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deepconv/arare4 : 主成分凝結を考慮した湿潤対流実験(中層一様冷却・下層一様加熱, 臨界飽和比 1.0, 地表面温度 165 K の場合)

雲粒落下・荷重効果なしで, 計算領域の鉛直距離を 50 km にして計算を行なったところ, 140 秒程度の時間積分を行なうと計算が破綻してしまった. これまでに行った試みと結果を整理する.

計算設定

• 計算領域
  • 水平 50 km
  • 鉛直 50 km
• 基本場の設定
  • 最下層気温 165 K, 地表圧力 7 hPa
  • 地表から高度 3 km 付近まで等温位, 高度 3 km 付近から高度 15 km 付近まで湿潤断熱, 高度 15 km 付近から等温(135 K).
• 空間/時間格子間隔, 境界条件
  • 空間格子間隔
    • 水平 200 m, 鉛直 200 m
    • 格子点数は 250 x 250
  • 時間格子間隔
    • 長い時間ステップ 1.0 sec, 短い時間ステップ 0.125 sec
  • 境界条件
    • 水平境界: 周期境界条件
    • 上下境界: 応力なし, w=0 , 熱フラックスなし
  • 放射加熱・冷却
    • 高度 1 -- 15 km で -5.0 K/day の冷却を与える.
    • 高度 0 -- 1 km で放射冷却と釣り合うだけの加熱を与える
  • スポンジ層
    • 厚さ : 15 km
    • e-folding time : 300 sec
• 初期条件
  • 最下層で振幅 1.0 K のランダムな温位擾乱を与える.
• 積分時間
  • 3600 sec

まとめ

• 症状
  • 鉛直距離を 50 km にすると, 上部境界付近で two-grid wave が発生, 計算が破綻してしまう
• 試してみたこと
  • スポンジ層の e-folding time を 300 sec -> 3000, 100, 30, 1 sec と変更
    • いずれも 140 sec 弱で破綻
  • 長いタイムステップを 1.0 sec -> 0.5 sec, 短い時間ステップを 0.125 sec -> 0.1 sec に変更
    • 130 sec 程度で破綻
  • 数値粘性係数を 5 倍(alpha を 1.0e-4 -> 5.0e-4 )に
    • 140 sec 弱で破綻
  • スポンジ層の厚さを 15 km -> 18 km に変更
    • 140 sec 弱で破綻
  • 鉛直距離を 40 km, スポンジ層の厚さを 12 km に変更
    • 10 日間時間積分をすることが出来た
    • 上部境界でギザギザも発生していない模様

結果一覧(絵は後程更新予定)

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