% 表題   AGCM5 第3部 コード解説    物理過程
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% 履歴
\Drireki{97/03/06  堀之内武}
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\Dchapterhead

\section{物理過程の概要}

現在の AGCM5 に存在する物理過程は以下の通り.
\begin{itemize}
 \item 放射過程 ({\tt RADFLX})\\
       標準のバンド数は, 長波が4, 短波が1 (変更可).
 \item 鉛直拡散 ({\tt VDFUVT})\\
       標準は Yamada and Mellor のレベル2クロージャー. オプションで係数
       を一定にできる.
 \item 地表フラックス ({\tt SFCUVT})\\
       標準はバルク法. オプションで係数
       を一定にできる.
 \item 重力波抵抗 ({\tt GRAVTY})\\
       McFarlaneのパラメタリゼーション
 \item 積雲パラメタリゼーション ({\tt CUMADJ})\\
       標準は Kuo スキーム. オプションで湿潤対流調節
 \item 大規模凝結 ({\tt LSCOND})
 \item 乾燥対流調節 ({\tt DADJST})
 \item 負の水蒸気除去 ({\tt RMNEGQ})
\end{itemize}

以上のうち, 重力波抵抗まではサブルーチン {\tt PHYSCS} にまとめられており, 
積雲パラメタリゼーション以降はサブルーチン {\tt PADJST} にまとめられてい
る. 前者は次のステップを予報するための時間変化率を計算し, 後者は予報の結
果を「調節」する.

NAMELIST 入力や非標準ルーチンのリンクにより, 各過程の削除や様々な設定変
更ができる. また, 利用者が定義した過程を導入することもできる. 詳しくは
「利用者の手引き」とドキュメント第4部を参照のこと.

\section{物理過程メイン {\tt PHYSCS} の流れ}

降水などの「調節」過程以外の物理過程は, {\tt PHYSCS} にまとめられている.
その内容は,
\begin{itemize}
 \item 放射過程 {\tt RADFLX}
 \item 鉛直拡散 {\tt VDFUVT}
 \item 地表フラックス {\tt SFCUVT}
 \item 重力波抵抗 {\tt GRAVTY}
\end{itemize}
である.

{\tt PHYSCS} では時刻 $t-\Delta t$ でのグリッド値から各予報変数の時間変
化率を求める. 従って {\tt PHYSCS} で計算される時間変化率は基本的に時刻 
$t-\Delta t$ でのそれであるが, 鉛直拡散と地表面過程(バルク法など)につい
ては, 陰解法的な扱いにより時刻 $t-\Delta t$ における時間変化率を推定する. 
これは, 陰解法的な扱いをする過程による時間変化だけを取り込む擬似的なもの
である.

{\tt PHYSCS} は時間変化率を計算するだけであり, 実際の時間積分は「力学過
程」 {\tt DYNMCS} で行われる. 第1章を参照のこと.

図 \ref{図:PHYSCSの流れ} に力学過程メインルーチン {\tt PHYSCS} の流れを
示す. 太文字はサブルーチン名, タイプライター文字は変数名を表す.
変数名中の {\tt GT[UV]} などは ``{\tt GTU} と {\tt GTV}'' を表す.
{\tt GT[U|V]} も同様である. {\tt [|U]} は ``'' または ``{\tt U}'' である.

第1章で述べたように, {\tt GD} から始る変数は時刻 $t-\Delta t$ における物
理量のグリッド値を表す. {\tt GT} から始る変数は時間変化率である.

{\tt GR} から始る変数は地表面に関する量で, {\tt HC} は熱容量, , {\tt
ALB} はアルベド, {\tt BET} は湿潤度(蒸発のしやすさ), {\tt Z0} は粗度長,
{\tt ZSD} は高度分散(重力波抵抗用) である.

{\tt FLUX} で終わるのは鉛直フラックスで, 半整数レベルで定義される. 鉛直
フラックスの最初の文字 {\tt U}, {\tt V}, {\tt T}, {\tt Q} は, それぞれ 
$u$, $v$, $T$, $q$ の時間変化率の式に現れるフラックスであることを示
す. {\tt R}, {\tt S} はそれぞれ長波, 短波のフラックスであるから, これも 
$T$ の時間変化に関係する. {\tt DRFLUX} は長波の補正のために使われるもの
である.

{\tt MTX} で終わるのは陰解法のための行列である. {\tt MTXS} 終わるのはその
中でも地表面部分だけに関するもので, {\tt PHYTND} 中で {\tt MTX} に組み込
まれる.

\begin{figure}
  \vspace*{-5mm}
  \begin{center}
   \epsfile{file=physics/physcs.kdraw_ps,height=20cm}
  \end{center}
  \caption[物理過程メインPHYSCSの流れ]{
            {\bf 物理過程メイン {\tt PHYSCS} の流れ}.
            太文字はサブルーチン名, タイプライター文字は変数名を示す.
            {\tt GT[UV]} や {\tt GT[U|V]} は {\tt GTU} と {\tt GTV} を表
            す. 個々の変数名の見方については本文を参照のこと.
            }
  \label{図:PHYSCSの流れ}
\end{figure}


\section{調節的物理過程 {\tt PADJST} の流れ}

{\tt PADJST} は最新の時刻のグリッド値を「調節」する. {\tt PADJST} 内の各
過程は以下の順序で適用される.
\begin{enumerate}
 \item 負の水蒸気除去 {\tt RMNEGQ}
 \item 積雲パラメタリゼーション {\tt CUMADJ}
 \item 大規模凝結 {\tt LSCOND}
 \item 乾燥対流調節 {\tt DADJST}
 \item 負の水蒸気除去 {\tt RMNEGQ} (2回目)
\end{enumerate}
