08 の dcmodel ネットミーティングのメモ書き

参加者

北大
- 石渡正樹, 杉山耕一郎, 山下達也, 荻原弘尭, 川畑拓也
神戸大
- 高橋芳幸, 井谷優花, 黒田美紀, 河合佑太, 高橋由実子
九大
- 中島健介

次回日程

日時
- 11 月の火曜日以外で検討中
場所
- 神戸大 : 自然科学 3 号館 508
- 神戸大 : ポートアイランド 3 階サロン　　
- 北大 : 理学部 8 号館コスモスタジオ
- 九大 : 理学部 3 号館 3605

作業報告 (河合)

Tomita and Satoh (2004) に対応する全球非静力学コアの実装がほぼ完了した
- 実装について
  - 格子
    - 水平格子: 正二十面格子(修正準一様格子) A-Grid. Tomita, et al(2001, 2002)
    - 鉛直格子: Lorentz 格子
      - 鉛直座標は地形に沿う座標系. 計算格子上で Stretching 可
  - 支配方程式
    - 完全圧縮系
      - フラックスフォームで定式化
      - 静力学オプションあり
  - 離散化
    - 水平方向は有限体積法
    - 鉛直方向は, Lorentz 格子による離散化
- 音波の伝播テストを行っている
  - 当初ラム波が出なかったが, 解決したようだ
  - 結果の確かめ方
    - 圧力場や全球平均したエネルギーの時間発展を論文と定性的に見比べている
  - 全ての初期条件が論文に載っているわけではないため, 論文と異なる条件を用いているかもしれない
  - 計算結果 : 緯度 0 度における圧力の緯度高度分布
    - 定性的には論文と合っている
    - 南北対称じゃない (中島)
      - 描画する際の構造格子点データへの補間が原因かもしれない
        
        実際の計算格子上では対称かも
      - 初めに擾乱を置く条件からすると, 非対称性はでないはず (河合)
    - 初期条件としてラム波の解析解を与えているのではない点では, 正しいテストになっていないのではないか (中島)
    - 水平構造を球面調和関数にしたら, 本当に正しいかが確かめられるだろう (中島)
    - コンターを揃えましょう (石渡)
- 現在は, divergence damping を実装中
問題点
- 全エネルギーが, 期待されるほどには保存していない
  - 全エネルギーの時間発展式をフラックス形式で離散化しているため, 丸め誤差の範囲内で保存してほしいが, 全エネルギーがそれよりも大きく変化してしまう
計算結果の図は準備中
- IGModel のページにリンクを作成する予定

dcpam5 を用いた地球実験の検証 (井谷)

ミーティングで使用した ppt

概要

dcpam5 を用いた地球実験の結果を用いて, 実際の地球と dcpam5 のエネルギー収支を比較した

モデルの概要

混合・凝結過程
- リチャードソン数の計算には, 仮温位を使用
- 湿潤対流調調節
  - Relaxed Arakawa-Schubert スキーム (Moorthi and Suarez, 1992)
- 大規模凝結
  - Manabe et al. (1965)
惑星表面
- 海面温度・植生・海氷から決まるアルベド分布やオゾンの分布は AMIP で提供されている地球の気候値を与えた
- 大陸分布は地球の大陸分布を T42 に合わせ平均化した分布を与えた

計算条件

解像度: T42L22
積分時間: 3 年
- 最後の 1 年を解析に使用

全球平均値の比較

全球平均した熱・水収支を Trenberth et al. (2009) と比較した
dcpam の値は Trenberth et al. (2009) の値とおおよそ合っていた
- 大気下端における短波放射の差は 12 W/m^2
- 大気上端における長波放射, 短波放射や, 大気下端の顕熱, 潜熱, 長波放射の差は 10 W/m^2 未満
コメント
- なぜこれだけ合うのか
  - 系のエネルギー収支を合うように雲の寿命を調節した結果, 顕熱なども実際の地球の値に近くなった
    - つまみとしては他に, バルク法に用いる閾値や海氷・雪のアルベドなどがあるが, 今回調節したのは雲の寿命のみ
  - 良くも悪くも, 全体のしわ寄せは大気下端の短波放射に現れていると考えられる
  - あくまで数値モデルなので, どこかで帳尻が合わせられているのだろう
    - どこで行われているのかは難しい問題
- 他所の数値モデルと Trenberth et al. との比較も論文に載っているので, それを参考にして dcpam と実際の地球との差がどうなのかを述べれば, 10 % ずれているのは仕方ないことも納得しやすいのではないだろうか (中島)

東西平均値の比較

東西平均した大気上端における外向き長波放射の, 年平均または月平均緯度分布を NCEP/NCAR 再解析データと比較した
dcpam が示す分布は実際の地球の分布の特徴を捉えていたが, 1 月〜 6 月の緯度 50 度以北と, 7 月〜 12 月の緯度 50°以南においては dcpam の方が最大約 10 W/m^2 小さかった
コメント
- モデル開発としては, 降水や潜熱, 気温, 東西風の分布なども NCEP との比較が必要だろう
  - 井谷修論では, エネルギー収支を用いた比較を優先する

全体を通してのコメント

今回の実験と, 雲の寿命を変えた実験の計算結果 (netcdf ファイル) を Dennou へアーカイブしてほしい
- 石渡, 高橋(芳)でデータの置き場所を相談する

deepconv の進捗状況 (高橋(芳))

方針

Nakajima and Matsuno (1988) に近い条件で計算を行い, 難しくしていく
詳細は実験ページ参照

計算 1-1-1 (一様冷却)

実験設定 (この実験特有の設定のみ記述)
- 熱強制
  - Nakajima and Matsuno (1988) と同じ熱強制
- 温かい雨のパラメタリゼーション
  - 雲水から雨水への変換の閾値 q_{c,0} = 1e-3
計算結果
- 全領域において雲っている
- 20 km 以下で対流, 20 km 以上では非常に安定

計算 1-1-2 (一様冷却, 冷却率 1/2)

実験設定 (計算 1-1-1 との差のみ記述)
- 熱強制
  - 計算 1-1-1 の冷却率の 1/2
計算結果
- 冷却率を小さくしたことで, 雨量が少なくなっている

計算 2-1-1: (放射モデル使用; 気体の吸収, レイリー散乱)

実験設定 (計算 1-1-1 との差のみ記述)
- 熱強制
  - 地球放射モデル
    - 大気上端での入射放射 1366.0 / 2 / 2 W/m2
    - 日変化なし
    - オゾン分布: "Tropics"
      - 上部に安定層を作るため
    - 300 秒ごとにフラックスや加熱率を更新
計算結果
- 計算 1-1-1 との違い
  - 大きな違いは見つけられていない
    - 雲は全領域でべたっと生じる
  - 雲が高高度に生じる
- ある高度で温位がステップ関数的に上昇する
- 途中, 波数 30 くらいの構造が見える (中島)
  - サイズは 10 km 程度だか, 水平格子間隔を 1 km にとっているため, 解像される最小の現象としては大きすぎると思われる (高橋(芳))
  - 鉛直シアーが大きい, 安定度が大きいことに関係しているのではないだろうか (中島)
    - KH 不安定化どうかについては, リチャードソン数を計算することで確認できるかもしれない

計算 2-2-1 (放射モデル使用; レイリー散乱, 気体の吸収, 雲の散乱・吸収を考慮)

実験設定 (計算 2-1-1 との差のみ記述)
- 雲も放射に影響
計算結果
- 雲水は最上層に到達
  - 鉛直高度が足りないようだ
- 時間刻みは 1 秒
  - 2 秒にすると計算が落ちる

計算 2-2-2 (放射モデル使用; レイリー散乱, 気体の吸収, 雲の散乱・吸収を考慮, 雲水から雨水への変換の閾値がゼロ)

実験設定 (計算 2-2-1 との差のみ記述)
- 温かい雨のパラメタリゼーション
  - 雲水から雨水への変換の閾値 q_{c,0} = 0
計算結果
- 雲が残らなくなった
- 雲は最上層までは達していないが, 天井の影響はあるだろう
- 温位で見ると, 非常に高温
  - 地表面で 330 K 程度
- 問題点
  - 最下層のエクスナー関数が単調減少
    - 大きな対流が起こるたびに, 階段的に減少
    - エクスナー関数が約 4 % 変化しているということは, 地表付近の気圧はもっと変化しているだろう (中島)
      - 地表面圧力は変わらないはずなので不適切
    - 計算途中で基本場を更新する仕組みを導入した方がよいかもしれない
      - 本当に基本場が問題かどうかは, 計算結果を基本場として定義してリスタートするのが簡単

ロードマップ

別途相談する
- 11/09 (水) 14:00 - 1 時間程度