotCld)是否打开,云的设置(云量设置为0),气溶胶的设置。

  1. CLEAR:有气溶胶,无云
  2. TOTAL:有气溶胶,有云
  3. Prinstine:无气溶胶,无云
  4. NoaotCld:无气溶胶,有云

fi%lscm = .true. 四个选项全打开

call getatmosphere ==>lib/src/extras.f90

call getatmosphere(’…/…/testatms/jmls.lay ',&
FI%VI%nlev,FI%VI%pp,FI%VI%pt,FI%VI%ph,FI%VI%po,FI%pts)
从外部文件读取层数,压强,温度,湿度,臭氧,修正项0的剖面。

call generate_level_scheme ==>lib/src/gfld.f90

将jmls.lay输入的数据z,p垂直插值为我们在simple.f90中定义的我们想要的剖面(gflq%internal_levels(1:4) = (/70.,200.,500.,850./)),生成的数据用fi%vd表示。

function z1_p1(p0, t0, z0, z1) RESULT (F_Result) ==>lib/src/extras.f90
目的:给定区域表面压强、温度和高度值z0,确定该区在高度z1(m)的地面压强(hPa)
输出的F_Result是Surface pressure (hPa) corresponding to z1(SSF surface altitude)

call print_vla_in ==>lib/src/vla.f90

 <-----------------------------Begin print_vla_in Begin---------------------->
         FI%vi%nlev=        37
 Input P(z),   T(z),   Q(z),   O3(z) Profile
     1.000   247.336 3.968E-06 3.631E-06
     2.000   237.337 4.002E-06 5.582E-06
     3.000   232.746 4.002E-06 7.343E-06
     5.000   226.545 3.933E-06 8.931E-06
     7.000   220.549 3.933E-06 8.623E-06
    10.000   213.676 3.763E-06 7.714E-06
    20.000   206.409 3.494E-06 5.837E-06
    30.000   203.282 3.223E-06 5.244E-06
    50.000   202.850 2.883E-06 4.810E-06
    70.000   204.432 2.714E-06 4.125E-06
   100.000   206.834 2.509E-06 2.768E-06
   125.000   208.749 2.546E-06 1.880E-06
   150.000   210.183 2.884E-06 1.253E-06
   175.000   211.161 3.699E-06 8.648E-07
   200.000   211.358 5.496E-06 6.163E-07
   225.000   211.111 7.625E-06 4.310E-07
   250.000   211.243 9.890E-06 2.931E-07
   300.000   213.609 1.668E-05 1.326E-07
   350.000   218.080 2.933E-05 7.088E-08
   400.000   223.287 5.130E-05 5.233E-08
   450.000   228.340 8.262E-05 4.542E-08
   500.000   233.034 1.249E-04 4.210E-08
   550.000   237.116 1.756E-04 4.021E-08
   600.000   240.582 2.322E-04 3.895E-08
   650.000   243.644 2.915E-04 3.796E-08
   700.000   246.305 3.576E-04 3.757E-08
   750.000   248.474 4.279E-04 3.715E-08
   775.000   249.392 4.643E-04 3.684E-08
   800.000   250.172 4.999E-04 3.647E-08
   825.000   250.746 5.341E-04 3.618E-08
   850.000   251.227 5.668E-04 3.579E-08
   875.000   251.639 5.953E-04 3.531E-08
   900.000   251.876 6.129E-04 3.492E-08
   925.000   251.707 6.081E-04 3.444E-08
   950.000   251.130 5.819E-04 3.372E-08
   975.000   249.978 5.434E-04 3.231E-08
  1000.000   248.629 5.014E-04 3.014E-08
         FI%vd%nfix=        30
 FI%vd%pfix(1:FI%vd%
         1     0.057
         2     0.113
         3     0.225
         4     0.449
         5     0.896
         6     1.841
         7     3.836
         8     8.533
         9    12.726
        10    19.250
        11    29.303
        12    44.647
        13    67.805
        14   102.475
        15   153.857
        16   230.589
        17   271.071
        18   318.090
        19   372.042
        20   432.090
        21   500.318
        22   576.656
        23   663.452
        24   711.092
        25   761.690
        26   815.376
        27   872.633
        28   933.893
        29   972.970
        30   986.356
 FI%vd%pflo(1:FI%vd%nflo)
         1   999.725
         2   850.000
         3   500.000
         4   200.000
         5    70.000
FI%vd%cldpres(1:2,i,j) CLDCND OVL
  <-----------------------------END print_vla_in END--------------------------->

call prepare_model_profile_fu ==>lib/src/vla.f90

生成fi%vo
sort_input_profile
gen_vla_structure
edit_pressure_levels
find_reporting_pressure_levels
profile_interpolation 插值的关键步骤
assin_cloud_index
create_reverse_pressure_index

call vla_interface_fu ==>lib/src/vla.f90

利用fi%vo生成fi%
以上两步将其他数据也插值到对应的剖面上。插值后数据为fi%(pp,pt,ph,po)。

call print_vla_out ==>lib/src/vla.f90

 <-----------------------------Begin print_vla_out Begin---------------------->
  ERROR   :FI%vo%ierr=         103
 Number of interpolated levels (FI%vo%nlev)=           35
  VLA Interpolated Profile
  1  1 1.     0.057   288.770 3.824E-06-4.451E-06                            
  2  1 1.     0.113   278.806 3.859E-06-2.508E-06                            
  3  1 1.     0.225   268.842 3.893E-06-5.640E-07                            
  4  1 1.     0.449   258.879 3.928E-06 1.380E-06                            
  5  1 1.     0.896   248.915 3.962E-06 3.323E-06                            
  6  1 1.     1.841   238.531 3.998E-06 5.349E-06                            
  7  3 1.     3.836   229.762 3.969E-06 8.107E-06                            
  8  5 1.     8.533   216.734 3.839E-06 8.118E-06                            
  9  6 1.    12.726   211.148 3.670E-06 7.061E-06                            
 10  6 1.    19.250   206.810 3.509E-06 5.941E-06                            
 11  7 1.    29.303   203.463 3.239E-06 5.278E-06                            
 12  8 1.    44.647   202.946 2.958E-06 4.906E-06                            
 13  9 1.    67.805   204.282 2.730E-06 4.190E-06                            
 14 10 2.    70.000   204.432 2.714E-06 4.125E-06                            
 15 11 1.   102.475   207.044 2.513E-06 2.671E-06                            
 16 13 1.   153.857   210.344 3.018E-06 1.189E-06                            
 17 15 3.   200.000   211.358 5.496E-06 6.163E-07                            
 18 16 1.   230.589   211.142 8.153E-06 3.989E-07                            
 19 17 1.   271.071   212.293 1.290E-05 2.218E-07                            
 20 18 1.   318.090   215.307 2.148E-05 1.091E-07                            
 21 19 1.   372.042   220.462 3.938E-05 6.240E-08                            
 22 20 3.   400.000   223.287 5.130E-05 5.233E-08                            
 23 20 1.   432.090   226.598 7.182E-05 4.781E-08                            
 24 22 2.   500.000   233.034 1.249E-04 4.210E-08                            
 25 23 1.   576.656   239.001 2.064E-04 3.953E-08                            
 26 25 1.   663.452   244.380 3.097E-04 3.785E-08                            
 27 26 1.   711.092   246.799 3.736E-04 3.748E-08                            
 28 27 1.   761.690   248.907 4.451E-04 3.700E-08                            
 29 29 1.   815.376   250.527 5.211E-04 3.629E-08                            
 30 31 2.   850.000   251.227 5.668E-04 3.579E-08                            
 31 31 1.   872.633   251.601 5.926E-04 3.535E-08                            
 32 34 1.   933.893   251.500 5.987E-04 3.418E-08                            
 33 35 1.   972.970   250.070 5.464E-04 3.243E-08                            
 34 36 1.   986.356   249.361 5.242E-04 3.132E-08                            
 35 36 2.   999.725   248.644 5.018E-04 3.017E-08                            
 PresTop  PresBot  TopIdx BotIdx  CLDCND OVLCND 
   200.0   400.0  -10000-10000       1     1
 ----Reporting Level Index of Pressue level---
   1   1     0.057
   2  14    70.000
   3  17   200.000
   4  24   500.000
   5  30   850.000
   6  35   999.725
  ERROR   :FI%vo%ierr=         103
  <-------------------------------END print_vla_out END ----------------------->

call aer_scale_hgt ==>lib/src/extras.f90

生成气溶胶剖面

以上,准备好了输入程序的数据。

可以用call print_in_fu查看输入数据。

call rad_multi_fu ==>lib/src/rad_multi_200511.f90

主代码,辐射传输过程。

完成传输计算后。

call pack_sky ==>lib/src/calipso_output.f90

得到四种计算方式的长波短波窗口向下向上的辐射通量。

message from check_inputs_fu INPUT ERROR : fi%ierror =         136
 ========================================================================================================================
 Fu-Liou Model inputs in structure fi%  Begin
 # of Model LAYERS      :          34
 Solver Config Modes    : T T T T
 Curved Earth Airmass Co: F
 nirold Ray,Ice,Wat,Gas,Kwc : F F F F F
 Solar Constant (wm-2)  :   1365.0000000000000     
 Cosine Solar Zenith    :   1.0000000000000000     
 Cosine View Zenith     :  0.80000000000000004     
 fu%txt                 :           0
      Spect Emissivity 	: 0.990 0.990 0.990 0.990 0.990 0.990 0.990 0.990 0.990 0.990 0.990 0.990
 Skin Temperture (k)    :   248.62899999999999     
 Trace Gas Concentration__________________________________________________________
 CO2 Conc (ppmv)        :   360.00000000000000     
 CH4 Conc (ppmv)        :   1.7500000000000000     
 N2O Conc (ppmv)        :  0.31000000000000000     
 CFCs Conc (ppv)        :   2.6800000000000001E-010   5.0300000000000002E-010   1.0500000000000000E-010
 Option Selection_________________________________________________________________
 >4 micron solar lband6a:     T
   Continuum option sel	:     5
 # of LW bands >2200cm-1:     2
 Hybrid solver option   :     T
 Solver option          :     1
      Window instrument	:     0
 Fourstream Sol fourssl :     F
 Fourstream IR  foursir :     F
 Cloud lwc profile flag :     2
 Aerosols__________________________________________________________________________
 #Aerosol Taus		:           1
 #Aerosol Constituents	:           2
Aer.Wavelength(s)(micron)   0.641
 -Aerosol Type 		:           2
Aer. Optical Depth(s)     0.80000
 -Aerosol Type 		:           1
Aer. Optical Depth(s)     0.20000
 Profiles__________________________________________________________________________
 Level.Pres(hPa).Temp(K).H20(g/g).RH(%)..O3(g/g)...AOT%PROFILES
     1     0.06   288.77 3.82E-06  -0.0-4.45E-06  0.00  0.00
     2     0.11   278.81 3.86E-06  -0.0-2.51E-06  0.00  0.00
     3     0.23   268.84 3.89E-06  -0.0-5.64E-07  0.00  0.00
     4     0.45   258.88 3.93E-06  -0.0 1.38E-06  0.00  0.00
     5     0.90   248.91 3.96E-06   0.0 3.32E-06  0.00  0.00
     6     1.84   238.53 4.00E-06   0.0 5.35E-06  0.00  0.00
     7     3.84   229.76 3.97E-06   0.0 8.11E-06  0.00  0.00
     8     8.53   216.73 3.84E-06   0.3 8.12E-06  0.00  0.00
     9    12.73   211.15 3.67E-06   0.9 7.06E-06  0.00  0.00
    10    19.25   206.81 3.51E-06   2.4 5.94E-06  0.01  0.01
    11    29.30   203.46 3.24E-06   5.6 5.28E-06  0.02  0.02
    12    44.65   202.95 2.96E-06   8.4 4.91E-06  0.05  0.05
    13    67.80   204.28 2.73E-06   9.6 4.19E-06  0.01  0.01
    14    70.00   204.43 2.71E-06   9.7 4.12E-06  0.15  0.15
    15   102.47   207.04 2.51E-06   9.0 2.67E-06  0.45  0.45
    16   153.86   210.34 3.02E-06  10.2 1.19E-06  0.69  0.69
    17   200.00   211.36 5.50E-06  20.9 6.16E-07  0.63  0.63
    18   230.59   211.14 8.15E-06  36.8 3.99E-07  1.08  1.08
    19   271.07   212.29 1.29E-05  58.5 2.22E-07  1.64  1.64
    20   318.09   215.31 2.15E-05  76.3 1.09E-07  2.45  2.45
    21   372.04   220.46 3.94E-05  83.9 6.24E-08  1.53  1.53
    22   400.00   223.29 5.13E-05  82.5 5.23E-08  1.99  1.99
    23   432.09   226.60 7.18E-05  83.5 4.78E-08  5.08  5.08
    24   500.00   233.03 1.25E-04  79.4 4.21E-08  7.29  7.29
    25   576.66   239.00 2.06E-04  78.2 3.95E-08 10.45 10.45
    26   663.45   244.38 3.10E-04  76.6 3.79E-08  6.81  6.81
    27   711.09   246.80 3.74E-04  77.4 3.75E-08  8.11  8.11
    28   761.69   248.91 4.45E-04  79.9 3.70E-08  9.64  9.64
    29   815.38   250.53 5.21E-04  85.4 3.63E-08  6.81  6.81
    30   850.00   251.23 5.67E-04  90.4 3.58E-08  4.71  4.71
    31   872.63   251.60 5.93E-04  93.6 3.54E-08 13.80 13.80
    32   933.89   251.50 5.99E-04 102.2 3.42E-08  9.63  9.63
    33   972.97   250.07 5.46E-04 111.8 3.24E-08  3.45  3.45
    34   986.36   249.36 5.24E-04 116.6 3.13E-08  3.53  3.53
    35   999.73   248.64 5.02E-04 121.5 3.02E-08  1.00  1.00
 Spectral Surface Albedo WITH AEROSOLS::
    Spect Surface albedo:w/AOT CLEAR  0    0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
    Spect Surface albedo:w/AOT Cloud  1    0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
 Spectral Surface Albedo WITHOUT Aerosol::
    Spect Surface albedo:NOAOT CLEAR  0    0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
    Spect Surface albedo:NOAOT Cloud  1    0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000 0.000
================================================================================
  CLOUDS::    1       1
    Fractions :   1.000
    DPI   mode:       F
    #Overlaps :       1
-------------------------
    Opt Depth :  10.000
    RPhase    :    2.00
    Re        :   15.00
    De        :   60.00
  Top:Bot Lay#:********
  Top:Bot Pres:   0   0
    Nu .......:     0.0
    Mn_lin_tau:    11.5
 Fu-Liou Model inputs in structure fi%  End
 ========================================================================================================================
                      SHORTWAVE Down---------------    Shortwave Up------------------
  #  Presure  Height  Clear   Prist   Total  TotNOA    Clear   Prist   Total  TotNOA 
 Lev  [hPa] [meters]   Down    Down    Down    Down     Up      Up      Up      UP   
   1    0.06      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   2   70.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   3  200.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   4  500.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   5  850.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   6  999.73      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
                     LONGWAVE Down----------------    Longwave  Up------------------
  #  Presure  Height  Clear   Prist   Total  TotNOA    Clear   Prist   Total  TotNOA 
 Lev  [hPa] [meters]   Down    Down    Down    Down     Up      Up      Up      UP   
   1    0.06      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   2   70.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   3  200.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   4  500.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   5  850.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   6  999.73      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
                     WINDOW Down------------------    WINDOW  Up--------------------
  #  Presure  Height  Clear   Prist   Total  TotNOA    Clear   Prist   Total  TotNOA 
 Lev  [hPa] [meters]   Down    Down    Down    Down     Up      Up      Up      UP   
   1    0.06      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   2   70.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   3  200.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   4  500.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   5  850.00      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
   6  999.73      0.    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00    0.00
STOP  Simple.f90 normal end

遇到臭氧插值为负数的问题,进入gfld.f90修改hmax为四万米

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