前言
ARTS Microwave 數(shù)據(jù)庫全稱 ARTS Microwave Single Scattering Properties Database, ARTS 微波單散射光學(xué)特性數(shù)據(jù)庫。目前被托管在 Zenodo research share 云上。
這個(gè)粒子光學(xué)特性數(shù)據(jù)庫是ARTS項(xiàng)目旗下的一個(gè)子項(xiàng)目，ARTS 全稱 Atmospheric Radiative Transfer Simulator， 大氣輻射傳輸模擬工具，是德國漢堡大學(xué)和查爾姆斯理工大學(xué)的一個(gè)合作項(xiàng)目，感興趣的可以參考ARTS項(xiàng)目官網(wǎng)：
ARTS粒子微波光學(xué)特征數(shù)據(jù)庫初版發(fā)布于2018年2月， 就目前獲取到的信息看，數(shù)據(jù)庫還在長期維護(hù)更新中， 目前已經(jīng)發(fā)行的版本僅僅包括了粒子隨機(jī)歐拉角的光學(xué)特性數(shù)據(jù)（totally random), 規(guī)劃未來還將引入隨機(jī)方向角光學(xué)特性數(shù)據(jù)（Azimuthally random），以及非球形水滴，融化層微粒等新組件。
之所以選擇這個(gè)數(shù)據(jù)庫，除了它還在長期維護(hù)更新外還有以下原因：
- 微波可用頻域較寬，1GHZ-886GHZ
- 溫度可用范圍較寬，190K-270K
- 同時(shí)支持主動(dòng)觀測(cè)和被動(dòng)觀測(cè)
- 支持粒子折射模型完整的Stokes向量，理論上可以導(dǎo)出任何其他衍生光學(xué)物理量
- 17個(gè)粒子Habit受支持，粒子 Habit 分類為： 單晶(single crystal), 高度淞附粒子(heavily rimmed particles)，聚合粒子(aggregating particles), 其他粒子(hail, snow), 每種粒子的尺寸分布略有不同， 每種Habit平均約有30個(gè)尺寸
- 支持液體粒子
- 數(shù)據(jù)本體以NetCDF4格式存儲(chǔ)，提取，轉(zhuǎn)化方式可以利用Python或MATLAB， 相對(duì)而言非常方便
數(shù)據(jù)庫本體托管于：
數(shù)據(jù)庫接口托管于：
一. ARTS 數(shù)據(jù)庫基本架構(gòu)
數(shù)據(jù)庫根目錄下有四個(gè)重要的子目錄
SSD: Single scattering database, 它是數(shù)據(jù)庫本體，也就是粒子單散射數(shù)據(jù)庫， 包含了17種粒子Habit的基本光學(xué)特性，是所有導(dǎo)出光學(xué)量的根本。
Input: 是產(chǎn)生數(shù)據(jù)庫SSD的一些工程文件，包括粒子的三維模型，建模程序等等
DataInterfaces: 數(shù)據(jù)庫接口，包括python MATLAB的數(shù)據(jù)庫接口，本質(zhì)上是提取轉(zhuǎn)化SSD一個(gè)腳本工具集。 里面有通過這些工具提取轉(zhuǎn)化生成的17個(gè).rssp文件（reduced single scattering properties, RTTOV 不需要完整的 stokes 向量), 這十七個(gè)裝配好的.rssp文件目前已經(jīng)集成到RTTOV12.2版本上， 可以直接通過 Mietable_generation.ksh 腳本生成Mietable 。
如果你使用的RTTOV版本較低， 可以通過 /DataInterface/RTTOV/patch 目錄下的補(bǔ)丁文件修改 你的RTTOV12.1 or earlier 版本文件, 修改完后重新編譯一下RTTOV，就可以正常使用 ARTS 數(shù)據(jù)庫了StandardHabits: 自帶的提取組合幾種基本Habit生成的復(fù)合Habit(也有部分是單Habit 直接提取的， 沒有經(jīng)過Habit組合)。 是原始的Single scattering properties, 沒有經(jīng)過轉(zhuǎn)化的Reduce步驟， 這些數(shù)據(jù)以 .xml 格式 或 .mat(MATLAB數(shù)據(jù)文件)格式提供。
我們先重點(diǎn)來看本體SSD 目錄架構(gòu)：
Layer 1: 粒子旋轉(zhuǎn)隨機(jī)類型： TotallyRandom/AzimuthallyRandom
Layer 2: 粒子相態(tài)： Ice/liquid
Layer 3: 粒子聚合類型： singleCrystal/Aggregates
Layer 4: 粒子原型/衍生形： Pristine/Rimmed
Layer 5: 粒子Habit： ........
Layer 6: 粒子旋轉(zhuǎn)隨機(jī)類型： TotallyRandom/AzimuthallyRandom [該目錄下附帶粒子基本屬性報(bào)告]
Layer 7：粒子尺寸分文件存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫granules
用ncl_dump 來看看數(shù)據(jù)庫granule的基本結(jié)構(gòu)
我們看到， 數(shù)據(jù)是分group存儲(chǔ)的， 每個(gè)group對(duì)應(yīng)一個(gè)固定的頻率和溫度，
每個(gè)group下有三個(gè)子group, 分別是單散射光學(xué)特性數(shù)據(jù)， 粒子形狀數(shù)據(jù)， 與計(jì)算生成形式有關(guān)的元數(shù)據(jù)。
重點(diǎn)關(guān)注單散射數(shù)據(jù)， 單散射數(shù)據(jù)下有幾個(gè)重要的維度：aa_scat 散射角azimuth, 因?yàn)閠otally random所以這個(gè)維度被消去了。za_scat 散射角zenith, 0~181不等間距， 角度信息存儲(chǔ)在aa_scat變量中， inc表示 income 入射光線， 容易理解
scatMat_row 是 Stokes 向量 行
scatMat_col 是 Stokes 向量 列
phaMatElem 是6個(gè)非零獨(dú)立的Stokes向量相元素
extMatElem 是Extinction系數(shù)元素
absVecEleme 是Absorption系數(shù)元素
具體含義參照輻射傳輸基本方程
數(shù)據(jù)就存儲(chǔ)在這些Data 后綴的變量中
這一期暫時(shí)就到這里，下一期講python interface
第二期已更新，鏈接：
