Water vapor radiative effects on short-wave radiation in Spain

Abstract

En este trabajo se estudia el efecto radiativo del vapor de agua (WVRE) mediante el modelo de Transferencia Radiativa Disort de Santa Bárbara (SBDART), alimentado con datos integrados de vapor de agua (IWV) de 20 estaciones GPS terrestres en España. En este estudio solo se utilizaron datos de IWV registrados durante los días sin nubes (seleccionados utilizando datos de insolación diaria). Normalmente, para SZA=60,0 ± 0,5° los valores WVRE rondan −82 y −66 Wm⁠−2 (primer y tercer cuartil), aunque puede alcanzar hasta −100 Wm⁠−2 o disminuir hasta −39 Wm⁠−2. Mediante un ajuste empírico se encontró una dependencia de potencia de WVRE con respecto a IWV y el coseno del ángulo cenital solar (SZA). Esta relación se utiliza para determinar la eficiencia radiativa del vapor de agua (WVEFF=∂WVRE/∂IWV). Los valores de WVEFF obtenidos oscilan entre − 9 y 0 Wm⁠−2mm⁠−1 (− 2,2 y 0% mm⁠−1 en términos relativos). Se observa que WVEFF disminuye a medida que aumenta IWV, pero también a medida que aumenta SZA. Por otro lado, cuando el WVEFF relativo se calcula a partir del WVRE normalizado, un aumento de SZA da como resultado un aumento del WVEFF relativo. También se calcularon las velocidades de calentamiento, que oscilan entre 0,2 Kdía⁠-1 y 1,7 Kdía⁠-1. El WVRE también se calculó en la parte superior de la atmósfera, donde los valores oscilaron entre 4 Wm⁠-2 y 37 Wm⁠-2.

In this work, water vapor radiative effect (WVRE) is studied by means of the Santa Barbara's Disort Radiative Transfer (SBDART) model, fed with integrated water vapor (IWV) data from 20 ground-based GPS stations in Spain. Only IWV data recorded during cloud-free days (selected using daily insolation data) were used in this study. Typically, for SZA=60.0 ± 0.5° WVRE values are around − 82 and − 66 Wm⁠−2 (first and third quartile), although it can reach up − 100 Wm⁠−2 or decrease to − 39 Wm⁠−2. A power dependence of WVRE on IWV and cosine of solar zenith angle (SZA) was found by an empirical fit. This relation is used to determine the water vapor radiative efficiency (WVEFF=∂WVRE/∂IWV). Obtained WVEFF values range from − 9 and 0 Wm⁠−2mm⁠−1 (− 2.2 and 0%mm⁠−1 in relative terms). It is observed that WVEFF decreases as IWV increases, but also as SZA increases. On the other hand, when relative WVEFF is calculated from normalized WVRE, an increase of SZA results in an increase of relative WVEFF. Heating rates were also calculated, ranging from 0.2 Kday⁠−1 to 1.7 Kday⁠−1. WVRE was also calculated at top of atmosphere, where values ranged from 4 Wm⁠−2 to 37 Wm⁠−2.