Radiative Transfer Model 3.0 for PALM-4U

0521403 - ÚI 2020 RIV CZ eng L4 - Software
Krč, Pavel - Resler, Jaroslav - Sühring, M. - Salim, M. - Fuka, V.
Radiative Transfer Model 3.0 for PALM-4U.
Internal code: PALM-RTM3 ; 2019
Technical parameters: Nová generace multireflekčního radiačního modelu pro explicitní modelování radiačních interakcí, integrovaného do mikroměřítkového atmosférického modelu PALM-4U. Model řeší toky krátkovlnného a dlouhovlnného záření v komplexním geometrickém prostředí města nebo složitého terénu včetně interakce radiace s plně rozlišenou vegetací. Nová generace modelu pro radiační interakce díky novým algoritmům a optimalizované paralelizaci zásadně zlepšuje škálování, současně simuluje větší škálu radiačních procesů a snižuje některé diskretizační chyby. Model je napsán v jazyce Fortran 90 a paralelizován pro HPC pomocí MPI-3 rozhraní.
Economic parameters: Díky zásadnímu zlepšení škálovatelnosti umožňuje nová generace modelu simulovat výrazně rozsáhlejší oblasti než předchozí verze. Díky nově simulovaným procesům je možné modelovat širší škálu prostředí a typů počasí se zvýšenou přesností. Model je dostupný pod stejnou licencí GPL jako zbytek modelu PALM na stránkách modelu PALM.
R&D Projects: GA KHP(CZ) UH0383
Institutional support: RVO:67985807
Keywords : radiative modelling * raytracing * microscale atmospheric modelling * high-performance computing * urban climate
OECD category: Meteorology and atmospheric sciences
https://palm.muk.uni-hannover.de/trac/browser/palm/trunk/SOURCE/radiation_model_mod.f90

Microscale atmospheric modelling of urban areas requires a detailed three-dimensional description of all surfaces and materials within the modelled area and a model of energy balance between these surfaces and the atmosphere, in addition to modelling of atmospehic processes themselves. An important component of this energy balance is solar and thermal radiation. Shading by buildings and structures, multiple reflections and spatial interaction with plant canopy play a significant role on street level and these processes are not fully captured by traditional single-column radiation models. So far, only a few models have been developed that simulate these processes within a fully-featured atmospheric model. PALM is a state-of-the-art large-eddy simulation modelling system and its part PALM-4U is an extensive urban climate model. The RTM model within PALM-4U is responsible for modelling of shortwave and longwave radiative interactions inside urban canopy involving complex terrain, various types of urban surfaces and resolved plant canopy. A new generation of RTM version 3.0 which is part of PALM-4U v. 6.0 adds a number of important features: a new representation of sky for direct and diffuse solar irradiance and sky thermal irradiance, a new raytracing algorithm with reduced complexity and optimized MPI communication, a new discretization scheme for reflected and surface thermal radiation with reduced CPU and memory complexity and significantly better scalability, absorption and emission of longwave radiation by plant leaves (in addition to shortwave radiation) and provision of radiative heat fluxes for modelling transpiration of resolved plant canopy as well as provision of 3-D multi-directional mean radiant temperature for the biometeorology module.
Permanent Link: http://hdl.handle.net/11104/0306032