Absorption of Solar Radiation by Water Vapor in the Atmosphere. Part I:a Comparison Between Selected Parameterizations and Reference Results

Abstract

Selected schemes conceived for providing reliable and computationally efficient estimates of the absorption of solar radiation by the atmospheric water vapor are discussed. Special attention is devoted to the scheme proposed by Lacis & Hansen, which is included in radiative codes of atmospheric models running at Brazilian centers of research and numerical weather forecasting. Additional schemes, proposed from relatively modern estimates of the effects due to the water vapor absorption, are also included in the analysis. In the goal of assessing systematic errors associated to these schemes, comparisons are performed with benchmark results available in the literature which have been obtained through careful line-by-line integration throughout the solar spectrum. Modern schemes allow more atmospheric absorption, and therefore less downward shortwave irradiance at the ground, when compared with schemes implicitly adopted at present in Brazilian centers.

Keywords :Solar radiation; Water vapor; Radiative transfer; Atmospheric modeling; Line-by-line integration; Radiative codes.

ABSORÇÃO DE RADIAÇÃO SOLAR POR VAPOR D'ÁGUA NA ATMOSFERA. PARTE I: UMA COMPARAÇÃO ENTRE PARAMETRIZAÇÕES E RESULTADOS DE REFERÊNCIA

Este artigo analisa diversos aspectos relacionados à avaliação dos efeitos da absorção de radiação solar pelo vapor d'água na atmosfera, particularmente quando efetuada através de esquemas (parametrizações) que sejam acurados e com baixo custo computacional. Atenção especial é dedicada ao esquema proposto por Lacis & Hansen, dado que ele encontra-se incluído em códigos radiativos de modelos atmosféricos utilizados em diversas instituições brasileiras. As análises incluem ainda outros esquemas, propostos a partir de estimativas relativamente modernas dos efeitos devidos à absorção de radiação solar pelo vapor d'água. No intuito de se quantificar erros sistemáticos associados a estes esquemas, comparações são efetuadas frente a resultados disponíveis na literatura e obtidos empregando-se códigos radiativos capazes de levar em conta o impacto isolado de cada linha de absorção. Esquemas de desenvolvimento recente proporcionam mais absorção atmosférica, e portanto menores valores para a irradiância solar incidente à superfície do solo, quando comparados com aqueles esquemas que têm sido adotados implicitamente em modelos atmosféricos empregados em instituições brasileiras.

Keywords :Radiação solar;Vapor d'água;Transferência radiativa;Modelagem atmosférica;Integração linha-a-linha;Códigos radiativos.

DOI: https://doi.org/10.1590/S0102-261X1997000300006