火星トレーサー輸送お試し実験

概要

火星の表面で何かしらの物質が放出された時, それがどの程度, どのように拡がるのかを DCPAM の計算によって評価する, ようなことを念頭において行った計算.

モデル

20180304-2 版
- スピンアップに利用
20180304-2 修正版 (トレーサ放出あり)
- スピンアップ後のトレーサ輸送実験に利用
  - 地面の指定した範囲からトレーサ (QPassTrace) を放出
  - 20180304-2 版の src/main/dcpam_main.f90 を書き換え.
  - 地面のトレーサ放出範囲の経度, 緯度は, namelist dcpam_main_nml において QSfcFluxLonS, QSfcFluxLonE, QSfcFluxLatS, QSfcFluxLatE で指定.

コンパイル時には以下のオプションを使用
- -DSJPACK -DSLTT2D1DMONOTONIC

モデルの使用要素

プリミティブ方程式系
- セミ・ラグランジュ法による物質輸送
火星大気放射モデル
乱流混合 (Mellor and Yamada (1982) level 2.5)
惑星表面フラックス (Beljaars and Holtslag, 1991)
簡単陸面モデル (バケツモデル, 土壌熱伝導)
非対流性凝結 (Le Treut and Li, 1991)
乾燥対流調節 (e.g., Manabe et al., 1965)
火星雲モデル (移流, 乱流混合, 凝結による生成, 重力落下)
- 雲粒粒径を仮定 (2e-6 m)
ダスト分布: MGS scenario (Forget et al., 2001)
使用データ
- 放射パラメータ

個別設定・結果

解像度 T21L36

使用データ (dir)
- 地形, 地面アルベド, 地面熱慣性
- 地面温度計算フラグ, 地面温度
  - 南極に CO2 の永久極冠が存在することを仮定するために, 南極の地面温度を 145 K に固定.
  - 北極に H2O の永久極冠が存在することを仮定するために, 北極 (北緯 80 度以北) の地面に大量 (計算中になくならない量) の H2O 氷を置く... つもりだったが, どうやら忘れたらしい.
スピンアップ用 namelist file
- 初期値生成 (大気)
- 初期値生成 (惑星表面)
- 実行 (スピンアップ 5 火星年積分) (並列計算用)
  - リスタートデータ
トレーサ輸送実験用 namelist file と結果
- 経度 175E-185E, 緯度 20N-30N の地面からトレーサ放出
  - 実行 namelist file (並列計算用)
    - スピンアップ後の北半球の春分から 62 火星日積分
    - トレーサは消滅しない
  - トレーサカラム密度
- 経度 175E-185E, 緯度 30S-20S の地面からトレーサ放出
  - 実行 namelist file (並列計算用)
    - スピンアップ後の北半球の春分から 62 火星日積分
    - トレーサは消滅しない
  - トレーサカラム密度
- 経度 60E-70E, 緯度 45S-35S の地面からトレーサ放出
  - 実行 namelist file (並列計算用)
    - スピンアップ後の北半球の春分から 62 火星日積分
    - トレーサは消滅しない
  - トレーサカラム密度

解像度 T42L36

使用データ (dir)
- 地形, 地面アルベド, 地面熱慣性
- 地面温度計算フラグ, 地面温度
  - 南極に CO2 の永久極冠が存在することを仮定するために, 南極の地面温度を 145 K に固定.
  - 北極に H2O の永久極冠が存在することを仮定するために, 北極 (北緯 80 度以北) の地面に大量 (計算中になくならない量) の H2O 氷を置く... つもりだったが, どうやら忘れたらしい.
スピンアップ用 namelist file
- 初期値生成 (大気)
- 初期値生成 (惑星表面)
- 実行 (スピンアップ 5 火星年積分) (並列計算用)
  - リスタートデータ
トレーサ輸送実験用 namelist file と結果
- 経度 175E-185E, 緯度 20N-30N の地面からトレーサ放出
  - 実行 namelist file (並列計算用)
    - スピンアップ後の北半球の春分から 62 火星日積分
    - トレーサは消滅しない
  - トレーサカラム密度
- 経度 175E-185E, 緯度 30S-20S の地面からトレーサ放出
  - 実行 namelist file (並列計算用)
    - スピンアップ後の北半球の春分から 62 火星日積分
    - トレーサは消滅しない
  - トレーサカラム密度
- 経度 60E-70E, 緯度 45S-35S の地面からトレーサ放出
  - 実行 namelist file (並列計算用)
    - スピンアップ後の北半球の春分から 62 火星日積分
    - トレーサは消滅しない
  - トレーサカラム密度

解像度 T85L36

使用データ (dir)
- 地形, 地面アルベド, 地面熱慣性
- 地面温度計算フラグ, 地面温度
  - 南極に CO2 の永久極冠が存在することを仮定するために, 南極の地面温度を 145 K に固定.
  - 北極に H2O の永久極冠が存在することを仮定するために, 北極 (北緯 80 度以北) の地面に大量 (計算中になくならない量) の H2O 氷を置く... つもりだったが, どうやら忘れたらしい.
スピンアップ用 namelist file
- 初期値生成 (大気)
- 初期値生成 (惑星表面)
- 実行 (スピンアップ 5 火星年積分) (並列計算用)
  - 実際には, 計算の 3 火星年目の途中で止まったため, DelTime を 160 s に変更して 3 火星年目継続計算した. (継続計算の設定ファイル)
  - リスタートデータ
トレーサ輸送実験用 namelist file と結果
- 経度 175E-185E, 緯度 20N-30N の地面からトレーサ放出
  - 実行 namelist file (並列計算用)
    - 経度 175E-185E, 緯度 20N-30N の地面からトレーサ放出
    - トレーサは消滅しない
  - トレーサカラム密度
- 経度 175E-185E, 緯度 30S-20S の地面からトレーサ放出
  - 実行 namelist file (並列計算用)
    - スピンアップ後の北半球の春分から 62 火星日積分
    - トレーサは消滅しない
  - トレーサカラム密度
- 経度 60E-70E, 緯度 45S-35S の地面からトレーサ放出
  - 実行 namelist file (並列計算用)
    - スピンアップ後の北半球の春分から 62 火星日積分
    - トレーサは消滅しない
  - トレーサカラム密度

描画プログラム, スクリプト

トレーサカラム密度を計算 (GPhys スクリプト)

$ ruby vinteg-2022-09-14.rb --merge ../Ps.nc ../QPassTrace.nc out.nc

トレーサカラム密度の水平分布図 (静止画, dcl.pdf) を作成 (GPhys スクリプト)
```
$ ruby disp_lon-lat_v4.rb 2
```
静止画 (dcl.pdf) から動画 (anim.avi) を作成 (シェルスクリプト)
```
$ bash anim-loop.sh
```

参考文献

Forget, F., Y. Wanherdrick, and S. R. Lewis (2001), Validation of the Mars General Circulation Model and Climate Database with new spacecraft observations, in Work Package 7, Tech. Note 11369/95/NL/JG, Eur. Space Agency, Paris. (Available at <URL:http://www-mars.lmd.jussieu.fr/mars/esadoc/lmd/esadoc.html>.)