水蒸気大気の放射計算

概要

  • H2O のみの大気を持つ惑星の放射特性について、地表面の温度とH2O 量を変えて放射伝達計算を行った.

モデル

  • 水蒸気の鉛直プロファイル
    • 上空まで対流平衡していると仮定.
    • 断熱プロファイルは、IAPWS-95 (IAPWS, 2009) によって与えた.
  • Opacity
    • 吸収断面積
      • データソース
        • HITEMP2010 (Rothman et al., 2010)
        • MT_CKD 2.5 (Mlawer et al., 2012)
      • 計算手法
        • line shape は voigt 線型(Kuntz 1997, Ruyten 2004)
        • 線吸収の温度圧力依存性は Rothman et al., 1998 に従って計算
        • 但し、line shift に関しては、LBLRTM に習い、温度にも依存させている
    • 散乱断面積
      • Goldblatt et al., 2013 と同様の方法で計算
    • opacity の計算
      • あらかじめ計算された吸収断面積テーブルを用い、cubic spline によって必要な温度圧力の吸収断面積を計算
  • 放射伝達計算
    • 2 方向近似 (Toon et al., 1989)
    • 計算波数: 0.01 - 20000.0 [cm-1]
    • 波数分解能: 0.01 [cm-1]

計算設定

  • 地表面温度
    • 250, 300, 400, 600, 800, 1000, 1500, 1700, 2000 [K]
  • H2O 量
    • 0.001M, 0.01M, 0.1M, 1M, 5M (M:現在地球の海洋質量=270 [bar])
  • 鉛直グリッド
    • 大気上端は 1 [Pa] まで計算
    • logP が等間隔になるようにグリッドを切り、圧力1桁に対して100層程度のグリッドに切って計算

計算例

data

参考文献

  • Goldblatt et al., 2013, Nature Geoscience, vol.6, 661--667: Low simulated radiation limit for runaway greenhouse climates.
  • Kuntz 1997, JQSRT, vol.57, No.6, 819--824: A New Implementation of the Humlicek Algorithm for the Calculation of the Voigt Profile Function.
  • Mlawer et al., 2012, Philosophical Transactions of the Royal Society A, vol.370, 2520--2556: Development and recent evaluation of the MT_CKD model of continuum absorption.
  • Rothman et al., 1998, JQSRT, vol.60, No.5, 665--710: The HITRAN Molecular Spectroscopic Database and HAWKS (HITRAN Atmospheric Workstation): 1996 edition.
  • Rothman et al., 2010, JQSRT, vol.111, 2139--2150: HITEMP, the high-temperature molecular spectroscopic database.
  • Ryuten 2004, JQSRT, vol.86, 231--233: Comment on "A new implementation of the Humlicek Algorithm for the calculation of the Voigt Profile Function" by M. Kuntz [JQSRT 57(6) (1997) 819-824].
  • The International Association for the Properties of Water and Steam, 2009: Revised Release on the IAPWS Formulation 1995 for the Thermodynamic Properties of Ordinary Water Substance for General and Scientific Use

謝辞

本計算では, MT_CKD continuum model (Mlawer et al., 2012) を用いて連続吸収を計算しています.