一维辐射传输方程的球谐函数方法 II：热辐射
摘要
估计辐射传输方程解的近似方法对于理解系外行星与褐矮星大气至关重要。最简单且最流行的选择是“两流方法”，常用于为散射和吸收介质中的辐射传输建立简单而有效的模型。Toon 等人 (1989)（Toon89）概述了计算反射光和热光谱的两流方法，后来在开源辐射传输模型 PICASO 中实现。在本系列第一部分中，我们发展了用于求解反射太阳辐射（Rooney 等人 2023）辐射传输方程的解析球谐函数方法，并在 PICASO 中实现，通过提供高阶近似来提高代码精度。本工作是该球谐函数推导的扩展，用于研究热辐射光谱。我们强调了热辐射方法的模型差异，并将 4 项方法 (SH4) 与 Toon89 和高流离散坐标方法 CDISORT 进行基准比较。通过比较各模型产生的光谱，我们证明与 Toon89 相比，SH4 方法精度显著提升，这归因于近似阶数的提高和相函数的选择。我们还探讨了计算时间与模型精度之间的权衡。我们发现 4 项方法的耗时是 2 项方法的两倍，但与 CDISORT 相比精度最高可达五倍。因此，SH4 以最小的数值代价牺牲显著提升了模型精度。
引用
@article{arxiv.2304.04830,
title = {Spherical Harmonics for the 1D Radiative Transfer Equation II: Thermal Emission},
author = {Caoimhe M. Rooney and Natasha E. Batalha and Mark S. Marley},
journal= {arXiv preprint arXiv:2304.04830},
year = {2023}
}
备注
Submitted ApJ; 17 pages; 7 figures; Code available at https://github.com/natashabatalha/picaso; Zenodo release at https://zenodo.org/record/7765171#.ZC3G7uzMI8Y; Tutorials/figure reproducibility at https://natashabatalha.github.io/picaso/notebooks/10c_AnalyzingApproximationsThermal.html;