サブグリッドスケールの過程に関するテスト計算

• 概要
• 実験環境
• 実験設定
• 考察メモ
• 結果

更新履歴

• 2011.08.24 / ページ作成

概要

鉛直乱流混合の評価に用いるリチャードソン数の計算と, 積雲対流調節のスキーム, 大規模凝結のスキームを変更し, 雲の寿命と移流の有無による放射の変化 と同様の設定で実験を行った.

今回の変更前/後の計算方法は以下の通りである.

• 変更前
  • 鉛直乱流混合
    • 温位を用いてリチャードソン数を計算
  • 積雲対流調節
    • Manabe (1965) の湿潤対流調節
  • 大規模凝結
    • Manabe (1965)
• 変更後
  • 鉛直乱流混合
    • 仮温位を用いてリチャードソン数を計算
      • 湿潤大気における空気と水蒸気の分子量の違いを考慮
  • 積雲対流調節
    • Relaxed Arakawa-Schubert scheme (Moorthi and Suarez, 1992)
  • 大規模凝結
    • Le Treut and Li (1991)

実験環境

下記の 2 台で計算した. コンパイラ, 依存するライブラリは同じ (同じバージョン) である.

計算機名 : joho09-itpass

• CPU : Intel(R) Core(TM) i7-2600 CPU @ 3.40GHz
• OS : GNU Debian Linux 5.0 (lenny)
• uname -a : Linux joho09-itpass 2.6.26-2-amd64 #1 SMP Mon Jun 13 16:29:33 UTC 2011 x86_64 GNU/Linux

計算機名 : joho12-itpass

• CPU : Intel(R) Core(TM) i7 CPU 860 @ 2.80GHz
• OS : GNU Debian Linux 6.0 (sueeze)
• uname -a : Linux joho12-itpass 2.6.32-5-amd64 #1 SMP Mon Mar 7 21:35:22 UTC 2011 x86_6

4 GNU/Linux

コンパイラ

• Fujitsu Fortran 6.0

依存するライブラリ (バージョン)

• netCDF (3.6.2)
• gtool5 (20101228-1)
• ISPACK (0.93)
• spmodel (0.6.1)

実験設定

• ソースファイル
  • dcpam5 ver.20110407 を改変したもの [tar.gz]
  • ソースツリー
• NAMELIST ファイル
  • 移流なし
    • 雲の寿命: 900 秒, 1200 秒, 1500 秒, 1800 秒
• 空間解像度 : T21L22
  • 経度格子点数 : 64 (格子間隔 5.6 度)
  • 緯度格子点数 : 32
  • 鉛直層数 : 22
• タイムステップ : 24 分
• 積分時間 : 20 年
• 初期値
  • 温度場 : 280 K + 小擾乱
• 地表面気圧 : 10^5 Pa
• 東西風速 : 0 m/s
• 惑星半径 : 6371 km
• 重力加速度 : 9.8 m/s

考察メモ

• 放射の全球平均値
  • スキーム変更前よりも絶対値が小さい
    • 10 W/m^2 ほど小さい
  • Threnberth et al. (2007) と合わない
  • 収支は雲の寿命が 900 から 1800 秒のどの場合でも釣り合っている
    • OLR と OSR の和がどの場合も O(1)
• OLR の東西平均分布
  • スキーム変更前と比べて, 低緯度の分布が NCEP 再解析データの分布に近付いた
    • 凹むようになった
  • 北緯 60 度から南緯 60 度における値が NCEP よりも小さくなっ.

結果

OLR と OSR の全球平均値 (W/m^2)

雲の寿命(秒)        900.0d0           1200.0d0          1500.0d0          1800.0d0
--------------------------------------------------------------------------------------------------------
移流なし   OLR   230.880880004771  227.943034895198  225.779645542562  223.814797857556
           OSR  -236.561760401199 -228.743918216485 -222.717111427596 -217.317611223577

図

• fig.1 から fig.4
  • 積分時間の 11 年目から 20 年目の値を全球平均した OLR, OSR
  • 雲の寿命が 900, 1200, 1500, 1800 秒で移流なしの場合
• fig.5 から fig.8
  • 10 年平均・東西平均した OLR
    • 実線: 雲の寿命が 900, 1200, 1500, 1800 秒で移流なしの場合の計算結果
      • 積分時間の 11 年目から 20 年目の値を平均
    • 破線: NCEP の再解析データ
      • 1988 年から 2007 年の値の平均
      • 再解析データの NetCDF ( 上向き長波放射, 上向き短波放射, 入射短波放射 )
        • 取得元: 京都大学生存圏研究所 の NCEP 再解析データミラーサイト

fig.1 / 長波放射の全球平均値	fig.2 / 短波放射の全球平均値 (縦軸 : -OSR)	fig.3 / 長波放射と短波放射の和	fig.4 / 長波放射と短波放射 (絶対値) の平均値, 地球の長波放射
fig.5 / 東西平均 OLR 分布, 雲の寿命 900 秒 (実線: dcpam による計算結果, 破線: NCEP 再解析データ)	fig.6 / 東西平均 OLR 分布, 雲の寿命 1200 秒 (実線: dcpam による計算結果, 破線: NCEP 再解析データ)	fig.7 / 東西平均 OLR 分布, 雲の寿命 1500 秒 (実線: dcpam による計算結果, 破線: NCEP 再解析データ)	fig.8 / 東西平均 OLR 分布, 雲の寿命 1800 秒 (実線: dcpam による計算結果, 破線: NCEP 再解析データ)