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= 修論計画書
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* 編集者: 塚原大輔
* 最終更新: 2005/01/11 (塚原大輔)
* 新規作成: 2004/11/28 (塚原大輔)
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Contents
<<< index.hindex.rd
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== Link
* 修士論文原稿
* ((<電脳プレプリ(非公開)|URL:https://www.gfd-dennou.org/GFD_Dennou_Club/dc-arch/prepri/2005/hokudai/daktu32/paper/pub/>))
* 修論図表
* (())
* NCEP Reanalysis モデル詳細
* (())
== TODO
(0) 年々変動
* やっと年々変動にいけるかな. 手本は Oort and Yienger(1996).
* 25 年分をパラパラと眺める努力をしましょう.
== 修論タイトル(決定)
* 日本語
NCEP/NCAR 再解析データを用いた対流圏帯状平均場の解析
* 英語
Analyses of zonal mean fields of the troposphere
by the use of NCEP/NCAR Reanalysis data
* 年々変動は諦める?
== 基本方針
NCEP/NCAR Re-Analysis の 1979 年から 2003 年までのデータを用いて
地球大気対流圏の子午面構造, 特にハドレー循環と中緯度波動の活動度に
注目して Climatrogy と年々変動の様子についてまとめる.
# 1979-2003 年を選んだ理由は後述. 主に精度の問題.
具体的な流れとしては,
(0) (intro) 過去の気候値, 子午面循環についてまとめた研究
(1) 気候値平均子午面構造について
* 年平均, 季節平均, 月平均
* 物理量
* 3 次元データ
* 東西風, 温度, 比湿
* 2 次元データ
* 降水量(東西平均量)
* 潜熱加熱の指標
* 潜熱フラックス, 顕熱フラックス
* Net Top Outgoing Longwave Flux
* ulwrf.ntat
* Net Surface Longwave Flux
* nlwrf.sfc
* Net Top Shortwave Flux
* uswrf.ntat - dswrf.ntat?
* Net Surface Shortwave Flux
* nswrf.sfc
* 2 次元(子午面)
* 質量流線関数, EPフラックス, 残差循環の質量流線関数
* 一次元エネルギー収支
* 放射収支(大気の正味の吸収量)
* 南北熱輸送量
* 乾燥静的エネルギーフラックス (C_p(vT)+vh)
* 上を経度, 鉛直積分すると南北輸送
* vT+vh, bar{v}bat{T} + bar{v}bar{h}, bar{v'T'} + bar{v'h'} をそれぞれ計算
* 潜熱輸送量 (LQv)
* まず QV を計算し鉛直積分. その後 L をかけて経度平均.
* LQv, Lbar{v}bar{Q}, bar{v'Q'}
をそれぞれ計算...するのはしんどいかな???
* 大気の熱収支が閉じるのに必要な物理量が揃っているか???
* いわゆる Oort and Peixote にでてくる絵が全部描けるか?
* とりあえず熱収支を極める(ここで閉じる)
* 最終的には運動量, 角運動量収支を見て議論する, が大団円だけど...
* ハドレー循環内の角運動量収支のチェック
* 会社首になったら↑やりましょう.
(2) どの程度変動しているか
* 時系列をプロット. or アニメーション etc...
(3) 諸物理量同士の相関について触れる
というストーリーの元まとめる.
== 進行状況
=== 執筆状況
* イントロ
筋はなんとくイメージできた. 描けた絵によって適宜修正.
* 気候値
最初に書き上げる章. 変動場を語る上での土台となるので, しっかりと
構成を考えたほうが良い.
* 東西風, 質量流線関数は年平均, 季節変化ともに記述してみた.
== 具体的中身
=== 修士論文目次(暫定, 随時更新)
(1) はじめに
(2) データおよび解析手法
(3) 気候値
(1) 年平均
* 全球エネルギー収支
* 東西平均場
(2) 季節進行
* 全球エネルギー収支
* 東西平均場
(5) 年々変動
(6) 議論
=== 内容あらすじ(最新版)
=== 内容あらすじ(昔:2004/12/06)
(1) はじめに((<本文|URL:rd/intro.htm>))
* (これは入れるか微妙)
比較惑星気象学的視点から惑星大気の運動を研究するにあたって
地球の気候値を参照値として把握しておくのは重要だ.
* 子午面循環および南北エネルギー収支は大気大循環の主要な研究対象だ
* 特に平均値と年々変動の幅を決めることで, その様相を捉えることができる
* 過去の研究を見る限り, 年々変動に関して議論するものは少ないように見える
* 以上を踏まえて, データの精度が比較的良いと思われる 1979-2003 の期間の
地球大気対流圏の平均子午面循環とエネルギー収支に関して議論する.
* Oort and Rasmussen (1961)
* 現実大気のデータを用いて帯状平均場の循環やエネルギー収支を評価したもの
* 古い, サンプリング期間短い(10 年間)
* FGGE 実施年(1979 年)以降, 観測データの 4 次元同化が積極的になされ
良質の全球データが生成, さらにインターネットの発達により NCEP/NCAR
などの再解析データが気軽に利用できるようになった.
* 石渡さんのコメント
* 偉すぎる
* 出発点は Held and Hou(低緯度) と Edmon(中緯度)
* 彼らの視点を借りて地球大気の帯状平均場を見てみましょう
* Edmon より新しい点はデータの期間(Edmon:10 年, 私:25 年)
* Edmon 以降, 変動のパターンを抽出したりがんばってるが
あまり手を加えていない帯状平均場をちゃんと見ている研究は
少ないようだ.
* 気をつけること
* 一番最初の文章は, 修論のまとめ方に依存する
* NCEP/NCAR を使った理由は特に触れない
* 過去の研究についても, がんばって捜したが...的なぐらいで納める
* 修論には書かない
(2) データ解説
* NCEP/NCAR について
* 石渡さんコメント
* はじめにオリジナルデータについての解説
* 分解能, 期間, データソースetc...
* 次に塚原がデータをいじったことについて
* 月平均の定義, 地表面マスク処理, 帯状平均場の定義(欠損値は抜きました)
* (おまけで)dcchart プロジェクトに関して威張る
* GPhys::EP_Flux も然り
(3) 解析(年平均, 季節進行, 年々変動)
* 年平均
* 全球エネルギー収支
* 全球平均値で収支を書き下す
* 東西平均場
* 低緯度と中高緯度で視点を分けて記述してみる
* 各物理量の定義についても触れる(新しい絵が出るごとに)
(4) 結論
* 必ず触れること
* NCEP のみで解析したことについて
* その他のデータとも比較しないといかんのだが
それは今後の課題.
* 帯状平均場はそれほどずれない気がする
(5) 付録
* 帯状平均場の定義
* EP フラックス
== memo
* GPhys::integrate
* 積分したとききちんと単位もケアしてくれると勝手に思ってたらそんなことなかった...
無次元で演算するらしい. うーん. 堀之内さんに進言しようかな.
* 正味の放射収支(DCCHART のメモ書きにも反映)
* NCEP/NCAR Reanalysis 1 における地表面の正味長波/短波フラックスは
上向き(大気に射出される方向)を正にしているようだ.
絵を描いて見るとそれっぽい.
* 大気上端の量はどうしよう? NCEP で提供しているデータに正味の量は
ないので自分で定義しないといけない. 石渡さんの絵からすると大気から抜けていく
方向を正にとると良いかな.
* EP フラックスを stationaly と transient に分ける意味
* 傾圧不安定波とそれ以外の寄与に分けて考えてみる
* 時間平均値として用いる期間
* 1979-2003(25 年)
* 平年値として 20-30 年が適当か
* それ以前のデータはほぼモデルの出力だろう
* 大昔のデータも時系列 or etc. を見ると面白そう
* その際, 平年値として利用するデータは 1979-2003 のデータを用いてはだめ
* 何(どのような物理量)を見るのに適当か?
* 結局モデルの出力に過ぎないものならば意味がない...
* データ精度
* 1979 を境に観測データの精度が急変
* FGGE(第一回 GARP 全球実験計画)
* 全球規模の観測網を設計するための基礎データをとることを目的
* この年以降4次元同化データの取り組みが急上か???
* 最初のひまわりは 1977 年. (観測開始は 1978 年.)
* アメリカから打ち上げ. それ以降宇宙開発事業団が打ち上げ.
* NOAA の最初の極軌道衛星が回り始めたのが 1960 年.
(Television Infrared Obserbation Satellite)
1965 年まで活躍.
* 2 番目の衛星シリーズは ESSA. 9 個シリーズがある. 66 年から 69 年まで.
* 3 番目の衛星シリーズは ITOS シリーズ. 最初の衛星は ITOS1. その後
NOAA の改称に伴い, シリーズ名も NOAA に改称. 1-5 まで.
* 4 番目の衛星シリーズは TIROS-N. NOAA6, NOAA7 がそれ.
* 5 番目の衛星シリーズは ATN(NOAA8).
* ソ連のデータは良くわからん
* 静止軌道衛星は アメリカx2, 日本x1, ヨーロッパx1, インドx1
* 極軌道衛星はアメリカ (NOAA), ロシア(METEOR)
* 場所
* 北半球中緯度は第二次大戦以降から飛行機が飛んでるのでそれなりに豊富
* 1979 => FGGE
* 増田耕一さんのページが参考になる.
http://web.sfc.keio.ac.jp/~masudako/publ/geosci/4da/text.html
== 悩んでいること
* 絵のレイアウト
* どうもダサいンだよなぁ. rgtview は元々クイックビューワ的に設計してるから論文用の絵としては向かないかも.
rgtview は使わないで新たにスクリプト書こうかな. 優先度は低いけど(余裕があったらだね.).
=== 解決事項
(1) 南北エネルギー輸送量の計算
* 乾燥静的エネルギー
* 温度とジオポテンシャルハイトは全球平均値を引いて計算.
* なんとなくいい感じな気がするが, 石渡さんと相談.
* 教科書あさりまくる. 大気科学講座, Peixoto and Oort が良いかな.
* 潜熱輸送量は済み.
* 南北潜熱輸送量
* 問題が 2 つ
(1) 降水量のデータのグリッドがその他のデータと違う. 片方はガウス緯度.
(2) 比湿のデータは 300 hPa までしかない. 乾燥静的エネルギーと比較できない.
乾燥〜の方も 300 hPa までにしたとしても, ハドレー循環の上層の寄与がないのであまり意味がないのでは???
むむむ...
* 解決策は
(1) 適当に内外挿してそろえなくてはならない.
* rb-gsl をシステムではなくホームにインストールすることに成功(at eva03).
dennou-h でできれば完璧だね.
* ドキュメントは(())
(2) 300 hPa より上では水蒸気がほとんどないと思って構わず 300 hPa 以下の積分値を見てみる?
* ダウンワードコントロールの意味
* 要は外力強制の効果はその分布の下層にのみ影響を及ぼす, という意味
* 決して, 下降流が強いという意味ではない???
* Holton 1995
* 『天気』1995年9月号(VOL.42, NO.9)をチェック
* エネルギーバランス全球収支
* 値が合わない... Kiehl and Trenberth(1997) を参考に比較すると, 各フラックス同士はそれなりに合っている
ようだが(顕熱フラックスを除く), バランスしてない. 正味で 15 W/m^2 冷却していることになる...
* 解決. Kalnay 1996 によるとそんなもんらしい. JRA の人はチェックしてないということだし
こんなもんかいな.
* 放射
* ガウス重みをかけて計算.
* NArrayMiss::get_with_miss_and_scaling2
* 困った. 各格子の数値が欠損値かどうか判定する場合, 格納する NArray の型が小数型だと
誤差を考えて, 欠損値 +- \alph の範囲の数値を欠損扱いにする工夫が必要となる.
今までは +- 1e-6 にしてたんだけど, これだと大きすぎるんだよね...
* この野郎... 盲点だった... @actual_range, \valid_range が効いてたとは...
欠損値にばかり気をとられてたけど...
一応他のデータについてもチェックしておこう. もしかしたら変な値が格納されているかも...
* 水収支
* 1979, 2002, 2003 の降水量がおかしい. 蒸発量の約 2 倍. データがおかしい?
* 2002, 2003 のオリジナルデータを再びダウンロード. やっぱり 2 倍.
月平均ファイル作成スクリプトがおかしいのかと思い, 2001 年のデータで試してみたが
問題ないし... 2001 年のオリジナルデータを落としてきて作成しなおしてみよう.
それでだめなら, いよいよもって元ファイルがおかしいのだろう.
* 蒸発量と降水量の全球平均値の時系列を書いてみよう. おそらく 1979, 2002, 2003 がおかしいだろう.
* 1980-2001 以外の年は全滅. これらはダウンロードした時期が違うんだよね... スクリプトの問題?
* 原因判明. netcdf_cutter_NCEP.rb 内を調べてみよう.
* EP フラックスや鉛直風のデータは 100 hPa までしかない.
その他の物理量と比較するので, その他の物理量の絵を 100 hPa
面までに揃えなくてはいけないかな
* EP フラックスに関する記述ってどう書こう???
* 石渡さんと相談した. スタンスは
(1) フェレル循環の説明で使用. すなわちフェレル循環は波の統計的平均状態で
あることは前提として, これだけ波動がありますね〜. とする.
(2) 発散は適当に加速があるみたいですねー, とだけ書く. 運動量収支をきちん
とやるならば, TEM 系の運動方程式の各項との釣り合いを描かないといけな
いんだろうけどね.
* 帯状平均場とそれからのずれについての記述をどこで書こう???
3 章で様々な物理量の定義をするのでそこに書く???
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