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Computational Aspects of Speed-Dependent Voigt and Rautian Profiles

Schreier, Franz und Hochstaffl, Philipp (2021) Computational Aspects of Speed-Dependent Voigt and Rautian Profiles. Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer, 258 (107385), Seiten 1-12. Elsevier. doi: 10.1016/j.jqsrt.2020.107385. ISSN 0022-4073.

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Offizielle URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0022407320307391

Kurzfassung

For accurate line-by-line modeling of molecular cross sections several physical processes "beyond Voigt" have to be considered. For the speed-dependent Voigt and Rautian profiles (SDV, SDR) and the Hartmann-Tran profile the difference of two complex error functions (essentially Voigt functions) has to be evaluated where the function arguments z± are given by the sum and difference of two square roots. These two terms describing z± can be huge and the default implementation of the difference can lead to large cancellation errors. First we demonstrate that these problems can be avoided by a simple reformulation of z-. Furthermore we show that a single rational approximation of the complex error function valid in the whole complex plane (e.g. by Humlicek, 1979 or Weideman, 1994) allows an evaluation of the SDV and SDR with four significant digits or better. Our benchmarks indicate that the SDV and SDR function evaluations are about a factor 2.2 slower compared to the Voigt function, but for evaluation of molecular cross sections this time lag does not significantly prolong the overall program execution because speed-dependent parameters are available only for a fraction of strong lines.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/137988/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:Computational Aspects of Speed-Dependent Voigt and Rautian Profiles
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Schreier, Franzfranz.schreier (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-7196-6599NICHT SPEZIFIZIERT
Hochstaffl, PhilippPhilipp.Hochstaffl (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9537-3050NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:Januar 2021
Erschienen in:Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:258
DOI:10.1016/j.jqsrt.2020.107385
Seitenbereich:Seiten 1-12
Herausgeber:
HerausgeberInstitution und/oder E-Mail-Adresse der HerausgeberHerausgeber-ORCID-iDORCID Put Code
Bernath, PeterOld Dominion University, Norfolk, Virginia, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mengüç, M. PinarÖzyeğin University, Istanbul, TurkeyNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Mishchenko, Michael I.NASA-Goddard Institute for Space Studies, New York, USANICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Verlag:Elsevier
ISSN:0022-4073
Status:veröffentlicht
Stichwörter:Complex error function, Voigt profile, Hartmann-Tran profile, Rational approximations
HGF - Forschungsbereich:Luftfahrt, Raumfahrt und Verkehr
HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erdbeobachtung
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EO - Erdbeobachtung
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):Vorhaben Spektroskopische Verfahren in der Fernerkundung (alt)
Standort: Oberpfaffenhofen
Institute & Einrichtungen:Institut für Methodik der Fernerkundung > Atmosphärenprozessoren
Hinterlegt von: Schreier, Dr.rer.nat. Franz
Hinterlegt am:24 Nov 2020 17:01
Letzte Änderung:15 Jun 2023 13:57

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