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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)

熱収支, 質量収支が合うようにする為に, テスト計算を実施した.

資料

• 質量収支の式
• 穴埋めプログラムの保存性について
  • fillnegative の保存性を write 文でチェック.
    • 出力結果
    • 穴埋め前後での差の最大値は 10^{-13} kg 程度であり, そのときの全雲質量は 10^{-3} kg (証拠) であるので, 穴埋め量は全雲質量に対して十分小さい.
• 従来の凝結過程のバグについて
• 凝結量を評価する masscondense.f90 のテストプログラム とその出力結果
• radiation balance test の write 文出力 (単位は W/m^2).
  • 系の放射冷却率は 〜 1 W/m^2 なので, それに比べると十分小さい.

計算設定

• 計算領域
  • 水平 50 km
  • 鉛直 20 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 100
  • 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 , 熱フラックスあり
  • 高度 1--15 km で - 5 K/day の一様な冷却を与える. 高度 0--1 km で加熱と釣り合うだけの一様な加熱を与える. 加熱・冷却の振幅は各時間ステップごとに調節する.
• 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
  • 5100 sec
  • 新たに作成した雲密度 tendency 用サブルーチン storedenscloudcond に誤りがあった為, 計算に異常にかかった (5100 sec 計算するのに実時間にして約 16 時間かかってしまった).

結果一覧

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CS1_coolheatbalance_MassTotal.png 全気相質量.

CS1_coolheatbalance_CloudMassTotal.png 全雲質量.

CS1_coolheatbalance_KineticEnergyTotal.png 全運動エネルギー.

CS1-TE-TotalE.png 全内部エネルギー(緑)と全エネルギー(赤).

CS1-KE-PE.png 全運動エネルギーと全ポテンシャルエネルギー(黒).

CS1-thetatend.png 温位の tendency. 赤が移流, 青が放射強制, 緑が潜熱加熱, 黒が正味の加熱を表す.

CS1-cloudtend.png 雲密度の tendency(storedenscloudcond にバグがあった為, 正しく描画できていない. ). 緑が凝結率, 赤が移流, 青が乱流拡散, 黒が正味の雲密度変化を表す.

CS1-FillNegative.png 穴埋め量の z-t 図.

CS1-cloudgasmass.png 気相と雲の質量の和のプロット.

CS1-MassTend.png 温位の 2 次移流項の全質量への寄与. この寄与から見積もられる雲の増加量は 3000 kg 程度である. 気相と雲の質量の和のプロットより全質量の変動幅は 1000 k 程度であり, 両者のオーダーは等しい.