deepconv/arare4 : 主成分凝結を考慮した湿潤対流実験(中層一様冷却・下層一様加熱, 臨界飽和比 1.0, 地表面温度 165 K の場合)

雲密度の移流項を短い時間ステップで評価したテスト計算. 数値拡散係数 alpha を 1.0 * 10^{-15} とした実験. 雲密度の計算にセランフィルターを適用. やむなくゼロに戻している量も出力できるようにした.

やむなくゼロに戻している量はどの時刻・どの場所でもゼロであった. 初期に負の雲密度を置くテスト計算を別途行ない, ゼロに戻したときの量が正しく出力されることは確認済みである. アセランフィルターを適用することにより, tendency と実際の時間変化のずれは著しく小さくなった. アセランフィルターなしの計算結果については, こちらを参照されたい.

アセランフィルターを適用しない場合, ある長いタイムステップと隣のステップで雲密度に大きな食い違いが生じる. その結果, 隣り合うタイムステップの間で雲の移流, ひいては雲の蒸発・凝結, 流速にも大きな食い違いが生じることになる. 隣り合うタイムステップでの食い違いにより, 「2 種類の tendency」が存在することになり, それらを足し合わせてしまうと tendency をまともに評価できなくなってしまう. フィルターを適用すると食い違いは無くなり, tendency から算出される変化量と実際の変化量の差はほとんど無くなる.

資料

計算設定

結果一覧

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出力時間間隔(300 sec)での雲密度の変化量(黒)と tendency から見積もった雲密度の絶対誤差(青). 雲密度の変化量はゼロかそれに近い値を取りうるので, 雲密度の変化量を真値とした相対誤差をグローバルに定義できない. そこで真値と絶対誤差のみを示すこととした.

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雲密度の 1 次元 tendency. 赤が移流, 水色が乱流拡散, 青が fillnegative, 紫色が数値粘性, 緑が凝結/蒸発, 黒が総和を表す. やむを得ずゼロに戻している分も細い黒線で描いてあるが, どの高度でもゼロなので, 埋もれて見えなくなっている.