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Held and Suarez (1994) テスト

概要

DCPAM の力学過程の実装実験として, Held and Suarez (1994) の力学コアベンチマークテストを行った. このテストは, 大気大循環モデルの力学過程を評価するためのベンチマーク計算である. この実験では, 温度場にニュートン冷却を与え, σ < 0.7 の速度場にレイリー摩擦を与え, ニュートン冷却で大気をある温度分布に近づける. (詳細は Held and Suarez (1994) を参照のこと). 環境, およびパラメータは以下の通り. 結果は下記に記す.

実験環境

システム (uname -a)	SUPER-UX unix 17.1 SX-8R
コンパイラ	FORTRAN90/SX
依存するライブラリとバージョン	NetCDF ver 3.6.? ISPACK ver 0.71 SPML ver 0.4.1

実験設定

プログラムのソースコード	dcpam4-20071012 に若干手を加えたもの [TAR.GZ] ビルド時の設定ファイル
NAMELIST ファイル	info00/dcpam_hs94_T42L20_1200day.nml
初期値	渦度, 発散, 比湿はゼロ. 地表面気圧は一定 (1000 hPa). 温度は基本場が 250 K で微笑擾乱が与えられている. 擾乱の分布については初期値および実験結果の項目を参照のこと.

計算領域	水平(λ,φ) : 全球 (λ=[0, 360], φ=[-90, 90]) 鉛直(σ=p/p₀) : 大気下端～上端 (σ = [0, 1])
時間間隔	30 分
積分時間	1200 日
境界条件	水平(λ,φ) : 周期境界条件鉛直(σ) : dσ/dt = 0 (σ = 0, 1)
数値解法	水平(λ,φ) : スペクトル法 (球面調和関数展開・三角形切断) 鉛直(σ) : 差分法 (Arakawa and Suarez, 1983) 時間(t) : リープフロッグスキーム. ただし重力波の項にはセミインプリシット法を用いる. 時間フィルター (Asselin, 1972). を用いる. フィルター係数は 0.05

空間解像度	東西格子点数 : 128 南北格子点数 : 64 鉛直格子点数 : 20
最大波数	42

惑星半径	6.371e+6 [m]
回転角速度	7.292e-5 [1/s]
重力加速度	9.8 [m/s^2]
大気定圧比熱	1004.6 [J K^-1 kg^-1]
大気気体定数	287.04 [J K^-1 kg^-1]
最大波数に対する e-folding time	8640.0 [s]
超粘性の次数	8

実行結果に関する付加情報

標準出力	info00/dcpam_hs94_T42L20_1200day_stdout.txt
標準エラー出力	info00/dcpam_hs94_T42L20_1200day_stderr.txt
プロファイラによる速度計測	info00/ftrace.txt

参考文献

Arakawa, A., Suarez, M. J., 1983: Vertical differencing of the primitive equations in sigma coordinates. Mon. Wea. Rev., 111, 34--35.
Asselin, R. A., 1972: Frequency filter for time integrations. Mon. Wea. Rev., 100, 487--490.
Held, I. M., and Suarez, M. J., 1994: A proposal for the intercomparison of the dynamical cores of atmospheric general circuation models. Bull. Am. Meteor. Soc., 75 , 1825--1830.

初期値および実験結果

初期温度場
σ=0.97	σ=0.52	最上端である σ=0.02 では 250K で一定.
実験結果
200 日目から 1200 日目までを平均した, 帯状平均東西風	200 日目から 1200 日目までを平均した, 帯状平均南北風	200 日目から 1200 日目までを平均した, 帯状平均温度
地表面気圧の平均値の時間変化	地表面気圧の平均値の時間変化の比較赤: エクスプリシット法 Δt=6分緑: セミインプリシット法 Δt=6分青: セミインプリシット法 Δt=30分

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