水惑星実験

惑星表面が全て水であるような条件 (水惑星) で実験を行う方法を説明します.

この計算には以下の物理過程を用いています.

• 放射 (AGCM5 デフォルト)
  • 長波放射 (水蒸気 3 領域, 乾燥大気 1 領域)
  • 短波放射 (水蒸気 1 領域)
• 鉛直拡散 (Mellor and Yamada, 1974, レベル 2)
• 積雲パラメタリゼーション: 湿潤対流調節 (Manabe et al., 1965)
• 診断型大規模凝結
• 乾燥対流調節

1. 概要
2. 実験用ディレクトリ準備
3. 初期値データファイルの作成
4. SST データファイルの作成
5. 実験の実行
6. リスタートデータからの実行
7. 最後に
8. 参考文献

概要

本実験では, 海表面温度のデータが必要です. したがって, 実験の実行は以下の 4 つのステップで行います.

• 実験ディレクトリの準備
• 初期値の準備
• 実験用データ (海表面温度分布) の準備
• 実験の実行

実験用ディレクトリ準備

dcpam5 の数値実験はソースツリー内部では行わず ソースツリーとは別の外部ディレクトリにて行うことを推奨いたします.

まず dcpam5 ソースのトップディレクトリ(以下の例では dcpam5-YYYYMMDD とする)に移動してください. 以下では dcpam5 ソースディレクトリの隣に ../dcpma5-exp/ape-exp ディレクトリを作成し, そこで実験を行うことにします. 次のように ../dcpam5-exp/ape-exp ディレクトリを作成し, 移動してください.

$ mkdir -p ../dcpam5-exp/ape-exp
$ cd ../dcpam5-exp/ape-exp

次に, このディレクトリに実行ファイルと設定ファイル置き場を作成します.

$ mkdir bin
$ mkdir conf

最後に作成したディレクトリに実行ファイルと設定ファイルをコピーします.

$ cp ../../dcpam5-YYYYMMDD/src/main/dcpam_main bin
$ cp ../../dcpam5-YYYYMMDD/src/main/init_data  bin
$ cp ../../dcpam5-YYYYMMDD/src/main/sst_data   bin
$ cp ../../dcpam5-YYYYMMDD/exp_setup_files/*.conf conf

なお, 実行ファイルと設定ファイル (NAMELIST ファイル) があれば, どのディレクトリにおいても計算を行うことができます.

初期値データファイルの作成

init_data と init_data_T21L16.conf を用いて初期値ファイル init_T21L16.nc を作成します.

$ ./bin/init_data -N=./conf/init_data_T21L16.conf

                       : 
 *** MESSAGE [restart_file_io] ***  ----- Initialization Messages -----
 *** MESSAGE [restart_file_io] ***  Input::
 *** MESSAGE [restart_file_io] ***    InputFile  =
 *** MESSAGE [restart_file_io] ***  Output::
 *** MESSAGE [restart_file_io] ***    OutputFile = init_T21L16.nc
 *** MESSAGE [restart_file_io] ***    IntTime    = 1. [day]

 *** MESSAGE [HistoryCreate3] ***  "init_T21L16.nc" is created (origin=0. [day])
 *** MESSAGE [initial_data] ***  NAMELIST group "initial_data_nml" is loaded from "./conf/init_data_T21L16.conf".
 *** MESSAGE [initial_data] ***  NAMELIST group "initial_data_nml" is loaded from "./conf/init_data_T21L16.conf".
 *** MESSAGE [initial_data] ***  ----- Initialization Messages -----
 *** MESSAGE [initial_data] ***    Pattern = Small Disturbance of Temperature
 *** MESSAGE [initial_data] ***    TempAvr = 280.
 *** MESSAGE [initial_data] ***    PsAvr   = 100000.
 *** MESSAGE [initial_data] ***    QVapAvr = 0.1E-09

 *** MESSAGE [HistoryClose] ***  "init_T21L16.nc" is closed

SST データファイルの作成

次に, sst_data と sst_data_T21.conf を用いて, 海水面データ sst_T21.nc を作成します.

$ ./bin/sst_data -N=./conf/sst_data_T21.conf

                       :
 *** MESSAGE [restart_surftemp_io] ***  ----- Initialization Messages -----
 *** MESSAGE [restart_surftemp_io] ***  Input::
 *** MESSAGE [restart_surftemp_io] ***    InputFile  =
 *** MESSAGE [restart_surftemp_io] ***    InputName  = SurfTemp
 *** MESSAGE [restart_surftemp_io] ***  Output::
 *** MESSAGE [restart_surftemp_io] ***    OutputFile = sst_T21.nc
 *** MESSAGE [restart_surftemp_io] ***    IntTime    = 1. [day]

 *** MESSAGE [HistoryCreate3] ***  "sst_T21.nc" is created (origin=0. [day])
 *** MESSAGE [surface_data] ***  NAMELIST group "surface_data_nml" is loaded from "./conf/sst_data_T21.conf".
 *** MESSAGE [surface_data] ***  NAMELIST group "surface_data_nml" is loaded from "./conf/sst_data_T21.conf".
 *** MESSAGE [surface_data] ***  ----- Initialization Messages -----
 *** MESSAGE [surface_data] ***    Pattern = Hosaka et al. (1998)
 *** MESSAGE [surface_data] ***    SurfTemp     = 302.
 *** MESSAGE [surface_data] ***    Albedo       = 0.15
 *** MESSAGE [surface_data] ***    HumidCoeff   = 1.
 *** MESSAGE [surface_data] ***    RoughLength  = 0.1E-03
 *** MESSAGE [surface_data] ***    HeatCapacity = 0.
 *** MESSAGE [surface_data] ***    TempFlux     = 0.
 *** MESSAGE [surface_data] ***    SurfCond     = 0

 *** MESSAGE [HistoryClose] ***  "sst_T21.nc" is closed

実験の実行

最後に dcpam_main, dcpam_ape_T21L16.conf を用いて実験を実施します. 解像度 T21L16, 時間ステップ 20 分で 10 日分計算を行います. リスタートデータ, 地表面リスタートデータといくつかのヒストリデータ ファイルが出力されます.

$ ./bin/dcpam_main -N=./conf/dcpam_ape_T21L16.conf | tee ape.log

初期値データ, 地表面データ, 実験設定を変更する場合には, 上記の実行に際して, init_data_T21L16.conf, sst_data_T21.conf, dcpam_ape_T21L16.conf を変更してください.

リスタートデータからの実行

上記の初期値データを元に, 1000 日分の計算を行った際のリスタートデータを 以下に用意してあります. このデータを用いてリスタートを行ってみましょう.

• サンプルリスタートデータ

上記のページから "ape-T21L16-rst.nc" と "ape-T21L16-rst-rad.nc" をダウンロードしてください. そして, "./conf/dcpam_ape_T21L16.conf" の &timeset_nml, &restart_file_io, &radiation_band_nml を以下のように変更してください.

&timeset_nml
  RestartTimeValue  = 1000.0,
                              ! 計算開始時刻.
                              ! Start time of calculation
  RestartTimeUnit   = 'day',
                              ! 計算開始時刻の単位.
                              ! Unit of start time of calculation
  IntegPeriodValue  = 10.0, 
                              ! 計算終了時刻.
                              ! End time of calculation
  IntegPeriodUnit   = 'day',
                              ! 計算開始時刻の単位.
                              ! Unit of end time of calculation
                     :
&restart_file_io_nml
  InputFile = 'ape-T21L16-rst.nc',
                            ! 入力するリスタートデータのファイル名
                            ! filename of input restart data
                     :

&radiation_band_nml
  RstInputFile = 'ape-T21L16-rst-rad.nc', 
                            ! 入力するリスタートデータのファイル名
                            ! Filename of input restart data

以下のコマンドで実行を行ってください.

$ ./bin/dcpam_main -N=./conf/dcpam_ape_T21L16.nml | tee ape.log

計算結果の解析・可視化の方法についてはこちらを参照してください.

最後に

実験ディレクトリに作成された計算結果を保存しておきたい場合には データ用ディレクトリ(例えば data01)を作成し, ファイルを移動させて整理しておきましょう.

$ mkdir data01
$ mv *.nc *.log data01/

なお, 計算結果を計算実行時にサブディレクトリへ出力することも可能です. 実験設定の変更の出力設定の変更を参照し, NAMELIST "&gtool_historyauto_nml" の変数 "FilePrefix" による設定を試してみて下さい.

参考文献

• Manabe, S., J. Smagorinsky, and R. F. Strickler, 1965: Simulated climatology of a general circulation model with a hydrologic cycle, Mon. Wea. Rev., 93, 769--798.
• Mellor, G. L., and T. Yamada, 1974: A hierarchy of turbulence closure models for planetary boundary layers, J. Atmos. Sci., 31, 1791--1806.

DCPAM Development Group / GFD Dennou Staff