太陽定数変更実験(2009-07-30)

概要

同期回転惑星計算における 南北非対称性の原因として大気アルベド (太陽定数) が関わっていることが 予想された. そこで大気アルベドを 0 に固定したうえで 太陽定数を変化させる実験を行った.

太陽定数は 1000, 1050, 1100, 1150, 1200, 1300 W m-2 の 6 種類である.

実験環境

• システム: PC
  • /proc/cpuinfo の model name: Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU E6750 @ 2.66GHz
  • OS: GNU Debian Linux 5.0
  • uname -a: Linux fermat 2.6.26-1-686-bigmem #1 SMP Fri Mar 13 18:52:29 UTC 2009 i686 GNU/Linux
• コンパイラ: Intel(R) Fortran Compiler for applications running on IA-32, Version 10.1 Build 20080312 Package ID: l_fc_p_10.1.015
• 依存するライブラリとバージョン
  • netCDF ver. 4.0
  • gtool5 ver. 20090324
  • ISPACK ver. 0.71
  • spmodel ver. 0.5.0

実験設定

• プログラム: dcpam5 ver. 20090428 (cvs)
  • ソースツリー
  • [tar.gz]
• 初期値
  • 東西風速: 15 × cos(φ) [m s-1]. (φ: 緯度)
  • 地表面気圧: 1.0e+5 [Pa].
  • 温度の基本場: 250 [K] に微小擾乱を与えた.
  • 比湿: 0.001 (太陽定数が小さい計算では比湿を大きめに取らないと走らないため)
• 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])
• 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
  • 経度格子点数 : 64 (5.6 度 x 5.6 度)
  • 緯度格子点数 : 32 (5.6 度 x 5.6 度)
  • 鉛直層数 : 16
• 最大波数: 21
• 積分時間: 2000 日
  • 最後の 1000 日を時間平均を伴う解析に使用
• 時間間隔: 30 分
• 惑星半径: 6.371e+6 [m]
• 自転角速度: 7.2921e-5 [s-1]
• 重力加速度: 9.8 [m/s^2]
• 乾燥大気定圧比熱: 1004.6 [J K^-1 kg^-1]
• 乾燥大気平均分子量: 28.964e-3 [kg mol-1]
• 乾燥大気気体定数: 287.04 [J K^-1 kg^-1]
• 最大波数に対する e-folding time: 3.0 [hours]
• 超粘性の次数: 8
• 力学過程
  • プリミティブ方程式系
• 物理過程
  • 積雲パラメタリゼーション: 湿潤対流調節 (Manabe et al., 1965)
  • 大規模凝結
  • 放射
    • 経度 0 - 180 度に時間変化しない日射分布を与える
    • 短波放射: 1 色
    • 長波放射: 4 色 (AGCM5 デフォルト)
  • 地表面: SWAMP (熱容量: 0)

結果一覧

• 太陽定数 1000 W m-2
• 太陽定数 1050 W m-2
• 太陽定数 1100 W m-2
• 太陽定数 1150 W m-2
• 太陽定数 1200 W m-2
• 太陽定数 1300 W m-2

参考文献

• Arakawa, A., Suarez, M.J., 1983: Vertical differencing of the primitive equations in sigma coordinates., Mon. Wea. Rev., 111, 34-45.
• Asselin, R., 1972: Frequency Filter for Time Integrations, Mon. Wea. Rev., 100, 487-490.
• Manabe, S., Smagorinsky, J., and Strickler, R. F., 1965: Simulated climatology of a general circulation model with a hydrologic cycle. Mon. Weather Rev., 93, 769-798.