本モデルで用いている時間方向の離散化方法(時間分割法)は, Klemp and Wilhelmson (1978) によって最初に提案された方法である. この方法を用いる と, 音速および移流に対する CFL 条件をそれぞれ満たしている場合でも計算 不安定を起こす場合がある. この影響は短い時間間隔で積分するステップ数 を増加させていくにつれ大きくなる (Skamarock and Klemp, 1992, 図 1 を参照). Skamarock and Klemp (1992) はこの計算 不安定を回避するため, 音波を選択的に減衰させるフィルターとして運動方程 式に音波減衰項を導入することを提案した.
音波減衰項は速度場の発散に対する拡散として作用する.
このことは音波減衰項を含む線形化された基礎方程式
(B.1) | |||
(B.2) | |||
(B.3) | |||
(B.4) | |||
音波減衰項は速度場の発散に対する拡散なので, 重力波成分も拡散させる可能
性が考えられる. しかし Skamarock and Klemp (1992) は線形化された基礎方
程式の分散関係を用いて, 音波減衰項の重力波成分への影響は小さいことを示
している. 以下では Skamarock and Klemp (1992) における議論の概要を示す.
簡単のため圧力方程式に現れる基本場の量は定数とし, 全ての変数を
のような解を持つと仮定して分散関係を
求めると,
(B.6) |
音波減衰項の係数 の値を決めるにあたり, 考慮しなければならない
ことが 2 つある. 1 つは音波減衰項そのものが計算不安定の原因とならない
ようすることであり, もう 1 つは音波減衰項の重力波成分への影響が大きく
ならないようすることである. 前者は()に示したように, 音波減衰項が発散方程式の拡散項となることから要請さ
れる. 音波減衰項の時間積分は前進差分を用いて行われるので
((3.6), (3.7)を参照), 計算不安定を起こ
さないためには拡散項を前進差分で時間積分する場合の安定性条件