arare5 のデバック作業の記録

要約

乾燥対流を扱う分には特に問題なかったが, 木星条件で計算すると arare5 の 方が arare4 に比べて湿潤対流領域の平均温度が高くなってしまった. 結果と して, 間欠性の周期が大きく変わってしまった.

この原因を把握すべく, プログラムのデバックを行った. arare4 と arare5 で はソースが大きく変わっているので, 精度の高い比較が困難であった. そこで, arare4 のソースを arare5 のソースに段階的に近づけ, arare5 のモジュール を arare4 に移植し, どのモジュールが悪さしているか絞り込んでいった.

結果として, 乱流過程のモジュールに問題があることがわかった.

• arare5 の乱流過程を移植. 雲微物理などは移植済み. 結果が大きくずれる.
  • 温度プロファイル
• arare4 の乱流過程に戻す.
  • 温度プロファイル

deepconv/arare4 とdeepconv/arare5 の比較

木星条件で 1 つのサーマルの上昇実験を行った. deepconv/arare4 と deepconv/arare5 では, 湿潤対流層の鉛直温位プロファイルにずれがある (~80 km で 0.5 K 程度).

• 温度プロファイル
• 計算結果(水平平均)

arare5 については, 最新コードだけでなく過去のバージョンも利用したが, 結果は変わらなかった. arere4 については若干修正を行った.

• ソースプログラム.
  • arare4 の修正版 (20130118 版)
  • arare5 の過去のコード (20130130-2 版)

deepconv/arare4 の修正

木星条件で 1 つのサーマルの上昇実験を行った. deepconv/arare4 を段階的に 修正することで, 湿潤対流層の鉛直温位プロファイルが大きく変化する原因を 探った.

ソースプログラムとしては, arare4 の修正版 (20130118版) を利用した.

src_20141008-1600

• ヒストリファイルの出力に HistoryFileAuto を利用.
• 温度プロファイル
• 計算結果(水平平均)
• 計算結果 (~1e6 sec)
  • arare4 オリジナルとの比較. オプションとして, -O1 指定.
  • 出力ファイルは float

src_20141009-1200

• tendency の出力に HistoryAutoPut を利用.
• arare4 の提供する setup/store*.f90 関係を全てコメントアウト.
• 温度プロファイル
• 計算結果(水平平均)
• 計算結果 (~1e6 sec)
  • arare4 オリジナルとの比較. オプションとして, -O1 指定.
  • 出力ファイルは float

src_20141009-1240

• 時間ループ => while 利用 (arare5 に合わせる)
• 温度プロファイル
• 計算結果(水平平均)
• 計算結果 (~1e6 sec)
  • arare4 オリジナルとの比較. オプションとして, -O1 指定.
  • 出力ファイルは float

src_20141010-0100

• main/arare_jupiter.f90 : モジュール初期化の部分を修正
• arare5 のものと入れ替え (若干修正している)
  • src/setup 以下
  • src/io 以下
• 温度プロファイル
• 計算結果(水平平均)
• 計算結果 (~1e5 sec)
  • arare4 オリジナルとの比較. オプションとして, -O1 指定.
  • 出力ファイルは float

src_20141010-1600

• arare5 のものと入れ替え (若干修正している)
  • src/setup 以下
  • src/io 以下
  • util/cflcheck.f90
  • util/timefilter.f90 廃止.
• 温度プロファイル
• 計算結果(水平平均)
• 計算結果 (~2e5 sec)
  • arare4 オリジナルとの比較. オプションとして, -O1 指定.

src_20141012-1200

• chemcalc.f90 の初期化ルーチンを呼ぶ順番を変更
• 温度プロファイル
• 計算結果(水平平均)
• 計算結果 (~1e5 sec)
  • arare4 オリジナルとの比較. オプションとして, -O1 指定.

src_20141104-1500

• 3D 版の作成.
• サブルーチン内の計算順序を 2D 版と 3D 版で揃える.
• AsselinTimeFilter において, 計算の順序を変更. => 精度を気にして.
  • 元の arare4 の計算から若干ずれる 温度プロファイル
• 数値計算実行 (2D 版と 3D 版との比較)
  • 結果のまとめ
    • 最適化しない場合は, 2D 版と 3D 版では結果が一致する.
    • 最適化する場合は相対誤差が大きくなる.
      • 乾燥大気の計算では, 最大でも 10e-8 程度
      • 湿潤計算では, 相対誤差がかなり大きくなるが, 全体的な温度構造は変わらない.
        • 値がほぼゼロな場所で相対誤差とると値が大きくなってしまう効果もあるが.
  • -O0 (intel fortran)
    • 凝結過程 off, 浮力 (分子量効果, 荷重効果) なし
      • 温度プロファイル
      • 計算結果(水平平均)
      • 計算結果(毎ステップ)
    • 凝結過程 off
      • 温度プロファイル
      • 計算結果(水平平均)
      • 計算結果(毎ステップ)
      • 計算結果(~2e4 sec)
    • 凝結過程 on
      • 温度プロファイル
      • 計算結果(水平平均)
      • 計算結果(毎ステップ)
      • 計算結果(~5000 sec)
  • -O1 (intel fortran)
    • 凝結過程 off
      • 温度プロファイル
      • 計算結果(水平平均)
      • 計算結果(~2e4 sec)
      • 計算結果(~2e5 sec)
    • 凝結過程 on
      • 温度プロファイル, 温度プロファイル(~2e4 sec まで)
      • 計算結果(水平平均)
      • 計算結果(~2e4 sec)
  • -O3 (pgi fortran)
    • 凝結過程 off, 浮力 (分子量効果, 荷重効果) なし
      • 温度プロファイル
      • 計算結果(水平平均)
      • 計算結果(~2e5 sec)
    • 凝結過程 off
      • 温度プロファイル
      • 計算結果(水平平均)
      • 計算結果(~2e5 sec)
    • 全部入り
      • 温度プロファイル
      • 計算結果(水平平均)
      • 計算結果(~2e5 sec)

src_20141104-1630

• arare5 との入れ替え
  • 凝結過程
    • cloudphys_K1969.f90
      • 混合比の計算部分を修正. PressDry => PressAll
    • moistadjust.f90
    • dexnerdt.f90 (但し, 呼び出していない)
• 温度プロファイル 20141104-1630
  • ずれをゼロにできなかったが, 温度構造はほとんど変わらないので良しとした.
• 計算結果(水平平均)
• 計算結果

src_20141106-1700

• arare5 との入れ替え
  • 凝結過程
    • chemcalc.f90 (cvs 版) (=> chemcalc_3d_v2.f90)
  • 穴埋め
    • fillnegative.f90 (=> fillnegative_3d.f90)
• 微分平均モジュールを 2D でも動くように.
• 温度プロファイル
  • 20141104-1630 からのずれなし
• 計算結果(水平平均)

src_20141106-2000

• arare5 との入れ替え
  • 凝結過程
    • chemdata.f90
• 温度プロファイル
  • 20141104-1630 からのずれなし
• 計算結果(水平平均)

src_20141107-1400

• src_20141106-2000 ベース
• tendency の計算順序を変更. arare5 に合わせる
• 温度プロファイル
  • 20141104-1630 からのずれ有り. 計算順序を変えたせいだと思われる.
• 計算結果(水平平均)

src_20141107-1600

• src_20141106-2000 ベース
• tendency の計算順序を変更. arare5 に合わせる
• 微調整
• 温度プロファイル
  • 20141107-1500 からのずれ無し
• 計算結果(水平平均)

src_20141108-0200

• tendency の計算順序を変更. arare5 に合わせる
• arare5 より移植
  • damping.f90 (=> damping_3d_v2.f90)
• 温度プロファイル
  • 20141107-1500 からのずれ無し
• 計算結果(水平平均)

src_20141108-0900

• arare5 より移植
  • setmargin2.f90
• damping_3d.f90 の call を全削除
• 温度プロファイル
  • 20141107-1500 からのずれ無し
• 計算結果(水平平均)

src_20141108-1000

• setmargin の call 回数を減らす
• 温度プロファイル
  • 20141107-1500 からのずれ無し
• 計算結果(水平平均)

src_20141108-1200

• arare5 より移植
  • turbulence_kw1978.f90
• これが問題だ!!
• 温度プロファイル
• 計算結果(水平平均)
• 計算結果

src_20141122-1600

• arare5 より移植
  • turbulence_kw1978.f90
    • DensBZ の乗算・除算をコメントアウト
• 温度プロファイル
  • 20141107-1500 からのずれ有り. ずれの原因を追い込んでいない.
• 計算結果(水平平均)

src_20141127-1300

• arare5 より移植 (作業中)
  • dynamicshevi.f90
• 移植の途中.
  • 長い時間ステップ移植済み
  • 短い時間ステップは, u, v のみ.
• 予報変数に若干のずれがあるが, 相対誤差がマシンイプシロンより小さいので良しとする.
  • 長い時間ステップの tendency は一致
  • 短い時間ステップの tendency は, 複数回時間積分しているために, 相対誤差はマシンイプシロンより大きくなっている.
• 計算結果

src_20141127-1500

• arare5 より移植 (作業中)
  • dynamicshevi.f90
• w の tendency の足し算の順番を変更
• 計算結果

dcmodel Development Group / GFD Dennou Staff
Last Updated: unknown, Since: unknown