[2561] | 1 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
[1992] | 2 | |
---|
[2561] | 3 | SUBROUTINE yamada4(ni, nsrf, ngrid, dt, g, rconst, plev, temp, zlev, zlay, u, v, teta, & |
---|
[2721] | 4 | cd, tke, km, kn, kq, ustar, iflag_pbl) |
---|
[541] | 5 | |
---|
[1992] | 6 | USE dimphy |
---|
[2573] | 7 | USE ioipsl_getin_p_mod, ONLY : getin_p |
---|
| 8 | |
---|
[1992] | 9 | IMPLICIT NONE |
---|
[2561] | 10 | include "iniprint.h" |
---|
| 11 | ! ....................................................................... |
---|
| 12 | ! ym#include "dimensions.h" |
---|
| 13 | ! ym#include "dimphy.h" |
---|
| 14 | ! ************************************************************************************************ |
---|
| 15 | ! |
---|
| 16 | ! yamada4: subroutine qui calcule le transfert turbulent avec une fermeture d'ordre 2 ou 2.5 |
---|
| 17 | ! |
---|
| 18 | ! Reference: Simulation of nocturnal drainage flows by a q2l Turbulence Closure Model |
---|
| 19 | ! Yamada T. |
---|
| 20 | ! J. Atmos. Sci, 40, 91-106, 1983 |
---|
| 21 | ! |
---|
| 22 | !************************************************************************************************ |
---|
| 23 | ! Input : |
---|
| 24 | !'====== |
---|
| 25 | ! ni: indice horizontal sur la grille de base, non restreinte |
---|
| 26 | ! nsrf: type de surface |
---|
| 27 | ! ngrid: nombre de mailles concern??es sur l'horizontal |
---|
[1992] | 28 | ! dt : pas de temps |
---|
| 29 | ! g : g |
---|
[2561] | 30 | ! rconst: constante de l'air sec |
---|
[1992] | 31 | ! zlev : altitude a chaque niveau (interface inferieure de la couche |
---|
| 32 | ! de meme indice) |
---|
| 33 | ! zlay : altitude au centre de chaque couche |
---|
| 34 | ! u,v : vitesse au centre de chaque couche |
---|
| 35 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
[2561] | 36 | ! teta : temperature potentielle virtuelle au centre de chaque couche |
---|
[1992] | 37 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
[2561] | 38 | ! cd : cdrag pour la quantit?? de mouvement |
---|
[1992] | 39 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
[2561] | 40 | ! ustar: vitesse de friction calcul??e par une formule diagnostique |
---|
| 41 | ! iflag_pbl: flag pour choisir des options du sch??ma de turbulence |
---|
| 42 | ! |
---|
| 43 | ! iflag_pbl doit valoir entre 6 et 9 |
---|
| 44 | ! l=6, on prend systematiquement une longueur d'equilibre |
---|
| 45 | ! iflag_pbl=6 : MY 2.0 |
---|
| 46 | ! iflag_pbl=7 : MY 2.0.Fournier |
---|
| 47 | ! iflag_pbl=8/9 : MY 2.5 |
---|
| 48 | ! iflag_pbl=8 with special obsolete treatments for convergence |
---|
| 49 | ! with Cmpi5 NPv3.1 simulations |
---|
| 50 | ! iflag_pbl=10/11 : New scheme M2 and N2 explicit and dissiptation exact |
---|
| 51 | ! iflag_pbl=12 = 11 with vertical diffusion off q2 |
---|
| 52 | ! |
---|
| 53 | ! 2013/04/01 (FH hourdin@lmd.jussieu.fr) |
---|
| 54 | ! Correction for very stable PBLs (iflag_pbl=10 and 11) |
---|
| 55 | ! iflag_pbl=8 converges numerically with NPv3.1 |
---|
| 56 | ! iflag_pbl=11 -> the model starts with NP from start files created by ce0l |
---|
| 57 | ! -> the model can run with longer time-steps. |
---|
[2721] | 58 | ! 2016/11/30 (EV etienne.vignon@univ-grenoble-alpes.fr) |
---|
[2817] | 59 | ! On met tke (=q2/2) en entr??e plut??t que q2 |
---|
[2721] | 60 | ! On corrige l'update de la tke |
---|
[2561] | 61 | ! |
---|
| 62 | ! Inpout/Output : |
---|
| 63 | !============== |
---|
[2721] | 64 | ! tke : tke au bas de chaque couche |
---|
[1992] | 65 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
| 66 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
[2561] | 67 | |
---|
| 68 | ! Outputs: |
---|
| 69 | !========== |
---|
[1992] | 70 | ! km : diffusivite turbulente de quantite de mouvement (au bas de chaque |
---|
| 71 | ! couche) |
---|
| 72 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
| 73 | ! kn : diffusivite turbulente des scalaires (au bas de chaque couche) |
---|
| 74 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
[2561] | 75 | ! |
---|
| 76 | !....................................................................... |
---|
[541] | 77 | |
---|
[2561] | 78 | !======================================================================= |
---|
| 79 | ! Declarations: |
---|
| 80 | !======================================================================= |
---|
[541] | 81 | |
---|
| 82 | |
---|
[2561] | 83 | ! Inputs/Outputs |
---|
| 84 | !---------------- |
---|
[1992] | 85 | REAL dt, g, rconst |
---|
| 86 | REAL plev(klon, klev+1), temp(klon, klev) |
---|
| 87 | REAL ustar(klon) |
---|
| 88 | REAL kmin, qmin, pblhmin(klon), coriol(klon) |
---|
| 89 | REAL zlev(klon, klev+1) |
---|
| 90 | REAL zlay(klon, klev) |
---|
| 91 | REAL u(klon, klev) |
---|
| 92 | REAL v(klon, klev) |
---|
| 93 | REAL teta(klon, klev) |
---|
| 94 | REAL cd(klon) |
---|
[2721] | 95 | REAL tke(klon, klev+1) |
---|
[1992] | 96 | REAL unsdz(klon, klev) |
---|
| 97 | REAL unsdzdec(klon, klev+1) |
---|
[2561] | 98 | REAL kn(klon, klev+1) |
---|
| 99 | REAL km(klon, klev+1) |
---|
| 100 | INTEGER iflag_pbl, ngrid, nsrf |
---|
| 101 | INTEGER ni(klon) |
---|
[541] | 102 | |
---|
[2561] | 103 | |
---|
| 104 | ! Local |
---|
| 105 | !------- |
---|
| 106 | |
---|
| 107 | INCLUDE "clesphys.h" |
---|
| 108 | |
---|
[2721] | 109 | REAL q2(klon, klev+1) |
---|
[2561] | 110 | REAL kmpre(klon, klev+1), tmp2, qpre |
---|
[1992] | 111 | REAL mpre(klon, klev+1) |
---|
| 112 | REAL kq(klon, klev+1) |
---|
| 113 | REAL ff(klon, klev+1), delta(klon, klev+1) |
---|
| 114 | REAL aa(klon, klev+1), aa0, aa1 |
---|
| 115 | INTEGER nlay, nlev |
---|
| 116 | LOGICAL first |
---|
| 117 | INTEGER ipas |
---|
| 118 | SAVE first, ipas |
---|
| 119 | ! FH/IM data first,ipas/.true.,0/ |
---|
| 120 | DATA first, ipas/.FALSE., 0/ |
---|
| 121 | !$OMP THREADPRIVATE( first,ipas) |
---|
[2828] | 122 | LOGICAL,SAVE :: hboville=.TRUE. |
---|
| 123 | REAL,SAVE :: viscom,viscoh |
---|
| 124 | !$OMP THREADPRIVATE( hboville,viscom,viscoh) |
---|
[1992] | 125 | INTEGER ig, k |
---|
| 126 | REAL ri, zrif, zalpha, zsm, zsn |
---|
| 127 | REAL rif(klon, klev+1), sm(klon, klev+1), alpha(klon, klev) |
---|
| 128 | REAL m2(klon, klev+1), dz(klon, klev+1), zq, n2(klon, klev+1) |
---|
| 129 | REAL dtetadz(klon, klev+1) |
---|
| 130 | REAL m2cstat, mcstat, kmcstat |
---|
| 131 | REAL l(klon, klev+1) |
---|
[2561] | 132 | REAL zz(klon, klev+1) |
---|
[1992] | 133 | INTEGER iter |
---|
[2828] | 134 | REAL dissip(klon,klev), tkeprov,tkeexp, shear(klon,klev), buoy(klon,klev) |
---|
[2721] | 135 | REAL,SAVE :: ric0,ric,rifc, b1, kap |
---|
| 136 | !$OMP THREADPRIVATE(ric0,ric,rifc,b1,kap) |
---|
| 137 | DATA b1, kap/16.6, 0.4/ |
---|
| 138 | REAL,SAVE :: seuilsm, seuilalpha |
---|
| 139 | !$OMP THREADPRIVATE(seuilsm, seuilalpha) |
---|
[2573] | 140 | REAL,SAVE :: lmixmin |
---|
| 141 | !$OMP THREADPRIVATE(lmixmin) |
---|
[2721] | 142 | LOGICAL, SAVE :: new_yamada4 |
---|
[2817] | 143 | INTEGER, SAVE :: yamada4_num |
---|
| 144 | !$OMP THREADPRIVATE(new_yamada4,yamada4_num) |
---|
[2891] | 145 | REAL, SAVE :: yun,ydeux |
---|
| 146 | REAL :: disseff |
---|
[2721] | 147 | !$OMP THREADPRIVATE(yun,ydeux) |
---|
[1992] | 148 | REAL frif, falpha, fsm |
---|
| 149 | REAL rino(klon, klev+1), smyam(klon, klev), styam(klon, klev), & |
---|
| 150 | lyam(klon, klev), knyam(klon, klev), w2yam(klon, klev), t2yam(klon, klev) |
---|
| 151 | LOGICAL, SAVE :: firstcall = .TRUE. |
---|
| 152 | !$OMP THREADPRIVATE(firstcall) |
---|
[2561] | 153 | |
---|
| 154 | |
---|
[2721] | 155 | |
---|
[2561] | 156 | ! Fonctions utilis??es |
---|
| 157 | !-------------------- |
---|
| 158 | |
---|
[1992] | 159 | frif(ri) = 0.6588*(ri+0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri+0.03156)) |
---|
| 160 | falpha(ri) = 1.318*(0.2231-ri)/(0.2341-ri) |
---|
| 161 | fsm(ri) = 1.96*(0.1912-ri)*(0.2341-ri)/((1.-ri)*(0.2231-ri)) |
---|
[2561] | 162 | |
---|
[541] | 163 | |
---|
[2573] | 164 | IF (firstcall) THEN |
---|
[2721] | 165 | ! Seuil dans le code de turbulence |
---|
| 166 | new_yamada4=.false. |
---|
| 167 | CALL getin_p('new_yamada4',new_yamada4) |
---|
[2828] | 168 | |
---|
[2721] | 169 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
[2828] | 170 | ! Corrections et reglages issus du travail de these d'Etienne Vignon. |
---|
[2721] | 171 | ric=0.143 ! qui donne des valeurs proches des seuils proposes |
---|
| 172 | ! dans YAMADA 1983 : sm=0.0845 (0.085 dans Y83) |
---|
| 173 | ! sm=1.1213 (1.12 dans Y83) |
---|
| 174 | CALL getin_p('yamada4_ric',ric) |
---|
| 175 | ric0=0.19489 ! ric=0.195 originalement, mais produisait sm<0 |
---|
[2817] | 176 | ric=min(ric,ric0) ! Au dela de ric0, sm devient n??gatif |
---|
[2721] | 177 | rifc=frif(ric) |
---|
| 178 | seuilsm=fsm(frif(ric)) |
---|
| 179 | seuilalpha=falpha(frif(ric)) |
---|
| 180 | yun=1. |
---|
| 181 | ydeux=2. |
---|
[2828] | 182 | hboville=.FALSE. |
---|
| 183 | viscom=1.46E-5 |
---|
| 184 | viscoh=2.06E-5 |
---|
| 185 | lmixmin=0. |
---|
| 186 | yamada4_num=5 |
---|
[2721] | 187 | ELSE |
---|
| 188 | ric=0.195 |
---|
| 189 | rifc=0.191 |
---|
| 190 | seuilalpha=1.12 |
---|
| 191 | seuilsm=0.085 |
---|
| 192 | yun=2. |
---|
| 193 | ydeux=1. |
---|
[2828] | 194 | hboville=.TRUE. |
---|
| 195 | viscom=0. |
---|
| 196 | viscoh=0. |
---|
| 197 | lmixmin=1. |
---|
| 198 | yamada4_num=0 |
---|
[2721] | 199 | ENDIF |
---|
[2828] | 200 | |
---|
[2721] | 201 | PRINT*,'YAMADA4 RIc, RIfc, Sm_min, Alpha_min',ric,rifc,seuilsm,seuilalpha |
---|
[2573] | 202 | firstcall = .FALSE. |
---|
| 203 | CALL getin_p('lmixmin',lmixmin) |
---|
[2828] | 204 | CALL getin_p('yamada4_hboville',hboville) |
---|
| 205 | CALL getin_p('yamada4_num',yamada4_num) |
---|
[2573] | 206 | END IF |
---|
| 207 | |
---|
| 208 | |
---|
| 209 | |
---|
[2561] | 210 | !=============================================================================== |
---|
| 211 | ! Flags, tests et ??valuations de constantes |
---|
| 212 | !=============================================================================== |
---|
[541] | 213 | |
---|
[2561] | 214 | ! On utilise ou non la routine de Holstalg Boville pour les cas tres stables |
---|
[1738] | 215 | |
---|
[541] | 216 | |
---|
[1992] | 217 | IF (.NOT. (iflag_pbl>=6 .AND. iflag_pbl<=12)) THEN |
---|
| 218 | STOP 'probleme de coherence dans appel a MY' |
---|
| 219 | END IF |
---|
[541] | 220 | |
---|
[2561] | 221 | |
---|
| 222 | nlay = klev |
---|
| 223 | nlev = klev + 1 |
---|
[1992] | 224 | ipas = ipas + 1 |
---|
[541] | 225 | |
---|
| 226 | |
---|
[2561] | 227 | !======================================================================== |
---|
| 228 | ! Calcul des increments verticaux |
---|
| 229 | !========================================================================= |
---|
[541] | 230 | |
---|
[2561] | 231 | |
---|
| 232 | ! Attention: zlev n'est pas declare a nlev |
---|
[1992] | 233 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 234 | zlev(ig, nlev) = zlay(ig, nlay) + (zlay(ig,nlay)-zlev(ig,nlev-1)) |
---|
| 235 | END DO |
---|
[541] | 236 | |
---|
[2561] | 237 | |
---|
[1992] | 238 | DO k = 1, nlay |
---|
| 239 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 240 | unsdz(ig, k) = 1.E+0/(zlev(ig,k+1)-zlev(ig,k)) |
---|
| 241 | END DO |
---|
| 242 | END DO |
---|
| 243 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 244 | unsdzdec(ig, 1) = 1.E+0/(zlay(ig,1)-zlev(ig,1)) |
---|
| 245 | END DO |
---|
| 246 | DO k = 2, nlay |
---|
| 247 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 248 | unsdzdec(ig, k) = 1.E+0/(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
---|
| 249 | END DO |
---|
| 250 | END DO |
---|
| 251 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 252 | unsdzdec(ig, nlay+1) = 1.E+0/(zlev(ig,nlay+1)-zlay(ig,nlay)) |
---|
| 253 | END DO |
---|
[1738] | 254 | |
---|
[2561] | 255 | !========================================================================= |
---|
| 256 | ! Richardson number and stability functions |
---|
| 257 | !========================================================================= |
---|
| 258 | |
---|
| 259 | ! initialize arrays: |
---|
| 260 | |
---|
[2574] | 261 | m2(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
| 262 | sm(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
| 263 | rif(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
[1738] | 264 | |
---|
[2561] | 265 | !------------------------------------------------------------ |
---|
[1992] | 266 | DO k = 2, klev |
---|
[2561] | 267 | |
---|
[1992] | 268 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 269 | dz(ig, k) = zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1) |
---|
| 270 | m2(ig, k) = ((u(ig,k)-u(ig,k-1))**2+(v(ig,k)-v(ig, & |
---|
| 271 | k-1))**2)/(dz(ig,k)*dz(ig,k)) |
---|
| 272 | dtetadz(ig, k) = (teta(ig,k)-teta(ig,k-1))/dz(ig, k) |
---|
| 273 | n2(ig, k) = g*2.*dtetadz(ig, k)/(teta(ig,k-1)+teta(ig,k)) |
---|
| 274 | ri = n2(ig, k)/max(m2(ig,k), 1.E-10) |
---|
| 275 | IF (ri<ric) THEN |
---|
| 276 | rif(ig, k) = frif(ri) |
---|
| 277 | ELSE |
---|
| 278 | rif(ig, k) = rifc |
---|
| 279 | END IF |
---|
[2721] | 280 | if (new_yamada4) then |
---|
| 281 | alpha(ig, k) = max(falpha(rif(ig,k)),seuilalpha) |
---|
| 282 | sm(ig, k) = max(fsm(rif(ig,k)),seuilsm) |
---|
| 283 | else |
---|
[1992] | 284 | IF (rif(ig,k)<0.16) THEN |
---|
| 285 | alpha(ig, k) = falpha(rif(ig,k)) |
---|
| 286 | sm(ig, k) = fsm(rif(ig,k)) |
---|
| 287 | ELSE |
---|
[2561] | 288 | alpha(ig, k) = seuilalpha |
---|
| 289 | sm(ig, k) = seuilsm |
---|
[1992] | 290 | END IF |
---|
[2721] | 291 | |
---|
| 292 | end if |
---|
[1992] | 293 | zz(ig, k) = b1*m2(ig, k)*(1.-rif(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
| 294 | END DO |
---|
| 295 | END DO |
---|
[1738] | 296 | |
---|
| 297 | |
---|
| 298 | |
---|
[2721] | 299 | |
---|
| 300 | |
---|
| 301 | !======================================================================= |
---|
| 302 | ! DIFFERENT TYPES DE SCHEMA de YAMADA |
---|
| 303 | !======================================================================= |
---|
| 304 | |
---|
[2817] | 305 | ! On commence par calculer q2 a partir de la tke |
---|
[2721] | 306 | |
---|
| 307 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
| 308 | DO k=1,klev+1 |
---|
| 309 | q2(1:ngrid,k)=tke(1:ngrid,k)*ydeux |
---|
| 310 | ENDDO |
---|
| 311 | ELSE |
---|
| 312 | DO k=1,klev+1 |
---|
| 313 | q2(1:ngrid,k)=tke(1:ngrid,k) |
---|
| 314 | ENDDO |
---|
| 315 | ENDIF |
---|
| 316 | |
---|
[2561] | 317 | ! ==================================================================== |
---|
| 318 | ! Computing the mixing length |
---|
| 319 | ! ==================================================================== |
---|
[541] | 320 | |
---|
[2561] | 321 | |
---|
[2573] | 322 | CALL mixinglength(ni,nsrf,ngrid,iflag_pbl,pbl_lmixmin_alpha,lmixmin,zlay,zlev,u,v,q2,n2, l) |
---|
[541] | 323 | |
---|
| 324 | |
---|
[2561] | 325 | !-------------- |
---|
[1992] | 326 | ! Yamada 2.0 |
---|
[2561] | 327 | !-------------- |
---|
[1992] | 328 | IF (iflag_pbl==6) THEN |
---|
[2561] | 329 | |
---|
[1992] | 330 | DO k = 2, klev |
---|
[2574] | 331 | q2(1:ngrid, k) = l(1:ngrid, k)**2*zz(1:ngrid, k) |
---|
[1992] | 332 | END DO |
---|
| 333 | |
---|
| 334 | |
---|
[2561] | 335 | !------------------ |
---|
| 336 | ! Yamada 2.Fournier |
---|
| 337 | !------------------ |
---|
| 338 | |
---|
[1992] | 339 | ELSE IF (iflag_pbl==7) THEN |
---|
| 340 | |
---|
[2561] | 341 | |
---|
[1992] | 342 | ! Calcul de l, km, au pas precedent |
---|
[2561] | 343 | !.................................... |
---|
[1992] | 344 | DO k = 2, klev |
---|
| 345 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 346 | delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig,k)**2*sm(ig,k)) |
---|
| 347 | kmpre(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
| 348 | mpre(ig, k) = sqrt(m2(ig,k)) |
---|
| 349 | END DO |
---|
| 350 | END DO |
---|
| 351 | |
---|
| 352 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 353 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 354 | m2cstat = max(alpha(ig,k)*n2(ig,k)+delta(ig,k)/b1, 1.E-12) |
---|
| 355 | mcstat = sqrt(m2cstat) |
---|
| 356 | |
---|
[2561] | 357 | ! Puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m supposee en q3 |
---|
| 358 | !......................................................................... |
---|
[1992] | 359 | |
---|
| 360 | IF (k==2) THEN |
---|
| 361 | kmcstat = 1.E+0/mcstat*(unsdz(ig,k)*kmpre(ig,k+1)*mpre(ig,k+1)+ & |
---|
| 362 | unsdz(ig,k-1)*cd(ig)*(sqrt(u(ig,3)**2+v(ig,3)**2)-mcstat/unsdzdec & |
---|
| 363 | (ig,k)-mpre(ig,k+1)/unsdzdec(ig,k+1))**2)/(unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k & |
---|
| 364 | -1)) |
---|
[541] | 365 | ELSE |
---|
[1992] | 366 | kmcstat = 1.E+0/mcstat*(unsdz(ig,k)*kmpre(ig,k+1)*mpre(ig,k+1)+ & |
---|
| 367 | unsdz(ig,k-1)*kmpre(ig,k-1)*mpre(ig,k-1))/ & |
---|
| 368 | (unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1)) |
---|
| 369 | END IF |
---|
[2561] | 370 | |
---|
[1992] | 371 | tmp2 = kmcstat/(sm(ig,k)/q2(ig,k))/l(ig, k) |
---|
| 372 | q2(ig, k) = max(tmp2, 1.E-12)**(2./3.) |
---|
[541] | 373 | |
---|
[1992] | 374 | END DO |
---|
| 375 | END DO |
---|
[541] | 376 | |
---|
[2561] | 377 | |
---|
| 378 | ! ------------------------ |
---|
[1992] | 379 | ! Yamada 2.5 a la Didi |
---|
[2561] | 380 | !------------------------- |
---|
[541] | 381 | |
---|
[2561] | 382 | ELSE IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==9) THEN |
---|
[541] | 383 | |
---|
[2561] | 384 | ! Calcul de l, km, au pas precedent |
---|
| 385 | !.................................... |
---|
[1992] | 386 | DO k = 2, klev |
---|
| 387 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 388 | delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig,k)**2*sm(ig,k)) |
---|
| 389 | IF (delta(ig,k)<1.E-20) THEN |
---|
| 390 | delta(ig, k) = 1.E-20 |
---|
| 391 | END IF |
---|
| 392 | km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
| 393 | aa0 = (m2(ig,k)-alpha(ig,k)*n2(ig,k)-delta(ig,k)/b1) |
---|
| 394 | aa1 = (m2(ig,k)*(1.-rif(ig,k))-delta(ig,k)/b1) |
---|
| 395 | aa(ig, k) = aa1*dt/(delta(ig,k)*l(ig,k)) |
---|
| 396 | qpre = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
| 397 | IF (aa(ig,k)>0.) THEN |
---|
| 398 | q2(ig, k) = (qpre+aa(ig,k)*qpre*qpre)**2 |
---|
| 399 | ELSE |
---|
| 400 | q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 |
---|
| 401 | END IF |
---|
| 402 | ! else ! iflag_pbl=9 |
---|
| 403 | ! if (aa(ig,k)*qpre.gt.0.9) then |
---|
| 404 | ! q2(ig,k)=(qpre*10.)**2 |
---|
| 405 | ! else |
---|
| 406 | ! q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 |
---|
| 407 | ! endif |
---|
| 408 | ! endif |
---|
| 409 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
| 410 | END DO |
---|
| 411 | END DO |
---|
[1738] | 412 | |
---|
[1992] | 413 | ELSE IF (iflag_pbl>=10) THEN |
---|
[1738] | 414 | |
---|
[2817] | 415 | IF (yamada4_num>=1) THEN |
---|
| 416 | |
---|
[1992] | 417 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
[2817] | 418 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 419 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
| 420 | km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
| 421 | shear(ig,k)=km(ig, k)*m2(ig, k) |
---|
| 422 | buoy(ig,k)=km(ig, k)*m2(ig, k)*(-1.*rif(ig,k)) |
---|
| 423 | dissip(ig,k)=((sqrt(q2(ig,k)))**3)/(b1*l(ig,k)) |
---|
| 424 | ENDDO |
---|
| 425 | ENDDO |
---|
| 426 | |
---|
| 427 | IF (yamada4_num==1) THEN ! Schema du MAR tel quel |
---|
| 428 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 429 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 430 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
[2828] | 431 | tkeprov= tkeprov* & |
---|
[2817] | 432 | & (tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))))/ & |
---|
| 433 | & (tkeprov+dt*((-1.)*min(0.,buoy(ig,k))+dissip(ig,k))) |
---|
[2828] | 434 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
[2817] | 435 | ENDDO |
---|
| 436 | ENDDO |
---|
[2828] | 437 | ELSE IF (yamada4_num==2) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
[2817] | 438 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 439 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 440 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
[2828] | 441 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)) |
---|
| 442 | tkeprov = tkeprov/(1.+dt*disseff/(2.*tkeprov))**2 |
---|
| 443 | tkeprov= tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))) |
---|
| 444 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
[2817] | 445 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
| 446 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
| 447 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
| 448 | ENDDO |
---|
| 449 | ENDDO |
---|
[2828] | 450 | ELSE IF (yamada4_num==3) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
| 451 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 452 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 453 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
| 454 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)) |
---|
| 455 | tkeprov=tkeprov*exp(-dt*disseff/tkeprov) |
---|
| 456 | tkeprov= tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))) |
---|
| 457 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
| 458 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
| 459 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
| 460 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
| 461 | ENDDO |
---|
| 462 | ENDDO |
---|
| 463 | ELSE IF (yamada4_num==4) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
| 464 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 465 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 466 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
| 467 | tkeprov= tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))) |
---|
| 468 | tkeprov= tkeprov* & |
---|
| 469 | & tkeprov/ & |
---|
| 470 | & (tkeprov+dt*((-1.)*min(0.,buoy(ig,k))+dissip(ig,k))) |
---|
| 471 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
| 472 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
| 473 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
| 474 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
| 475 | ENDDO |
---|
| 476 | ENDDO |
---|
| 477 | ELSE IF (yamada4_num==5) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
| 478 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 479 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 480 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
| 481 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)) |
---|
| 482 | tkeexp=exp(-dt*disseff/tkeprov) |
---|
| 483 | tkeprov= shear(ig,k)*tkeprov/disseff*(1.-tkeexp)+tkeprov*tkeexp |
---|
| 484 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
| 485 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
| 486 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
| 487 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
| 488 | ENDDO |
---|
| 489 | ENDDO |
---|
| 490 | ELSE IF (yamada4_num==6) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
| 491 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 492 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 493 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
| 494 | tkeprov=tkeprov+max(buoy(ig,k)+shear(ig,k),0.)*dt |
---|
| 495 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)+shear(ig,k)) |
---|
| 496 | tkeexp=exp(-dt*disseff/tkeprov) |
---|
| 497 | tkeprov= tkeprov*tkeexp |
---|
| 498 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
| 499 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
| 500 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
| 501 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
| 502 | ENDDO |
---|
| 503 | ENDDO |
---|
[2817] | 504 | ENDIF |
---|
| 505 | |
---|
| 506 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 507 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 508 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
| 509 | ENDDO |
---|
| 510 | ENDDO |
---|
| 511 | |
---|
| 512 | ELSE |
---|
| 513 | |
---|
| 514 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
[2574] | 515 | km(1:ngrid, k) = l(1:ngrid, k)*sqrt(q2(1:ngrid,k))*sm(1:ngrid, k) |
---|
[2721] | 516 | q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) + ydeux*dt*km(1:ngrid, k)*m2(1:ngrid, k)*(1.-rif(1:ngrid,k)) |
---|
| 517 | ! q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) + dt*km(1:ngrid, k)*m2(1:ngrid, k)*(1.-rif(1:ngrid,k)) |
---|
[2574] | 518 | q2(1:ngrid, k) = min(max(q2(1:ngrid,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
[2721] | 519 | q2(1:ngrid, k) = 1./(1./sqrt(q2(1:ngrid,k))+dt/(yun*l(1:ngrid,k)*b1)) |
---|
| 520 | ! q2(1:ngrid, k) = 1./(1./sqrt(q2(1:ngrid,k))+dt/(2*l(1:ngrid,k)*b1)) |
---|
[2574] | 521 | q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k)*q2(1:ngrid, k) |
---|
[1992] | 522 | END DO |
---|
[1738] | 523 | |
---|
[2817] | 524 | ENDIF |
---|
[1738] | 525 | |
---|
[1992] | 526 | ELSE |
---|
| 527 | STOP 'Cas nom prevu dans yamada4' |
---|
[541] | 528 | |
---|
[1992] | 529 | END IF ! Fin du cas 8 |
---|
[541] | 530 | |
---|
| 531 | |
---|
[1992] | 532 | ! ==================================================================== |
---|
[2561] | 533 | ! Calcul des coefficients de melange |
---|
[1992] | 534 | ! ==================================================================== |
---|
[2561] | 535 | |
---|
[1992] | 536 | DO k = 2, klev |
---|
| 537 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 538 | zq = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
[2561] | 539 | km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k) ! For momentum |
---|
| 540 | kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k) ! For scalars |
---|
| 541 | kq(ig, k) = l(ig, k)*zq*0.2 ! For TKE |
---|
[1992] | 542 | END DO |
---|
| 543 | END DO |
---|
[2561] | 544 | |
---|
| 545 | |
---|
| 546 | !==================================================================== |
---|
| 547 | ! Transport diffusif vertical de la TKE par la TKE |
---|
| 548 | !==================================================================== |
---|
| 549 | |
---|
| 550 | |
---|
[1992] | 551 | ! initialize near-surface and top-layer mixing coefficients |
---|
[2561] | 552 | !........................................................... |
---|
[541] | 553 | |
---|
[2561] | 554 | kq(1:ngrid, 1) = kq(1:ngrid, 2) ! constant (ie no gradient) near the surface |
---|
| 555 | kq(1:ngrid, klev+1) = 0 ! zero at the top |
---|
| 556 | |
---|
| 557 | ! Transport diffusif vertical de la TKE. |
---|
| 558 | !....................................... |
---|
| 559 | |
---|
[1992] | 560 | IF (iflag_pbl>=12) THEN |
---|
[2574] | 561 | q2(1:ngrid, 1) = q2(1:ngrid, 2) |
---|
[1992] | 562 | CALL vdif_q2(dt, g, rconst, ngrid, plev, temp, kq, q2) |
---|
| 563 | END IF |
---|
[541] | 564 | |
---|
| 565 | |
---|
[2561] | 566 | !==================================================================== |
---|
| 567 | ! Traitement particulier pour les cas tres stables, introduction d'une |
---|
| 568 | ! longueur de m??lange minimale |
---|
| 569 | !==================================================================== |
---|
| 570 | ! |
---|
| 571 | ! Reference: Local versus Nonlocal boundary-layer diffusion in a global climate model |
---|
| 572 | ! Holtslag A.A.M. and Boville B.A. |
---|
| 573 | ! J. Clim., 6, 1825-1842, 1993 |
---|
[541] | 574 | |
---|
[2561] | 575 | |
---|
| 576 | IF (hboville) THEN |
---|
| 577 | |
---|
| 578 | |
---|
[1992] | 579 | IF (prt_level>1) THEN |
---|
| 580 | PRINT *, 'YAMADA4 0' |
---|
[2561] | 581 | END IF |
---|
| 582 | |
---|
[1992] | 583 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 584 | coriol(ig) = 1.E-4 |
---|
| 585 | pblhmin(ig) = 0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)), 2.546E-5) |
---|
| 586 | END DO |
---|
[1738] | 587 | |
---|
[1992] | 588 | IF (1==1) THEN |
---|
| 589 | IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==10) THEN |
---|
[1738] | 590 | |
---|
[1992] | 591 | DO k = 2, klev |
---|
| 592 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 593 | IF (teta(ig,2)>teta(ig,1)) THEN |
---|
| 594 | qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))**2 |
---|
| 595 | kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin |
---|
| 596 | ELSE |
---|
| 597 | kmin = -1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. |
---|
| 598 | END IF |
---|
| 599 | IF (kn(ig,k)<kmin .OR. km(ig,k)<kmin) THEN |
---|
[2561] | 600 | |
---|
[1992] | 601 | kn(ig, k) = kmin |
---|
| 602 | km(ig, k) = kmin |
---|
| 603 | kq(ig, k) = kmin |
---|
[2561] | 604 | |
---|
| 605 | ! la longueur de melange est suposee etre l= kap z |
---|
| 606 | ! K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 |
---|
| 607 | |
---|
[1992] | 608 | q2(ig, k) = (qmin/sm(ig,k))**2 |
---|
| 609 | END IF |
---|
| 610 | END DO |
---|
| 611 | END DO |
---|
[1738] | 612 | |
---|
[1992] | 613 | ELSE |
---|
| 614 | DO k = 2, klev |
---|
| 615 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 616 | IF (teta(ig,2)>teta(ig,1)) THEN |
---|
| 617 | qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))**2 |
---|
| 618 | kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin |
---|
| 619 | ELSE |
---|
| 620 | kmin = -1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. |
---|
| 621 | END IF |
---|
| 622 | IF (kn(ig,k)<kmin .OR. km(ig,k)<kmin) THEN |
---|
| 623 | kn(ig, k) = kmin |
---|
| 624 | km(ig, k) = kmin |
---|
| 625 | kq(ig, k) = kmin |
---|
[2561] | 626 | ! la longueur de melange est suposee etre l= kap z |
---|
| 627 | ! K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 |
---|
[1992] | 628 | sm(ig, k) = 1. |
---|
| 629 | alpha(ig, k) = 1. |
---|
| 630 | q2(ig, k) = min((qmin/sm(ig,k))**2, 10.) |
---|
| 631 | zq = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
| 632 | km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k) |
---|
| 633 | kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k) |
---|
| 634 | kq(ig, k) = l(ig, k)*zq*0.2 |
---|
| 635 | END IF |
---|
| 636 | END DO |
---|
| 637 | END DO |
---|
| 638 | END IF |
---|
[1738] | 639 | |
---|
[1992] | 640 | END IF |
---|
[541] | 641 | |
---|
[2561] | 642 | END IF ! hboville |
---|
| 643 | |
---|
[2828] | 644 | ! Ajout d'une viscosite moleculaire |
---|
| 645 | km(:,:)=km(:,:)+viscom |
---|
| 646 | kn(:,:)=kn(:,:)+viscoh |
---|
| 647 | kq(:,:)=kq(:,:)+viscoh |
---|
| 648 | |
---|
[1992] | 649 | IF (prt_level>1) THEN |
---|
| 650 | PRINT *, 'YAMADA4 1' |
---|
| 651 | END IF !(prt_level>1) THEN |
---|
[2561] | 652 | |
---|
| 653 | |
---|
| 654 | !====================================================== |
---|
| 655 | ! Estimations de w'2 et T'2 d'apres Abdela et McFarlane |
---|
| 656 | !====================================================== |
---|
| 657 | ! |
---|
| 658 | ! Reference: A New Second-Order Turbulence Closure Scheme for the Planetary Boundary Layer |
---|
| 659 | ! Abdella K and McFarlane N |
---|
| 660 | ! J. Atmos. Sci., 54, 1850-1867, 1997 |
---|
| 661 | |
---|
[1992] | 662 | ! Diagnostique pour stokage |
---|
[2561] | 663 | !.......................... |
---|
[541] | 664 | |
---|
[1992] | 665 | IF (1==0) THEN |
---|
| 666 | rino = rif |
---|
| 667 | smyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
| 668 | styam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
| 669 | lyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
| 670 | knyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
| 671 | w2yam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
| 672 | t2yam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
[878] | 673 | |
---|
[1992] | 674 | smyam(1:ngrid, 2:klev) = sm(1:ngrid, 2:klev) |
---|
| 675 | styam(1:ngrid, 2:klev) = sm(1:ngrid, 2:klev)*alpha(1:ngrid, 2:klev) |
---|
| 676 | lyam(1:ngrid, 2:klev) = l(1:ngrid, 2:klev) |
---|
| 677 | knyam(1:ngrid, 2:klev) = kn(1:ngrid, 2:klev) |
---|
[541] | 678 | |
---|
| 679 | |
---|
[2561] | 680 | ! Calcul de w'2 et T'2 |
---|
| 681 | !....................... |
---|
| 682 | |
---|
[1992] | 683 | w2yam(1:ngrid, 2:klev) = q2(1:ngrid, 2:klev)*0.24 + & |
---|
| 684 | lyam(1:ngrid, 2:klev)*5.17*kn(1:ngrid, 2:klev)*n2(1:ngrid, 2:klev)/ & |
---|
| 685 | sqrt(q2(1:ngrid,2:klev)) |
---|
[541] | 686 | |
---|
[1992] | 687 | t2yam(1:ngrid, 2:klev) = 9.1*kn(1:ngrid, 2:klev)* & |
---|
| 688 | dtetadz(1:ngrid, 2:klev)**2/sqrt(q2(1:ngrid,2:klev))* & |
---|
| 689 | lyam(1:ngrid, 2:klev) |
---|
| 690 | END IF |
---|
[1403] | 691 | |
---|
[2721] | 692 | |
---|
| 693 | |
---|
[2561] | 694 | !============================================================================ |
---|
[2817] | 695 | ! Mise a jour de la tke |
---|
[2721] | 696 | !============================================================================ |
---|
[2561] | 697 | |
---|
[2721] | 698 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
| 699 | DO k=1,klev+1 |
---|
| 700 | tke(1:ngrid,k)=q2(1:ngrid,k)/ydeux |
---|
| 701 | ENDDO |
---|
| 702 | ELSE |
---|
| 703 | DO k=1,klev+1 |
---|
| 704 | tke(1:ngrid,k)=q2(1:ngrid,k) |
---|
| 705 | ENDDO |
---|
| 706 | ENDIF |
---|
| 707 | |
---|
| 708 | |
---|
| 709 | !============================================================================ |
---|
| 710 | |
---|
[1992] | 711 | first = .FALSE. |
---|
| 712 | RETURN |
---|
[2561] | 713 | |
---|
| 714 | |
---|
[1992] | 715 | END SUBROUTINE yamada4 |
---|
[2561] | 716 | |
---|
| 717 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
| 718 | |
---|
| 719 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
[1992] | 720 | SUBROUTINE vdif_q2(timestep, gravity, rconst, ngrid, plev, temp, kmy, q2) |
---|
[2561] | 721 | |
---|
[1992] | 722 | USE dimphy |
---|
| 723 | IMPLICIT NONE |
---|
[2561] | 724 | |
---|
| 725 | include "dimensions.h" |
---|
[1403] | 726 | |
---|
[2561] | 727 | ! vdif_q2: subroutine qui calcule la diffusion de la TKE par la TKE |
---|
| 728 | ! avec un schema implicite en temps avec |
---|
| 729 | ! inversion d'un syst??me tridiagonal |
---|
| 730 | ! |
---|
| 731 | ! Reference: Description of the interface with the surface and |
---|
| 732 | ! the computation of the turbulet diffusion in LMDZ |
---|
| 733 | ! Technical note on LMDZ |
---|
| 734 | ! Dufresne, J-L, Ghattas, J. and Grandpeix, J-Y |
---|
| 735 | ! |
---|
| 736 | !============================================================================ |
---|
| 737 | ! Declarations |
---|
| 738 | !============================================================================ |
---|
[1403] | 739 | |
---|
[1992] | 740 | REAL plev(klon, klev+1) |
---|
| 741 | REAL temp(klon, klev) |
---|
| 742 | REAL timestep |
---|
| 743 | REAL gravity, rconst |
---|
| 744 | REAL kstar(klon, klev+1), zz |
---|
| 745 | REAL kmy(klon, klev+1) |
---|
| 746 | REAL q2(klon, klev+1) |
---|
| 747 | REAL deltap(klon, klev+1) |
---|
| 748 | REAL denom(klon, klev+1), alpha(klon, klev+1), beta(klon, klev+1) |
---|
| 749 | INTEGER ngrid |
---|
[1403] | 750 | |
---|
[1992] | 751 | INTEGER i, k |
---|
[1403] | 752 | |
---|
[2561] | 753 | |
---|
| 754 | !========================================================================= |
---|
| 755 | ! Calcul |
---|
| 756 | !========================================================================= |
---|
| 757 | |
---|
[1992] | 758 | DO k = 1, klev |
---|
| 759 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 760 | zz = (plev(i,k)+plev(i,k+1))*gravity/(rconst*temp(i,k)) |
---|
| 761 | kstar(i, k) = 0.125*(kmy(i,k+1)+kmy(i,k))*zz*zz/ & |
---|
| 762 | (plev(i,k)-plev(i,k+1))*timestep |
---|
| 763 | END DO |
---|
| 764 | END DO |
---|
[1403] | 765 | |
---|
[1992] | 766 | DO k = 2, klev |
---|
| 767 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 768 | deltap(i, k) = 0.5*(plev(i,k-1)-plev(i,k+1)) |
---|
| 769 | END DO |
---|
| 770 | END DO |
---|
| 771 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 772 | deltap(i, 1) = 0.5*(plev(i,1)-plev(i,2)) |
---|
| 773 | deltap(i, klev+1) = 0.5*(plev(i,klev)-plev(i,klev+1)) |
---|
| 774 | denom(i, klev+1) = deltap(i, klev+1) + kstar(i, klev) |
---|
| 775 | alpha(i, klev+1) = deltap(i, klev+1)*q2(i, klev+1)/denom(i, klev+1) |
---|
| 776 | beta(i, klev+1) = kstar(i, klev)/denom(i, klev+1) |
---|
| 777 | END DO |
---|
[1403] | 778 | |
---|
[1992] | 779 | DO k = klev, 2, -1 |
---|
| 780 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 781 | denom(i, k) = deltap(i, k) + (1.-beta(i,k+1))*kstar(i, k) + & |
---|
| 782 | kstar(i, k-1) |
---|
| 783 | alpha(i, k) = (q2(i,k)*deltap(i,k)+kstar(i,k)*alpha(i,k+1))/denom(i, k) |
---|
| 784 | beta(i, k) = kstar(i, k-1)/denom(i, k) |
---|
| 785 | END DO |
---|
| 786 | END DO |
---|
[1403] | 787 | |
---|
[1992] | 788 | ! Si on recalcule q2(1) |
---|
[2561] | 789 | !....................... |
---|
[1992] | 790 | IF (1==0) THEN |
---|
| 791 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 792 | denom(i, 1) = deltap(i, 1) + (1-beta(i,2))*kstar(i, 1) |
---|
| 793 | q2(i, 1) = (q2(i,1)*deltap(i,1)+kstar(i,1)*alpha(i,2))/denom(i, 1) |
---|
| 794 | END DO |
---|
| 795 | END IF |
---|
[1403] | 796 | |
---|
[2561] | 797 | |
---|
[1992] | 798 | DO k = 2, klev + 1 |
---|
| 799 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 800 | q2(i, k) = alpha(i, k) + beta(i, k)*q2(i, k-1) |
---|
| 801 | END DO |
---|
| 802 | END DO |
---|
[1403] | 803 | |
---|
[1992] | 804 | RETURN |
---|
| 805 | END SUBROUTINE vdif_q2 |
---|
[2561] | 806 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
| 807 | |
---|
| 808 | |
---|
| 809 | |
---|
| 810 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
| 811 | SUBROUTINE vdif_q2e(timestep, gravity, rconst, ngrid, plev, temp, kmy, q2) |
---|
| 812 | |
---|
| 813 | USE dimphy |
---|
[1992] | 814 | IMPLICIT NONE |
---|
[1403] | 815 | |
---|
[2561] | 816 | include "dimensions.h" |
---|
| 817 | ! |
---|
| 818 | ! vdif_q2e: subroutine qui calcule la diffusion de TKE par la TKE |
---|
| 819 | ! avec un schema explicite en temps |
---|
[1403] | 820 | |
---|
[2561] | 821 | |
---|
| 822 | !==================================================== |
---|
| 823 | ! Declarations |
---|
| 824 | !==================================================== |
---|
| 825 | |
---|
[1992] | 826 | REAL plev(klon, klev+1) |
---|
| 827 | REAL temp(klon, klev) |
---|
| 828 | REAL timestep |
---|
| 829 | REAL gravity, rconst |
---|
| 830 | REAL kstar(klon, klev+1), zz |
---|
| 831 | REAL kmy(klon, klev+1) |
---|
| 832 | REAL q2(klon, klev+1) |
---|
| 833 | REAL deltap(klon, klev+1) |
---|
| 834 | REAL denom(klon, klev+1), alpha(klon, klev+1), beta(klon, klev+1) |
---|
| 835 | INTEGER ngrid |
---|
| 836 | INTEGER i, k |
---|
[1403] | 837 | |
---|
[2561] | 838 | |
---|
| 839 | !================================================== |
---|
| 840 | ! Calcul |
---|
| 841 | !================================================== |
---|
| 842 | |
---|
[1992] | 843 | DO k = 1, klev |
---|
| 844 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 845 | zz = (plev(i,k)+plev(i,k+1))*gravity/(rconst*temp(i,k)) |
---|
| 846 | kstar(i, k) = 0.125*(kmy(i,k+1)+kmy(i,k))*zz*zz/ & |
---|
| 847 | (plev(i,k)-plev(i,k+1))*timestep |
---|
| 848 | END DO |
---|
| 849 | END DO |
---|
[1403] | 850 | |
---|
[1992] | 851 | DO k = 2, klev |
---|
| 852 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 853 | deltap(i, k) = 0.5*(plev(i,k-1)-plev(i,k+1)) |
---|
| 854 | END DO |
---|
| 855 | END DO |
---|
| 856 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 857 | deltap(i, 1) = 0.5*(plev(i,1)-plev(i,2)) |
---|
| 858 | deltap(i, klev+1) = 0.5*(plev(i,klev)-plev(i,klev+1)) |
---|
| 859 | END DO |
---|
| 860 | |
---|
| 861 | DO k = klev, 2, -1 |
---|
| 862 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 863 | q2(i, k) = q2(i, k) + (kstar(i,k)*(q2(i,k+1)-q2(i, & |
---|
| 864 | k))-kstar(i,k-1)*(q2(i,k)-q2(i,k-1)))/deltap(i, k) |
---|
| 865 | END DO |
---|
| 866 | END DO |
---|
| 867 | |
---|
| 868 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 869 | q2(i, 1) = q2(i, 1) + (kstar(i,1)*(q2(i,2)-q2(i,1)))/deltap(i, 1) |
---|
| 870 | q2(i, klev+1) = q2(i, klev+1) + (-kstar(i,klev)*(q2(i,klev+1)-q2(i, & |
---|
| 871 | klev)))/deltap(i, klev+1) |
---|
| 872 | END DO |
---|
| 873 | |
---|
| 874 | RETURN |
---|
| 875 | END SUBROUTINE vdif_q2e |
---|
[2561] | 876 | |
---|
| 877 | !++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
| 878 | |
---|
| 879 | |
---|
| 880 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
| 881 | |
---|
[2573] | 882 | SUBROUTINE mixinglength(ni, nsrf, ngrid,iflag_pbl,pbl_lmixmin_alpha,lmixmin,zlay,zlev,u,v,q2,n2, lmix) |
---|
[2561] | 883 | |
---|
| 884 | |
---|
| 885 | |
---|
| 886 | USE dimphy |
---|
| 887 | USE phys_state_var_mod, only: zstd, zsig, zmea |
---|
| 888 | USE phys_local_var_mod, only: l_mixmin, l_mix |
---|
| 889 | |
---|
| 890 | ! zstd: ecart type de la'altitud e sous-maille |
---|
| 891 | ! zmea: altitude moyenne sous maille |
---|
| 892 | ! zsig: pente moyenne de le maille |
---|
| 893 | |
---|
| 894 | USE geometry_mod, only: cell_area |
---|
| 895 | ! aire_cell: aire de la maille |
---|
| 896 | |
---|
| 897 | IMPLICIT NONE |
---|
| 898 | !************************************************************************* |
---|
| 899 | ! Subrourine qui calcule la longueur de m??lange dans le sch??ma de turbulence |
---|
| 900 | ! avec la formule de Blackadar |
---|
| 901 | ! Calcul d'un minimum en fonction de l'orographie sous-maille: |
---|
| 902 | ! L'id??e est la suivante: plus il y a de relief, plus il y a du m??lange |
---|
| 903 | ! induit par les circulations meso et submeso ??chelles. |
---|
| 904 | ! |
---|
| 905 | ! References: * The vertical distribution of wind and turbulent exchange in a neutral atmosphere |
---|
| 906 | ! Blackadar A.K. |
---|
| 907 | ! J. Geophys. Res., 64, No 8, 1962 |
---|
| 908 | ! |
---|
| 909 | ! * An evaluation of neutral and convective planetary boundary-layer parametrisations relative |
---|
| 910 | ! to large eddy simulations |
---|
| 911 | ! Ayotte K et al |
---|
| 912 | ! Boundary Layer Meteorology, 79, 131-175, 1996 |
---|
| 913 | ! |
---|
| 914 | ! |
---|
| 915 | ! * Local Similarity in the Stable Boundary Layer and Mixing length Approaches: consistency of concepts |
---|
| 916 | ! Van de Wiel B.J.H et al |
---|
| 917 | ! Boundary-Lay Meteorol, 128, 103-166, 2008 |
---|
| 918 | ! |
---|
| 919 | ! |
---|
| 920 | ! Histoire: |
---|
| 921 | !---------- |
---|
| 922 | ! * premi??re r??daction, Etienne et Frederic, 09/06/2016 |
---|
| 923 | ! |
---|
| 924 | ! *********************************************************************** |
---|
| 925 | |
---|
| 926 | !================================================================== |
---|
| 927 | ! Declarations |
---|
| 928 | !================================================================== |
---|
| 929 | |
---|
| 930 | ! Inputs |
---|
| 931 | !------- |
---|
| 932 | INTEGER ni(klon) ! indice sur la grille original (non restreinte) |
---|
| 933 | INTEGER nsrf ! Type de surface |
---|
| 934 | INTEGER ngrid ! Nombre de points concern??s sur l'horizontal |
---|
| 935 | INTEGER iflag_pbl ! Choix du sch??ma de turbulence |
---|
| 936 | REAL pbl_lmixmin_alpha ! on active ou non le calcul de la longueur de melange minimum |
---|
| 937 | REAL lmixmin ! Minimum absolu de la longueur de m??lange |
---|
| 938 | REAL zlay(klon, klev) ! altitude du centre de la couche |
---|
| 939 | REAL zlev(klon, klev+1) ! atitude de l'interface inf??rieure de la couche |
---|
| 940 | REAL u(klon, klev) ! vitesse du vent zonal |
---|
| 941 | REAL v(klon, klev) ! vitesse du vent meridional |
---|
| 942 | REAL q2(klon, klev+1) ! energie cin??tique turbulente |
---|
| 943 | REAL n2(klon, klev+1) ! frequence de Brunt-Vaisala |
---|
| 944 | |
---|
| 945 | !In/out |
---|
| 946 | !------- |
---|
| 947 | |
---|
[2573] | 948 | LOGICAL, SAVE :: firstcall = .TRUE. |
---|
| 949 | !$OMP THREADPRIVATE(firstcall) |
---|
[2561] | 950 | |
---|
| 951 | ! Outputs |
---|
| 952 | !--------- |
---|
| 953 | |
---|
| 954 | REAL lmix(klon, klev+1) ! Longueur de melange |
---|
| 955 | |
---|
| 956 | |
---|
| 957 | ! Local |
---|
| 958 | !------- |
---|
| 959 | |
---|
| 960 | INTEGER ig,jg, k |
---|
| 961 | REAL h_oro(klon) |
---|
| 962 | REAL hlim(klon) |
---|
| 963 | REAL, SAVE :: kap=0.4,kapb=0.4 |
---|
| 964 | REAL zq |
---|
| 965 | REAL sq(klon), sqz(klon) |
---|
| 966 | REAL, ALLOCATABLE, SAVE :: l0(:) |
---|
| 967 | !$OMP THREADPRIVATE(l0) |
---|
| 968 | REAL fl, zzz, zl0, zq2, zn2 |
---|
| 969 | REAL famorti, zzzz, zh_oro, zhlim |
---|
| 970 | REAL l1(klon, klev+1), l2(klon,klev+1) |
---|
| 971 | REAL winds(klon, klev) |
---|
| 972 | REAL xcell |
---|
| 973 | REAL zstdslope(klon) |
---|
| 974 | REAL lmax |
---|
| 975 | REAL l2strat, l2neutre, extent |
---|
| 976 | REAL l2limit(klon) |
---|
| 977 | !=============================================================== |
---|
| 978 | ! Fonctions utiles |
---|
| 979 | !=============================================================== |
---|
| 980 | |
---|
| 981 | ! Calcul de l suivant la formule de Blackadar 1962 adapt??e par Ayotte 1996 |
---|
| 982 | !.......................................................................... |
---|
| 983 | |
---|
| 984 | fl(zzz, zl0, zq2, zn2) = max(min(l0(ig)*kap*zlev(ig, & |
---|
| 985 | k)/(kap*zlev(ig,k)+l0(ig)),0.5*sqrt(q2(ig,k))/sqrt( & |
---|
| 986 | max(n2(ig,k),1.E-10))), 1.E-5) |
---|
| 987 | |
---|
| 988 | ! Fonction d'amortissement de la turbulence au dessus de la montagne |
---|
| 989 | ! On augmente l'amortissement en diminuant la valeur de hlim (extent) dans le code |
---|
| 990 | !..................................................................... |
---|
| 991 | |
---|
| 992 | famorti(zzzz, zh_oro, zhlim)=(-1.)*ATAN((zzzz-zh_oro)/(zhlim-zh_oro))*2./3.1416+1. |
---|
| 993 | |
---|
[2574] | 994 | IF (ngrid==0) RETURN |
---|
[2561] | 995 | |
---|
| 996 | IF (firstcall) THEN |
---|
| 997 | ALLOCATE (l0(klon)) |
---|
| 998 | firstcall = .FALSE. |
---|
| 999 | END IF |
---|
| 1000 | |
---|
| 1001 | |
---|
| 1002 | !===================================================================== |
---|
| 1003 | ! CALCUL de la LONGUEUR de m??lange suivant BLACKADAR: l1 |
---|
| 1004 | !===================================================================== |
---|
| 1005 | |
---|
| 1006 | |
---|
| 1007 | IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==10) THEN |
---|
| 1008 | |
---|
| 1009 | |
---|
| 1010 | ! Iterative computation of l0 |
---|
| 1011 | ! This version is kept for iflag_pbl only for convergence |
---|
| 1012 | ! with NPv3.1 Cmip5 simulations |
---|
| 1013 | !................................................................... |
---|
| 1014 | |
---|
| 1015 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 1016 | sq(ig) = 1.E-10 |
---|
| 1017 | sqz(ig) = 1.E-10 |
---|
| 1018 | END DO |
---|
| 1019 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 1020 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 1021 | zq = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
| 1022 | sqz(ig) = sqz(ig) + zq*zlev(ig, k)*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
---|
| 1023 | sq(ig) = sq(ig) + zq*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
---|
| 1024 | END DO |
---|
| 1025 | END DO |
---|
| 1026 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 1027 | l0(ig) = 0.2*sqz(ig)/sq(ig) |
---|
| 1028 | END DO |
---|
| 1029 | DO k = 2, klev |
---|
| 1030 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 1031 | l1(ig, k) = fl(zlev(ig,k), l0(ig), q2(ig,k), n2(ig,k)) |
---|
| 1032 | END DO |
---|
| 1033 | END DO |
---|
| 1034 | |
---|
| 1035 | ELSE |
---|
| 1036 | |
---|
| 1037 | |
---|
| 1038 | ! In all other case, the assymptotic mixing length l0 is imposed (150m) |
---|
| 1039 | !...................................................................... |
---|
| 1040 | |
---|
[2574] | 1041 | l0(1:ngrid) = 150. |
---|
[2561] | 1042 | DO k = 2, klev |
---|
| 1043 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 1044 | l1(ig, k) = fl(zlev(ig,k), l0(ig), q2(ig,k), n2(ig,k)) |
---|
| 1045 | END DO |
---|
| 1046 | END DO |
---|
| 1047 | |
---|
| 1048 | END IF |
---|
| 1049 | |
---|
| 1050 | !================================================================================= |
---|
| 1051 | ! CALCUL d'une longueur de melange en fonctions de la topographie sous maille: l2 |
---|
| 1052 | ! si plb_lmixmin_alpha=TRUE et si on se trouve sur de la terre ( pas actif sur les |
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| 1053 | ! glacier, la glace de mer et les oc??ans) |
---|
| 1054 | !================================================================================= |
---|
| 1055 | |
---|
[2574] | 1056 | l2(1:ngrid,:)=0.0 |
---|
| 1057 | l_mixmin(1:ngrid,:,nsrf)=0. |
---|
| 1058 | l_mix(1:ngrid,:,nsrf)=0. |
---|
[2561] | 1059 | |
---|
| 1060 | IF (nsrf .EQ. 1) THEN |
---|
| 1061 | |
---|
| 1062 | ! coefficients |
---|
| 1063 | !-------------- |
---|
| 1064 | |
---|
[2574] | 1065 | extent=2. ! On ??tend l'impact du relief jusqu'?? extent*h, extent >1. |
---|
| 1066 | lmax=150. ! Longueur de m??lange max dans l'absolu |
---|
[2561] | 1067 | |
---|
| 1068 | ! calculs |
---|
| 1069 | !--------- |
---|
| 1070 | |
---|
[2574] | 1071 | DO ig=1,ngrid |
---|
[2561] | 1072 | |
---|
| 1073 | ! On calcule la hauteur du relief |
---|
| 1074 | !................................. |
---|
| 1075 | ! On ne peut pas prendre zstd seulement pour caracteriser le relief sous maille |
---|
| 1076 | ! car sur un terrain pentu mais sans relief, zstd est non nul (comme en Antarctique, C. Genthon) |
---|
| 1077 | ! On corrige donc zstd avec l'ecart type de l'altitude dans la maille sans relief |
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| 1078 | ! (en gros, une maille de taille xcell avec une pente constante zstdslope) |
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| 1079 | jg=ni(ig) |
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| 1080 | ! IF (zsig(jg) .EQ. 0.) THEN |
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| 1081 | ! zstdslope(ig)=0. |
---|
| 1082 | ! ELSE |
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| 1083 | ! xcell=sqrt(cell_area(jg)) |
---|
| 1084 | ! zstdslope(ig)=max((xcell*zsig(jg)-zmea(jg))**3 /(3.*zsig(jg)),0.) |
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| 1085 | ! zstdslope(ig)=sqrt(zstdslope(ig)) |
---|
| 1086 | ! END IF |
---|
| 1087 | |
---|
| 1088 | ! h_oro(ig)=max(zstd(jg)-zstdslope(ig),0.) ! Hauteur du relief |
---|
| 1089 | h_oro(ig)=zstd(jg) |
---|
| 1090 | hlim(ig)=extent*h_oro(ig) |
---|
[2574] | 1091 | ENDDO |
---|
[2561] | 1092 | |
---|
[2574] | 1093 | l2limit(1:ngrid)=0. |
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[2561] | 1094 | |
---|
[2574] | 1095 | DO k=2,klev |
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| 1096 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 1097 | winds(ig,k)=sqrt(u(ig,k)**2+v(ig,k)**2) |
---|
| 1098 | IF (zlev(ig,k) .LE. h_oro(ig)) THEN ! sous l'orographie |
---|
| 1099 | l2strat= kapb*pbl_lmixmin_alpha*winds(ig,k)/sqrt(max(n2(ig,k),1.E-10)) ! si stratifi??, amplitude d'oscillation * kappab (voir Van de Wiel et al 2008) |
---|
| 1100 | l2neutre=kap*zlev(ig,k)*h_oro(ig)/(kap*zlev(ig,k)+h_oro(ig)) ! Dans le cas neutre, formule de blackadar. tend asymptotiquement vers h |
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| 1101 | l2neutre=MIN(l2neutre,lmax) ! On majore par lmax |
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| 1102 | l2limit(ig)=MIN(l2neutre,l2strat) ! Calcule de l2 (minimum de la longueur en cas neutre et celle en situation stratifi??e) |
---|
| 1103 | l2(ig,k)=l2limit(ig) |
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[2561] | 1104 | |
---|
[2574] | 1105 | ELSE IF (zlev(ig,k) .LE. hlim(ig)) THEN ! Si on est au dessus des montagnes, mais affect?? encore par elles |
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[2561] | 1106 | |
---|
| 1107 | ! Au dessus des montagnes, on prend la l2limit au sommet des montagnes |
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| 1108 | ! (la derni??re calcul??e dans la boucle k, vu que k est un indice croissant avec z) |
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| 1109 | ! et on multiplie l2limit par une fonction qui d??croit entre h et hlim |
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[2574] | 1110 | l2(ig,k)=l2limit(ig)*famorti(zlev(ig,k),h_oro(ig), hlim(ig)) |
---|
| 1111 | ELSE ! Au dessus de extent*h, on prend l2=l0 |
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| 1112 | l2(ig,k)=0. |
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| 1113 | END IF |
---|
| 1114 | ENDDO |
---|
| 1115 | ENDDO |
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| 1116 | ENDIF ! pbl_lmixmin_alpha |
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[2561] | 1117 | |
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| 1118 | !================================================================================== |
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| 1119 | ! On prend le max entre la longueur de melange de blackadar et celle calcul??e |
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| 1120 | ! en fonction de la topographie |
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| 1121 | !=================================================================================== |
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| 1122 | |
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| 1123 | |
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| 1124 | DO k=2,klev |
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| 1125 | DO ig=1,ngrid |
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[2574] | 1126 | lmix(ig,k)=MAX(MAX(l1(ig,k), l2(ig,k)),lmixmin) |
---|
| 1127 | ENDDO |
---|
| 1128 | ENDDO |
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[2561] | 1129 | |
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[2574] | 1130 | ! Diagnostics |
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[2561] | 1131 | |
---|
| 1132 | DO k=2,klev |
---|
[2574] | 1133 | DO ig=1,ngrid |
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| 1134 | jg=ni(ig) |
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| 1135 | l_mix(jg,k,nsrf)=lmix(ig,k) |
---|
| 1136 | l_mixmin(jg,k,nsrf)=l2(ig,k) |
---|
| 1137 | ENDDO |
---|
[2561] | 1138 | ENDDO |
---|
[2574] | 1139 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 1140 | jg=ni(ig) |
---|
| 1141 | l_mix(jg,1,nsrf)=hlim(ig) |
---|
| 1142 | ENDDO |
---|
[2561] | 1143 | |
---|
| 1144 | |
---|
| 1145 | |
---|
| 1146 | END SUBROUTINE mixinglength |
---|