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deepconv/arare4 : 主成分凝結を考慮した湿潤対流実験(中層一様冷却・下層一様加熱, 臨界飽和比 1.0, 地表面温度 165 K の場合)

tendency の算出方法を変更し, 雲密度の移流項を長い時間ステップで評価したテスト計算. tendency の算出方法を変えた場合, fillnegative が発動しない格子点では, 時間変化に対する tendency の相対誤差は 2 - 3 % 程度となる一方, fillnegative が発動する格子点では相対誤差が 100 % を超えるケースもあった. fillnegative 発動しない場合 と fillnegative 発動する場合 の例を示す. fillnegative が発動され, それでも負の雲密度が埋まらなかった場合にゼロに引き戻すことになるが, その分は tendency にカウントされていない. ゼロへの引き戻しが生じた場合に tendency が大きくずれると考えられる.

また, 移流項を短い時間ステップで評価する場合よりも fillnegative の値が一桁大きくなる.

資料

• 雲密度の移流項を短い時間ステップで評価したテスト計算のページ
• 凝結プログラムのバグを直した計算のページ
• 基本場温度勾配の不連続と数値拡散に関する考察
  • 補助図
    • 温位の数値拡散項 discontinuity-pottempdiff.png
    • 温位の潜熱加熱項 discontinuity-pottempcond.png
    • 雲密度の凝結項 discontinuity-denscloudcond.png

計算設定

• 計算領域
  • 水平 50 km
  • 鉛直 20 km
• 基本場の設定
  • 最下層気温 165 K, 地表圧力 7 hPa
  • 地表から高度 3 km 付近まで等温位, 高度 3 km 付近から高度 15 km 付近まで湿潤断熱, 高度 15 km 付近から等温(135 K).
• 空間/時間格子間隔, 境界条件
  • 空間格子間隔
    • 水平 200 m, 鉛直 200 m
    • 格子点数は 250 x 100
  • 時間格子間隔
    • 長い時間ステップ 1.0 sec, 短い時間ステップ 0.125 sec
  • 境界条件
    • 水平境界: 周期境界条件
    • 上下境界: 応力なし, w=0 , 熱フラックスあり
  • 高度 1--15 km で - 5 K/day の一様な冷却を与える. 高度 0--1 km で加熱と釣り合うだけの一様な加熱を与える. 加熱・冷却の振幅は各時間ステップごとに調節する.
• 初期条件
  • 最下層で振幅 1.0 K のランダムな温位擾乱を与える.
• 積分時間
  • 3600 sec

結果一覧

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cloudtend-advlong.png 雲密度の 1 次元 tendency. 赤が移流, 水色が乱流拡散, 青が fillnegative, 紫色が数値粘性, 緑が凝結/蒸発を表す.