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Inclusion de la physique de MAR


Integration of MAR physics

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RevLine 
[2089]1      subroutine PHY_genTKE_RUN
2
3!------------------------------------------------------------------------------+
4!                                                         Sat 22-Jun-2013  MAR |
5!   MAR          PHY_genTKE_RUN                                                |
6!     subroutine PHY_genTKE_RUN computes   Turbulent Kinetic Energy            |
7!                                                                              |
8!     version 3.p.4.1 created by H. Gallee,               Fri 15-Mar-2013      |
9!           Last Modification by H. Gallee,               Sat 22-Jun-2013      |
10!                                                                              |
11!------------------------------------------------------------------------------+
12!                                                                              |
13!   METHOD: 1. `Standard' Closure of Turbulence:                               |
14!   ^^^^^^^     E - epsilon  , Duynkerke,           JAS 45, 865--880, 1988     |
15!           2.  E - epsilon  , Huang and Raman,     BLM 55, 381--407, 1991     |
16!           3.  K - l        , Therry et Lacarrere, BLM 25,  63-- 88, 1983     |
17!                                                                              |
18!   INPUT  : itexpe: Nb of iterations                                          |
19!   ^^^^^^^^ dt__AT: Local Time Step                                      (s)  |
20!            explIO: Experiment Label                                     (s)  |
21!                                                                              |
22!   INPUT / OUTPUT: The Vertical Turbulent Fluxes are included for:            |
23!   ^^^^^^^^^^^^^^                                                             |
24!     a) Turbulent Kinetic Energy             TKE_AT(kcolq,mzp)       (m2/s2)  |
25!     b) Turbulent Kinetic Energy Dissipation eps_AT(kcolq,mzp)       (m2/s3)  |
26!                                                                              |
27!   OUTPUT :  Kzm_AT(kcolq,mzp): vertic. diffusion coeffic. (momentum) (m2/s)  |
28!   ^^^^^^^^  Kzh_AT(kcolq,mzp): vertic. diffusion coeffic. (scalars ) (m2/s)  |
29!             zi__AT(kcolq)    : inversion height                      (m)     |
30!                                                                              |
31!   OPTIONS: #HY: Latent Heat Exchanges associated with Cloud Microphysics     |
32!   ^^^^^^^^                            contribute   to Buoyancy               |
33!            #KA: replaces TKE & e below a prescribed height above the surface |
34!                          by their      box weighted vertical moving averages |
35!            #KC: Modification of TKE near the Lower Boundary                  |
36!            #LD: Buoyancy includes Loading by the Hydrometeors                |
37!            #RI: Correction of the Prandtl    Nb (Kzm/Kzh)                    |
38!                        by the The Richardson Nb                              |
39!                                                                              |
40!------------------------------------------------------------------------------+
41
42      use Mod_Real
43      use Mod_Phy____dat
44      use Mod_Phy____grd
45      use Mod_PHY_AT_ctr
46      use Mod_PHY_AT_grd
47      use Mod_PHY____kkl
48      use Mod_PHY_AT_kkl
49      use Mod_PHY_DY_kkl
50      use Mod_PHY_CM_kkl
51      use Mod_SISVAT_gpt
52
53
54
55!  Local  Variables
56!  ================
57
58      use Mod_genTKE_RUN
59
60
61      IMPLICIT NONE
62
63
64      real(kind=real8)   ::   z__SBL                  ! SBL Thickness assumed to be the lowest Model Layer Height         [m]
65      real(kind=real8)   ::   TKE_zi                  ! TKE at the inversion height                                   [m2/s2]
66      integer            ::   kTKEzi                  ! level correponding to TKE_zi
67      real(kind=real8)   ::   dTKEdk                  ! TKE difference across model Layers                            [m2/s2]
68      real(kind=real8)   ::   kz_inv                  ! 1 / (k z)
69      real(kind=real8)   ::   Buoy_F                  ! Contribution of  Buoyancy Force
70      real(kind=real8)   ::   dTKE_p                  ! Positive Contribution  to TKE
71      real(kind=real8)   ::   r_eTKE                  ! e /  TKE Ratio  (used  in the Product./Destruct. Scheme of TKE)
72      real(kind=real8)   ::   TKE_ds                  ! Verticaly Integrated      TKE
73      real(kind=real8)   ::   eps_ds                  ! Verticaly Integrated      TKE Dissipation
74      real(kind=real8)   ::   edt_HR                  ! Minimum Energy Dissipation Time             
75      real(kind=real8)   ::   TKEnew                  ! New Value              of TKE
76      real(kind=real8)   ::   TKEsbc                  ! SBC:                      TKE                                 [m2/s2]
77      real(kind=real8)   ::   epssbc                  ! SBC:                      TKE Dissipation                     [m2/s3]
78      real(kind=real8)   ::   zeta                    ! SBL:      z / LMO                                                 [-]
79      real(kind=real8)   ::   u_star                  ! SBL:      u*             (Friction Velocity)                    [m/s]
80      real(kind=real8)   ::   kz_max,kz_mix,kz2mix    ! Kzh       Auxiliary       Variables
81      real(kind=real8)   ::   KzhMAX                  ! max.vert. Turbulent Diffusion Coefficient (Scalars)            [m2/s]
82
83! #KC real(kind=real8)   ::   se                      ! 1    if TKE(mzp-2) > TKE(mzp-1) and 0 otherwise
84! #KC integer            ::   ke                      ! index of the level where TKE is max
85
86      real(kind=real8)   ::   relHum                  ! Relative       Humidity                                           [-]
87      real(kind=real8)   ::   QS_mid                  ! Saturation Sp. Humidity % Liquid Water                        [kg/kg]
88      real(kind=real8)   ::   qwsLRT                  ! Qws * L / (Rd * T)
89      real(kind=real8)   ::   surSat                  ! Normalized sur-Saturation (> 0 if relHum > 1)
90      real(kind=real8)   ::   C_thq                   ! (Duynkerke & Driedonks 1987 JAS 44(1), Table 1 p.47)
91      real(kind=real8)   ::   C_q_w                   ! (Duynkerke & Driedonks 1987)
92      real(kind=real8)   ::   CX__hi                  !
93      real(kind=real8)   ::   Ce1_hi                  ! ... Ce1 / hi
94      real(kind=real8)   ::   Ck1_hi                  ! ... Ck1 / hi
95      real(kind=real8)   ::   Ck2_hi                  ! ... Ck2 / hi
96      real(kind=real8)   ::   Th_Lac                  !  Therry & Lacarrere (1983)      Parameter
97
98      real(kind=real8)   ::   sgnLMO                  ! sign(LMO)
99      real(kind=real8)   ::   absLMO                  !     |LMO|
100! #RI real(kind=real8)   ::   fac_Ri,vuzvun,Kz_vun    ! Sukorianski    Parameterization Parameters
101
102      integer            ::   ikl
103      integer            ::   i
104      integer            ::   j
105      integer            ::   k
106
107
108
109
110!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
111!                                                                    !
112! ALLOCATION
113! ==========
114
115      IF (it_RUN.EQ.1 .OR. FlagDALLOC)                          THEN !
116
117          allocate  ( dukkp1(mzpp) )                                 !      Difference (u(k) - u(k+1))                      [m/s]
118          allocate  ( dvkkp1(mzpp) )                                 !      Difference (v(k) - v(k+1))                      [m/s]
119          allocate  ( kkp1dz(mzpp) )                                 !  1 / Difference (Z(k) - Z(k+1))                      [1/m]
120          allocate  ( zShear(mzp)  )                                 !      Wind Shear Contribution to TKE                [m2/s3]
121          allocate  ( REq_PT(mzpp) )                                 !  Reduced (Equivalent) Potential Temperature            [K]
122          allocate  ( c_Buoy(mzpp) )                                 !  Buoyancy Coefficient (g/theta) X (dtheta/dz)       [1/s2]
123          allocate  ( Ri__Nb(mzp)  )                                 !  Richardson Number                                     [-]
124          allocate  ( Prandtl(mzp) )                                 !  Prandtl    Number (Kzm/Kzh)                           [-]
125          allocate  ( Ls_inv(mzp)  )                                 !  1 / Ls  (Therry & Lacarrere, 1983)                  [1/m]
126          allocate  ( ML_inv(mzp)  )                                 !  1 / ML  (Mixing      Length, Therry & Lacarr, 1983) [1/m]
127          allocate  ( DL_inv(mzp)  )                                 !  1 / DL  (Dissipation Length, Therry & Lacarr, 1983) [1/m]
128          allocate  ( Dissip(mzp)  )                                 !           Dissipation                              [m2/s3]
129          allocate  ( TKEvav(mzp)  )                                 !           TKE         Vertical moving Average      [m2/s2]
130          allocate  ( epsvav(mzp)  )                                 !           Dissipation Vertical moving Average      [m2/s3]
131          allocate  ( pkt   (mzpp) )                                 !           Reduced     Potential       Temperature      [X]
132
133      END IF
134!                                                                    !
135!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
136
137
138
139
140!     ++++++++++++++
141      DO ikl=1,kcolp
142!     ++++++++++++++
143
144!        i = ii__AP(ikl)
145!        j = jj__AP(ikl)
146
147
148
149
150! Friction Velocity
151! =================
152
153         u_star = us__SV_gpt(ikl)
154
155
156
157
158! Verification: TKE must be Positive Definite
159! ===========================================
160
161         DO k=1,mzp
162           TKE_AT(ikl,k)=max(eps6,TKE_AT(ikl,k))
163           eps_AT(ikl,k)=max(epsn,eps_AT(ikl,k))
164         END DO
165
166
167
168
169! Reduced Potential Temperature
170! =============================
171
172         DO k=1,mzpp
173           pkt   (k)    =         pkt_DY(ikl,k)
174         END DO
175
176
177
178
179! Inversion Height
180! ================
181
182           TKE_zi     = 0.05*max(max(TKE_AT(ikl,mzp-1),                  &
183     &                               TKE_AT(ikl,mzp  )),TKEmin)
184           kTKEzi     = 1
185
186
187         DO k=1,mzp
188           IF   (TKE_AT(ikl,k) .lt. TKE_zi    )                     THEN
189                 kTKEzi      =  min(mzp-1,k)
190           END IF
191         ENDDO
192
193             k = kTKEzi
194         IF      (TKE_AT(ikl,k+1).lt.TKEmin)                        THEN
195                  TKE_zi     =      ZmidDY(ikl,mzp)-sh__AP(ikl)
196         ELSE
197                  dTKEdk     =      TKE_AT(ikl,k)  -TKE_AT(ikl,k+1)
198                  TKE_zi     =      ZmidDY(ikl,k+2)                     &
199     &                            +(ZmidDY(ikl,k+1)-ZmidDY(ikl,k+2))    &
200     &                            *(TKE_zi         -TKE_AT(ikl,k+1))    &
201     &             /(sign(un_1 ,    dTKEdk)                             &
202     &               *max(epsn ,abs(dTKEdk)))      -sh__AP(ikl)
203         END IF
204
205                 zi__AT(ikl) =  min(TKE_zi, ZmidDY(ikl,  1)-sh__AP(ikl))
206
207                 zi__AT(ikl) =  max(        ZmidDY(ikl,mzp)-sh__AP(ikl) &
208     &                             ,zi__AT(ikl))
209                 TKE_zi      =  0.
210                 kTKEzi      =  0
211
212
213
214
215! TKE Production/Destruction by the Vertical Wind Shear
216! =====================================================
217
218         DO k=1,mzp-1
219           dukkp1(k)  =  ua__DY(ikl,k) - ua__DY(ikl,k+1)
220           dvkkp1(k)  =  va__DY(ikl,k) - va__DY(ikl,k+1)
221         END DO
222            k=  mzp
223           dukkp1(k)  =  ua__DY(ikl,k)
224           dvkkp1(k)  =  va__DY(ikl,k)
225
226         DO k=1,mzp
227           kkp1dz(k)  =  Z___DY(ikl,k) - Z___DY(ikl,k+1)                !  dz(k+1/2)
228         END DO
229
230         DO k=1,mzp-1
231           zShear(k)    =                                              &
232     &     Kzm_AT(ikl,k)*(dukkp1(k) *dukkp1(k) + dvkkp1(k) *dvkkp1(k)) &
233     &                  /(kkp1dz(k) *kkp1dz(k))
234         END DO
235           zShear(mzp)  = 0.0
236
237
238
239
240! Buoyancy
241! ========
242
243! Reduced (Equivalent) Potential Temperature
244! ------------------------------------------
245
246! Control Martin
247!PRINT*,'CpdAir=',CpdAir
248!PRINT*,'minval(Ta__DY(ikl,:))=',minval(Ta__DY(ikl,:))
249! Control Martin
250
251         DO k=1,mzpp
252           REq_PT(k)     =     pkt   (    k)                            &
253! #LD&        * (1.0 + 0.715 * ld_H2O(ikl,k)   )                        &
254     &        *   exp(LhvH2O * qv__DY(ikl,k)                            &
255     &             / (CpdAir * Ta__DY(ikl,k))  )                        &
256     &        +  0.0
257         END DO
258
259
260
261! Buoyancy Coefficients
262! ---------------------
263
264         DO k=1,mzp
265
266           relHum     = 0.50 *(qv__DY(ikl,k  ) /qvswCM(ikl,k  )         &
267     &                        +qv__DY(ikl,k+1) /qvswCM(ikl,k+1))
268           QS_mid     = 0.50 *(qvswCM(ikl,k  ) +qvswCM(ikl,k+1))
269
270           surSat     = max(zer0,sign(un_1,relHum +epsp-un_1))
271           qwsLRT     = LhvH2O*QS_mid /(R_DAir *TmidDY(ikl,k))
272
273! Vectorization of the unsaturated (H<1) and saturated cases (H=1.)
274! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
275           C_thq =1.-surSat                                             & ! H<1.
276     &              +surSat*(1.+qwsLRT)                                 & ! H=1.
277     &                     /(1.+qwsLRT*.605*LhvH2O                      & !
278     &                                    /(CpdAir*TmidDY(ikl,k)))        !
279! ...      C_thq (Duynkerke & Driedonks 1987 JAS 44(1), Table 1 p.47)     !
280
281           C_q_w=(1.-surSat)              *(LhvH2O                      & !
282     &                                    /(CpdAir*TmidDY(ikl,k))       & ! H<1.
283     &                                     - 0.605                    ) & !
284     &              +surSat                                               ! H=1.
285! ...      C_q_w (Duynkerke and Driedonks 1987)                           !
286!                 with (1-Ra/Rv)/(Ra/Rv) =  0.605 [Ra=287.J/kg/K;         !
287!                                                  Rv=461.J/kg/K]         !
288
289! Unsaturated Case
290! ~~~~~~~~~~~~~~~~
291!         IF(relHum.lt.1.0)                                         THEN  !
292!            C_thq = 1.0
293!            C_q_w =                   LhvH2O/(CpdAir*TmidDY(ikl,k))    & !
294!    &                                        - 0.605                     !
295
296! Saturated   Case
297! ~~~~~~~~~~~~~~~~
298!         ELSE                                                            !
299!            qwsLRT=      QS_mid      *LhvH2O/(RDryAi*TmidDY(ikl,k))      !
300!            C_thq = (1.0+qwsLRT)                                       & !
301!    &              /(1.0+qwsLRT*0.605*LhvH2O/(CpdAir*TmidDY(ikl,k)))     !
302!            C_q_w =  1.0
303!         END IF
304
305
306! Buoyancy
307! --------
308
309          IF(k.EQ.mzp)      C_q_w = 0.0
310
311             c_Buoy(k)    = Grav_F                                      &
312     &      *kkp1dz(k) * ( (REq_PT(k)-REq_PT(k+1))                      &
313     &                 *2./(REq_PT(k)+REq_PT(k+1))                      &
314     &                 *    C_thq                                       &
315     &                 -    C_q_w *(qv__DY(ikl,k)-qv__DY(ikl,k+1)       &
316     &                             +qw__CM(ikl,k)-qw__CM(ikl,k+1)       &
317     &                             +qr__CM(ikl,k)-qr__CM(ikl,k+1)       &
318     &                             +qi__CM(ikl,k)-qi__CM(ikl,k+1)       &
319     &                             +qs__CM(ikl,k)-qs__CM(ikl,k+1))      &
320     &                                                             )
321! ...       (g/theta)                X(dtheta/dz) :
322!            Buoyancy Parameter beta X grad.vert.temp.pot. en k+1/2
323
324         END DO
325
326
327! Dissipation & Length Scales Parameters (Therry and Lacarrere 1983 Model)
328! ======================================
329
330         IF (Kl_TherryLac)                                          THEN
331           CX__hi      =  1.0 / zi__AT(ikl)
332           Ce1_hi      = 15.0 * CX__hi       ! ...    Ce1/hi
333           Ck1_hi      =  5.0 * CX__hi       ! ...    Ck1/hi
334           Ck2_hi      = 11.0 * CX__hi       ! ...    Ck2/hi
335
336           sgnLMO      = sign(un_1,LMO_AT(ikl))
337           absLMO      =  abs(     LMO_AT(ikl))
338           LMO_AT(ikl) =           sgnLMO    * max(absLMO,epsp)
339           Th_Lac      = -min(0.00,sgnLMO)                              &
340     &             /(1.0 -min(0.00,LMO_AT(ikl))  / zi__AT(ikl))
341
342! Replacement of:
343!          IF (LMO_AT(ikl).lt.0.0)                                  THEN
344!              LMO_AT(ikl) =        min(LMO_AT(ikl),-epsp)
345!              Th_Lac =  1.0/(1.d0-LMO_AT(ikl)/zi__AT(ikl))
346!          ELSE
347!              LMO_AT(ikl) =        max(LMO_AT(ikl), epsp)
348!              Th_Lac =  0.0
349!          END IF
350! ...      m2
351
352
353          DO k=1,mzp
354           Ls_inv(k)   = sqrt( max(zer0,c_Buoy(k)) /TKE_AT(ikl,k) )      ! ...  1/ls
355          END DO
356
357
358! Dissipation Length
359! ------------------
360
361          DO k=1,mzp
362           kz_inv=vK_inv/(ZmidDY(ikl,k+1)-sh__AP(ikl))                   ! ...  1/kz(i,j,k+1/2)
363!   
364           DL_inv(k)=kz_inv +Ce1_hi                                     &! ...  DL_inv=1/Dissipation Length
365     &      -(kz_inv+Ck1_hi)*Th_Lac/(1.+5.0e-3*zi__AT(ikl)*kz_inv)      &!      (Therry and Lacarrere, 1983 BLM 25 p.75)
366     &       +1.5*Ls_inv(k)
367
368
369! Mixing Length
370! -------------
371
372           ML_inv(k)=kz_inv +Ce1_hi                                     &! ...  ML_inv=1/Mixing Length
373     &      -(kz_inv+Ck2_hi)*Th_Lac/(1.+2.5e-3*zi__AT(ikl)*kz_inv)      &!      (Therry and Lacarrere, 1983 BLM 25 p.78)
374     &       +3.0*Ls_inv(k)
375
376           Dissip(k) = 0.125*DL_inv(k)*sqrt(TKE_AT(ikl,k))*TKE_AT(ikl,k)
377          ENDDO
378
379
380
381
382! Dissipation                            (E-epsilon                 Models)
383! ===========                                   
384
385         ELSE
386
387          DO k=1,mzp
388           Dissip(k) =       eps_AT(ikl,k)
389          ENDDO
390
391         END IF
392
393
394
395
396! Contribution of Vertical Wind Shear + Buoyancy + Dissipation to TKE
397! ===================================================================
398
399         DO k=1,mzp
400           Buoy_F=-Kzh_AT(ikl,k) *       c_Buoy(k)   
401
402           TKEnew= TKE_AT(ikl,k) *                                           &
403     &            (TKE_AT(ikl,k)+dt__AT*(zShear(k)    +max(zer0,Buoy_F)))    &
404     &           /(TKE_AT(ikl,k)+dt__AT*(             -min(zer0,Buoy_F)      &
405     &                                                +         Dissip(k) ))
406! ...      Numerical Scheme : cfr. E. Deleersnijder, 1992 (thesis) pp.59-61
407
408
409
410
411! Contribution of Vertical Wind Shear + Buoyancy to epsilon
412! =========================================================
413
414          IF                     (Ee_Duynkerke)                     THEN
415           dTKE_p = zShear(k)    +max(zer0,Buoy_F)+max(TrT_AT(ikl,k),zer0)
416          ELSE
417           dTKE_p = zShear(k)    +max(zer0,Buoy_F)
418! ...      based on standard values of Kitada, 1987, BLM 41, p.220
419          END IF
420
421! #BH      dTKE_p = zShear(k)    +max(zer0,Buoy_F) * 1.80               &
422! #BH&                           -min(Buoy_F,zer0) * 1.15
423! ...      based on          values of Betts et Haroutunian, 1983
424!          can be used by replacing strings `c #KI' (except the previous one)
425!                                       and `c #BH' by blanks
426!                                (cfr. Kitada, 1987, BLM 41, p.220):
427!          buoyancy > 0 (unstability) => (1-ce3) X buoyancy = 1.8  X buoyancy
428!          buoyancy < 0 (  stability) => (1-ce3) X buoyancy =-1.15 X buoyancy
429
430           r_eTKE = eps_AT(ikl,k) /TKE_AT(ikl,k)
431           eps_AT(ikl,k) =                                              &
432     &              eps_AT(ikl,k)                                       &
433     &            *(eps_AT(ikl,k) +dt__AT *r_eTKE *c1ep *dTKE_p)        &
434     &            /(eps_AT(ikl,k) +dt__AT *r_eTKE *c2ep *eps_AT(ikl,k))
435! ...      Numerical Scheme : cfr. E. Deleersnijder, 1992 (thesis) pp.59-61
436
437          IF                     (Kl_TherryLac)                         &
438     &     eps_AT(ikl,k)=Dissip(k)
439
440
441
442
443! New TKE Value
444! =============
445
446           TKE_AT(ikl,k)=TKEnew
447
448         END DO
449
450
451
452! Lower Boundary Conditions
453! =========================
454
455           TKEsbc          =  u_star          * u_star                    ! -> TKE SBC
456           z__SBL          =  Z___DY(ikl,mzp) - sh__AP(ikl)               !    z_SBL
457
458           epssbc          =  TKEsbc          * u_star                    ! -> e   SBC
459           TKE_AT(ikl,mzp) =  TKEsbc          * sqrcmu                    !    TKE SBC
460
461           zeta            =  z__SBL          / LMO_AT(ikl)               !    zeta
462           sgnLMO          =  max(0.0,sign(un_1,LMO_AT(ikl)))             !
463
464           eps_AT(ikl,mzp) = epssbc                                     & !
465     &              *(      (sgnLMO     *(1.+A_Stab*    zeta)           & ! phim Stab.
466     &                 +(1.0-sgnLMO    )/(1.-20.*min(0.,zeta)))         & ! phim Inst.
467     &              *vK_inv /z__SBL                                     & !
468     &              -vK_inv /LMO_AT(ikl))
469! ...      Duynkerke, 1988, JAS (45), (19) p. 869
470
471! #KI      eps_AT(ikl,mzp) = epssbc                                     &
472! #KI&              *vK_inv /z__SBL     
473
474
475! When TKE Closure is Used, TKE is Modified near the Lower Boundary
476! -----------------------------------------------------------------
477
478! #KC      se = max(0.,sign(un_1,TKE_AT(ikl,mzp-2)-TKE_AT(ikl,mzp-1)))
479! #KC      ke =                                           mzp-1-se
480! #KC      TKE_AT(ikl,mzp-1)=     TKE_AT(ikl,ke  )
481! #KC      eps_AT(ikl,mzp-1)=     eps_AT(ikl,ke  )
482! ...      Schayes and Thunis, 1990, Contrib. 60 Inst.Astr.Geoph. p.8, 1.4.4.
483
484! #KC      TKE_AT(ikl,mzp-1)=     TKE_AT(ikl,mzp )
485! #KC      eps_AT(ikl,mzp-1)=     eps_AT(ikl,mzp )
486
487
488! Upper Boundary Conditions
489! =========================
490
491           TKE_AT(ikl,1) = TKE_AT(ikl,2)
492           eps_AT(ikl,1) = eps_AT(ikl,2)
493       
494
495
496! TKE-e Vertical Moving Average
497! =============================
498
499           DO k=     1,mzp
500             TKEvav(k)=                TKE_AT(ikl,    k )
501             epsvav(k)=                eps_AT(ikl,    k )
502           END DO
503         IF (AT_vav)                                                THEN
504           DO k=     2,mzp-1
505             TKEvav(k)=(dsigmi(k1p(k))*TKE_AT(ikl,k1p(k))               &
506     &                 +dsigmi(    k )*TKE_AT(ikl,    k )*2.            &
507     &                 +dsigmi(k1m(k))*TKE_AT(ikl,k1m(k))   )           &
508     &                /(dsigmi(k1p(k))                                  &
509     &                 +dsigmi(    k )                   *2.            &
510     &                 +dsigmi(k1m(k))                      )
511             epsvav(k)=(dsigmi(k1p(k))*eps_AT(ikl,k1p(k))               &
512     &                 +dsigmi(    k )*eps_AT(ikl,    k )*2.            &
513     &                 +dsigmi(k1m(k))*eps_AT(ikl,k1m(k))   )           &
514     &                /(dsigmi(k1p(k))                                  &
515     &                 +dsigmi(    k )                   *2.            &
516     &                 +dsigmi(k1m(k))                      )
517           END DO
518         END IF
519
520! #KA    DO k=mz__KA,mzp-1
521! #KA      TKE_AT(ikl,k)= TKEvav(k)
522! #KA      eps_AT(ikl,k)= epsvav(k)
523! #KA    END DO
524
525
526! Verification: TKE must be Positive Definite
527! ===========================================
528
529         DO k=1,mzp
530           TKE_AT(ikl,k)=max(eps6,TKE_AT(ikl,k))
531           eps_AT(ikl,k)=max(epsn,eps_AT(ikl,k))
532           TKEvav(k)    =max(eps6,TKEvav(k)    )
533           epsvav(k)    =max(eps6,epsvav(k)    )
534         END DO
535
536
537! Minimum Energy Dissipation Time
538! ===============================
539
540         IF                      (Ee_HuangRamn)                     THEN
541           TKE_ds      = 0.0
542           eps_ds      = 0.0
543          DO k=1,mzp
544           TKE_ds      = TKE_ds + TKE_AT(ikl,k)*dsigma(k)
545           eps_ds      = eps_ds + eps_AT(ikl,k)*dsigma(k)
546          END DO
547
548          IF (eps_ds.gt.0.0)                                        THEN
549           edt_HR      = betahr * TKE_ds       /eps_ds
550          ELSE
551           edt_HR      = epsn
552! ...      edt_HR set to an arbitrary small value
553          END IF
554         END IF
555
556
557! Turbulent Diffusion Coefficients
558! ================================
559
560         IF (it_EXP.gt.1)                                           THEN
561
562
563! Richardson Number (contributors)
564! -----------------
565
566           Prandtl(mzp)    =   1.
567
568          DO k=2,mzp-1
569           c_Buoy(k) =  0.0
570! #RI      c_Buoy(k) =      (pkt   (    k)-pkt   (    k+1))*p0_kap      &
571! #RI&                   /   TmidDY(ikl,k)
572! #RI      zShear(k) =   max(dukkp1(k)**2 +dvkkp1(k) **2 ,  eps6)
573
574
575! Richardson Number
576! -----------------
577
578           Ri__Nb(k) =  0.0
579! #RI      Ri__Nb(k) = (Grav_F/kkp1dz(k))                               & ! g * dz     (k+1/2)
580! #RI&                        *c_Buoy(k)                                & ! d(theta)/T (k+1/2)
581! #RI&                        /zShear(k)                                  ! d|V|
582          END DO
583
584
585! Diffusion Coefficient for Heat
586! ------------------------------
587
588          DO k=2,mzp
589
590          IF                 (Kl_TherryLac)                         THEN
591           Kzh_AT(ikl,k)=  0.50 * sqrt(TKEvav(k    ))/ML_inv(k)     
592! ...      nu_t =c_mu X ECT          X ECT          / eps
593
594          ELSE IF            (Ee_HuangRamn)                         THEN
595           Kzh_AT(ikl,k)=                                               &
596     &            cmu * TKE_AT(ikl,k)* TKE_AT(ikl,k)/(eps_AT(ikl,k)     &
597     &                                +TKE_AT(ikl,k)/ edt_HR       )
598! ...      nu_t =c_mu X ECT          X ECT          / eps
599
600          ELSE          !    (Ee_Duynkerke / Ee_Kitada)
601           Kzh_AT(ikl,k)=                                               &
602     &            cmu * TKEvav(k    )* TKEvav(k    )/(epsvav(k    ))
603! ...      nu_t =c_mu X ECT          X ECT          / eps
604
605          END IF
606
607           kz_max= vonKrm *     Z___DY(ikl,k+1)-Z___DY(ikl,mzpp)
608           kz_mix= kz_max /    (1.             +kz_max          *0.1)
609           kz2mix= kz_mix *     kz_mix
610           KzhMAX= max(   5000.        ,   100.                         &
611     &   * kz2mix *abs((WindDY    (ikl,k)-WindDY    (ikl,k1p(k)))       &
612     &                         *kkp1dz(k)                      ))
613           Kzh_AT(ikl,k)=   min( KzhMAX , Kzh_AT(ikl,k))
614           Kzh_AT(ikl,k)=   max( A_MolV , Kzh_AT(ikl,k))
615           Kzh0AT(ikl,k)=                 Kzh_AT(ikl,k)
616          END DO
617
618
619
620! Flux Limitor (Limitation of pkt Flux)
621! ------------
622
623      IF  (AT_LIM .AND. mzp.GE.3)                                   THEN
624        DO k=min(3,mzp),mzp
625          IF                 (pkt_DY(ikl,k+1) .GT. pkt_DY(ikl,k  )) THEN
626           Kz_MAX=(          (Z___DY(ikl,k  ) -    Z___DY(ikl,k+1))    &
627     &                      /(pkt_DY(ikl,k+1) -    pkt_DY(ikl,k  )))   &
628     &     *(Dpkt_X    *0.5 *(Z___DY(ikl,k-1) -    Z___DY(ikl,k+1))    &
629     &      -Kzh_AT(ikl,k-1)*(pkt_DY(ikl,k-1) -    pkt_DY(ikl,k  ))    &
630     &                      /(Z___DY(ikl,k-1) -    Z___DY(ikl,k  )))
631          ELSE IF            (pkt_DY(ikl,k+1) .LT. pkt_DY(ikl,k  )) THEN
632           Kz_MAX=(          (Z___DY(ikl,k  ) -    Z___DY(ikl,k+1))    &
633     &                      /(pkt_DY(ikl,k  ) -    pkt_DY(ikl,k+1)))   &
634     &     *(Dpkt_X    *0.5 *(Z___DY(ikl,k-1) -    Z___DY(ikl,k+1))    &
635     &      +Kzh_AT(ikl,k-1)*(pkt_DY(ikl,k-1) -    pkt_DY(ikl,k  ))    &
636     &                      /(Z___DY(ikl,k-1) -    Z___DY(ikl,k  )))
637          END IF
638           Kzh_AT(ikl,k) = min(Kzh_AT(ikl,k),Kz_MAX)
639           Kzh_AT(ikl,k) = max(Kzh_AT(ikl,k),A_MolV)
640        ENDDO
641      ENDIF
642
643
644
645! Prandtl Number (Sukoriansky et al., 2005,
646! --------------  BLM 117: 231-257, Eq.15, 19, 20 & Fig.2)
647
648          DO k=2,mzp-1
649! #RI      fac_Ri= 5.0 *     max(Ri__Nb(i,j,k), eps6)
650! #RI      vuzvun= 0.4 *(1.-(fac_Ri-1./fac_Ri)/(fac_Ri+1./fac_Ri)) + 0.2
651! #RI      fac_Ri= 4.2 *     max(Ri__Nb(i,j,k), eps6)
652! #RI      Kz_vun= 0.7 *(1.-(fac_Ri-1./fac_Ri)/(fac_Ri+1./fac_Ri))
653           Prandtl(k)    =                             1.
654! #RI      Prandtl(k)    =   max(0.     ,sign(1.  , Kzh_AT(ikl,k)-0.20)) &
655! #RI&                   -   min(0.     ,sign(1.  , Kzh_AT(ikl,k)-0.20)) &
656! #RI&                   *   min(vuzvun / max(eps6,Kz_vun),     20.00)
657          END DO
658
659
660! Diffusion Coefficient for Momentum
661! ----------------------------------
662
663          DO k=2,mzp
664          IF                 (Kl_TherryLac)                         THEN
665           Kzm_AT(ikl,k)=  0.7           * Kzh_AT(ikl,k)
666
667          ELSE
668           Kzm_AT(ikl,k)=                  Kzh_AT(ikl,k)
669! ...      cfr Machiels, 1992, TFE (FSA/UCL) (3.21) p.21
670
671! #RI      Kzm_AT(ikl,k)=  Prandtl(k)    * Kzh_AT(ikl,k)
672          END IF
673
674          END DO
675
676         END IF
677
678
679
680
681! Work Arrays Reset
682! =================
683
684      DO k=1,mzp
685        TrT_AT(ikl,k) = 0.0
686      END DO
687
688
689
690
691!     +++++++++++++++++++
692      ENDDO ! ikl=1,kcolp
693!     +++++++++++++++++++
694
695
696
697
698!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
699!                                                                    !
700! DE-ALLOCATION
701! =============
702
703      IF (FlagDALLOC)                                           THEN !
704          deallocate   ( dukkp1 )                                    !      Difference (u(k) - u(k+1))                      [m/s]
705          deallocate   ( dvkkp1 )                                    !      Difference (v(k) - v(k+1))                      [m/s]
706          deallocate   ( kkp1dz )                                    !  1 / Difference (Z(k) - Z(k+1))
707          deallocate   ( zShear )                                    !      Wind Shear Contribution to TKE                [m2/s3]
708          deallocate   ( REq_PT )                                    !  Reduced (Equivalent) Potential Temperature            [K]
709          deallocate   ( c_Buoy )                                    !  Buoyancy Coefficient (g/theta) X (dtheta/dz)       [1/s2]
710          deallocate   ( Ri__Nb )                                    !  Richardson Number                                     [-]
711          deallocate   ( Prandtl)                                    !  Prandtl    Number (Kzm/Kzh)                           [-]
712          deallocate   ( Ls_inv )                                    !  1 / Ls  (Therry & Lacarrere, 1983)                  [1/m]
713          deallocate   ( ML_inv )                                    !  1 / ML  (Mixing      Length, Therry & Lacarr, 1983) [1/m]
714          deallocate   ( DL_inv )                                    !  1 / DL  (Dissipation Length, Therry & Lacarr, 1983) [1/m]
715          deallocate   ( Dissip )                                    !           Dissipation                              [m2/s3]
716          deallocate   ( TKEvav )                                    !           TKE         Vertical moving Average      [m2/s2]
717          deallocate   ( epsvav )                                    !           Dissipation Vertical moving Average      [m2/s3]
718          deallocate   ( pkt    )                                    !           Reduced     Potential       Temperature      [X]
719      END IF                                                         !
720!                                                                    !
721!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
722
723
724
725      return
726
727      end subroutine PHY_genTKE_RUN
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.