Klemp and Wilhelmson (1978) および CReSS で用いられている 1.5 次のクロー
ジャーを用いる. このとき乱流運動エネルギーの時間発展方程式は,
631#631 | 19#19 | 632#632 | (187) |
635#635 | 19#19 | 636#636 | (188) |
202#202 | 19#19 | 637#637 | (189) |
638#638 | 19#19 | 639#639 | (190) |
640#640 | 19#19 | 641#641 | (191) |
642#642 | 19#19 | 643#643 | (192) |
644#644 | (193) |
645#645 | 19#19 | 646#646 | (194) |
647#647 | 19#19 | 648#648 | (195) |
649#649 | 19#19 | 650#650 | (196) |
645#645 | 19#19 | 652#652 | (197) |
647#647 | 19#19 | 653#653 | (198) |
649#649 | 19#19 | 654#654 | (199) |
655#655 | 19#19 | 656#656 | (200) |
657#657 | 19#19 | 658#658 | (201) |
Klemp and Wilhelmson (1978) ではB:dEdtについて, 「Deardorff (1975), Mellor and Yamada (1974), Schemm and Lipps (1976) で用いられ ている式と類似のものである」とだけ記述され, その導出の詳細については解 説されていない. それゆえ大気大循環モデルでよく用いられている Mellor and Yamada (1974, 1982) のパラメタリゼーションとの対応が不明瞭であ る. そこで以下では Mellor and Yamada (1973, 1974) の定式化の手順に沿っ て式B:dEdt, レイノルズ応力1, レイノルズ応力 2 - レイノルズ応力4 の導出を行う.
考えているサブグリッドスケール内において, 密度は一定, 動粘性係数や拡散
係数などの物理定数は一定とする.
またサブグリッドスケール内での放射の影響は考慮しない.
出発点となる方程式は, Mellor and
Yamada (1973) の式 (7) および (8)
660#660 | 661#661 | 662#662 | |
661#661 | 663#663 | ||
19#19 | 664#664 | ||
661#661 | 665#665 | (202) |
666#666 | 661#661 | 667#667 | |
19#19 | 668#668 | (203) |
670#670 | 661#661 | 671#671 | |
19#19 | 672#672 | (204) |
MY1974:eq(7)およびMY1974:eq(8)に現れる圧力に関する相関項 および 3 次の相関量については以下の仮定をおく.
1. の導出と同様の考察によって,
粘性に関与するような小スケールの現象は等方的とみて 685#685 のみ
で表現する.
速度変動による 690#690 と考え次のようにおく.
689#689 | (205) |
699#699 | 700#700 | 701#701 | |
19#19 | 702#702 | ||
703#703 | (206) | ||
704#704 | 700#700 | 705#705 | |
19#19 | 706#706 | (207) | |
707#707 | 661#661 | 708#708 | |
19#19 | 709#709 | (208) |
MY1974:Level4(1), MY1974:Level4(2), MY1974:Level4(3)に対し, さらに以下の近似を加える.
714#714 | 19#19 | 715#715 | (209) |
716#716 | 19#19 | 717#717 | (210) |
707#707 | 19#19 | 718#718 | (211) |
雲が存在しない場合, 723#723, 724#724 は保存量であるので, 723#723, 724#724 は
1#1 と同一形式の時間発展方程式を満たす.
従って,
720#720 を導いたのと同様
の近似を行なうことにより, 次式を得る.
725#725 | 19#19 | 726#726 | (212) |
727#727 | 19#19 | 728#728 | (213) |
731#731 とし,
685#685 を 248#248 で表し動粘性係数を乱流拡散係数で置き換えると
714#714 | 19#19 | 732#732 | (214) |
733#733 | 19#19 | 734#734 | |
19#19 | 735#735 | (215) | |
631#631 | 19#19 | 736#736 | (216) |
以上より, Klemp and Wilhelmson (1978) の乱流パラメタリゼーションは, Mellor and Yamada (1974) の Level 3 モデルと Level 1 モデルとを組みあ わせたものと理解することができる. Klemp and Wilhelmson (1978) と同様に 乱流運動エネルギーのみ予報し他の相関量は診断的に求めるモデルとして Mellor and Yamada (1974) の Level 2.5 モデルがある. しかし Level 2.5 モデルは Level 3 モデルと Level 2 モデルとの組合せであることに注意が必 要である.
飽和湿潤過程における熱力学的保存量は 256#256, 724#724 である. そこで浮力項の中の 103#103, 737#737 を 738#738, 739#739 で表す.
飽和状態における物理量には * 印を付すことにする.
飽和比湿 740#740 を基本場近傍で Taylor 展開すると,
741#741 | 399#399 | 742#742 | |
19#19 | 743#743 | (217) |
744#744 | 19#19 | 745#745 | |
19#19 | 746#746 | ||
19#19 | 747#747 | ||
19#19 | 748#748 | (218) | |
749#749 | 19#19 | 750#750 | |
19#19 | 751#751 | (219) |
752#752 | (220) |
753#753 | 19#19 | 754#754 | (221) |
755#755 | (222) |
753#753 | 19#19 | 756#756 | |
19#19 | 757#757 | (223) |
758#758 | 19#19 | 759#759 | (224) |
758#758 | 19#19 | 761#761 | (225) |
762#762 | 399#399 | 763#763 | |
19#19 | 764#764 | ||
19#19 | 765#765 | (226) |
766#766 | 19#19 | 767#767 | (227) |
768#768 | (228) |
738#738, 739#739 は保存量なので, B.1.1 節での
1#1 と同一形式の時間発展方程式を満たす.
従って,
769#769 | 19#19 | 770#770 | (229) |
727#727 | 19#19 | 771#771 | (230) |
774#774 とし, 685#685 を 248#248 で表すと,
714#714 | 19#19 | 732#732 | (231) |
733#733 | 19#19 | 734#734 | |
19#19 | 775#775 | ||
776#776 | |||
777#777 | (232) | ||
631#631 | 19#19 | 778#778 | (233) |
3 次元の場合のB:dEdt式の各項を書き下す.
先ず浮力による乱流エネルギー生成項を書き下す.
雲が存在しない場合,
635#635 | 19#19 | 779#779 | |
19#19 | 780#780 | ||
19#19 | 781#781 | (234) |
635#635 | 19#19 | 779#779 | |
19#19 | 780#780 | ||
19#19 | 782#782 | ||
266#266 | |||
783#783 | (235) |
202#202 | 19#19 | 784#784 | |
19#19 | 785#785 | ||
19#19 | 786#786 | ||
19#19 | 787#787 | ||
788#788 | |||
789#789 | |||
19#19 | 790#790 | ||
791#791 | |||
792#792 | |||
19#19 | 793#793 | ||
794#794 | |||
795#795 | (236) |
638#638 | 19#19 | 796#796 | |
19#19 | 797#797 | (237) |
631#631 | 19#19 | 798#798 | |
799#799 | |||
794#794 | |||
262#262 | |||
800#800 | |||
801#801 | (238) |
257#257 | 19#19 | 258#258 | |
259#259 | |||
260#260 | |||
261#261 | |||
262#262 | |||
263#263 | |||
803#803 | (239) |
631#631 | 19#19 | 782#782 | |
266#266 | |||
804#804 | |||
799#799 | |||
794#794 | |||
262#262 | |||
800#800 | |||
805#805 | (240) |
257#257 | 19#19 | 258#258 | |
265#265 | |||
266#266 | |||
267#267 | |||
260#260 | |||
261#261 | |||
262#262 | |||
263#263 | |||
803#803 | (241) |
Yamashita Tatsuya 2010-04-14