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圧力方程式における熱膨張項の鉛直分布の見積り (分子量効果の項のみ, 移流・拡散なし, 地表面フラックスも考慮)

計算の概要

このページでは, deepconv で -1.0 K day-1 の一様冷却計算を行ったときの, deepconv 定式化マニュアル の (A.46) における熱膨張項の水平平均値を見積もる. ただしここでは, 分子量効果の項のみを見る. 凝結・降水・地表面水蒸気フラックスを考慮する. また, この式の右辺中括弧前にある分数の分母の ρ を含まないものが正しい式であり(そうしないと左辺と次元が合わない), このページでもその結果をもとに計算を行っている.

実験設定

基本方針は, Nakajima and Matsuno (1988) に近い条件での計算.

• モデル: deepconv / arare5
  • 無印
  • 基本場の圧力を用いて地表面フラックスを計算
  • 移流
    • 準圧縮方程式系
  • 乱流混合
    • 1.5 次クロージャ―
    • バルク法による下部境界フラックス
      • バルク係数 1.5d-3
      • 風速のかさ上げ 3 m/s
  • 温かい雨のパラメタリゼーション
  • 摩擦層
    • z > 25 km に適用
• 領域: 2 次元
  • 水平 256 km
  • 鉛直 実験によって変える
• 格子間隔
  • 水平 1000 m
  • 鉛直 300 m
• 下部境界
  • 温度 302 K (固定)
• 大気組成
  • 乾燥成分 : N2 (空気ではない)
  • 凝結成分 : H2O
• 熱強制
  • -1 K/day for z<= 10 km
  • 0 K/day for z>= 15 km
  • 10 km < z < 15 km では線形でつなぐ
• 温かい雨のパラメタリゼーション
  • 雲水から雨水への変換の閾値 q_{cr} = 1e-3
• 積分時間
  • 50 日
• タイムステップ
  • 長いタイムステップ: 2 sec
  • 短いタイムステップ: 1 sec

計算に用いたスクリプト

• 熱膨張項を計算して netCDF に出力するスクリプト
  • makenetCDF_xzt_thermalexpansionterm-dqdt-plussfcmassflux.rb
    • 同じディレクトリに thermal-moist_H2O-g_Cond.nc, thermal-moist_H2O-l-Rain_Fall.nc thermal-moist_PTempTurb.nc, thermal-moist_H2O-g_SfcMassFlux.nc, thermal-moist_restart.nc を置いて実行すること.
• 描画スクリプト
  • draw_ctl_iroiro.rb: 親スクリプト
  • draw_z_exner-thermalexpansionterm-dqdt.rb: 子スクリプト

計算結果

実線: 鉛直領域 48 km, 破線: 鉛直領域 36 km, 点線: 鉛直領域 30 km, 一点鎖線: 鉛直領域 24 km	実線: 鉛直領域 48 km, 破線: 鉛直領域 36 km, 点線: 鉛直領域 30 km, 一点鎖線: 鉛直領域 24 km	基本場の圧力を用いて地表面フラックスを計算, 実線: 鉛直領域 48 km, 破線: 鉛直領域 36 km, 点線: 鉛直領域 30 km, 一点鎖線: 鉛直領域 24 km	基本場の圧力を用いて地表面フラックスを計算, 実線: 鉛直領域 48 km, 破線: 鉛直領域 36 km, 点線: 鉛直領域 30 km, 一点鎖線: 鉛直領域 24 km
鉛直領域 30 km (標準実験)	鉛直領域 24 km	鉛直領域 36 km	鉛直領域 48 km
基本場の圧力を用いて地表面フラックスを計算, 鉛直領域 30 km (標準実験)	基本場の圧力を用いて地表面フラックスを計算, 鉛直領域 24 km	基本場の圧力を用いて地表面フラックスを計算, 鉛直領域 36 km	基本場の圧力を用いて地表面フラックスを計算, 鉛直領域 48 km