Modelización de la radiación solar para la obtención del contenido de vapor de agua atmosférico mediante técnicas radiométricas

Abstract

En este trabajo de investigación se ha estudiado la modelización del contenido de vapor de agua presente en la atmósfera a partir de la transmitancia espectral en la banda de 940 nm. En dicha banda, si se elimina la contribución de los aerosoles y de la dispersión Rayleigh, toda la extinción de la luz se debe a la absorción por parte del vapor de agua atmosférico. La transmitancia se puede obtener a partir del contenido de vapor de agua mediante un modelo de transferencia radiativa. Para ello, primero se han generado perfiles de espesor óptico de absorción en la región espectral de interés para atmósferas con distinto contenido en vapor de agua. Esto se ha llevado a cabo gracias a un conjunto de rutinas de Python para espectroscopía atmosférica denominado Py4CAtS. Después, se ha partido de estos datos para simular distintas atmósferas mediante libRadtran, un compendio de librerías en C y Fortran dedicado a la resolución de ecuaciones de transferencia radiativa. Se ha extraído de dichas simulaciones un conjunto de perfiles atmosféricos de transmitancia espectral para distintos contenidos de vapor de agua. Por último, se ha tenido en cuenta también la respuesta espectral de diferentes radiómetros, promediando los perfiles de transmitancia según sus respectivas funciones aparato. A partir de estos resultados simulados, se ha podido ajustar un modelo de transferencia radiativa para cada uno de los filtros, comparándose los coeficientes de dichos ajustes con los proporcionados por la red AERONET (AErosol RObotic NETwork). Se ha obtenido una pareja de coeficientes de ajuste para cada filtro, en los cuales se observa una cierta variación en función del ángulo cenital solar.

The aim of this resarch project is to study the modeling of atmospheric water vapor content from spectral transmittance in the 940 nm band. Provided that the contributions of aerosols and Rayleigh scattering are eliminated, all the radiation extinction in this band is due to atmospheric water vapor absorption. Transmittance can be obtained from water vapor content by use of a radiative transfer model. For this purpose, absorption optical depth profiles have first been generated for atmospheres with different water vapor contents. The computation of this profiles was achieved through a set of Python routines for atmospheric spectroscopy called Py4CAtS. Afterwards, this data has been used to simulate different atmospheres with libRadtran, a compendium of C and Fortran libraries dedicated to the resolution of radiative transfer equations. A set of atmospheric spectral transmittance profiles for different water vapor contents has been extracted from this simulations. Finally, the spectral response of several radiometers has also been taken into account, averaging the transmittance profiles according to their respective device functions. From the simulation results, it has been possible to adjust a radiative transfer model for the interference filter of each radiometer, comparing the results to those provided by AERONET (AE- rosol RObotic NETwork). A pair of coefficients has been obtained for each filter, observing a certain dependence on the solar zenith angle.