大気のエネルギー収支を考えるわくぐみ

大気のエネルギーを、水蒸気に伴う部分と、 それ以外(「乾燥大気」)の部分に分けて考える。 大気中で水蒸気の正味の凝結(つまり降水)が起こると、 水蒸気に伴うエネルギーが乾燥大気に移る。

大気の3次元的なある「箱」について収支を考える。

• 「乾燥空気」のエネルギーの収支 (エネルギー保存式)
  • 時間変化 = 水平移流 + 鉛直移流 + 断熱変化 + 加熱
• 水蒸気の収支 (H2Oに関する質量保存式)
  • 時間変化 = 水平移流 + 鉛直移流 + 水蒸気源
• もし加熱が水蒸気の凝結なら、加熱 = −L×水蒸気源

Q₁, Q₂

Yanai (1961), Yanai et al. (1973)が定式化、 Yanai and Tomita (1998), Hung, Liu and Yanai (2004), Chen (2003)で使われている。

• それぞれ「加熱」と「−L×水蒸気源」にあたるもの。
• ただし他の項目を大規模な気象データから求めて得られるもの。
  雲の中のような小規模運動が直接評価されていないので、 鉛直運動の活発な積雲中のQ1とQ2は違った高さに現われる。
• 物理的内わけは
  • 加熱 = 放射吸収 + 水蒸気の正味の凝結 + 顕熱乱流輸送の収束
  • −水蒸気源 = 水蒸気の正味の凝結 - 水蒸気乱流輸送の収束
• 鉛直積分すると (<Q1>, <Q2>のように書く)
  • 加熱 = (上端-地表)の正味放射 + 降水分の凝結熱 + 地表からの顕熱輸送
  • −水蒸気源 = 降水 - 地表からの蒸発

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