D. 減衰1層の場合の結果

 3 次元灰色大気構造の太陽定数依存性と暴走温室状態 C.g. 鉛直フィルター D.b. 平衡状態:上層の子午面構造

a. 平衡状態:対流圏の子午面構造

S=1380 W/m2の場合であれば, 最上層にレイリー摩擦と ニュートン冷却を導入するだけで 32 層モデルによって長時間積分を実行することが できる. 以下では, 最上層におけるレイリー摩擦及びニュートン冷却の時定数を 3 時間として 1000 日積分を行った結果を示す. 実験 S1380 (減衰層 7 層, 全層に鉛直フィルターを導入した場合)の結果との 比較を行うことにより, 減衰層と鉛直フィルターを導入することによって もたらされるデメリットを論じる.

図 1(a) は温度の子午面分布と質量流線関数である. 温度分布のパターンは現在の地球大気に近いものであると思われるが, 灰色大気を仮定しているため圏界面のレベルは tex2html_wrap_inline6974 と低い. この図では圏界面は明瞭に現れているが, フィルターを導入した場合(図 1b) では圏界面はなまってしまう. 子午面循環に関しては, フィルターを導入するとハドレー循環の強度が 弱くなってしまう. 図 1(a) と 図 1(b) を比較すると, フィルターを導入した場合にハドレー循環の 強度が約半分になることがわかる. ただしハドレー循環の緯度幅はほとんど同じままである. フィルターを導入するとなぜハドレー循環の強度が弱くなるのかは 現在のところよく理解されていない. フィルターを導入すると赤道域における 凝結加熱量が減少するので これも一因となっているのであろう.

(a) figure 1(a) (b) figure 1(b)

図 1: 温度(K)の子午面分布と質量流線関数(Kg/sec). (a) はフィルター無し・減衰 1 層の場合, (b) は実験 S1380(全層にフィルター導入・減衰層 7 層).

水蒸気分布を図 2に示す. フィルター導入すると熱帯対流圏の上部における水蒸気量が減少する. この違いは, 鉛直フィルターを導入した場合に得ら れるハドレー循環の強度は弱くなってしまうために生じたと考えられる.

(a) figure 2(a) (b) figure 2(b)

図 2: 比湿の子午面分布. (a) はフィルター無し・減衰 1 層の場合, (b) は実験 S1380(全層にフィルター導入・減衰層 7 層). 単位はどちらも Kg/Kg.

図 3 は相対湿度の子午面分布である. フィルターを導入した場合では, 赤道対流圏において相対湿度の 値が減少する. 暴走限界はどのように決まるのか？ で示すように, 暴走限界の値は相対湿度に強く依存するので この差異が生じることは大きな問題点と言える. 暴走限界の値を正確に決定するためには, 鉛直フィルター などの対症療法ではなく物理的に正しい方法で 2-grid noise の 処理を行わなければならない.

(a) figure 3(a) (b) figure 3(b)

図 3: 相対湿度の子午面分布. (a) はフィルター無し・減衰 1 層の場合, (b) は実験 S1380(全層にフィルター導入・減衰層 7 層).

東西風の子午面分布を図 4 に示す. 東西風は, 赤道の全域にわたって東風となっており現実地球と同様の構造が あらわれている. しかし, フィルターを導入すると tex2html_wrap_inline6986 付近は弱いながらも西 風となってしまう.

(a) figure 4(a) (b) figure 4(b)

図 4: 東西風の子午面分布. (a) はフィルター無し・減衰 1 層の場合, (b) は実験 S1380(全層にフィルター導入・減衰層 7 層). 単位はどちらも m/sec.

D.a. 平衡状態:対流圏の子午面構造 3 次元灰色大気構造の太陽定数依存性と暴走温室状態 C.g. 鉛直フィルター D.b. 平衡状態:上層の子午面構造