Otros modelos de absorci´ on

Dentro de la variedad de aplicaciones revisadas en el apartado 1.1.2.3, se destacan como pioneros los estudios de la atenuaci´on atmosf´erica dentro la astronom´ıa submilim´etrica y aplicaciones de teledetecci´on. En ambos campos existe un trabajo importante sobre modelos de absorci´on atmosf´erica.

En la definici´on de estos modelos se tienen en cuenta: una base de datos de par´ametros espectrosc´opicos de especies qu´ımicas presentes en la atm´osfera, y un modelo f´ısico que parte de una ecuaci´on de transferencia radiativa que permite modelar la interacci´on entre la radiaci´on y el medio de propagaci´on

(Wang et al.,2011). A continuaci´on se revisan algunos ejemplos de ambos.

Bases de datos de l´ıneas espectrales El estudio y catalogaci´on de l´ıneas espectrales es un campo propio de la espectroscop´ıa molecular. Algunos ejem- plos son los siguientes:

HITRAN La base de datos HITRAN (HIgh-resolution TRANsmission mo-

lecular absorption database) es uno de los cat´alogos de l´ıneas espectra-

les de uso general m´as difundido. Es resultado de un proyecto de larga duraci´on iniciado por el AFCRL (Air Force Cambridge Research Labo-

ratories) a finales de los a˜nos 60. En la actualidad, es gestionado y ac-

tualizado por el CFA (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)4. Incluye par´ametros espectrales l´ınea-a-l´ınea de hasta 39 mol´eculas pre- sentes en la atm´osfera, adem´as de otros par´ametros en longitudes de onda IR, UV e ´ındices de refracci´on de aerosoles. La descripci´on deta- llada de la versi´on 2008 del cat´alogo HITRAN se puede encontrar en

(Rothman et al., 2009). El software HAWKS (HITRAN Atmospheric

Workstation), desarrollado por el CFA, permite trabajar con la base

de datos HITRAN.

GEISA Desde su primera versi´on en 1997, la base de datos GEISA (Gestion

et ´Etude des Informations Spectroscopiques Atmosph´eriques) ha tenido

un amplio desarrollo y una constante actualizaci´on hasta llegar a su ´

ultima versi´on de 2003 (Jacquinet-Husson et al.,2005). El cat´alogo in- cluye un archivo de par´ametros espectrales l´ınea-a-l´ınea de 42 mol´ecu- las, adem´as de par´ametros en longitudes IR y propiedades microf´ısi- cas y ´opticas de aerosoles. El manejo del cat´alogo espectral GEISA se puede realizar mediante una aplicaci´on desarrollada por el laboratorio LMD (Laboratoire de Met´eorologie Dynamique)5. Tanto GEISA como HITRAN fueron en general concebidos para estudios en frecuencias IR, si bien incluyen l´ıneas en frecuencias milim´etricas y submilim´etricas.

JPL El cat´alogo del JPL (Jet Propulsion Laboratory), se concentra en las l´ıneas espectrales centradas en frecuencias microondas, milim´etricas, submilim´etricas y THz, en concreto en el rango entre 0 y 10000 GHz. Se encuentra disponible a trav´es del sitio web sitio oficial del JPL6_{. Es}

una base de datos dise˜nada fundamentalmente para su uso en radio- astronom´ıa. Contiene informaci´on espectral de una mayor cantidad de mol´eculas, respecto a las que pueden encontrarse en HITRAN y GEISA, con datos m´as precisos sobre frecuencias de resonancia e intensidades de las diferentes l´ıneas espectrales .

BEAMCAT La base de datos BEAMCAT (The Bernese Atmospheric Mul-

tiple Catalog Access Tool) (Feist,2004) combina informaci´on espectral

de l´ıneas en la banda milim´etrica y submilim´etrica, tanto del cat´alogo JPL como de HITRAN.

El lector interesado en profundizar en el campo de los cat´alogos espectrales moleculares, puede consultar como punto de partida el trabajo de Rosenkranz

en (M¨atzler, 2006) ´o la recopilaci´on de Rothman (Rothman et al., 2005) y

las referencias bibliogr´aficas que en esta ´ultima se recogen.

Modelos de absorci´on Existen una gran variedad de modelos que des- criben la interacci´on del medio atmosf´erico con la radiaci´on, desarrollados a partir de un modelo de ecuaci´on de transferencia radiativa general y un conjunto de l´ıneas y par´ametros espectrales.

ATM El modelo ATM7 _{(Atmospheric Transmission at Microwaves) se en-}

cuentra en continuo desarrollo desde hace m´as de 20 a˜nos. El primer desarrollo fue reportado por Cernicharo en 1985 (Cernicharo,1985) y la

5_{http://ara.abct.lmd.polytechnique.fr/} 6_{http: //spec.jpl.nasa.gov}

versi´on m´as reciente de 2001 por Pardo (Pardo et al., 2001). Fue desa- rrollado para observaciones astron´omicas en frecuencias milim´etricas y submilim´etricas. Posteriormente fue ampliado para su uso en estudios de la atm´osfera terrestre, tanto desde superficie como desde el espacio. El modelo es v´alido hasta 1600 GHz y permite calcular los efectos de absorci´on atmosf´erica debida a l´ıneas espectrales y componentes conti- nuas, as´ı como efectos de dispersi´on (i.e.scattering) y de retardo de fase. La Figura 2.4 muestra un ejemplo de aplicaci´on del modelo ATM en el radiotelescopio ALMA, donde la atenuaci´on total A, en (dB), puede calcularse comoA=−10 log(T), siendoT el par´ametro de transmisi´on atmosf´erica.

ARTS El simulador ARTS (Atmospheric Radiative Transfer Simulator)

(Buehler et al., 2005) es un proyecto de dominio p´ublico iniciado con-

juntamente entre la Universidad de Bremen y la Universidad de Chal- mers8_{. Cuenta con una versi´on para cielo claro (clear sky) y otra que}

incluye efectos de dispersi´on. Se dise˜n´o principalmente para su uso en estudios de la atm´osfera terrestre, y permite realizar c´alculos a lo lar- go de diferentes tipos de geometr´ıas de observaci´on (e.g. cenit, nadir, limbo). Soporta cat´alogos de l´ıneas espectrales como HITRAN, JPL, y una base de datos propia como parte del simulador.

MonoRTM El modelo MonoRTM (Clough et al., 2005) emplea el modelo MT CKD (Payne et al., 2011) para cuantificar la absorci´on debido a la componente continua del vapor de agua. Es v´alido para frecuencias milim´etricas, submilim´etricas e IR.

FASCODE, MODTRAN, LOWTRAN Estos modelos fueron desarro- llados por el laboratorio AFGL (Air Force Geophysics Laboratory) y su uso se asocia fundamentalmente al c´alculo de absorci´on atmosf´erica en longitudes de onda IR, visible y UV (Berk, 1987). Si bien se encuen- tran alejados del ´ambito de las frecuencias submilim´etricas, despiertan inter´es en aquellas por encima de 1000 GHz (1 THz) donde existe un importante trabajo desde el campo de la ´optica.

La lista de modelos encontrados en la literatura es abundante. Muchos de ellos tienen aplicaciones espec´ıficas y productos que van m´as all´a del c´alculo de la absorci´on debida a gases atmosf´ericos. En la literatura pueden encontrarse, entre otros, los modelos MOLIERE, SARTRE, AMATERASU, LBLRTM o RTTOV-8. Recientemente, en Jap´on, el NICT9 _{(National Institution of}

8_{http://www.sat.ltu.se/arts/}

Figura 2.4: Transmisi´on atmosfrica calculada con el modelo ATM para dife- rentes contenidos integrados de vapor agua, PWV (mm). Llano de Chajnan- tor(Chile), latitud: -23.02◦, longitud: -67.75◦. Fuente: Atacama Large Milli- meter/Submillimeter Array

Information and Communications Technology) comenz´o el desarrollo de un

modelo propio de propagaci´on en frecuencias THz (Wang et al., 2011).