TP star-line

Description

Ce TP illustre une méthode de résolution du transfert radiatif en raie-par-raie par Monte Carlo et propose un travail théorique sur le modèle à bande étroite de Malkmus et les k-distributions. On comparera les sorties d'une simulation numérique par Monte Carlo implémentant la technique de l'échantillonnage des transitions (star-line, cf. le document ${TP_STAR_LINE}/Doc_spectral/line_sampling.pdf (en ligne ici)) et utilisant des données spectrales issues de la base de données HITRAN, à un modèle de bande étroite à deux paramètres (Malkmus, cf. le document ${TP_STAR_LINE}/Doc_spectral/fiche_malkmus.pdf (en ligne ici) pour plus de détails sur le modèle).

Pré-requis

Sous EDIX, les programmes de star-line nécessaires sont déjà installés. Pour pouvoir les utiliser, il suffit d'utiliser la commande ci-dessous pour mettre à jour les variables d'environnement.

source /home/lafrier/environnement_tp_star-line/etc/profile

Les commandes sln-build, sln-slab et sln-stat devraient maintenant être accessibles. On peut s'en assurer en vérifiant que la commande sln-build affiche bien un message d'aide contenant sa syntaxe :

sln-build -h

Mise en place

On commencera par créer un répertoire de travail

mkdir mon_nom && cd mon_nom
mkdir tp_star-line && cd tp_star-line

On peut faire un lien symbolique (un raccourci) vers le fichier profile que l'on doit sourcer à chaque fois qu'on veut initialiser l'environnement de TP, c'est à dire chaque fois qu'un nouveau terminal est ouvert :

ln -sf /home/lafrier/environnement_tp_star-line/etc/profile .
source profile

En début de chaque sous-TP (TP1, TP2, TP3) on copiera le répertoire de TP dans le répertoire de travail et on ira dedans pour travailler :

cp -r ${TP_STAR_LINE}/TP1 .
cd TP1

Le cahier de TP correspondant est dans le fichier README.md (dans le répertoire TPx que l'on vient de copier) :

vim README.md  # permet d'avoir la coloration syntaxique

On peut également visualiser les cahiers de TP au format html sur la page web du TP ce qui permet en particulier d'utiliser la fonctionnalité de traduction du navigateur.

Structure du TP

Le TP est constitué de trois parties dans lesquelles ont a à la fois une illustration de l'utilisation de la bibliothèque star-line et de ses utilitaires, et un travail théorique sur les spectres d'absorption via le modèle de Malkmus.

  1. Le TP1 commence par décrire la procédure pour obtenir les données HITRAN et l'utilisation de sln-build pour générer les structures accélératrices nécessaires à l'échantillonage de transitions pour sln-slab. sln-slab est alors utilisé pour calculer numériquement la transmissivité d'une couche homogène (un slab), en raie-par-raie sur une bande étroite. La courbe de transmissivité, fonction de l'épaisseur du slab, est ensuite utilisée comme référence pour estimer les deux paramètres du modèle de Malkmus (k_barre et phi), en analysant la courbe de transmissivité aux limites optiquement minces et épaisses.

  2. Dans le TP2, une deuxième stratégie est proposée pour estimer les paramètres du modèle de Malkmus. Plutôt que de fitter la courbe de transmissivité, les paramètres k_barre et phi sont estimés à partir de statistiques calculées sur les coefficients d'absorption à l'aide du programme sln-stat. On plonge ici dans le monde des k-distributions, illustrées en particulier pour le modèle de Malkmus par la distribution de Domoto (une loi inverse-gaussienne).

  3. Dans le TP3, une troisième stratégie est proposée pour estimer les paramètres du modèle de Malkmus. Cette fois-ci, les statistiques seront calculées directement sur les paramètres des raies (et non pas sur les coefficients d'absorption qui sont les sommes de contribution des différentes raies). En plus de l'estimation de paramètres, et comme on a désormais accès aux données des raies elles-mêmes, on peut examiner la validité des hypothèses que le modèle de Malkmus pose sur la distribution des raies (centres uniformément répartis, largeur constante, distribution des intensités...).