source: LMDZ5/trunk/libf/phylmd/fisrtilp_tr.F90 @ 2343

! $Id: fisrtilp_tr.F90 2343 2015-08-20 10:02:53Z emillour $


SUBROUTINE fisrtilp_tr(dtime, paprs, pplay, t, q, ratqs, d_t, d_q, d_ql, &
    rneb, radliq, rain, snow, pfrac_impa, pfrac_nucl, pfrac_1nucl, frac_impa, &
    frac_nucl, prfl, psfl, rhcl) ! relative humidity in clear sky (needed for aer optical
  ! properties; aeropt.F)


  USE dimphy
  USE print_control_mod, ONLY: lunout
  IMPLICIT NONE
  ! ======================================================================
  ! Auteur(s): Z.X. Li (LMD/CNRS)
  ! Date: le 20 mars 1995
  ! Objet: condensation et precipitation stratiforme.
  ! schema de nuage
  ! ======================================================================
  ! ======================================================================
  ! ym#include "dimensions.h"
  ! ym#include "dimphy.h"
  include "YOMCST.h"

  ! Arguments:

  REAL dtime ! intervalle du temps (s)
  REAL paprs(klon, klev+1) ! pression a inter-couche
  REAL pplay(klon, klev) ! pression au milieu de couche
  REAL t(klon, klev) ! temperature (K)
  REAL q(klon, klev) ! humidite specifique (kg/kg)
  REAL d_t(klon, klev) ! incrementation de la temperature (K)
  REAL d_q(klon, klev) ! incrementation de la vapeur d'eau
  REAL d_ql(klon, klev) ! incrementation de l'eau liquide
  REAL rneb(klon, klev) ! fraction nuageuse
  REAL radliq(klon, klev) ! eau liquide utilisee dans rayonnements
  REAL rain(klon) ! pluies (mm/s)
  REAL snow(klon) ! neige (mm/s)
  REAL prfl(klon, klev+1) ! flux d'eau precipitante aux interfaces (kg/m2/s)
  REAL psfl(klon, klev+1) ! flux d'eau precipitante aux interfaces (kg/m2/s)

  ! jq   For aerosol opt properties needed (see aeropt.F)
  REAL rhcl(klon, klev)

  ! AA
  ! Coeffients de fraction lessivee : pour OFF-LINE

  REAL pfrac_nucl(klon, klev)
  REAL pfrac_1nucl(klon, klev)
  REAL pfrac_impa(klon, klev)

  ! Fraction d'aerosols lessivee par impaction et par nucleation
  ! POur ON-LINE

  REAL frac_impa(klon, klev)
  REAL frac_nucl(klon, klev)
  ! AA

  ! Options du programme:

  REAL seuil_neb ! un nuage existe vraiment au-dela
  PARAMETER (seuil_neb=0.001)
  REAL ct ! inverse du temps pour qu'un nuage precipite
  PARAMETER (ct=1./1800.)
  REAL cl ! seuil de precipitation
  PARAMETER (cl=2.6E-4)
  ! cc      PARAMETER (cl=2.3e-4)
  ! cc      PARAMETER (cl=2.0e-4)
  INTEGER ninter ! sous-intervals pour la precipitation
  PARAMETER (ninter=5)
  LOGICAL evap_prec ! evaporation de la pluie
  PARAMETER (evap_prec=.TRUE.)
  REAL coef_eva
  PARAMETER (coef_eva=2.0E-05)
  LOGICAL calcrat ! calculer ratqs au lieu de fixer sa valeur
  REAL ratqs(klon, klev) ! determine la largeur de distribution de vapeur
  PARAMETER (calcrat=.TRUE.)
  REAL zx_min, rat_max
  PARAMETER (zx_min=1.0, rat_max=0.01)
  REAL zx_max, rat_min
  PARAMETER (zx_max=0.1, rat_min=0.3)
  REAL zx

  LOGICAL cpartiel ! condensation partielle
  PARAMETER (cpartiel=.TRUE.)
  REAL t_coup
  PARAMETER (t_coup=234.0)

  ! Variables locales:

  INTEGER i, k, n, kk
  REAL zqs(klon), zdqs(klon), zdelta, zcor, zcvm5
  REAL zrfl(klon), zrfln(klon), zqev, zqevt
  REAL zoliq(klon), zcond(klon), zq(klon), zqn(klon), zdelq
  REAL ztglace, zt(klon)
  INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau
  REAL zdz(klon), zrho(klon), ztot(klon), zrhol(klon)
  REAL zchau(klon), zfroi(klon), zfice(klon), zneb(klon)

  LOGICAL appel1er
  SAVE appel1er
  !$OMP THREADPRIVATE(appel1er)

  ! ---------------------------------------------------------------

  ! AA Variables traceurs:
  ! AA  Provisoire !!! Parametres alpha du lessivage
  ! AA  A priori on a 4 scavenging # possibles

  REAL a_tr_sca(4)
  SAVE a_tr_sca
  !$OMP THREADPRIVATE(a_tr_sca)

  ! Variables intermediaires

  REAL zalpha_tr
  REAL zfrac_lessi
  REAL zprec_cond(klon)
  ! AA
  ! ---------------------------------------------------------------

  ! Fonctions en ligne:

  REAL fallv ! vitesse de chute pour crystaux de glace
  REAL zzz
  include "YOETHF.h"
  include "FCTTRE.h"
  fallv(zzz) = 3.29/2.0*((zzz)**0.16)
  ! cc      fallv (zzz) = 3.29/3.0 * ((zzz)**0.16)
  ! cc      fallv (zzz) = 3.29 * ((zzz)**0.16)

  DATA appel1er/.TRUE./

  IF (appel1er) THEN

    WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, calcrat:', calcrat
    WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, ninter:', ninter
    WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, evap_prec:', evap_prec
    WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, cpartiel:', cpartiel
    IF (abs(dtime/real(ninter)-360.0)>0.001) THEN
      WRITE (lunout, *) 'fisrtilp: Ce n est pas prevu, voir Z.X.Li', dtime
      WRITE (lunout, *) 'Je prefere un sous-intervalle de 6 minutes'
      CALL abort
    END IF
    appel1er = .FALSE.

    ! AA initialiation provisoire
    a_tr_sca(1) = -0.5
    a_tr_sca(2) = -0.5
    a_tr_sca(3) = -0.5
    a_tr_sca(4) = -0.5

    ! AA Initialisation a 1 des coefs des fractions lessivees

    DO k = 1, klev
      DO i = 1, klon
        pfrac_nucl(i, k) = 1.
        pfrac_1nucl(i, k) = 1.
        pfrac_impa(i, k) = 1.
      END DO
    END DO

  END IF !  test sur appel1er

  ! MAf Initialisation a 0 de zoliq
  DO i = 1, klon
    zoliq(i) = 0.
  END DO
  ! Determiner les nuages froids par leur temperature

  ztglace = rtt - 15.0
  nexpo = 6
  ! cc      nexpo = 1

  ! Initialiser les sorties:

  DO k = 1, klev + 1
    DO i = 1, klon
      prfl(i, k) = 0.0
      psfl(i, k) = 0.0
    END DO
  END DO

  DO k = 1, klev
    DO i = 1, klon
      d_t(i, k) = 0.0
      d_q(i, k) = 0.0
      d_ql(i, k) = 0.0
      rneb(i, k) = 0.0
      radliq(i, k) = 0.0
      frac_nucl(i, k) = 1.
      frac_impa(i, k) = 1.
    END DO
  END DO
  DO i = 1, klon
    rain(i) = 0.0
    snow(i) = 0.0
  END DO

  ! Initialiser le flux de precipitation a zero

  DO i = 1, klon
    zrfl(i) = 0.0
    zneb(i) = seuil_neb
  END DO


  ! AA Pour plus de securite

  zalpha_tr = 0.
  zfrac_lessi = 0.

  ! AA----------------------------------------------------------

  ! Boucle verticale (du haut vers le bas)

  DO k = klev, 1, -1

    ! AA----------------------------------------------------------

    DO i = 1, klon
      zt(i) = t(i, k)
      zq(i) = q(i, k)
    END DO

    ! Calculer l'evaporation de la precipitation

    IF (evap_prec) THEN
      DO i = 1, klon
        IF (zrfl(i)>0.) THEN
          IF (thermcep) THEN
            zdelta = max(0., sign(1.,rtt-zt(i)))
            zqs(i) = r2es*foeew(zt(i), zdelta)/pplay(i, k)
            zqs(i) = min(0.5, zqs(i))
            zcor = 1./(1.-retv*zqs(i))
            zqs(i) = zqs(i)*zcor
          ELSE
            IF (zt(i)<t_coup) THEN
              zqs(i) = qsats(zt(i))/pplay(i, k)
            ELSE
              zqs(i) = qsatl(zt(i))/pplay(i, k)
            END IF
          END IF
          zqev = max(0.0, (zqs(i)-zq(i))*zneb(i))
          zqevt = coef_eva*(1.0-zq(i)/zqs(i))*sqrt(zrfl(i))* &
            (paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/pplay(i, k)*zt(i)*rd/rg
          zqevt = max(0.0, min(zqevt,zrfl(i)))*rg*dtime/ &
            (paprs(i,k)-paprs(i,k+1))
          zqev = min(zqev, zqevt)
          zrfln(i) = zrfl(i) - zqev*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/rg/dtime
          zq(i) = zq(i) - (zrfln(i)-zrfl(i))*(rg/(paprs(i,k)-paprs(i, &
            k+1)))*dtime
          zt(i) = zt(i) + (zrfln(i)-zrfl(i))*(rg/(paprs(i,k)-paprs(i, &
            k+1)))*dtime*rlvtt/rcpd/(1.0+rvtmp2*zq(i))
          zrfl(i) = zrfln(i)
        END IF
      END DO
    END IF

    ! Calculer Qs et L/Cp*dQs/dT:

    IF (thermcep) THEN
      DO i = 1, klon
        zdelta = max(0., sign(1.,rtt-zt(i)))
        zcvm5 = r5les*rlvtt*(1.-zdelta) + r5ies*rlstt*zdelta
        zcvm5 = zcvm5/rcpd/(1.0+rvtmp2*zq(i))
        zqs(i) = r2es*foeew(zt(i), zdelta)/pplay(i, k)
        zqs(i) = min(0.5, zqs(i))
        zcor = 1./(1.-retv*zqs(i))
        zqs(i) = zqs(i)*zcor
        zdqs(i) = foede(zt(i), zdelta, zcvm5, zqs(i), zcor)
      END DO
    ELSE
      DO i = 1, klon
        IF (zt(i)<t_coup) THEN
          zqs(i) = qsats(zt(i))/pplay(i, k)
          zdqs(i) = dqsats(zt(i), zqs(i))
        ELSE
          zqs(i) = qsatl(zt(i))/pplay(i, k)
          zdqs(i) = dqsatl(zt(i), zqs(i))
        END IF
      END DO
    END IF

    ! Determiner la condensation partielle et calculer la quantite
    ! de l'eau condensee:

    IF (cpartiel) THEN
      DO i = 1, klon

        zdelq = ratqs(i, k)*zq(i)
        rneb(i, k) = (zq(i)+zdelq-zqs(i))/(2.0*zdelq)
        zqn(i) = (zq(i)+zdelq+zqs(i))/2.0
        IF (rneb(i,k)<=0.0) zqn(i) = 0.0
        IF (rneb(i,k)>=1.0) zqn(i) = zq(i)
        rneb(i, k) = max(0.0, min(1.0,rneb(i,k)))
        zcond(i) = max(0.0, zqn(i)-zqs(i))*rneb(i, k)/(1.+zdqs(i))

        ! --Olivier
        rhcl(i, k) = (zqs(i)+zq(i)-zdelq)/2./zqs(i)
        IF (rneb(i,k)<=0.0) rhcl(i, k) = zq(i)/zqs(i)
        IF (rneb(i,k)>=1.0) rhcl(i, k) = 1.0
        ! --fin

      END DO
    ELSE
      DO i = 1, klon
        IF (zq(i)>zqs(i)) THEN
          rneb(i, k) = 1.0
        ELSE
          rneb(i, k) = 0.0
        END IF
        zcond(i) = max(0.0, zq(i)-zqs(i))/(1.+zdqs(i))
      END DO
    END IF

    DO i = 1, klon
      zq(i) = zq(i) - zcond(i)
      zt(i) = zt(i) + zcond(i)*rlvtt/rcpd
    END DO

    ! Partager l'eau condensee en precipitation et eau liquide nuageuse

    DO i = 1, klon
      IF (rneb(i,k)>0.0) THEN
        zoliq(i) = zcond(i)
        zrho(i) = pplay(i, k)/zt(i)/rd
        zdz(i) = (paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/(zrho(i)*rg)
        zfice(i) = 1.0 - (zt(i)-ztglace)/(273.13-ztglace)
        zfice(i) = min(max(zfice(i),0.0), 1.0)
        zfice(i) = zfice(i)**nexpo
        zneb(i) = max(rneb(i,k), seuil_neb)
        radliq(i, k) = zoliq(i)/real(ninter+1)
      END IF
    END DO

    DO n = 1, ninter
      DO i = 1, klon
        IF (rneb(i,k)>0.0) THEN
          zchau(i) = ct*dtime/real(ninter)*zoliq(i)* &
            (1.0-exp(-(zoliq(i)/zneb(i)/cl)**2))*(1.-zfice(i))
          zrhol(i) = zrho(i)*zoliq(i)/zneb(i)
          zfroi(i) = dtime/real(ninter)/zdz(i)*zoliq(i)*fallv(zrhol(i))* &
            zfice(i)
          ztot(i) = zchau(i) + zfroi(i)
          IF (zneb(i)==seuil_neb) ztot(i) = 0.0
          ztot(i) = min(max(ztot(i),0.0), zoliq(i))
          zoliq(i) = max(zoliq(i)-ztot(i), 0.0)
          radliq(i, k) = radliq(i, k) + zoliq(i)/real(ninter+1)
        END IF
      END DO
    END DO

    DO i = 1, klon
      IF (rneb(i,k)>0.0) THEN
        d_ql(i, k) = zoliq(i)
        zrfl(i) = zrfl(i) + max(zcond(i)-zoliq(i), 0.0)*(paprs(i,k)-paprs(i,k &
          +1))/(rg*dtime)
      END IF
      IF (zt(i)<rtt) THEN
        psfl(i, k) = zrfl(i)
      ELSE
        prfl(i, k) = zrfl(i)
      END IF
    END DO

    ! Calculer les tendances de q et de t:

    DO i = 1, klon
      d_q(i, k) = zq(i) - q(i, k)
      d_t(i, k) = zt(i) - t(i, k)
    END DO

    ! AA--------------- Calcul du lessivage stratiforme  -------------

    DO i = 1, klon

      zprec_cond(i) = max(zcond(i)-zoliq(i), 0.0)*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/ &
        rg
      IF (rneb(i,k)>0.0 .AND. zprec_cond(i)>0.) THEN
        ! AA lessivage nucleation LMD5 dans la couche elle-meme
        IF (t(i,k)>=ztglace) THEN
          zalpha_tr = a_tr_sca(3)
        ELSE
          zalpha_tr = a_tr_sca(4)
        END IF
        zfrac_lessi = 1. - exp(zalpha_tr*zprec_cond(i)/zneb(i))
        pfrac_nucl(i, k) = pfrac_nucl(i, k)*(1.-zneb(i)*zfrac_lessi)
        frac_nucl(i, k) = 1. - zneb(i)*zfrac_lessi

        ! nucleation avec un facteur -1 au lieu de -0.5
        zfrac_lessi = 1. - exp(-zprec_cond(i)/zneb(i))
        pfrac_1nucl(i, k) = pfrac_1nucl(i, k)*(1.-zneb(i)*zfrac_lessi)
      END IF

    END DO ! boucle sur i

    ! AA Lessivage par impaction dans les couches en-dessous
    DO kk = k - 1, 1, -1
      DO i = 1, klon
        IF (rneb(i,k)>0.0 .AND. zprec_cond(i)>0.) THEN
          IF (t(i,kk)>=ztglace) THEN
            zalpha_tr = a_tr_sca(1)
          ELSE
            zalpha_tr = a_tr_sca(2)
          END IF
          zfrac_lessi = 1. - exp(zalpha_tr*zprec_cond(i)/zneb(i))
          pfrac_impa(i, kk) = pfrac_impa(i, kk)*(1.-zneb(i)*zfrac_lessi)
          frac_impa(i, kk) = 1. - zneb(i)*zfrac_lessi
        END IF
      END DO
    END DO

    ! AA----------------------------------------------------------
    ! FIN DE BOUCLE SUR K
  END DO

  ! AA-----------------------------------------------------------

  ! Pluie ou neige au sol selon la temperature de la 1ere couche

  DO i = 1, klon
    IF ((t(i,1)+d_t(i,1))<rtt) THEN
      snow(i) = zrfl(i)
    ELSE
      rain(i) = zrfl(i)
    END IF
  END DO

  RETURN
END SUBROUTINE fisrtilp_tr