1 | ! $Id: fisrtilp_tr.F90 5144 2024-07-29 21:01:04Z abarral $ |
---|
2 | |
---|
3 | |
---|
4 | SUBROUTINE fisrtilp_tr(dtime, paprs, pplay, t, q, ratqs, d_t, d_q, d_ql, & |
---|
5 | rneb, radliq, rain, snow, pfrac_impa, pfrac_nucl, pfrac_1nucl, frac_impa, & |
---|
6 | frac_nucl, prfl, psfl, rhcl) ! relative humidity in clear sky (needed for aer optical |
---|
7 | ! properties; aeropt.F) |
---|
8 | |
---|
9 | USE dimphy |
---|
10 | USE lmdz_print_control, ONLY: lunout |
---|
11 | USE lmdz_yoethf |
---|
12 | USE lmdz_fcttre, ONLY: foeew, foede, qsats, qsatl, dqsats, dqsatl, thermcep |
---|
13 | USE lmdz_yomcst |
---|
14 | |
---|
15 | IMPLICIT NONE |
---|
16 | ! ====================================================================== |
---|
17 | ! Auteur(s): Z.X. Li (LMD/CNRS) |
---|
18 | ! Date: le 20 mars 1995 |
---|
19 | ! Objet: condensation et precipitation stratiforme. |
---|
20 | ! schema de nuage |
---|
21 | ! ====================================================================== |
---|
22 | ! ====================================================================== |
---|
23 | |
---|
24 | ! Arguments: |
---|
25 | |
---|
26 | REAL dtime ! intervalle du temps (s) |
---|
27 | REAL paprs(klon, klev + 1) ! pression a inter-couche |
---|
28 | REAL pplay(klon, klev) ! pression au milieu de couche |
---|
29 | REAL t(klon, klev) ! temperature (K) |
---|
30 | REAL q(klon, klev) ! humidite specifique (kg/kg) |
---|
31 | REAL d_t(klon, klev) ! incrementation de la temperature (K) |
---|
32 | REAL d_q(klon, klev) ! incrementation de la vapeur d'eau |
---|
33 | REAL d_ql(klon, klev) ! incrementation de l'eau liquide |
---|
34 | REAL rneb(klon, klev) ! fraction nuageuse |
---|
35 | REAL radliq(klon, klev) ! eau liquide utilisee dans rayonnements |
---|
36 | REAL rain(klon) ! pluies (mm/s) |
---|
37 | REAL snow(klon) ! neige (mm/s) |
---|
38 | REAL prfl(klon, klev + 1) ! flux d'eau precipitante aux interfaces (kg/m2/s) |
---|
39 | REAL psfl(klon, klev + 1) ! flux d'eau precipitante aux interfaces (kg/m2/s) |
---|
40 | |
---|
41 | ! jq For aerosol opt properties needed (see aeropt.F) |
---|
42 | REAL rhcl(klon, klev) |
---|
43 | |
---|
44 | ! AA |
---|
45 | ! Coeffients de fraction lessivee : pour OFF-LINE |
---|
46 | |
---|
47 | REAL pfrac_nucl(klon, klev) |
---|
48 | REAL pfrac_1nucl(klon, klev) |
---|
49 | REAL pfrac_impa(klon, klev) |
---|
50 | |
---|
51 | ! Fraction d'aerosols lessivee par impaction et par nucleation |
---|
52 | ! POur ON-LINE |
---|
53 | |
---|
54 | REAL frac_impa(klon, klev) |
---|
55 | REAL frac_nucl(klon, klev) |
---|
56 | ! AA |
---|
57 | |
---|
58 | ! Options du programme: |
---|
59 | |
---|
60 | REAL seuil_neb ! un nuage existe vraiment au-dela |
---|
61 | PARAMETER (seuil_neb = 0.001) |
---|
62 | REAL ct ! inverse du temps pour qu'un nuage precipite |
---|
63 | PARAMETER (ct = 1. / 1800.) |
---|
64 | REAL cl ! seuil de precipitation |
---|
65 | PARAMETER (cl = 2.6E-4) |
---|
66 | ! cc PARAMETER (cl=2.3e-4) |
---|
67 | ! cc PARAMETER (cl=2.0e-4) |
---|
68 | INTEGER ninter ! sous-intervals pour la precipitation |
---|
69 | PARAMETER (ninter = 5) |
---|
70 | LOGICAL evap_prec ! evaporation de la pluie |
---|
71 | PARAMETER (evap_prec = .TRUE.) |
---|
72 | REAL coef_eva |
---|
73 | PARAMETER (coef_eva = 2.0E-05) |
---|
74 | LOGICAL calcrat ! calculer ratqs au lieu de fixer sa valeur |
---|
75 | REAL ratqs(klon, klev) ! determine la largeur de distribution de vapeur |
---|
76 | PARAMETER (calcrat = .TRUE.) |
---|
77 | REAL zx_min, rat_max |
---|
78 | PARAMETER (zx_min = 1.0, rat_max = 0.01) |
---|
79 | REAL zx_max, rat_min |
---|
80 | PARAMETER (zx_max = 0.1, rat_min = 0.3) |
---|
81 | REAL zx |
---|
82 | |
---|
83 | LOGICAL cpartiel ! condensation partielle |
---|
84 | PARAMETER (cpartiel = .TRUE.) |
---|
85 | REAL t_coup |
---|
86 | PARAMETER (t_coup = 234.0) |
---|
87 | |
---|
88 | ! Variables locales: |
---|
89 | |
---|
90 | INTEGER i, k, n, kk |
---|
91 | REAL zqs(klon), zdqs(klon), zdelta, zcor, zcvm5 |
---|
92 | REAL zrfl(klon), zrfln(klon), zqev, zqevt |
---|
93 | REAL zoliq(klon), zcond(klon), zq(klon), zqn(klon), zdelq |
---|
94 | REAL ztglace, zt(klon) |
---|
95 | INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau |
---|
96 | REAL zdz(klon), zrho(klon), ztot(klon), zrhol(klon) |
---|
97 | REAL zchau(klon), zfroi(klon), zfice(klon), zneb(klon) |
---|
98 | |
---|
99 | LOGICAL appel1er |
---|
100 | SAVE appel1er |
---|
101 | !$OMP THREADPRIVATE(appel1er) |
---|
102 | |
---|
103 | ! --------------------------------------------------------------- |
---|
104 | |
---|
105 | ! AA Variables traceurs: |
---|
106 | ! AA Provisoire !!! Parametres alpha du lessivage |
---|
107 | ! AA A priori on a 4 scavenging # possibles |
---|
108 | |
---|
109 | REAL a_tr_sca(4) |
---|
110 | SAVE a_tr_sca |
---|
111 | !$OMP THREADPRIVATE(a_tr_sca) |
---|
112 | |
---|
113 | ! Variables intermediaires |
---|
114 | |
---|
115 | REAL zalpha_tr |
---|
116 | REAL zfrac_lessi |
---|
117 | REAL zprec_cond(klon) |
---|
118 | ! AA |
---|
119 | ! --------------------------------------------------------------- |
---|
120 | |
---|
121 | ! Fonctions en ligne: |
---|
122 | |
---|
123 | REAL fallv ! vitesse de chute pour crystaux de glace |
---|
124 | REAL zzz |
---|
125 | DATA appel1er/.TRUE./ |
---|
126 | fallv(zzz) = 3.29 / 2.0 * ((zzz)**0.16) |
---|
127 | ! cc fallv (zzz) = 3.29/3.0 * ((zzz)**0.16) |
---|
128 | ! cc fallv (zzz) = 3.29 * ((zzz)**0.16) |
---|
129 | |
---|
130 | IF (appel1er) THEN |
---|
131 | |
---|
132 | WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, calcrat:', calcrat |
---|
133 | WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, ninter:', ninter |
---|
134 | WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, evap_prec:', evap_prec |
---|
135 | WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, cpartiel:', cpartiel |
---|
136 | IF (abs(dtime / real(ninter) - 360.0)>0.001) THEN |
---|
137 | WRITE (lunout, *) 'fisrtilp: Ce n est pas prevu, voir Z.X.Li', dtime |
---|
138 | WRITE (lunout, *) 'Je prefere un sous-intervalle de 6 minutes' |
---|
139 | CALL abort |
---|
140 | END IF |
---|
141 | appel1er = .FALSE. |
---|
142 | |
---|
143 | ! AA initialiation provisoire |
---|
144 | a_tr_sca(1) = -0.5 |
---|
145 | a_tr_sca(2) = -0.5 |
---|
146 | a_tr_sca(3) = -0.5 |
---|
147 | a_tr_sca(4) = -0.5 |
---|
148 | |
---|
149 | ! AA Initialisation a 1 des coefs des fractions lessivees |
---|
150 | |
---|
151 | DO k = 1, klev |
---|
152 | DO i = 1, klon |
---|
153 | pfrac_nucl(i, k) = 1. |
---|
154 | pfrac_1nucl(i, k) = 1. |
---|
155 | pfrac_impa(i, k) = 1. |
---|
156 | END DO |
---|
157 | END DO |
---|
158 | |
---|
159 | END IF ! test sur appel1er |
---|
160 | |
---|
161 | ! MAf Initialisation a 0 de zoliq |
---|
162 | DO i = 1, klon |
---|
163 | zoliq(i) = 0. |
---|
164 | END DO |
---|
165 | ! Determiner les nuages froids par leur temperature |
---|
166 | |
---|
167 | ztglace = rtt - 15.0 |
---|
168 | nexpo = 6 |
---|
169 | ! cc nexpo = 1 |
---|
170 | |
---|
171 | ! Initialiser les sorties: |
---|
172 | |
---|
173 | DO k = 1, klev + 1 |
---|
174 | DO i = 1, klon |
---|
175 | prfl(i, k) = 0.0 |
---|
176 | psfl(i, k) = 0.0 |
---|
177 | END DO |
---|
178 | END DO |
---|
179 | |
---|
180 | DO k = 1, klev |
---|
181 | DO i = 1, klon |
---|
182 | d_t(i, k) = 0.0 |
---|
183 | d_q(i, k) = 0.0 |
---|
184 | d_ql(i, k) = 0.0 |
---|
185 | rneb(i, k) = 0.0 |
---|
186 | radliq(i, k) = 0.0 |
---|
187 | frac_nucl(i, k) = 1. |
---|
188 | frac_impa(i, k) = 1. |
---|
189 | END DO |
---|
190 | END DO |
---|
191 | DO i = 1, klon |
---|
192 | rain(i) = 0.0 |
---|
193 | snow(i) = 0.0 |
---|
194 | END DO |
---|
195 | |
---|
196 | ! Initialiser le flux de precipitation a zero |
---|
197 | |
---|
198 | DO i = 1, klon |
---|
199 | zrfl(i) = 0.0 |
---|
200 | zneb(i) = seuil_neb |
---|
201 | END DO |
---|
202 | |
---|
203 | |
---|
204 | ! AA Pour plus de securite |
---|
205 | |
---|
206 | zalpha_tr = 0. |
---|
207 | zfrac_lessi = 0. |
---|
208 | |
---|
209 | ! AA---------------------------------------------------------- |
---|
210 | |
---|
211 | ! Boucle verticale (du haut vers le bas) |
---|
212 | |
---|
213 | DO k = klev, 1, -1 |
---|
214 | |
---|
215 | ! AA---------------------------------------------------------- |
---|
216 | |
---|
217 | DO i = 1, klon |
---|
218 | zt(i) = t(i, k) |
---|
219 | zq(i) = q(i, k) |
---|
220 | END DO |
---|
221 | |
---|
222 | ! Calculer l'evaporation de la precipitation |
---|
223 | |
---|
224 | IF (evap_prec) THEN |
---|
225 | DO i = 1, klon |
---|
226 | IF (zrfl(i)>0.) THEN |
---|
227 | IF (thermcep) THEN |
---|
228 | zdelta = max(0., sign(1., rtt - zt(i))) |
---|
229 | zqs(i) = r2es * foeew(zt(i), zdelta) / pplay(i, k) |
---|
230 | zqs(i) = min(0.5, zqs(i)) |
---|
231 | zcor = 1. / (1. - retv * zqs(i)) |
---|
232 | zqs(i) = zqs(i) * zcor |
---|
233 | ELSE |
---|
234 | IF (zt(i)<t_coup) THEN |
---|
235 | zqs(i) = qsats(zt(i)) / pplay(i, k) |
---|
236 | ELSE |
---|
237 | zqs(i) = qsatl(zt(i)) / pplay(i, k) |
---|
238 | END IF |
---|
239 | END IF |
---|
240 | zqev = max(0.0, (zqs(i) - zq(i)) * zneb(i)) |
---|
241 | zqevt = coef_eva * (1.0 - zq(i) / zqs(i)) * sqrt(zrfl(i)) * & |
---|
242 | (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / pplay(i, k) * zt(i) * rd / rg |
---|
243 | zqevt = max(0.0, min(zqevt, zrfl(i))) * rg * dtime / & |
---|
244 | (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) |
---|
245 | zqev = min(zqev, zqevt) |
---|
246 | zrfln(i) = zrfl(i) - zqev * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / rg / dtime |
---|
247 | zq(i) = zq(i) - (zrfln(i) - zrfl(i)) * (rg / (paprs(i, k) - paprs(i, & |
---|
248 | k + 1))) * dtime |
---|
249 | zt(i) = zt(i) + (zrfln(i) - zrfl(i)) * (rg / (paprs(i, k) - paprs(i, & |
---|
250 | k + 1))) * dtime * rlvtt / rcpd / (1.0 + rvtmp2 * zq(i)) |
---|
251 | zrfl(i) = zrfln(i) |
---|
252 | END IF |
---|
253 | END DO |
---|
254 | END IF |
---|
255 | |
---|
256 | ! Calculer Qs et L/Cp*dQs/dT: |
---|
257 | |
---|
258 | IF (thermcep) THEN |
---|
259 | DO i = 1, klon |
---|
260 | zdelta = max(0., sign(1., rtt - zt(i))) |
---|
261 | zcvm5 = r5les * rlvtt * (1. - zdelta) + r5ies * rlstt * zdelta |
---|
262 | zcvm5 = zcvm5 / rcpd / (1.0 + rvtmp2 * zq(i)) |
---|
263 | zqs(i) = r2es * foeew(zt(i), zdelta) / pplay(i, k) |
---|
264 | zqs(i) = min(0.5, zqs(i)) |
---|
265 | zcor = 1. / (1. - retv * zqs(i)) |
---|
266 | zqs(i) = zqs(i) * zcor |
---|
267 | zdqs(i) = foede(zt(i), zdelta, zcvm5, zqs(i), zcor) |
---|
268 | END DO |
---|
269 | ELSE |
---|
270 | DO i = 1, klon |
---|
271 | IF (zt(i)<t_coup) THEN |
---|
272 | zqs(i) = qsats(zt(i)) / pplay(i, k) |
---|
273 | zdqs(i) = dqsats(zt(i), zqs(i)) |
---|
274 | ELSE |
---|
275 | zqs(i) = qsatl(zt(i)) / pplay(i, k) |
---|
276 | zdqs(i) = dqsatl(zt(i), zqs(i)) |
---|
277 | END IF |
---|
278 | END DO |
---|
279 | END IF |
---|
280 | |
---|
281 | ! Determiner la condensation partielle et calculer la quantite |
---|
282 | ! de l'eau condensee: |
---|
283 | |
---|
284 | IF (cpartiel) THEN |
---|
285 | DO i = 1, klon |
---|
286 | |
---|
287 | zdelq = ratqs(i, k) * zq(i) |
---|
288 | rneb(i, k) = (zq(i) + zdelq - zqs(i)) / (2.0 * zdelq) |
---|
289 | zqn(i) = (zq(i) + zdelq + zqs(i)) / 2.0 |
---|
290 | IF (rneb(i, k)<=0.0) zqn(i) = 0.0 |
---|
291 | IF (rneb(i, k)>=1.0) zqn(i) = zq(i) |
---|
292 | rneb(i, k) = max(0.0, min(1.0, rneb(i, k))) |
---|
293 | zcond(i) = max(0.0, zqn(i) - zqs(i)) * rneb(i, k) / (1. + zdqs(i)) |
---|
294 | |
---|
295 | ! --Olivier |
---|
296 | rhcl(i, k) = (zqs(i) + zq(i) - zdelq) / 2. / zqs(i) |
---|
297 | IF (rneb(i, k)<=0.0) rhcl(i, k) = zq(i) / zqs(i) |
---|
298 | IF (rneb(i, k)>=1.0) rhcl(i, k) = 1.0 |
---|
299 | ! --fin |
---|
300 | |
---|
301 | END DO |
---|
302 | ELSE |
---|
303 | DO i = 1, klon |
---|
304 | IF (zq(i)>zqs(i)) THEN |
---|
305 | rneb(i, k) = 1.0 |
---|
306 | ELSE |
---|
307 | rneb(i, k) = 0.0 |
---|
308 | END IF |
---|
309 | zcond(i) = max(0.0, zq(i) - zqs(i)) / (1. + zdqs(i)) |
---|
310 | END DO |
---|
311 | END IF |
---|
312 | |
---|
313 | DO i = 1, klon |
---|
314 | zq(i) = zq(i) - zcond(i) |
---|
315 | zt(i) = zt(i) + zcond(i) * rlvtt / rcpd |
---|
316 | END DO |
---|
317 | |
---|
318 | ! Partager l'eau condensee en precipitation et eau liquide nuageuse |
---|
319 | |
---|
320 | DO i = 1, klon |
---|
321 | IF (rneb(i, k)>0.0) THEN |
---|
322 | zoliq(i) = zcond(i) |
---|
323 | zrho(i) = pplay(i, k) / zt(i) / rd |
---|
324 | zdz(i) = (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / (zrho(i) * rg) |
---|
325 | zfice(i) = 1.0 - (zt(i) - ztglace) / (273.13 - ztglace) |
---|
326 | zfice(i) = min(max(zfice(i), 0.0), 1.0) |
---|
327 | zfice(i) = zfice(i)**nexpo |
---|
328 | zneb(i) = max(rneb(i, k), seuil_neb) |
---|
329 | radliq(i, k) = zoliq(i) / real(ninter + 1) |
---|
330 | END IF |
---|
331 | END DO |
---|
332 | |
---|
333 | DO n = 1, ninter |
---|
334 | DO i = 1, klon |
---|
335 | IF (rneb(i, k)>0.0) THEN |
---|
336 | zchau(i) = ct * dtime / real(ninter) * zoliq(i) * & |
---|
337 | (1.0 - exp(-(zoliq(i) / zneb(i) / cl)**2)) * (1. - zfice(i)) |
---|
338 | zrhol(i) = zrho(i) * zoliq(i) / zneb(i) |
---|
339 | zfroi(i) = dtime / real(ninter) / zdz(i) * zoliq(i) * fallv(zrhol(i)) * & |
---|
340 | zfice(i) |
---|
341 | ztot(i) = zchau(i) + zfroi(i) |
---|
342 | IF (zneb(i)==seuil_neb) ztot(i) = 0.0 |
---|
343 | ztot(i) = min(max(ztot(i), 0.0), zoliq(i)) |
---|
344 | zoliq(i) = max(zoliq(i) - ztot(i), 0.0) |
---|
345 | radliq(i, k) = radliq(i, k) + zoliq(i) / real(ninter + 1) |
---|
346 | END IF |
---|
347 | END DO |
---|
348 | END DO |
---|
349 | |
---|
350 | DO i = 1, klon |
---|
351 | IF (rneb(i, k)>0.0) THEN |
---|
352 | d_ql(i, k) = zoliq(i) |
---|
353 | zrfl(i) = zrfl(i) + max(zcond(i) - zoliq(i), 0.0) * (paprs(i, k) - paprs(i, k & |
---|
354 | + 1)) / (rg * dtime) |
---|
355 | END IF |
---|
356 | IF (zt(i)<rtt) THEN |
---|
357 | psfl(i, k) = zrfl(i) |
---|
358 | ELSE |
---|
359 | prfl(i, k) = zrfl(i) |
---|
360 | END IF |
---|
361 | END DO |
---|
362 | |
---|
363 | ! Calculer les tendances de q et de t: |
---|
364 | |
---|
365 | DO i = 1, klon |
---|
366 | d_q(i, k) = zq(i) - q(i, k) |
---|
367 | d_t(i, k) = zt(i) - t(i, k) |
---|
368 | END DO |
---|
369 | |
---|
370 | ! AA--------------- Calcul du lessivage stratiforme ------------- |
---|
371 | |
---|
372 | DO i = 1, klon |
---|
373 | |
---|
374 | zprec_cond(i) = max(zcond(i) - zoliq(i), 0.0) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / & |
---|
375 | rg |
---|
376 | IF (rneb(i, k)>0.0 .AND. zprec_cond(i)>0.) THEN |
---|
377 | ! AA lessivage nucleation LMD5 dans la couche elle-meme |
---|
378 | IF (t(i, k)>=ztglace) THEN |
---|
379 | zalpha_tr = a_tr_sca(3) |
---|
380 | ELSE |
---|
381 | zalpha_tr = a_tr_sca(4) |
---|
382 | END IF |
---|
383 | zfrac_lessi = 1. - exp(zalpha_tr * zprec_cond(i) / zneb(i)) |
---|
384 | pfrac_nucl(i, k) = pfrac_nucl(i, k) * (1. - zneb(i) * zfrac_lessi) |
---|
385 | frac_nucl(i, k) = 1. - zneb(i) * zfrac_lessi |
---|
386 | |
---|
387 | ! nucleation avec un facteur -1 au lieu de -0.5 |
---|
388 | zfrac_lessi = 1. - exp(-zprec_cond(i) / zneb(i)) |
---|
389 | pfrac_1nucl(i, k) = pfrac_1nucl(i, k) * (1. - zneb(i) * zfrac_lessi) |
---|
390 | END IF |
---|
391 | |
---|
392 | END DO ! boucle sur i |
---|
393 | |
---|
394 | ! AA Lessivage par impaction dans les couches en-dessous |
---|
395 | DO kk = k - 1, 1, -1 |
---|
396 | DO i = 1, klon |
---|
397 | IF (rneb(i, k)>0.0 .AND. zprec_cond(i)>0.) THEN |
---|
398 | IF (t(i, kk)>=ztglace) THEN |
---|
399 | zalpha_tr = a_tr_sca(1) |
---|
400 | ELSE |
---|
401 | zalpha_tr = a_tr_sca(2) |
---|
402 | END IF |
---|
403 | zfrac_lessi = 1. - exp(zalpha_tr * zprec_cond(i) / zneb(i)) |
---|
404 | pfrac_impa(i, kk) = pfrac_impa(i, kk) * (1. - zneb(i) * zfrac_lessi) |
---|
405 | frac_impa(i, kk) = 1. - zneb(i) * zfrac_lessi |
---|
406 | END IF |
---|
407 | END DO |
---|
408 | END DO |
---|
409 | |
---|
410 | ! AA---------------------------------------------------------- |
---|
411 | ! FIN DE BOUCLE SUR K |
---|
412 | END DO |
---|
413 | |
---|
414 | ! AA----------------------------------------------------------- |
---|
415 | |
---|
416 | ! Pluie ou neige au sol selon la temperature de la 1ere couche |
---|
417 | |
---|
418 | DO i = 1, klon |
---|
419 | IF ((t(i, 1) + d_t(i, 1))<rtt) THEN |
---|
420 | snow(i) = zrfl(i) |
---|
421 | ELSE |
---|
422 | rain(i) = zrfl(i) |
---|
423 | END IF |
---|
424 | END DO |
---|
425 | |
---|
426 | END SUBROUTINE fisrtilp_tr |
---|