MODTRAN – response to Ed Caryl

I have raised some questions regarding the usage of MODTRAN by Ed Caryl on NoTricksZone. Ed Caryl has applied MODTRAN here, here and here. In the last of those blog posts Ed Caryl has made a validation run and compared a MODTRAN run with observations of downwelling radiation (also known as back radiation) at the South Pole. However, he also states that the version of MODTRAN used by him is different than the version connected to the web interface offered by the University of Chicago used by me.

For the purpose of comparison I have carried out the following two MODTRAN runs at South Pole conditions. The pictures below show the input data, the diagrams of the back radiation and part of the atmospheric profiles for the two runs.

I have got similar results as Ed Caryl for the South Pole (his diagram is to the right here) with a very low temperature at the ground of 228 K (-45 C) which may well be representative of the South Pole. I have also assumed that the height of the South Pole is 3 km. The legend in the upper right corner of the diagrams confirms that we are not using the same MODTRAN version.

My first run is with the original profile of the relative humidity for the 1976 US Standard Atmosphere. This is obtained by using the parameter Water Vapor Scale equal to one. The output file shows that in that case the relative humidity is a little less than 50% in most of the troposphere. However, although with similarities the resulting diagram from this first run is much less similar to the diagram by Caryl than the one from the second run.

In the second run I have used 50 as the value of the Water Vapor Scale parameter. The output file shows that the MODTRAN program does not allow greater values than 100% for the relative humidity. Consequently with this value the relative humidity becomes 100% in the whole troposphere.

From this behaviour of the MODTRAN program follows that you get the same relative humidity profile and the same simulation results with the Water Vapor Scale parameter equal to 50 and equal to 90. This agrees with what Ed Caryl found in his MODTRAN runs where a parameter, interpreted by him as relative humidity, was varied from 50 to 90.

However, since we are using different versions of MODTRAN it is possible that the version used by Ed Caryl has another way of handling the relative humidity profiles than the version used by me.

Right click for bigger pictures.

Dela detta inlägg

17 reaktion på “MODTRAN – response to Ed Caryl

  1. 1
    Stickan no1

    RH faller kraftigt i båda exemplen vid ca 10 km höjd. Temperaturen indikerar tropopausen. Men det stämmer ändå inte med höjd/tryck och verkliga förhållanden. Jämför med tryck och temp från här med Modtran:
    http://journals.ametsoc.org/doi/pdf/10.1175/1520-0442%282001%29014%3C3117%3ATTITPR%3E2.0.CO%3B2
    RH i Stratosfären är uträknad av Modtran men varierar i verkligheten stort.
    Och över sydpolen varierar Ozonhalten kraftigt i verkligheten.
    Vad jag vill ha sagt är att inte heller Modtran är på inga sätt en perfekt modell. Feltoleransen bara av ovan angivna skäl torde vara avsevärda.

  2. 2
    Pehr Björnbom

    Stickan No1 #1,

    Modtran använder här en modellatmosfär med en från början definierad RH i strotosfären som inte gär att ändra på. Däremot kan RH i troposfären skalas om genom att ändra på värdet på Water Vapor Scale. 

  3. 3
    Ingemar Nordin

    Pehr B #2,

    Samtidigt är det naturligtvis så att ju högre vattenhalten är, desto mindre betydelse har koldioxiden, även om det kanske inte går att visa med Modtran. Har detta konsekvenser för uppvärmningen i torra områden (typ polerna) versus blöta?

  4. 4
    Pehr Björnbom

    Ingemar #3,

    Det går att göra sådana studier med Modtran.  Om vi jämför det första fallet med det andra så har vi dubbelt så hög fukthalt i troposfären i det andra fallet än i det första. Detta leder till att vi får en starkare IR-stråning från atmosfären mot jordytan i det andra fallet genom att vattenånga med högre koncentration ger mera strålning.

    Däremot säger dessa två diagram inte vad effekten av ökad koldioxidhalt blir med olika fukthalter i troposfären. Men sådana studier kan man också göra, men återigen måste man veta vad man gör och hur man skall tolka resultaten. 

  5. 5
    Stickan no1

    Men får du verkligen inte felmedelande med ”water wapor scale” >1 i textfilen?
    Jag får detta med ditt exempel med 50 i den rutan i fulla outputfilen från:http://forecast.uchicago.edu/Projects/modtran.html
    Exempel:
    ***ERROR RELHUM 0.2285E+04 AT ALT 0.000
    ***ERROR RELHUM 0.2436E+04 AT ALT 1.000″
    Osv för varje höjd.
    Skall skalan inte vare mellan 0 och 1?
     
     

  6. 6
    Pehr Björnbom

    Stickan no 1 #5,
     
    Jo, jag får också detta felmeddelande, fast jag observerade det faktiskt inte förrän nu. Även Caryl bör ha fått det tycker jag. Men man kan till exempel använda Water Vapor Scale lika med 1.5 utan att få felmeddelandet eftersom RH då blir mindre än 100%.
     
    Nu upptäckte jag en sak till som jag inte sett tidigare. Även om Modtran sätter RH lika med 100 för de felaktiga relativa fuktigheterna så bibehåller den de orealistiska vattenångkoncentrationerna som räknats fram genom att skala om värdena med Water Vapor Scale. Jag gissar att Modtran också använder dessa ofysikaliska koncentrationer i modellberäkningarna.
     

  7. 8
    Stickan no1

    Googlat lite i ämnet: angående Water vapor scale
    ”It seems to multiply the humidity by this constant factor at all altitudes.”
    det innebär att RH är givet och kan inte ändras i procent av RH utan bara som en faktor på redan givna värden.
    Och kanske än mer viktigt:
    ”However, there’s something strange in MODTRAN: the delta-T is added up to 11 km or so, and not beyond. There’s a jump in temperature at that level (at least when looking at the text output).

    Maybe the authors of MODTRAN (or better, of the web interface to MODTRAN) consider that it is a better approximation to keep the stratospheric temperature constant instead of also applying a delta-T to it.”
    David Archers svarar:
    ”Hello Chris,

    The temperature adjustment that I put into MODTRAN was very ad-hoc, just a toy for teaching undergraduates. No doubt you are correct that the change in temperature with altitude would be more complicated than this. If you think it’s a serious error I can probably dig my way back into that code and the web interface to fix it. But I am guessing that the impacts should be pretty small, at least for the purposes that the model was designed for.

    Feel free to quote me in your discussion thread.

    regards,

    David Archer”
    Från http://www.physicsforums.com/showthread.php?p=2324953
    Min slutsats är att man skall nog inte dra för stora växlar av modtran applikationen på nätet.

  8. 9
    Pehr Björnbom

    Tack Stickan no 1!
     
    Bra jobbat, du är verkligen nummer ett!
     
    Märkligt att Archer gjort ett så trivialt misstag inom ett område där han så stor erfarenhet.
     
    Vad jag förstått är Archer den stora auktoriteten inom IPCC-sfären när det gäller klimatmodellering med interaktion mellan koldioxiden i luften och och i havet. Det är utifrån hans klimatmodelleringsarbete som påståendet kommer att koldioxiden kommer att vara kvar i atmosfären under tusentals år.

  9. 10
    Slabadang

    Pehr B och Stickan… bra jobbat!

    Ni har nog hittat svaret på min observation om motsägelsefulla relationer/ resultat i MODTRAN. Den statiska atmosfärsmodellen lämnar mycket att önska och vad som skulle vara intressant är att också kunna förändra/manipulera atmosfärsmodellen. I nätversion är det mer en leksak.

    Vad jag försöker bli trygg i är att mätadata verkligen är RÅ och inte justerad efter atmosfärsmodell. Ni har säket läst mer än jag och har hittills inte hittat hur indata hanteras annt än me hänvisning till programmets ”logaritmer”. Jag hittar massor av potentiella felkällor i de diagram som anges för deras atmosfärsmodells variabler men svårt att hittills avgöra deras storheter eftersom de är statiska.

    MODTRAN är ju väldigt intressant med dess koppling till luftfuktigheten och co2 i samverkan och indikationer på förstärkningsffakter får omvänt tecken. Vi bör tala om vattenångans ”dämpningseffekter ” istället.

    .
    Figure 2. MODTRAN Model Atmosphere Profiles for H2O and O3. Note there is a break in the altitude vertical scales, at 10 km for H2O and 42 km for O3.

    Tabellen ger en hel del att fundera över och samtidigt så finns det här viktiga nycklar att hantera och jobba med.

    http://modtran5.com/faqs/index.html#out_files

  10. 11
    Stickan no1

    Misstag?
    Det tror jag inte. Det kan inte längre vara en slump att alla misstag av alla AGW förespråkare alltid ger samma resultat.
     

  11. 12
    Slabadang

    Jag tänker angående vattenångan i atmosfären!

    Vi ser på hur observationerna av vattenångan i atmosfären INTE stämmer med AGW hypotesen och den tycks till och med uppträda i strid med den mest grundläggande fysisken och jag tycker att det glipar precis över allt. Vi har haft minskad vattenånga i atmosfären samtidig som planeten blivit varmare sedan satellitmätningarna. samtidigt hävdar IPCC att nederbörden ökat med fler häftiga regn.
    Mindre vattenpnga kan alltså ge varmare planet och samtidigt öka nedrbörden utan att lämna spår efter sig i satellitmätningar??

    Ja inte lirar något ihop på något sätt och den ena överdriften tar liksom död på den andra. Vi har en klimatvetenskap som måste börja om på ruta ett igen. Att värme styr vattenånga är ett trinmligt antagande men bevisligen finns det andra forcings som är starkare än några fjuttigaw/m2 som mer styr mängden vattenånga och moln i atmosfären. Att utgå ifrån en liten sketen spårgas på 300 PPM som styrande är fullständigt totalt uppåt väggarna galet.

    Har man inte koll på klimatets elefanter och kameler så trampar de ned den som står och betraktar sin CO2-mygga i mikroskopet. Så när ni talar om att CAGWforskare har platt bakhuvud och en balk i ögat så har ni fel… det är okularet från mikroskopet och det intryckta området i bakhuvudet har formen av en kamelhov!!

  12. 13
    Peter Stilbs

    Det finns också något som heter IRTRAN vad jag minns-som kostar pengar. Huvudsakliga skillnaden kanske bara är noggrannare IR-spektra. Jag minns inte.

  13. 14
    Stickan no1

    Slabadang;
    tror du kommer att uppskatta denna artikel:
    http://hidethedecline.eu/media/RoyGreenhouse/Gravity%20Rules%20the%20Greenhouse%20EffectV2_R.%20Clark_9.27.10.pdf
    ”The energy transfer processes that set the Earth’s surface temperature are more complex than the simple ‘equilibrium thermal blanket’ greenhouse effect usually described in the literature”
    ”The concept that energy transport through the troposphere is controlled by radiative transfer is also incorrect. Thermal energy is transported upwards through the atmosphere by convection.”
     

  14. 15
    Slabadang

    Tack Stickan en ”favvo” direkt!

    En mastig omfattande presentation av atmosfärsfysiken …. men BRA och den har definitift en plats bland de bästa skeptiska sammanfattningarna.

    Man tappar lätt perspektiv på storheterna när vi tvingas in i co2perspektivets. Den här meningen stämmer till lång eftertanke bara den….

    In Section 4.0, it was shown that most of the downward atmospheric LWIR flux reaching the

    surface, usually >90% originates within the first kilometer above the surface. Similarly, less

    than 10% of the total upward atmospheric LWIR flux leaving the atmosphere originates from

    within the first kilometer above the surface, except at low temperatures.

    Japp!

  15. 16
    Pelle L

    Kanske dags för Håkan Sjögren att dra på sig fracken och göra plats för lite medaljer  :D

Kommentarer inaktiverade.