アルベド,　短波吸収, 長波吸収変更実験(2009-07-14)

1. 概要
2. 実験環境
3. 実験設定
4. 結果一覧
5. 考察
6. 参考文献

概要

dcpam5 において水惑星を同期回転 (日射分布が移動しない) 状態に置いた実験を行った. 自転角速度は地球の 1 倍, 解像度は T21 である.

同期回転地球計算において <URL:../2009-06-03_noda/> と <URL:../2009-06-10_morikawa/SR090_1Omega/> の計算結果が大きく異なる. この原因を調べるため, 前者から後者へパラメータを徐々に変更した計算を行った.

実験環境

• システム: PC
  • /proc/cpuinfo の model name: Intel(R) Core(TM)2 Duo CPU E6750 @ 2.66GHz
  • OS: GNU Debian Linux 5.0
  • uname -a: Linux fermat 2.6.26-1-686-bigmem #1 SMP Fri Mar 13 18:52:29 UTC 2009 i686 GNU/Linux
• コンパイラ: Intel(R) Fortran Compiler for applications running on IA-32, Version 10.1 Build 20080312 Package ID: l_fc_p_10.1.015
• 依存するライブラリとバージョン
  • netCDF ver. 4.0
  • gtool5 ver. 20090324
  • ISPACK ver. 0.71
  • spmodel ver. 0.5.0

実験設定

• プログラム: dcpam5 ver. 20090428 (cvs)
  • ソースツリー
  • [tar.gz]
• 初期値
  • 東西風速: 15 × cos(φ) [m s-1]. (φ: 緯度)
  • 地表面気圧: 1.0e+5 [Pa].
  • 温度の基本場: 250 [K] に微小擾乱を与えた.
  • 比湿: 10e-10 または 0.01
• 計算領域
  • 水平(λ,φ): 全球 (λ=[0, 360], φ=[-90, 90])
  • 鉛直(σ=p/p0): 大気下端〜上端 (σ = [0, 1])
• 境界条件
  • 水平(λ,φ) : 周期境界条件
  • 鉛直(σ) : dσ/dt = 0 (σ = 0, 1)
• 数値解法
  • 水平(λ,φ) : スペクトル法 (球面調和関数展開・三角形切断)
  • 鉛直(σ) : 差分法 (Arakawa and Suarez, 1983)
  • 時間(t) : リープフロッグスキーム.
    • ただし重力波の項にはセミインプリシット法を用いる. 時間フィルター (Asselin, 1972). を用いる. フィルター係数は 0.05 または 0.1
• 空間解像度
  • 経度格子点数 : 64 (5.6 度 x 5.6 度)
  • 緯度格子点数 : 32 (5.6 度 x 5.6 度)
  • 鉛直層数 : 16
• 最大波数: 21
• 積分時間: 2000 日
  • 最後の 1000 日を解析に使用
• 時間間隔: 8 分
• 惑星半径: 6.371e+6 [m]
• 自転角速度: 7.2921e-5 [s-1]
• 重力加速度: 9.8 [m s-2]
• 乾燥大気定圧比熱: 1004.6 [J K-1 kg-1]
• 乾燥大気平均分子量: 28.964e-3 [kg mol-1]
• 乾燥大気気体定数: 287.04 [J K-1 kg-1]
• 最大波数に対する e-folding time: 3.0 [hours]
• 超粘性の次数: 8
• 力学過程
  • プリミティブ方程式系
• 物理過程
  • 積雲パラメタリゼーション: 湿潤対流調節 (Manabe et al., 1965)
  • 大規模凝結
  • 放射
    • 経度 0 - 180 度に時間変化しない日射分布を与える
    • 短波放射: なし または 1 バンド
    • 長波放射: 1 バンド (灰色) または 4 バンド
    • 短波を計算する時間ステップ: 8 分
    • 長波を計算する時間ステップ: 8 分
    • 大気アルベド: 0.0 または 0.2
  • 地表面: SWAMP (熱容量: 0)

結果一覧

• 実験 1. 標準実験
  • デフォルトの水惑星の namelist から以下に変更
    • 放射計算を毎ステップ行う
    • 積分時間ステップは 8 分
• 実験 2. 実験 1 の Asellin フィルタ係数を 0.05 から 0.1 に変更したもの
• 実験 3. 実験 2 の大気アルベドを 0.2 から 0.0 に変更したもの
• 実験 4. 実験 3 の短波吸収を 1 色からなしに変更したもの
• 実験 5. 実験 4 の長波吸収を 4 色から 1 色に変更したもの

考察

• 実験 1 と実験 2 の結果には, ほとんど違いはない.
  • Asselin フィルタ係数の違いはほとんど影響しない
• 実験 2 で顕著であった南北非対称性が実験 3 でほぼ消えた
  • 大気アルベド (または太陽定数) が南北非対称性に関係していることを示唆
• 実験 3 と実験 4 の比較
  • 気温は実験 4 の方が高い
  • 降水は実験 4 の方が一桁程度大きくなった
  • 東西風速の帯状平均場は実験 3 で南北の低緯度に東風ジェットが存在するが, 実験 4 では赤道上空に東風ジェットが 1 本あるのみ.
• 実験 5 は <URL:../2009-06-10_morikawa/SR090_1Omega/> と 場のパターンがよく似ている
• どの実験も地表面熱収支は数 W m-2 程度で合っている
  • いずれも上向きの正味の放射のほうが大きい
  • 昼半球より夜半球のほうでよく合っているようである

参考文献

• Arakawa, A., Suarez, M.J., 1983: Vertical differencing of the primitive equations in sigma coordinates., Mon. Wea. Rev., 111, 34-45.
• Asselin, R., 1972: Frequency Filter for Time Integrations, Mon. Wea. Rev., 100, 487-490.
• Manabe, S., Smagorinsky, J., and Strickler, R. F., 1965: Simulated climatology of a general circulation model with a hydrologic cycle. Mon. Weather Rev., 93, 769-798.

dcmodel Development Group / GFD Dennou Staff
Last Updated: 2009/06/11, Since: 2009/06/10