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太陽組成の 1 倍, 放射強制 -0.1 K/day 実験

概要

計算の概要

木星大気における平均的な流れ場と凝結成分の分布を数値的に求める.

計算設定

• 計算領域
  • 水平 512 km,
  • 鉛直 300 km (下端で 30 bar, 上端で 0.00015 bar)
  • 解像度: 水平, 鉛直ともに 2.0 km
• 時間ステップ
  • 長い時間ステップ: 4 秒
  • 短い時間ステップ: 0.4 秒
• 温度の初期分布:
  • 0 km (30 bar) -- 200 km(0.1 bar) までは等温位(30 bar で温度 490 K, 0.1 bar で温度 100 K)
  • 200 km より上空では等温.
  • 温度勾配に不連続が生じないように, 等温位領域と等温度領域の境界を双曲線関数を用いてなめらかにつなぐ.
• 放射強制:
  • 高度 140 km (2 bar) から高度 200 km (0.1 bar) の範囲で水平一様に -0.1 K/day の強制.
• 大気成分
  • 乾燥成分気体: H2(g), He(g)
  • 凝結成分気体: H2O(g), NH3(g), H2S(g)
    • 初期値: 大気深部での存在比は太陽組成の 1 倍, 凝結高度より上空では相対湿度 75%
• スポンジ層:
  • 高度 200 km より上空にレイリー摩擦, 緩和時間を 500 秒
• 境界条件
  • 水平境界: 周期境界条件
  • 上下境界: 応力なし, w=0
  • 最下層の熱フラックスは拡散的に与える
    • F = Kπ(θ_1 - θ_boundary)/ 0.5 Δz (K = 800 m^2/sec)
  • 最下層の混合比は拡散的に与える
    • F = K Δq / 0.5 Δz (K = 800 m^2/sec)
• 初期擾乱
  • 高度 110 km に最大 0.5 k の温度擾乱を乱数を用いて与える.
• 計算モデル時間
  • 1e+6 sec (ほぼ 12 地球日)

結果一覧

温位の時間変化

温位の時間変化

鉛直速度の自乗平均

運動エネルギー

凝結成分気体混合比(赤: H2O, 緑: H2S, 青: NH3)

H2O 蒸気混合比

H2S 蒸気混合比

NH3 蒸気混合比

凝結物混合比(赤: H2O, 緑: NH4SH, 青: NH3)

H2O 雲と雨の混合比

NH3 雲と雨の混合比

H2O 雲と雨の混合比

H2O 相対湿度

NH3 相対湿度

NH4SH 平衡状態からのずれ

浮力

浮力(温度の寄与)

浮力(分子量の寄与)

浮力(引きづりの効果)

安定度

安定度(温度の寄与)

安定度(分子量の寄与)

凝結と反応による温位変化

H2O 蒸気の凝結による混合比変化

NH3 蒸気の凝結と反応による混合比変化

H2S 蒸気の反応による混合比変化

H2O 雲と雨の凝結による混合比変化

NH3 雲と雨の凝結による混合比変化

NH4SH 雲と雨の反応による混合比変化

PotTempAnal.png

VPotTempAnal.png

VelZDev.png

KEnergy.png

MixRtAnal-gas.png

MixRtAnal-gas_H2O.png

MixRtAnal-gas_H2S.png

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MixRtAnal-cnd.png

MixRtAnal-cnd_H2O.png

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MixRtAnal-Hum_H2O_lin.png

MixRtAnal-Hum_NH3_lin.png

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BuoyAnal_lin.png

BuoyAnal-temp_lin.png

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StabAnal_lin.png

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PotTemp-cndvap.png

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MixRt-cndvap_H2O-s.png

MixRt-cndvap_NH3-s.png

MixRt-cndvap_NH4SH-s.png

温度の基本場

温位の基本場

圧力の基本場

エクスナー関数の基本場

密度の基本場

音波速度の基本場

分子量の寄与の基本場

H2O 蒸気の混合比の基本場

H2S 蒸気の混合比の基本場

NH3 蒸気の混合比の基本場

TempBasicZ.png

PotTempBasicZ.png

PressBasicZ.png

ExnerBasicZ.png

DensBasicZ.png

VelSoundBasicZ.png

EffMolWtBasicZ.png

H2O-gBasicZ.png

H2S-gBasicZ.png

NH3-gBasicZ.png

温位偏差(初期値からのずれ)

温位偏差(水平平均からのずれ)

仮温位偏差(初期値からのずれ)

水平風速

鉛直風速

流線関数(線型プロット)

凝結成分気体混合比(赤: H2O, 緑: H2S, 青: NH3)

凝結物混合比(赤: H2O, 緑: NH4SH, 青: NH3)

NH4SH の相平衡からのずれ

H2O 相対湿度

NH3 相対湿度

凝結成分気体混合比の水平・時間平均(赤: H2O, 緑: H2S, 青: NH3)

安定度

加熱率

H2O 蒸気の混合比

H2S 蒸気の混合比

NH3 蒸気の混合比

H2O 雲と雨の混合比

NH4SH 雲と雨の混合比

NH3 雲と雨の混合比

PotTemp_t10000000.png

PotTempAnm_t10000000.png

VPotTemp_t10000000.png

VelX_t10000000.png

VelZ_t10000000.png

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Cloud-Rain_t10000000.png

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HeatingRate_t10000000.png

H2O-g_lin_t10000000.png

H2S-g_lin_t10000000.png

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H2O-s_t10000000.png

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H2O-g_lin_t10100000.png

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HeatingRate_t10200000.png

H2O-g_lin_t10200000.png

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H2O-g_lin_t10300000.png

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温位偏差(初期値からのずれ)

温位偏差(水平平均からのずれ)

仮温位偏差(初期値からのずれ)

水平風速

鉛直風速

流線関数(線型プロット)

凝結成分気体混合比(赤: H2O, 緑: H2S, 青: NH3)

凝結物混合比(赤: H2O, 緑: NH4SH, 青: NH3)

NH4SH の相平衡からのずれ

H2O 相対湿度

NH3 相対湿度

凝結成分気体混合比の水平・時間平均(赤: H2O, 緑: H2S, 青: NH3)

安定度

加熱率

H2O 蒸気の混合比

H2S 蒸気の混合比

NH3 蒸気の混合比

H2O 雲と雨の混合比

NH4SH 雲と雨の混合比

NH3 雲と雨の混合比

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H2O-s_t11900000.png

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温位偏差(初期値からのずれ)

温位偏差(水平平均からのずれ)

仮温位偏差(初期値からのずれ)

水平風速

鉛直風速

流線関数(線型プロット)

凝結成分気体混合比(赤: H2O, 緑: H2S, 青: NH3)

凝結物混合比(赤: H2O, 緑: NH4SH, 青: NH3)

NH4SH の相平衡からのずれ

H2O 相対湿度

NH3 相対湿度

凝結成分気体混合比の水平・時間平均(赤: H2O, 緑: H2S, 青: NH3)

安定度

加熱率

H2O 蒸気の混合比

H2S 蒸気の混合比

NH3 蒸気の混合比

H2O 雲と雨の混合比

NH4SH 雲と雨の混合比

NH3 雲と雨の混合比

PotTemp_t12000000.png

PotTempAnm_t12000000.png

VPotTemp_t12000000.png

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HeatingRate_t12000000.png

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