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deepconv/arare4 : 北守修論再計算(精度向上編)

主成分凝結過程を移植当初, arare4 での計算結果は arare3 の計算結果とあまり一致していなかった. その後, 以下のような計算設定の相違があることが判明した. なお, arare3 と arare4 の計算結果を近づけるに当たり, 一方のプログラムのみを書き換えるのではなく, 計算精度が悪いと思われる方のプログラムを改良して両者の歩み寄りを図った.

• 同じ基本場温度分布を与えているつもりだったが, 持ち上げ凝結高度・乾燥温度減率などに微妙なずれが存在していた.
  • arare3 では CO2 分子量のデフォルト値を 44.0 としていたが, arare4 では CO2 分子量のデフォルト値としてより真面目な値 44.0095 を使用していた.
• arare3 では渦粘性係数 Km に対して Assilin フィルタをかけていないが, arare4 ではかけて計算していた.
• arare3 において Euler 法を用いて第二の初期値を得る init.f90 の温位の計算の所で熱散逸項が抜けていた.
• arare4 では第二の初期値も main プログラム内で計算しているが, この過程で本来不要である Asselin フィルターがかかってしまっていた.
  • Asselin フィルターは Leap Frog 法の補正の為にかけるべきものなので, Euler 法に対して用いるのは適切でないと考えられる.
• arare3 では温位に関する数値粘性・乱流拡散を 4 次精度の中心差分で評価しているが, arare4 では 2 次精度の中心差分で評価していた.
• arare3 の init.f90 において, 短い時間ステップのループ内での鉛直速度の計算の入力値として ns 値ではなく, nl 値を用いてしまっていた.

計算設定

• 北守修論の設定と同じ. 詳細は[こちら]を参照.
• 計算領域
  • 水平 20 km
  • 鉛直 20 km
• 基本場の設定
  • 地表気温 165 K, 地表圧力 7 hPa
  • 地表から高度 4 km 付近まで等温位, 高度 4 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 100 x 100
  • 時間格子間隔
    • 長い時間ステップ: 2 sec
    • 短い時間ステップ: 0.25 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 , 熱フラックスなし
• 初期条件
  • x = 10 km を中心として, ガウス型の正の温位擾乱を与える.
  • 振幅は 2.0 K
• 積分時間
  • 3600 sec

結果一覧

計算結果は三段構成で並べている. 上段が arare3 での計算結果, 中段が凝結過程移植後の arare4 での計算結果(転置なし), 中段が凝結過程移植後の arare4 での計算結果(転置あり)である.

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