Spectral Shape of Surface Incident Irradiance

[Julienlali]

Cher Mustapha (François, Didier),

J'ai réussi à rouler votre modèle en Linux.

Dans le notebook intitulé demo_notebook.ipynb, lorsque je roule la section 3.7. Irradiances, j'obtiens cette figure:

Je regarde particulièrement le flux 'down 0+ total planar'.

La forme du spectre d'éclairement n'est pas celle que je m'attendais à trouver.

Voir par exemple Morel 1991 - Figure 1.

Savez-vous d'où proviennent ces différences ?

Est-ce que je dois ajouter des composantes atmosphériques ?

Merci pour votre travail,

Julien

[Mustapha-hygeos]

Bonjour Julien,

Alors j'ai rapidement jeter un oeil au papier de Morel 1991. Et on voit qu'il y a par exemple de la vapeur d'eau. Dans le démo notebook ce n'est pas le cas. Il n y a que 2 gaz que l'on considère analytiquement (O3 et il me semble NO2). Pour les autres gaz il faut soit que l'utilisateur fournisse lui-même le profil d'absorption, soit passer par reptran ou une kdis (il y a des exemples dans le démo notebook).

Cordialement,
Mustapha

[Julienlali]

Bonjour Mustapha

Merci pour votre réponse et aussi pour le retour rapide. Ces informations m'aident à mieux comprendre.

Suivant votre réponse, j'ai essayé de spécifier: water vapour column to 2 g/cm-2

Voici mon code, suivi de la figure qui en résulte.

Il doit me manquer encore quelque chose parce que la forme spectrale n'y est toujours pas, mais je ne sais pas quoi.
La figure issue de Morel (1991) n'est qu'un exemple - c'est typiquement la forme d'un spectre d'éclairement incident à la surface dans le visible.

Vos suggestions sont les bienvenues.

Merci,

Julien

"""
Comparison of downwelling planar irradiance (0+)
- Dry atmosphere (monochromatic)
- Humid atmosphere with H2O absorption (REPTRAN)

Visible range: 400–700 nm
"""

import os
import sys
from pathlib import Path
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt

# ============================================================
# Smart-G setup
# ============================================================

ROOTPATH = Path.home() / "smartg"
sys.path.insert(0, str(ROOTPATH))

from smartg.smartg import Smartg
from smartg.atmosphere import AtmAFGL
from smartg.water import IOP_1
from smartg.smartg import RoughSurface
from smartg.reptran import REPTRAN, reduce_reptran

# ============================================================
# Output
# ============================================================

outdir = "results/gas"
os.makedirs(outdir, exist_ok=True)

png_file = os.path.join(outdir, "down0p_total_planar_comparison.png")
txt_file = os.path.join(outdir, "down0p_total_planar_comparison.txt")

# ============================================================
# Common configuration
# ============================================================

TH0 = 75.0              # solar zenith angle [deg]
NB  = 1e7               # Monte-Carlo photons

surf  = RoughSurface(SUR=3, WIND=10., NH2O=1.34)
water = IOP_1(chl=1.1, pfwav=[550.], DEPTH=100.)

Spp = Smartg(double=True)

# ============================================================
# 1) Dry atmosphere — monochromatic
# ============================================================

wl_mono = np.linspace(400., 700., 11)

atm_dry = AtmAFGL(
    'afglms',
    O3=300.,
    NO2=True
)

P_dry = Spp.run(
    THVDEG=TH0,
    wl=wl_mono,
    NBPHOTONS=NB,
    atm=atm_dry,
    surf=surf,
    water=water,
    flux='planar',
    OUTPUT_LAYERS=3,
    progress=False
)

E_dry = P_dry['flux_down (0+)'] + P_dry['direct transmission']
wl_dry = np.array(E_dry.axis('wavelength'))
val_dry = np.array(E_dry[:])

# ============================================================
# 2) Humid atmosphere — REPTRAN (H2O absorption)
# ============================================================

REP = REPTRAN('reptran_solar_coarse')
ibands = REP.to_smartg(lmin=400., lmax=700.)

atm_h2o = AtmAFGL(
    'afglms',
    O3=300.,
    NO2=True,
    H2O=2.0
)

P_h2o = Spp.run(
    THVDEG=TH0,
    wl=ibands.l,
    NBPHOTONS=NB,
    atm=atm_h2o,
    surf=surf,
    water=water,
    flux='planar',
    BEER=1,
    OUTPUT_LAYERS=3,
    progress=False
)

P_h2o_r = reduce_reptran(P_h2o, ibands)
E_h2o = P_h2o_r['flux_down (0+)'] + P_h2o_r['direct transmission']

# ============================================================
# REPTRAN → 11-wavelength binning
# ============================================================

wl_rep  = np.array(E_h2o.axis('wavelength'))
val_rep = np.array(E_h2o[:])

wl_target = wl_mono.copy()
val_h2o_11 = np.full_like(wl_target, np.nan, dtype=float)

dw = (wl_target[1] - wl_target[0]) / 2

for i, wl0 in enumerate(wl_target):
    ok = (wl_rep >= wl0 - dw) & (wl_rep < wl0 + dw)
    if np.any(ok):
        val_h2o_11[i] = np.mean(val_rep[ok])

# ============================================================
# Plot
# ============================================================

plt.figure(figsize=(8, 5))
plt.plot(wl_dry, val_dry, 'r.-', label='Dry (mono)')
plt.plot(wl_target, val_h2o_11, 'b.-', label='Humid (REPTRAN)')
plt.xlabel("Wavelength (nm)")
plt.ylabel("Irradiance")
plt.title("Downwelling planar irradiance just above surface (0+)")
plt.grid(True)
plt.legend()
plt.tight_layout()
plt.savefig(png_file, dpi=200)
plt.close()

# ============================================================
# ASCII output
# ============================================================

with open(txt_file, "w") as f:
    f.write("# Down 0+ total planar irradiance\n")
    f.write("# wavelength_nm  dry_mono  humid_reptran\n")
    for wl, vd, vh in zip(wl_target, val_dry, val_h2o_11):
        f.write(f"{wl:8.2f}  {vd:12.6e}  {vh:12.6e}\n")

print("Outputs written to:", outdir)