source: LMDZ.3.3/branches/rel-LF/libf/phylmd/clouds_gno.F @ 453

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Line 
1C
2C================================================================================
3C
4      SUBROUTINE CLOUDS_GNO(klon,ND,R,RS,QSUB,PTCONV,RATQSC,CLDF)
5      IMPLICIT NONE
6C     
7C--------------------------------------------------------------------------------
8C
9C Inputs:
10C
11C  ND----------: Number of vertical levels
12C  R--------ND-: Domain-averaged mixing ratio of total water
13C  RS-------ND-: Mean saturation humidity mixing ratio within the gridbox
14C  QSUB-----ND-: Mixing ratio of condensed water within clouds associated
15C                with SUBGRID-SCALE condensation processes (here, it is
16C                predicted by the convection scheme)
17C Outputs:
18C
19C  PTCONV-----ND-: Point convectif = TRUE
20C  RATQSC-----ND-: Largeur normalisee de la distribution
21C  CLDF-----ND-: Fraction nuageuse
22C
23C--------------------------------------------------------------------------------
24
25
26      INTEGER klon,ND
27      REAL R(klon,ND),  RS(klon,ND), QSUB(klon,ND)
28      LOGICAL PTCONV(klon,ND)
29      REAL RATQSC(klon,ND)
30      REAL CLDF(klon,ND)
31
32c -- parameters controlling the iteration:
33c --    nmax    : maximum nb of iterations (hopefully never reached)
34c --    epsilon : accuracy of the numerical resolution
35c --    vmax    : v-value above which we use an asymptotic expression for ERF(v)
36
37      INTEGER nmax
38      PARAMETER ( nmax = 10)
39      REAL epsilon, vmax0, vmax(klon)
40      PARAMETER ( epsilon = 0.02, vmax0 = 2.0 )
41
42      REAL min_mu, min_Q
43      PARAMETER ( min_mu =  1.e-12, min_Q=1.e-12 )
44     
45      INTEGER i,K, n, m
46      REAL mu(klon), qsat(klon), delta(klon), beta(klon)
47      real zu2(klon),zv2(klon)
48      REAL xx(klon), aux(klon), coeff(klon), block(klon)
49      REAL  dist(klon), fprime(klon), det(klon)
50      REAL pi, u(klon), v(klon), erfu(klon), erfv(klon)
51      REAL  xx1(klon), xx2(klon)
52      real erf,kkk
53c lconv = true si le calcul a converge (entre autre si qsub < min_q)
54       LOGICAL lconv(klon)
55
56
57      pi = ACOS(-1.)
58
59      ptconv=.false.
60      ratqsc=0.
61
62
63      DO 500 K = 1, ND
64
65                                    do i=1,klon ! vector
66      mu(i) = R(i,K)
67      mu(i) = MAX(mu(i),min_mu)
68      qsat(i) = RS(i,K)
69      qsat(i) = MAX(qsat(i),min_mu)
70      delta(i) = log(mu(i)/qsat(i))
71                                    enddo ! vector
72
73C
74C ***          There is no subgrid-scale condensation;        ***
75C ***   the scheme becomes equivalent to an "all-or-nothing"  ***
76C ***             large-scale condensation scheme.            ***
77C
78
79C
80C ***     Some condensation is produced at the subgrid-scale       ***
81C ***                                                              ***
82C ***       PDF = generalized log-normal distribution (GNO)        ***
83C ***   (k<0 because a lower bound is considered for the PDF)      ***
84C ***                                                              ***
85C ***  -> Determine x (the parameter k of the GNO PDF) such        ***
86C ***  that the contribution of subgrid-scale processes to         ***
87C ***  the in-cloud water content is equal to QSUB(K)              ***
88C ***  (equations (13), (14), (15) + Appendix B of the paper)      ***
89C ***                                                              ***
90C ***    Here, an iterative method is used for this purpose        ***
91C ***    (other numerical methods might be more efficient)         ***
92C ***                                                              ***
93C ***          NB: the "error function" is called ERF              ***
94C ***                 (ERF in double precision)                   ***
95C
96
97c  On commence par eliminer les cas pour lesquels on n'a pas
98c  suffisamment d'eau nuageuse.
99
100                                    do i=1,klon ! vector
101
102      IF ( QSUB(i,K) .lt. min_Q ) THEN
103        ptconv(i,k)=.false.
104        ratqsc(i,k)=0.
105        lconv(i)  = .true.
106
107c   Rien on a deja initialise
108
109      ELSE
110
111        lconv(i)  = .FALSE.
112        vmax(i) = vmax0
113
114        beta(i) = QSUB(i,K)/mu(i) + EXP( -MIN(0.0,delta(i)) )
115
116c --  roots of equation v > vmax:
117
118        det(i) = delta(i) + vmax(i)**2.
119        if (det(i).LE.0.0) vmax(i) = vmax0 + 1.0
120        det(i) = delta(i) + vmax(i)**2.
121
122        if (det(i).LE.0.) then
123          xx(i) = -0.0001
124        else
125         xx1(i)=-SQRT(2.)*vmax(i)*(1.0-SQRT(1.0+delta(i)/(vmax(i)**2.)))
126         xx2(i)=-SQRT(2.)*vmax(i)*(1.0+SQRT(1.0+delta(i)/(vmax(i)**2.)))
127         xx(i) = 1.01 * xx1(i)
128         if ( xx1(i) .GE. 0.0 ) xx(i) = 0.5*xx2(i)
129        endif
130        if (delta(i).LT.0.) xx(i) = -0.5*SQRT(log(2.))
131
132      ENDIF
133
134                                    enddo       ! vector
135
136c----------------------------------------------------------------------
137c   Debut des nmax iterations pour trouver la solution.
138c----------------------------------------------------------------------
139
140      DO n = 1, nmax
141
142                                    do i=1,klon ! vector
143        if (.not.lconv(i)) then
144
145          u(i) = delta(i)/(xx(i)*sqrt(2.)) + xx(i)/(2.*sqrt(2.))
146          v(i) = delta(i)/(xx(i)*sqrt(2.)) - xx(i)/(2.*sqrt(2.))
147
148          IF ( v(i) .GT. vmax(i) ) THEN
149
150            IF (     ABS(u(i))  .GT. vmax(i)
151     :          .AND.  delta(i) .LT. 0. ) THEN
152
153c -- use asymptotic expression of erf for u and v large:
154c ( -> analytic solution for xx )
155
156             aux(i) = 2.0*delta(i)*(1.-beta(i)*EXP(delta(i)))
157     :                       /(1.+beta(i)*EXP(delta(i)))
158             if (aux(i).lt.0.) then
159                print*,'AUX(',i,',',k,')<0',aux(i),delta(i),beta(i)
160                aux(i)=0.
161             endif
162             xx(i) = -SQRT(aux(i))
163             block(i) = EXP(-v(i)*v(i)) / v(i) / SQRT(pi)
164             dist(i) = 0.0
165             fprime(i) = 1.0
166
167            ELSE
168
169c -- erfv -> 1.0, use an asymptotic expression of erfv for v large:
170
171             erfu(i) = ERF(u(i))
172c  !!! ATTENTION : rajout d'un seuil pour l'exponentiel
173             aux(i) = SQRT(pi)*(1.0-erfu(i))*EXP(min(v(i)*v(i),100.))
174             coeff(i) = 1.0 - 1./2./(v(i)**2.) + 3./4./(v(i)**4.)
175             block(i) = coeff(i) * EXP(-v(i)*v(i)) / v(i) / SQRT(pi)
176             dist(i) = v(i) * aux(i) / coeff(i) - beta(i)
177             fprime(i) = 2.0 / xx(i) * (v(i)**2.)
178     :           * ( coeff(i)*EXP(-delta(i)) - u(i) * aux(i) )
179     :           / coeff(i) / coeff(i)
180           
181            ENDIF ! ABS(u)
182
183          ELSE
184
185c -- general case:
186
187           erfu(i) = ERF(u(i))
188           erfv(i) = ERF(v(i))
189           block(i) = 1.0-erfv(i)
190           dist(i) = (1.0 - erfu(i)) / (1.0 - erfv(i)) - beta(i)
191           zu2(i)=u(i)*u(i)
192           zv2(i)=v(i)*v(i)
193           if(zu2(i).gt.20..or. zv2(i).gt.20.) then
194              print*,'ATTENTION !!! xx(',i,') =', xx(i)
195           print*,'ATTENTION !!! klon,ND,R,RS,QSUB,PTCONV,RATQSC,CLDF',
196     .klon,ND,R(i,k),RS(i,k),QSUB(i,k),PTCONV(i,k),RATQSC(i,k),
197     .CLDF(i,k)
198              print*,'ATTENTION !!! zu2 zv2 =',zu2(i),zv2(i)
199              zu2(i)=20.
200              zv2(i)=20.
201             fprime(i) = 0.
202           else
203             fprime(i) = 2. /SQRT(pi) /xx(i) /(1.0-erfv(i))**2.
204     :           * (   (1.0-erfv(i))*v(i)*EXP(-zu2(i))
205     :               - (1.0-erfu(i))*u(i)*EXP(-zv2(i)) )
206           endif
207          ENDIF ! x
208
209c -- test numerical convergence:
210
211c         print*,'avant test ',i,k,lconv(i),u(i),v(i)
212          if ( ABS(dist(i)/beta(i)) .LT. epsilon ) then
213c           print*,'v-u **2',(v(i)-u(i))**2
214c           print*,'exp v-u **2',exp((v(i)-u(i))**2)
215            ptconv(i,K) = .TRUE.
216            lconv(i)=.true.
217c  borne pour l'exponentielle
218            ratqsc(i,k)=min(2.*(v(i)-u(i))**2,20.)
219            ratqsc(i,k)=sqrt(exp(ratqsc(i,k))-1.)
220            CLDF(i,K) = 0.5 * block(i)
221cccccccccccccccccccccccc
222c           kkk=-sqrt(log(1.+ratqsc(i,k)**2))
223c           u(i)=delta(i)/(kkk*sqrt(2.))-kkk/(2.*sqrt(2.))
224c           v(i)=delta(i)/(kkk*sqrt(2.))+kkk/(2.*sqrt(2.))
225c           erfu(i)=erf(u(i))
226c           erfv(i)=erf(v(i))
227c           print*,'SIG ',k,qsub(i,k)
228c    s      ,mu(i)*((1.-erfv(i))/(1.-erfu(i))-qsat(i)/mu(i))
229c    s      ,0.5*erfu(i)
230cccccccccccccccccccccccc
231          else
232            xx(i) = xx(i) - dist(i)/fprime(i)
233          endif
234c         print*,'apres test ',i,k,lconv(i)
235
236        endif ! lconv
237                                    enddo       ! vector
238
239c----------------------------------------------------------------------
240c   Fin des nmax iterations pour trouver la solution.
241        ENDDO ! n
242c----------------------------------------------------------------------
243
244500   CONTINUE  ! K
245
246       RETURN
247       END
248
249
250
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.