現在版 dcpam5 の概要

ここでは, 現在版の dcpam5 の概要を箇条書きにします.

下に示す各過程は実装してありますが, すべてを使わなくても計算を行うことはできます. 例えば, 陸のない水惑星実験も行うことができます.

1. 概観
2. 放射モデル詳細
3. 参考文献

概観

• 移流
  • プリミティブ方程式系
• 放射
  • 後述
• サブグリッドスケール混合・凝結
  • 乱流混合
    • Mellor and Yamada Level 2 (Mellor and Yamada, 1974, 1982)
    • バルク法による地表面フラックス (Louis et al., 1982)
  • 乾燥対流調節 (e.g., Manabe et al., 1965)
  • 湿潤対流調節 (e.g., Manabe et al., 1965)
  • 大規模凝結 (Manabe et al., 1965)
• 惑星表面
  • 陸
    • 陸面における熱収支
      • 地中熱伝導方程式を数値的に説くことで土壌温度を計算
    • バケツモデル (Manabe, 1969) によって土壌水分を計算
    • 積雪の扱い
      • 最下層大気温度が 273.15 K 以下の場合に雨は雪となる
        • 海氷上には雪は積もらない
      • 土壌 1 層目の熱収支を修正して融雪
      • 融けた雪は土壌水分に加算
      • 蒸発効率 1.0
        • 積雪量 1 kg m-2 以上の領域のみ
  • 海
    • 下の 2 つから選択
      • 海表面温度と海表面密度を固定
      • 板海 (slab ocean) によって海表面温度を計算

放射モデル詳細

放射モデルとしては, 下の 3 つを用意しています.

• AGCM5 デフォルト (Numaguti, 1992)
• 地球用放射モデル
• 火星用放射モデル (Takahashi et al., 2003, 2006 の改良・簡単化版)

地球用放射モデルについては, 以下のまとめを参照してください.

地球用放射モデル (dcpam 地球用放射 V2) のまとめ

• 波数 (波長) 分割
  • 赤外と, 紫外・可視・近赤外は別々の方法で計算.
    • 赤外 : 0 - 3000 cm-1 (波長 3.85 to infinity micron meter)
    • 紫外・可視・近赤外 : 2600 - 57142.85 cm-1 (波長 0.175 to 3.85 micron meter)
  • 2600 - 3000 cm-1 は重複
    • 300 K の黒体放射を考えると, この波数区間のエネルギーは, 0.5 W m-2.

短波放射 (dcpam 地球用短波放射 V2.1; ESWV2_1)

• 波数 1000 - 57142.85 cm-1 (波長 0.175 to 10 micron meter) を 11 バンドに分割して delta-Eddington 近似した放射伝達方程式により計算.
  • バンド設定は, Chou and Lee (1996) に従う.
  • delta-Eddington 近似した方程式を解く際には Toon et al. (1989) の 方法に従う.
    • Chou and Lee (1996) の前の論文の Chou (1992) では, より高精度 の方法を採用. ここで は, とりあえず手持ちの方法 (delta-Eddington 法) を使用.
• 波数 1000 - 57142.85 cm-1 (波長 0.175 to 10 micron meter) の範囲 を以下のように分割して計算.
  • 1000 - 14286 cm-1 (0.70-10 micron): 3 バンド
    • H2O による吸収
      • Chou and Lee (1996) による k 分布法のパラメータを使用
    • 雲と称するものによる散乱
      • 雲の消散係数, 単一散乱アルベド, 非対称因子は Chou et al.
        1. の値を使用.
  • 14286 - 57142.85 cm-1 (0.175 to 0.83 micron): 8 バンド
    • レイリー散乱
      • 散乱係数は Chou and Lee (1996) のものを使用
    • O3 による吸収
      • 吸収係数は Chou and Lee (1996) のものを使用
    • 雲と称するものによる散乱
      • 雲の消散係数, 単一散乱アルベド, 非対称因子は Chou et al.
        1. の値を使用.
• 全波長積分太陽放射フラックス (太陽定数) は自分で与える.

長波放射 (dcpam 地球用長波放射 V2.3; ELWV2_3)

• 波数 0-3000 cm-1 を以下のように 10 バンドに分割して計算.
  • 0- 340 cm-1 : H2O
  • 340- 540 cm-1 : H2O
  • 540- 800 cm-1 : H2O + CO2
  • 800- 980 cm-1 : H2O (+ ...)
  • 980-1100 cm-1 : H2O + O3
  • 1100-1215 cm-1 : H2O (+ ...)
  • 1215-1380 cm-1 : H2O (+ ...)
  • 1380-1900 cm-1 : H2O
  • 1900-3000 cm-1 : H2O
  • 540- 620 cm-1 : (H2O + ...) not used now
• 各バンドにおける CO2, H2O, O3 の透過率は下の文献の方法に従って計算
  • H2O, CO2 : Chou et al. (2001)
  • O3 : Chou and Kouvaris (1991)
• 雲と称するもの
  • 雲の消散係数, 単一散乱アルベド, 非対称因子は Chou et al. (2001) の値を使用.

参考文献

• Asselin, R., Frequency Filter for Time Integrations, Mon. Wea. Rev., 100, 487-490, 1972.
• Louis, J-F., M. Tiedtke, and J-F. Geleyn, A short history of the PBL parameterization at ECMWF, Workshop on Planetary Boundary Layer Parameterization, 59-80, ECMWF, Reading, U.K., 1982.
• Manabe, S, J. Smagorinsky, and R. F. Strickler, Simulated climatology of a general circulation model with a hydrologic cycle, Mon. Wea. Rev., 93, 769-798, 1965.
• Manabe, S., Climate and the ocean circulation I. The atmospheric circulation and the hydrology of the Earth's surface, Mon. Wea. Rev., 97, 739-774, 1969.
• Matthews, E., Global vegetation and land use: New high-resolution data bases for climate studies., J. Clim. Appl. Meteor. 22, 474-487, 1983. (Data set for global vegetation was downloaded from http://data.giss.nasa.gov/landuse/vegeem.html.)
• Matthews, E., Prescription of Land-surface Boundary Conditions in GISS GCM II: A Simple Method Based on High-resolution Vegetation Data Sets. NASA TM-86096. National Aeronautics and Space Administration. Washington, D.C., 1984.
• Mellor, G. L., and T. Yamada, A Hierarchy of Turbulence Closure Models for Planetary Boundary Layers, J. Atmos. Sci., 31, 1791-1806, 1974.
• Mellor, G. L., and T. Yamada, Development of a Turbulent Closure Model for Geophysical Fluid Problems, Rev. Geophys. Space Phys., 20, 851-875, 1982.
• Numaguti, A., Numerical experiments on the large scale structure of cumulus activity in the tropics, Ph.D. Thesis, University of Tokyo, 1992 (in Japanese).
• Chou, M.-D., M. J. Suarez, X.-Z. Liang, and M. M.-H. Yan, A thermal infrared radiation parameterization for atmospheric studies, NASA Technical Report Series on Global Modeling and Data Assimilation, 19, NASA/TM-2001-104606, 2001.
• Chou, M.-D., M. J. Suarez, C.-H. Ho, M. M.-H. Yan, and K.-T. Lee, Parameterizations for cloud overlapping and shortwave single-scattering properties for use in general circulation and cloud ensemble models, J. Climate, 11, 202-214, 1998.
• Chou, M.-D., and K.-T. Lee, Parameterizations for the absorption of solar radiation by water vapor and ozone, J. Atmos. Sci., 53, 1203-1208, 1996.
• Chou, M.-D., and L. Kouvaris, Calculations of transmittion functions in the infrared CO2 and O3 bands, J. Geophys. Res., 96, 9003-9012, 1991.
• Chou, M.-D., A solar radiation model for use in climate studies, J. Atmos. Sci., 49, 762-772, 1992.
• Toon, O. B., C. P. McKay, and T. P. Ackerman, Rapid calculation of radiative heating rates and photodissociation rates in inhomogeneous multiple scattering atmospheres, J. Geophys. Res., 94, 16287-16301, 1989.

DCPAM Development Group / GFD Dennou Staff