凝結物の扱いに関する解説

deepconv/arare5 では複数凝結物を扱えるよう設計しているが, その扱いは少々面倒です. 本文書では凝結物の内部的扱いや, 凝結物を追加する方法を説明します.

凝結物の設定

設定ファイル (Namelist) に凝結成分の名前とモル比を指定します.

&composition_nml
  SpcWetSymbol(1) = 'H2O-g'        , !湿潤成分
  SpcWetSymbol(2) = 'NH3-g'        , !湿潤成分
  SpcWetSymbol(3) = 'H2S-g'        , !湿潤成分
  SpcWetSymbol(4) = 'H2O-s-Cloud'  , !湿潤成分
  SpcWetSymbol(5) = 'H2O-s-Rain'   , !湿潤成分
  SpcWetSymbol(6) = 'NH4SH-s-Cloud', !湿潤成分
  SpcWetSymbol(7) = 'NH4SH-s-Rain' , !湿潤成分
  SpcWetMolFr(1)  = 1.0d-3 ,         !湿潤成分の存在度
  SpcWetMolFr(2)  = 4.0d-4 ,         !湿潤成分の存在度
  SpcWetMolFr(3)  = 6.0d-5 ,         !湿潤成分の存在度
/

指定可能な凝結物名は src/chem/chemdata.f90 で定義されている. 雲と雨は "-Cloud" と "-Rain" によって区別する.

凝結物に関する変数・配列

src/setup/composition.f90 で, 凝結物関連の配列の初期化を行っている.

1) src/chem/chemdata.f90 を参照し, それぞれの凝結物の ID を調べる.

SpcSymbol:         SpcID: 
  H2O-g,               5
  NH3-g,               8
  H2S-g,              10
  H2O-l-Cloud,         7
  H2O-l-Rain,          7
  NH4SH-s-Cloud,      11
  NH4SH-s-Rain        11

2) 各カテゴリーに含まれる物質の数を決める. do ループを回す回数に利用する.

気体:        GasNum = 3
凝結物(雲):  CloudNum = 2
凝結物(雨):  RainNum = 2

3) 各カテゴリーの配列添え字を決める. 気体だけに操作したい場合等々で利用する.

IdxG = 1, 2, 3, 0, 0, 0, ...
IdxC = 4, 6, 0, 0, 0, 0, ...
IdxR = 5, 7, 0, 0, 0, 0, ...

4) 凝結(Condensation)を生じる物質の数と, それらの配列添え字を決める. 上記の例では H2O の凝結のみが生じる. CondNum は do ループを回す回数として利用する.

CondNum = 1
IdxCG = 1, 0, 0, 0, 0, 0, ...
IdxCC = 4, 0, 0, 0, 0, 0, ...
IdxCR = 5, 0, 0, 0, 0, 0, ...

飽和蒸気圧を計算する場合には, 以下のように指定している.

do i = 1, CondNum
  n = IdxCC(i)                              ! n => 4 ( i => 1 )
  call xyz_SvapPress( SpcID(n), xyz_Temp )  ! SpcID => 7 
end

5) NH4SH の生成反応に関与する物質の配列添え字

IdxNH3    = 2
IdxH2S    = 3
IdxNH4SHc = 6
IdxNH4SHr = 7

凝結物のデータの追加方法

src/chemdata/chemdata.f90 にデータを追加します.

1) 凝結物名を ChemData_SpcSymbol に追加します. 命名則は, "化学種名-相" です. 配列添字が物質に対する ID となります.

ChemData_SpcSymbol = (/ &
  & "N2-g   ",  &              !#01
  & "H2-g   ",  &              !#02
  & "He-g   ",  &              !#03
  & "He-g   ",  &              !#04
  & "H2O-g  ",  &              !#05
  & "H2O-l  ",  &              !#06
  & "H2O-s  ",  &              !#07
  & "NH3-g  ",  &              !#08
  & "NH3-s  ",  &              !#09
  & "H2S-g  ",  &              !#10
  & "NH4SH-s",  &              !#11
  & "CO2-g  ",  &              !#12
  & "CO2-s  ",  &              !#13
  & "CH4-g  ",  &              !#14
  & "CH4-l  ",  &              !#15
  & "CH4-s  "   &              !#16
  & /)

2-1) 気相に対して必ず与える必要のある物性値

• 相 ('Gas' => 気相, 'Liq' => 液相, 'Sol' => 固相)
• 分子量
• 分子を構成する元素とその個数
• [option] 基準状態のエントロピー
• [option] 基準状態のエンタルピー
• [option] 比熱の観測値 (温度依存性)

エントロピー, エンタルピー, 比熱の温度依存性は deepconv/arare5 の数値計 算では使っていないが, 物性値のチェックのために与えている.

2-2) 液相・固相に対して必ず与える必要のある物性値

• 相 ('Gas' => 気相, 'Liq' => 液相, 'Sol' => 固相)
• 分子量
• 分子を構成する元素とその個数
• 飽和蒸気圧の式 (Antoine の式) の係数
• [option] 飽和蒸気圧の観測値 (温度依存性)

飽和蒸気圧の観測値は, 与えた飽和蒸気圧の式のチェックのために用いている.