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deepconv/arare4 : H2O, NH4SH, NH3 の凝縮を考慮した木星雲対流

計算の概要

Nakajima et al (2000) の設定を従い, 木星大気での雲対流をシミュレートする. 凝縮成分として H2O, NH4SH, NH3 を考慮し, それぞれの相対湿度は 75% とする.

• 雲の併合成長過程として, Kessler (1969) を用いる. 但し, 閾値をゼロとし, 時間スケールを 100 秒とする.
• 浮力は, 温度と凝縮成分の基本場からのずれから評価.
• 最下層の混合比の値を基本場の値に固定. Δq = 0
• 最下層の熱フラックスはバルク法で評価. F = Cd Cp ρ v ΔT (Cd = 1.5e-3, V = 100).

北大情報基盤センター SR11000 にて計算. 積分に必要な時間は約 4 時間.

計算設定

• 基本場の設定
  • 温度: 0 km (30 bar) 〜 170km (0.5 bar) まで等温位, 170km (0.5 bar) より上は温度一定
  • 相対湿度: 75%
  • 放射強制: -1 K/day (高度 90km から 175 km)
  • スポンジ層: 領域の上層 100 km, 緩和時間 400 秒
• 大気成分
  • 乾燥成分: H2, He
  • 凝結成分: H2O, NH3, NH4SH
    • 凝結高度より上空で湿度 75%
• 計算領域と時間ステップ
  • 領域:
    • 水平 512 km,
    • 鉛直 300 km (下端で 30 bar)
  • 解像度: 2.0 km (水平・鉛直とも)
  • 時間ステップ
    • 長い時間ステップ: 4 秒
    • 短い時間ステップ: 0.4 秒 (音波に対するクーラン数は約 0.2)
  • 境界条件
    • 水平境界: 周期境界条件
    • 上下境界: 応力なし, w=0
    • 温度フラックス: バルク法
    • 凝結成分のフラックス: 下部境界での凝結成分混合比固定
• 初期条件
  • 高度 90 kmに, 最大 0.5 k の温度擾乱を設定.

設定ファイル

arare.conf

備忘録

結果一覧

PotTempInit.png 温位の基本場

TempInit.png 温度の基本場

TempAll_Mean.png 温度の時間変化. 4e5 秒間隔

PotTempAll_Mean.png 温位の時間変化. 4e5 秒間隔

VPotTempAll_Mean.png 仮温位の時間変化. 4e5 秒間隔

Budjet_Rho_H2O.png H2O の密度の時間変化

Budjet_MixRt_H2O.png H2O の混合比の時間変化

Budjet_Rho_NH3.png NH3 の密度の時間変化

Budjet_MixRt_NH3.png NH3 の混合比の時間変化

Budjet_Rho_H2S.png H2S の密度の時間変化

Budjet_MixRt_H2S.png H2S の混合比の時間変化

MixRtAll-All_Mean_lin.png H2O, NH3, H2S 混合比の時間変化(linear). 4e5 秒間隔

MixRtAll-H2O_Mean_lin.png H2O 混合比の時間変化(linear). 4e5 秒間隔

MixRtAll-H2O_Mean_log.png H2O 混合比の時間変化(log). 4e5 秒間隔

MixRtAll-NH3_Mean_lin.png NH3 混合比の時間変化(linear). 4e5 秒間隔

MixRtAll-NH3_Mean_log.png NH3 混合比の時間変化(log). 4e5 秒間隔

MixRtAll-H2S_Mean_lin.png H2S 混合比の時間変化(linear). 4e5 秒間隔

MixRtAll-H2S_Mean_log.png H2S 混合比の時間変化(log). 4e5 秒間隔

PotTempTendency_t1.png 温位変化に対する各項の寄与(t=2e5) 黒:全体, 赤：移流、緑：放射、紫：乱流、青：凝結と蒸発、水色：散逸加熱

PotTempTendency_t2.png 温位変化に対する各項の寄与(t=4e5) 黒:全体, 赤：移流、緑：放射、紫：乱流、青：凝結と蒸発、水色：散逸加熱

PotTempTendency_t3.png 温位変化に対する各項の寄与(t=6e5) 黒:全体, 赤：移流、緑：放射、紫：乱流、青：凝結と蒸発、水色：散逸加熱

PotTempTendency_t4.png 温位変化に対する各項の寄与(t=8e5) 黒:全体, 赤：移流、緑：放射、紫：乱流、青：凝結と蒸発、水色：散逸加熱

PotTempTendency_t5.png 温位変化に対する各項の寄与(t=1e6) 黒:全体, 赤：移流、緑：放射、紫：乱流、青：凝結と蒸発、水色：散逸加熱

PotTempTendency_t6.png 温位変化に対する各項の寄与(t=1.2e6) 黒:全体, 赤：移流、緑：放射、紫：乱流、青：凝結と蒸発、水色：散逸加熱

PotTempTendency_t7.png 温位変化に対する各項の寄与(t=1.4e6) 黒:全体, 赤：移流、緑：放射、紫：乱流、青：凝結と蒸発、水色：散逸加熱

PotTempTendency_t8.png 温位変化に対する各項の寄与(t=1.6e6) 黒:全体, 赤：移流、緑：放射、紫：乱流、青：凝結と蒸発、水色：散逸加熱

PotTempTendency_t9.png 温位変化に対する各項の寄与(t=1.8e6) 黒:全体, 赤：移流、緑：放射、紫：乱流、青：凝結と蒸発、水色：散逸加熱

PotTempTendency_t10.png 温位変化に対する各項の寄与(t=2e6) 黒:全体, 赤：移流、緑：放射、紫：乱流、青：凝結と蒸発、水色：散逸加熱

温位擾乱

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エクスナー関数

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水平風速度

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鉛直風速度

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乱流拡散係数

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H2O(g)の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 2e-2 kg/kg を表示.

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NH3(g)の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 2e-2 kg/kg を表示.

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H2S(g)の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 2e-2 kg/kg を表示.

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H2O 雲の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 1e-3 kg/kg を表示.

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H2O 雨の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 1e-3 kg/kg を表示.

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NH3 雲の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 1e-3 kg/kg を表示.

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NH3 雨の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 1e-3 kg/kg を表示.

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NH4SH 雲の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 1e-3 kg/kg を表示.

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NH4SH 雨の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 1e-3 kg/kg を表示.

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雲の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 1e-3 kg/kg を表示.

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雨の混合比. ログでプロットしている. 1e-8 kg/kg から 1e-3 kg/kg を表示.

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浮力.

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浮力. 温度の寄与

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浮力. 分子量効果

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浮力. 凝縮物による引きづりの効果

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安定度の水平平均

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