放射冷却率(赤道上時間東西平均)
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Transcript 放射冷却率(赤道上時間東西平均)
水惑星実験における赤道域降水活動の理解に向けて:
wave-CISK モデルとの比較を目的とした
AGCM 物理過程簡略化実験
北海道大学 大学院理学院
宇宙理学専攻 山田 由貴子
DM2semi 2006/10/05
もくじ
はじめに
研究背景とこれまでの取り組み
放射冷却率依存性実験 (山田, 2004)
今回の発表における目的
物理過程簡略化作戦
wave-CISK モデル、大気大循環モデル
実験その1:鉛直拡散スキームの影響
鉛直拡散スキーム。。。。
実験結果
実験その2:積雲パラメタリゼーションの簡略化
wave-CISK パラメタリゼーション。。。。
実験結果
今後に向けて。
はじめに
赤道域降水活動に対する認識
Nakazawa (1988)
赤道域の降水階層構造
クラウドクラスター,
スーパークラスター, MJO
APE; Aqua-planet experiment project
AGUforAPE
CSIRO
水惑星比較実験
T42程度の解像度の結果
2005/04/20-22,
Reading
GSFC
K1JAPAN
LASG
MGO
NCAR
UKMO
これまでの取り組み
大気大循環モデルで表現される赤道域降水活動
の多様性調査
水惑星条件におけるモデルパラメタ依存性
潤沢な?計算機資源 (スパコン) を使って, とにかくたくさん?の実
験をする
パラメタ空間マップを作る
まずはどんな降水分布パターンを取りうるのか?
そのパターンはどのくらいのパラメタ空間で存在するのか
その上で, 理論的考察をして整理する (できたらいいな)
キーワード: wave-CISK, 水蒸気移流
放射冷却率依存性実験 (山田, 2004)
モデル: 地球流体電脳倶楽部版 AGCM5
球面 3 次元プリミティブ方程式系: 解像度T42L16
放射:水蒸気 3 バンド, 乾燥空気 1 バンド
積雲パラメタリゼーション: Kuo スキーム
SST分布:南北対称・東西一様分布
上層冷却実験、下層冷却実験
長波放射スキームの乾燥空気バンドの吸収係数を操作
放射冷却率(赤道上時間東西平均)
上層冷却実験
下層冷却実験
凝結加熱率(赤道上時間東西平
均)
上層冷却実験
下層冷却実験
放射冷却率依存性実験(KUOスキーム)
降水量(赤道上経度時間図)
下層冷却
23 m/s
上層冷却
7 m/s
時空間スペクトル図
下層冷却
上層冷却
23 m/s
7 m/s
背景風移流CIFK的
Kelvin wave-CISK的
放射冷却率依存性実験(KUOスキーム)
降水量(赤道上経度時間図)
上層冷却
下層冷却
温度場、風速場の合成図(赤道上経度高度図、東西平均偏差)
下層冷却
背景風移流CIFK的
上層冷却
Kelvin wave-CISK的
しかし、以前より。。。。
Numaguti and Hayashi (1991) との比較
山田 (2004) は、
降水域がとぎれとぎれ
東西波数1の東進以外は、むしろ西進
7月のとある日。。。。
Numaguti and Hayashi (1991) との比較
山田 (2004) は、
循環が東西に広い、等
本発表の目的
動機
山田(2004)
と Numaguti and Hayashi (1991) との違い
は?
wave-CISK と断定するには?どのように関わってる?
(環境研発表会で楽しようと思って。。。)
調査方法
AGCM
ける
を解体して wave-CISK モデルに段階的に近づ
物理過程簡略化作戦
wave-CISK モデル
Yoshizaki(1991a), 保坂 (199?)
赤道ベータ面、ブジネスク系、線型
鉛直モード
加熱分布
変数の座標位置
加熱の
パラメタリゼーション
境界条件
wave-CISK (加熱なし)
wave-CISK (第1、2モード加熱)
大気大循環モデル
地球 (惑星) を取り巻く全球的な大気の流れを表現するモデル
を取り巻く全球的な大気の流れを表現するモデル
力学過程, 物理過程
球面、プリミティブ方程式系
DCPAM で計算された
温度場, 流れ場
(森川, 2005)
地球流体電脳倶楽部版 AGCM5.3
計算順序
物理過程1
放射
(簡易4色バンド)
鉛直拡散 (Yamada&Mellor Level2)
地表面過程 (Louis)
力学過程
物理過程2
積雲
(調節)
(Kuo)
大規模凝結
乾燥対流調節
物理過程簡略化作戦
簡略化方針
放射
(簡易4色バンド)
冷却率固定
鉛直拡散
(東西時間平均値)
(Yamada&Mellor)、地表面過程 (Louis)
拡散係数を固定
(東西時間平均値)
拡散加熱率を固定 (東西時間平均値)
鉛直拡散、地表面過程を計算しない
積雲
(Kuo)、大規模凝結、乾燥対流調節
計算しない
wave-CISK
パラメタリゼーションの導入
実験その1:
鉛直拡散スキームの影響
実験設定
簡略化方針
鉛直拡散、地表面過程
拡散係数を固定
(東西時間平均値)
拡散加[熱、速度、湿度]率を固定 (東西時間平均値)
鉛直拡散、地表面過程を計算しない
フラックスの評価
FM ( z) KM v ( z 1) v ( z)
FT ( z) C p KH T ( z 1) T ( z)
Fq ( z) Lc KE q( z 1) q( z)
標準実験
標準実験
標準実験
標準実験
リチャードソン数
ln
z
Ri
2
u
z
g
安定度
鉛直シアー
拡散係数固定実験
拡散係数固定実験
WISHE
(wind-induced surface heat exchange)
Numaguti and Hayashi (1991b)
WISHE:
蒸発-風速フィードバック
*
E CD v (q qa )
E: 蒸発量, CD:バルク係数, ρ: 密度
q*:地表面飽和比湿, qa: 大気の比湿
CD v を
固定する
拡散加[熱速度湿度]率固定実験
拡散加熱固定実験
鉛直拡散スキームなし実験
鉛直拡散スキームなし実験
実験その1:まとめ
鉛直拡散スキームの影響
結構ばかにならないということが再認識された
積雲パラメタリゼーションと結合しちゃってて切り離
すのは難しそう。どうしよう。。。
実験その2:
積雲パラメタリゼーションの簡略化
実験設定
wave-CISK パラメタリゼーション ?
f(z) には、標準実験東西時間平均凝結加熱率
D( x) f ( z) ( D( x) 0)
Qconv( x, z)
( D( x) 0)
0
規格化定数αの決め方
1:α=0
2:東西平均の凝結加熱率と
放射冷却率がつりあうよう
に決める
Q
Q
rad
dp
dp
conv
f(z): 加熱の形
D(x):下層収束
実験結果
CISK パラメタリゼーション実験 (失敗中。。。)
今後に向けて。
今後に向けて。
困ってること。
鉛直拡散スキームが対流活動に密接に関係してい
る。
境界層の構造はやはり対流活動に強く影響してるようだ。
鉛直拡散スキームの取り扱い取り外しがやっかい。
wave-CISK
パラメタリゼーションの導入方法。
ふろく
標準実験
標準実験
標準実験
標準実験
Numaguti and Hayashi (1991)
線形 wave-CISK 解
放射冷却率依存性実験(KUOスキーム)
• 降水量 (全球平均、東西平均)
放射冷却率依存性実験: まとめ
下層冷却(KUO)では
西向きの降水構造は背景風に移流されるCIFK的な構造であることがより明
瞭になった
WK1999解析の結果さらに
東向き構造も存在,自由Kelvin波とmoist-Kelvin波の構造
湿潤内部重力波も存在,CISK的であることとつじつまが合っている(?)
上層冷却(KUO)では
東向きの降水構造はwave-CISK的な構造であることがより明瞭になった
Moist-Kelvin 波と Kelvin wave-CISK との違いは運動場と水蒸気場および降水
のカップリングの強さ
WK1999解析の結果さらに
水蒸気の西向き移流
湿潤内部重力波も存在,CISK的であることとつじつまが合っている(?)
• 降水パターンの顔付の分類やそれをもたらす「メカニズム」(要因)の記述
はまだこれから
– 海面水温分布依存性
– 物理過程の変更着脱を行うパラメタ研究
– 自在に顔つきを選べるようにならないとね!