Class initialdata_takemi2007
In: env/initialdata_takemi2007.f90

デフォルトの基本場を設定するためのサブルーチン. 基本場を計算し, BasicSet モジュールの値を初期化する.

コンパイルの順序の問題から, 基本場の値(hogeBasicZ な変数)を 計算する部分をBasicSet モジュールから切り離している. ECCM 始め, BasicSet 自体に依存するが hogeBasicZ は use しない 外部サブルーチンを利用するためである.

Methods

Included Modules

dc_types dc_message gridset basicset chemcalc

Public Instance methods

Subroutine :
z_Temp(DimZMin:DimZMax) :real(DP), intent(out)
: 温度
z_Press(DimZMin:DimZMax) :real(DP), intent(out)
: 圧力
za_MolFr(DimZMin:DimZMax, 1:SpcNum) :real(DP), intent(out)
: モル比

ECCM_Takemiでのみ必要な変数

概要

  • deepconv の地球用のテスト計算としてTakemi(2007)の再現計算を するための湿度の基本場を作成する
    • 基本場の温度の式が温位で与えられているため, 温度に変換する必要がある

[Source]

  subroutine  initialdata_takemi2007_basic( z_Temp, z_Press, za_MolFr )
    !
    !== 概要
    ! * deepconv の地球用のテスト計算としてTakemi(2007)の再現計算を
    !   するための湿度の基本場を作成する
    !   * 基本場の温度の式が温位で与えられているため, 温度に変換する必要がある
    !
    
    implicit none

    real(DP), intent(out):: z_Press(DimZMin:DimZMax)!圧力
    real(DP), intent(out):: z_Temp(DimZMin:DimZMax) !温度
    real(DP), intent(out):: za_MolFr(DimZMin:DimZMax, 1:SpcNum) !モル比
    !
    ! ECCM_Takemiでのみ必要な変数
    !
    real(DP) :: z_TakemiRH(DimZMin:DimZMax)         !高度 1.5km 以上の相対湿度
    real(DP) :: z_TakemiTheta(DimZMin:DimZMax)      !基本場の温位
    real(DP) :: Theta_0                             ! 地表面の温位
    real(DP) :: Theta_tr                            ! 対流圏界面の温位
    real(DP) :: TakemiZtr                           ! 対流圏界面の高度
    real(DP) :: HumSfc                              ! 地表面の相対湿度
    real(DP) :: a_MolFrSfc                          ! 地表面のモル比
    real(DP) :: z_LLhumidity(DimZMin:DimZMax)       ! 1.5 km までの相対湿度
    !!--------------------------------------------------
    integer             :: k, s, i, m, b, T, L

    z_TakemiRH = 0.0d0
    z_TakemiTheta = 0.0d0

    ! 湿度場の選択
    select case (initialdata_takemi2007_hum)
    case (ID_initialdata_takemi2007_hum)
      call HUM_Takemi2007(z_TakemiRH,TakemiZtr,T,L)
    case (ID_initialdata_takemi2007_TDRY)
      call HUM_Takemi2007_TDRY(z_TakemiRH,TakemiZtr,T,L)
    case (ID_initialdata_takemi2007_MDRY)
      call HUM_Takemi2007_MDRY(z_TakemiRH,TakemiZtr,T,L)
    end select

    ! 温度・湿度・気圧を求める

    !地表面の温位は300K
    Theta_0 = 300.0d0

    ! 中緯度場と熱帯場の選択
    ! 対流圏界面の温位で区別している
    select case (initialdata_takemi2007_*)
    case (ID_initialdata_takemi2007_midlat)
      Theta_tr = 343.0d0     ! 中緯度
    case (ID_initialdata_takemi2007_tropic)
      Theta_tr = 358.0d0     ! 熱帯
    end select

    ! 大気最下層の温位
    z_TakemiTheta(RegZMin+1) = Theta_0 + (Theta_tr - Theta_0)*(z_Z(RegZMin+1) / TakemiZtr)**1.25

    z_Temp  = 1.0d-60
    z_Press = 1.0d-60
    z_LLhumidity = 0.0d0

    ! 大気最下層の気温・気圧・水蒸気混合比・分子量の計算

    ! 地表面のモル比
    ! 10g/kg〜18g/kgの混合比で与えられているためモル比に直す
    ! なお熱帯場はQ18のみ使用
    a_MolFrSfc = Qb * MolWtDry / MolWtWet(1)  
!   a_MolFrSfc = 0.0180d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)  ! Q18
!   a_MolFrSfc = 0.0160d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)  ! Q16
!   a_MolFrSfc = 0.0140d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)  ! Q14
!   a_MolFrSfc = 0.0120d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)  ! Q12
!   a_MolFrSfc = 0.0100d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)  ! Q10 

    ! 地表面の相対湿度
    ! モル比から逆算. 気圧を求めるのに必要
    HumSfc = a_MolFrSfc * PressSfc / SvapPress(6,TempSfc)

    ! 大気最下層の気圧
    z_Press(RegZMin+1) = PressSfc - (Grav * PressSfc * DelZ) /((GasRUniv/ (MolWtDry + a_MolFrSfc * (MolWtWet(1) - MolWtDry))) *TempSfc)

    ! 大気最下層の温度. 温位を元に計算
    ! 地表面気圧は 1000hPa と仮定する
    z_Temp(RegZMin+1) = z_TakemiTheta(RegZMin+1) * (z_Press(RegZMin+1) / 100000.0d0)**(GasRDry / CpDry)

    ! 大気最下層のモル比
    ! 熱帯場はQ18のみ使用
    za_MolFr(RegZMin+1,1) = Qb * MolWtDry / MolWtWet(1) 
!    za_MolFr(RegZMin+1,1) = 0.0180d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)  ! Q18
!   za_MolFr(RegZMin+1,1) = 0.0160d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)  ! Q16
!   za_MolFr(RegZMin+1,1) = 0.0140d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)  ! Q14
!   za_MolFr(RegZMin+1,1) = 0.0120d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)  ! Q12
!   za_MolFr(RegZMin+1,1) = 0.0100d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)  ! Q10
 
    ! 大気最下層の相対湿度
    ! モル比から逆算. 気圧を求めるのに必要
    z_LLhumidity(RegZMin+1) = za_MolFr(RegZMin+1,1) * z_Press(RegZMin+1) / SvapPress(6,z_Temp(RegZMin+1))

    ! 大気最下層の種々の物理量をもとに温度・湿度気圧の基本場を作成する
    ! 高度 0 - 1.5km と 1.5km - で湿度の与え方が異なり,
    ! さらに, 対流圏界面以上では温度の式が異なるので, 以下の 3パターンに分けて
    ! 基本場を求める
    ! 高度 0 - 1.5km, 1.5km - 対流圏界面(Ztr), Ztr以上 
    do k = RegZMin+1, DimZMax

    !
    ! 基本場(I)
    ! 大気最下層から高度 1.5 km 以下(k が L-1 以下)の基本場
    !
     if (k.le.L-1) then

      ! モル比
      ! 高度 1.5km まではモル比が任意の値で固定されている
      ! ただし, 熱帯場は 18 g/kg のみ
      za_MolFr(k+1,1) = 0.0180d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)
!     za_MolFr(k+1,1) = 0.0160d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)
!     za_MolFr(k+1,1) = 0.0140d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)
!     za_MolFr(k+1,1) = 0.0120d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)
!     za_MolFr(k+1,1) = 0.0100d0 * MolWtDry / MolWtWet(1)
 
      ! 気圧
      z_Press(k+1) = z_Press(k)-(Grav*z_Press(k)*DelZ) /((GasRUniv/ (MolWtDry + za_MolFr(k,1) * (MolWtWet(1) - MolWtDry))) *z_Temp(k))

      ! 温位から温度を計算
      z_TakemiTheta(k+1) = Theta_0 + (Theta_tr - Theta_0)*(z_Z(k+1) / TakemiZtr)**1.25
      z_Temp(k+1) = z_TakemiTheta(k+1) * (z_Press(k+1) / 100000.0d0)**(GasRDry / CpDry)

      ! モル比から相対湿度を計算
      z_LLhumidity(k+1) = za_MolFr(k+1,1) * z_Press(k+1) / SvapPress(6,z_Temp(k+1))

      !
      !== Takemi(2007)の基本場の使用上の注意
      !  * 低層で混合比を固定し続けると高度 1.5km までに相対湿度が100%を超える高度がある
      !  * 100% を超えてしまった高度の湿度は, その直下の高度の湿度にすると
      !    Takemi(2007)と同じ湿度の鉛直プロファイルが描ける
      !    * なぞ
      !  * MQ16 は 湿度 99.・・・% という値が出て, 100% を超えなくてもほぼ100%
      !    な値が出てしまう
      !    * Takemi(2007)ではこのような値があるようには見えない
      !      しょうがないのでMQ18 とMQ14 の 100% を超える直前の値の間を取った値を入れておく
      !      * 0.94511507230d0という怪しい数字が上記の値
      if (z_LLhumidity(k+1).gt.1) then
        z_LLhumidity(k+1) = z_LLhumidity(k)
!     if (z_LLhumidity(k+1).gt.0.99) then      !MQ16 用
!       z_LLhumidity(k+1) = 0.94511507230d0    !MQ16 用
     end if

     !
     ! 基本場(II)
     ! 高度 1.5km より上で, 対流圏界面以下(L < k < T)の基本場
     !
     else if (k.le.T.and.k.gt.L) then

      ! k = L での相対湿度
      ! この if 文の初めの k は L+1 から始まり z_TakemiRH(L) が区間外なので値を与える
      z_TakemiRH(L) = z_LLhumidity(L)

      ! 気圧の基本場
      z_Press(k) = z_Press(k-1)-(Grav*z_Press(k-1)*DelZ) /((GasRUniv/ (MolWtDry + za_MolFr(k+1,1) * (MolWtWet(1) - MolWtDry))) *z_Temp(k-1))

       ! 温位から温度を計算
       z_TakemiTheta(k) = Theta_0 + (Theta_tr - Theta_0)*(z_Z(k) / TakemiZtr)**1.25
       z_Temp(k) = z_TakemiTheta(k) * (z_Press(k) / 100000.0d0)**(GasRDry / CpDry)

       ! モル比と大気の平均分子量
       za_MolFr(k,1) = SvapPress( 6,z_Temp(k))* z_TakemiRH(k)/z_Press(k)
     
       !
       ! 基本場(III)
       ! 対流圏界面より上 (k > T) の場
       !
       else if (k.gt.T) then

       ! 気圧の基本場
       z_Press(k) = z_Press(k-1)-(Grav*z_Press(k-1)*DelZ) /((GasRUniv/ (MolWtDry + za_MolFr(k,1) * (MolWtWet(1) - MolWtDry))) *z_Temp(k-1))

       ! 温位から温度を計算
       z_TakemiTheta(k) = Theta_tr * exp(Grav * (z_Z(k) - TakemiZtr) / (CpDry * z_Temp(T)))
       z_Temp(k) = z_TakemiTheta(k) * (z_Press(k) / 100000.0d0)**(GasRDry / CpDry)

       ! モル比と大気の平均分子量
       za_MolFr(k,1) = SvapPress( 6,z_Temp(k))* z_TakemiRH(k)/z_Press(k)

     end if
    end do

  end subroutine Initialdata_takemi2007_basic
Subroutine :

[Source]

  subroutine initialdata_takemi2007_wind

    !-------------------------------------------------------------!
    ! シアーの設定 (Takemi,2007)                                  !
    !-------------------------------------------------------------!
    !
    != 概要
    !* case "Takemi2007" での計算時に鉛直シアーのある風を与える時に使用する
    !* 風の与え方には, 以下のようなバリエーションがある
    !  (1) シアーを与える高度を変える
    !  (2) シアーのある風の最大風速 (U_s) を変える
    !
    !  (1) については, (a) 0 - 2.5 km, (b) 2.5 - 5.0 km, (c) 5.0 - 7.5 km の
    !  三パターンがある
    !  (2) については, Takemi (2007) では熱帯場と中緯度場の温度場毎に
    !  異なる値を設定している
    !
    !  その強度(Us)は, 以下の通り
    !  <熱帯場>   (1) 5 m/s, (2) 10 m/s, (3) 15 m/s
    !  <中緯度場> (1) 10 m/s, (2) 15 m/s, (3) 20 m/s
    !
    !* シアーの形の模式図 (Takemi, 2007)   |
    !                                     /| 7.5 km
    !                                    / |
    !                                   /  |
    !                                  / ←|
    !                                 |  /| 5.0 km
    !                                 | / |
    !                                 |/  |
    !                                  / ←|
    !                                 |  /| 2.5 km
    !                                 | / |
    !                                 |/  |
    !                                  / ←|
    !---------------------------------+------------- 0.0 km
    !                                Us (m/s)
    !
    
    ! シアーを与える高度を決める
    ! 傾き始めの高度の格子点 (B) と 傾きの終わりの格子点 (U) で決定
    
    do k = RegZMin+1, DimZMax
      if (s_Z(k).ge.Hb.and.s_Z(k).le.(Hb + DelZ)) then
        B = k
      end if
      
      if (s_Z(k).ge.Hu.and.s_Z(k).le.(Hu + DelZ)) then
        U = k
      end if
    end do
    
    ! 上記で決めた格子点BからUの間に鉛直シアーのある風を与える
    
    do k = RegZMin+1, U
      do i = DimXMin, DimXMax
        if (k.lt.B) then
          pz_VelX(i,k) = - Us
        else
          pz_VelX(i,k) = - Us + (Us / (s_Z(U) - s_Z(B))) * (s_Z(k) - s_Z(B))
        end if
      end do
    end do
    
  end subroutine initialdata_takemi2007_wind