A vector radiative-transfer model for the Odin/OSIRIS project

A vector radiative-transfer code has been developed that is able to accurately and efficiently calculate radiance and polarization scattered from Earth’s limb. A primary application of this code will be towards generating weighting functions, based on calculated limb radiances, for the retrieval of trace gases (O3, NO2, BrO, OClO, and O4) from the optical spectrograph and infrared imaging system (OSIRIS). OSIRIS is a UV–visible instrument on board the Odin satellite that measures limb-scattered light. This model solves the vector radiative-transfer equation using an iterative technique simultaneously in both plane-parallel and spherical-shell atmospheres. OSIRIS simulated limb radiance and polarization and OSIRIS weighting functions are presented along with a discussion of the numerical solution parameters, model intercomparisons and timings, and necessary model improvements. Overall agreement with other models was found to be very good and model speed is comparable to a fast finite-difference code. A set of OSIRIS reference atmospheres have been compiled for use with radiative-transfer models. Each of the 216 atmospheres (18 latitudes × 12 months) include profiles of air, pressure, temperature, ozone, NO2, BrO, and stratospheric aerosols. PACS Nos.: 42.68-w, 94.10Gb Résumé : Nous avons développé un programme pour calculer le transfert radiatif vectoriel et pouvant évaluer avec précision et efficacité la radiance et la polarisation de la lumière diffusée par le limbe terrestre. Une application importante de ce programme est la génération de fonctions de poids basées sur le calcul des radiances du limbe, afin d’identifier les composés à l’état de trace (O3, NO2, BrO, OClO et O4) à partir des mesures obtenues à l’aide du spectrographe optique et du système d’imagerie infrarouge (OSIRIS). OSIRIS est un instrument du satellite Odin dont le rôle est de mesurer la diffusion de la lumière par le limbe terrestre dans le domaine UV–visible. Notre modèle numérique résoud l’équation de transfert radiatif vectoriel en utilisant une méthode itérative simultanément pour des atmosphères à plans parallèles et à couches sphériques. Nous présentons des résultats OSIRIS simulés pour la radiance du limbe et la polarisation, ainsi que les fonctions de poids simulés OSIRIS, accompagnés de comparaisons avec d’autres modèles et de suggestions pour améliorer le modèle. Nous trouvons un très bon accord global avec d’autres modèles notre vitesse de calcul est comparable à celle de modèles rapides utilisant les différences finies. Nous avons complété un ensemble de coupes d’atmosphères OSIRIS de référence pour utilisation avec des modèles de calcul de transfert radiatif. Chacune des 216 coupes Received 13 May 1999. Accepted 23 November 2001. Published on the NRC Research Press Web site at http://cjp.nrc.ca/ on 21 March, 2002. C.A. McLinden.1,2 Department of Physics and Astronomy, York University, Toronto, ON M3J 1P3, Canada. J.C. McConnell and E. Griffioen. Department of Earth and Atmospheric Science, York University, Toronto, ON M3J 1P3, Canada. C.T. McElroy. Meteorological Service of Canada, Downsview, ON M3H 5T4, Canada. 1 Present Address: Meteorological Service of Canada, Downsview, ON M3H 5T4, Canada. 2 Corresponding author (email: [email protected]). Can. J. Phys. 80: 375–393 (2002) DOI: 10.1139/P01-156 © 2002 NRC Canada 376 Can. J. Phys. Vol. 80, 2002 (18 latitudes × 12 mois) inclut des profils pour l’air, la pression, la température, l’ozone, le bioxyde d’azote, l’oxyde de bore et des aérosols stratosphériques. [Traduit par la Rédaction]