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deepconv/arare4 : Nakajijma et al (2000) との比較

はじめに

木星大気における平均的な流れ場と凝結成分の分布を数値的に求めた 先駆的研究である Nakajima et al (2000) と比較する.

Nakajima et al (2000) では,

• 水の凝結高度を境に流れ場が上下に分割される(「二階建て」の対流)
  • 下部に乾燥対流領域(「一階」部分)
  • 上部に湿潤対流領域(「二階」部分)
• 熱輸送の担い手は水循環
  • 具体的には，「二階」の雲の中で生成した雨が「一階」に落下して蒸発する(この際，「二階」の空気の一部が「一階」に下降する)一方，雲の生成の際には「一階」の上端が飽和して「二階」に上昇していく．この様に，水が気相で上昇し液相で下降するサイクルによって潜熱として熱が上に運ばれることになる．
  • 逆の見方をするならば，対流圏上部での放射冷却が「二階」の雲対流を駆動し，そこから降って来る雨の蒸発が，たとえこの部分が直接放射冷却されない場合でも「一階」の対流を駆動することになる．
• 成層は主として水の混合比の寄与で決まる

と主張している.

計算結果と Nakajima et al (2000) の比較

計算結果 と Nakajima et al (2000) を比較すると, 以下のようなことが言える.

• Nakajima et al (2000) と整合的な事項
  • 水の凝結高度を境に流れ場が上下に分割される(「二階建て」の対流)
    • 但し, 乾燥対流領域における風速は Nakajima et al (2000) よりも大きい
    • NH3 の凝結高度や NH4SH の生成高度にも安定層が見られるが, 流れ場を分割するほどには強くない
  • 凝結物(雨)の存在する領域(面積)は Nakajima et al (2000) と整合的
  • 乾燥対流領域の流れ場は, 降水の再蒸発によって駆動される
  • 乾燥対流領域と湿潤対流領域の境目では, H2O の凝結による強い安定層が見られる.
  • サーマル(温位の高い部分)は, H2O 凝縮高度から上昇を始める
  • H2O 凝結高度での安定成層は主として混合比の寄与で決まる
• Nakajima et al (2000) の結果と整合的でない事項
  • サーマルは必ずしも対流圏界面まで上昇できない. NH3 凝結高度付近で上昇が止まるケースが多々見られる
  • NH3 の凝結と NH4SH の生成に伴う凝結物(雨)が存在
    • 強い上昇域では, H2O, NH4SH, NH3 の雨が共存.
  • NH3 の凝結と NH4SH の生成に伴う安定層が見られる.

また, NH3, H2S の分布には以下の特徴が見られる.

• NH3 と H2S は H2O 凝結高度の下まで移流されない. H2O 凝結高度より下方では, それぞれの凝結成分気体の存在量がほぼ一定.
• H2O と NH4SH の雨は重なり合って存在する

その他としては,

• 水平風は入り乱れた構造を示すが, これと比較すべき Nakajima et al (2000) の絵が無い. 自分で再計算する必要があるかな....
  • これをすっきりと説明できないかなぁ.

	流れ場
鉛直風速	Nakajima et al での鉛直風速	流れ場が H2O 凝結高度で鉛直方向に分割される特徴が見られる. しかし, NH3, NH4SH の凝結高度で鉛直方向の流れ場が 分離しているようには見えない.
水平風速. ひいき目に見ると, 湿潤対流層において, 各凝縮成分の 凝縮高度で東西方向の流れ場は分割しているようにも見えないでもない. どうやって確かめるか....	温位の式の各成分の寄与. 加熱冷却分布が交互に現れる. この加熱冷却によって 東西風速が形成されるように思えるが....	流線関数. 湿潤対流層で流れ場が分割していると言えるのか.... 湿潤対流層において, とある高度に明確な流れ場の境目があるわけではない.
	安定度
安定度	安定度. 赤は温度の寄与, 青は分子量の寄与. NH3 の凝結高度と NH4SH の生成高度に安定度のピークが見られる. 若干 Nakajima et al (2000) より大きい	H2O 凝結高度では分子量の寄与が卓越するが, NH4SH 生成高度や NH3 凝結高度では, 分子量の寄与と温度の寄与が同程度
	温位
温位の水平平均からのずれ	温位の水平平均からのずれ	Nakajima et al (2000) と異なり, サーマルは必ずしも対流圏界面まで上昇しない. NH3 凝結高度付近までしか上昇しないこと有り. 冷たい気塊の落下が, 乾燥対流領域の流れ場を駆動.
	凝結成分気体の分布
凝結成分気体の混合比の水平平均. 破線は飽和蒸気圧	凝結成分気体の混合比の水平平均. 破線は大気深部の気塊を持ち上げた際に実現する湿潤断熱的な混合比分布	NH3 と H2S は H2O 凝結高度の下まで移流されない. H2O 凝結高度より下方では, 各凝結成分気体の存在量はほぼ一定. 湿潤対流領域は, 平均的には飽和していない.
	H2O を赤, H2S を緑, NH3 を 青として, RGB 合成したもの. 湿潤対流層より上で活発に攪拌されている一方で, 大気深部はほとんど色の濃淡が見られない.	湿潤対流層における分布のパターン(白っぽい赤や緑)は, Nakajima etal (2000) と似た雰囲気.
H2O 混合比	H2S 混合比	NH3 混合比
	安定度
雨混合比の分布	雨混合比の分布 H2O を赤, H2S を緑, NH3 を 青として, RGB 合成したもの.	強い上昇域では, H2O, NH4SH, NH3 の雨が共存. しかし, それ以外の領域では, NH3 の雨は H2O と NH4SH の雨とは 分離して存在するように見える. H2O と NH4SH の雨は重なり合って存在する
H2O の雨	NH3 の雨	NH4SH の雨