1 | ! $Id: fisrtilp_tr.F90 5153 2024-07-31 16:20:03Z fhourdin $ |
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2 | |
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3 | |
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4 | SUBROUTINE fisrtilp_tr(dtime, paprs, pplay, t, q, ratqs, d_t, d_q, d_ql, & |
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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 |
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7 | ! properties; aeropt.F) |
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8 | |
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9 | USE dimphy |
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10 | USE lmdz_print_control, ONLY: lunout |
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11 | USE lmdz_yoethf |
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12 | |
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13 | USE lmdz_yomcst |
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14 | |
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15 | IMPLICIT NONE |
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16 | INCLUDE "FCTTRE.h" |
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17 | ! ====================================================================== |
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18 | ! Auteur(s): Z.X. Li (LMD/CNRS) |
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19 | ! Date: le 20 mars 1995 |
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20 | ! Objet: condensation et precipitation stratiforme. |
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21 | ! schema de nuage |
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22 | ! ====================================================================== |
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23 | ! ====================================================================== |
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24 | |
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25 | ! Arguments: |
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26 | |
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27 | REAL dtime ! intervalle du temps (s) |
---|
28 | REAL paprs(klon, klev + 1) ! pression a inter-couche |
---|
29 | REAL pplay(klon, klev) ! pression au milieu de couche |
---|
30 | REAL t(klon, klev) ! temperature (K) |
---|
31 | REAL q(klon, klev) ! humidite specifique (kg/kg) |
---|
32 | REAL d_t(klon, klev) ! incrementation de la temperature (K) |
---|
33 | REAL d_q(klon, klev) ! incrementation de la vapeur d'eau |
---|
34 | REAL d_ql(klon, klev) ! incrementation de l'eau liquide |
---|
35 | REAL rneb(klon, klev) ! fraction nuageuse |
---|
36 | REAL radliq(klon, klev) ! eau liquide utilisee dans rayonnements |
---|
37 | REAL rain(klon) ! pluies (mm/s) |
---|
38 | REAL snow(klon) ! neige (mm/s) |
---|
39 | REAL prfl(klon, klev + 1) ! flux d'eau precipitante aux interfaces (kg/m2/s) |
---|
40 | REAL psfl(klon, klev + 1) ! flux d'eau precipitante aux interfaces (kg/m2/s) |
---|
41 | |
---|
42 | ! jq For aerosol opt properties needed (see aeropt.F) |
---|
43 | REAL rhcl(klon, klev) |
---|
44 | |
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45 | ! AA |
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46 | ! Coeffients de fraction lessivee : pour OFF-LINE |
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47 | |
---|
48 | REAL pfrac_nucl(klon, klev) |
---|
49 | REAL pfrac_1nucl(klon, klev) |
---|
50 | REAL pfrac_impa(klon, klev) |
---|
51 | |
---|
52 | ! Fraction d'aerosols lessivee par impaction et par nucleation |
---|
53 | ! POur ON-LINE |
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54 | |
---|
55 | REAL frac_impa(klon, klev) |
---|
56 | REAL frac_nucl(klon, klev) |
---|
57 | ! AA |
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58 | |
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59 | ! Options du programme: |
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60 | |
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61 | REAL seuil_neb ! un nuage existe vraiment au-dela |
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62 | PARAMETER (seuil_neb = 0.001) |
---|
63 | REAL ct ! inverse du temps pour qu'un nuage precipite |
---|
64 | PARAMETER (ct = 1. / 1800.) |
---|
65 | REAL cl ! seuil de precipitation |
---|
66 | PARAMETER (cl = 2.6E-4) |
---|
67 | ! cc PARAMETER (cl=2.3e-4) |
---|
68 | ! cc PARAMETER (cl=2.0e-4) |
---|
69 | INTEGER ninter ! sous-intervals pour la precipitation |
---|
70 | PARAMETER (ninter = 5) |
---|
71 | LOGICAL evap_prec ! evaporation de la pluie |
---|
72 | PARAMETER (evap_prec = .TRUE.) |
---|
73 | REAL coef_eva |
---|
74 | PARAMETER (coef_eva = 2.0E-05) |
---|
75 | LOGICAL calcrat ! calculer ratqs au lieu de fixer sa valeur |
---|
76 | REAL ratqs(klon, klev) ! determine la largeur de distribution de vapeur |
---|
77 | PARAMETER (calcrat = .TRUE.) |
---|
78 | REAL zx_min, rat_max |
---|
79 | PARAMETER (zx_min = 1.0, rat_max = 0.01) |
---|
80 | REAL zx_max, rat_min |
---|
81 | PARAMETER (zx_max = 0.1, rat_min = 0.3) |
---|
82 | REAL zx |
---|
83 | |
---|
84 | LOGICAL cpartiel ! condensation partielle |
---|
85 | PARAMETER (cpartiel = .TRUE.) |
---|
86 | REAL t_coup |
---|
87 | PARAMETER (t_coup = 234.0) |
---|
88 | |
---|
89 | ! Variables locales: |
---|
90 | |
---|
91 | INTEGER i, k, n, kk |
---|
92 | REAL zqs(klon), zdqs(klon), zdelta, zcor, zcvm5 |
---|
93 | REAL zrfl(klon), zrfln(klon), zqev, zqevt |
---|
94 | REAL zoliq(klon), zcond(klon), zq(klon), zqn(klon), zdelq |
---|
95 | REAL ztglace, zt(klon) |
---|
96 | INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau |
---|
97 | REAL zdz(klon), zrho(klon), ztot(klon), zrhol(klon) |
---|
98 | REAL zchau(klon), zfroi(klon), zfice(klon), zneb(klon) |
---|
99 | |
---|
100 | LOGICAL appel1er |
---|
101 | SAVE appel1er |
---|
102 | !$OMP THREADPRIVATE(appel1er) |
---|
103 | |
---|
104 | ! --------------------------------------------------------------- |
---|
105 | |
---|
106 | ! AA Variables traceurs: |
---|
107 | ! AA Provisoire !!! Parametres alpha du lessivage |
---|
108 | ! AA A priori on a 4 scavenging # possibles |
---|
109 | |
---|
110 | REAL a_tr_sca(4) |
---|
111 | SAVE a_tr_sca |
---|
112 | !$OMP THREADPRIVATE(a_tr_sca) |
---|
113 | |
---|
114 | ! Variables intermediaires |
---|
115 | |
---|
116 | REAL zalpha_tr |
---|
117 | REAL zfrac_lessi |
---|
118 | REAL zprec_cond(klon) |
---|
119 | ! AA |
---|
120 | ! --------------------------------------------------------------- |
---|
121 | |
---|
122 | ! Fonctions en ligne: |
---|
123 | |
---|
124 | REAL fallv ! vitesse de chute pour crystaux de glace |
---|
125 | REAL zzz |
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126 | DATA appel1er/.TRUE./ |
---|
127 | fallv(zzz) = 3.29 / 2.0 * ((zzz)**0.16) |
---|
128 | ! cc fallv (zzz) = 3.29/3.0 * ((zzz)**0.16) |
---|
129 | ! cc fallv (zzz) = 3.29 * ((zzz)**0.16) |
---|
130 | |
---|
131 | IF (appel1er) THEN |
---|
132 | |
---|
133 | WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, calcrat:', calcrat |
---|
134 | WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, ninter:', ninter |
---|
135 | WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, evap_prec:', evap_prec |
---|
136 | WRITE (lunout, *) 'fisrtilp, cpartiel:', cpartiel |
---|
137 | IF (abs(dtime / real(ninter) - 360.0)>0.001) THEN |
---|
138 | WRITE (lunout, *) 'fisrtilp: Ce n est pas prevu, voir Z.X.Li', dtime |
---|
139 | WRITE (lunout, *) 'Je prefere un sous-intervalle de 6 minutes' |
---|
140 | CALL abort |
---|
141 | END IF |
---|
142 | appel1er = .FALSE. |
---|
143 | |
---|
144 | ! AA initialiation provisoire |
---|
145 | a_tr_sca(1) = -0.5 |
---|
146 | a_tr_sca(2) = -0.5 |
---|
147 | a_tr_sca(3) = -0.5 |
---|
148 | a_tr_sca(4) = -0.5 |
---|
149 | |
---|
150 | ! AA Initialisation a 1 des coefs des fractions lessivees |
---|
151 | |
---|
152 | DO k = 1, klev |
---|
153 | DO i = 1, klon |
---|
154 | pfrac_nucl(i, k) = 1. |
---|
155 | pfrac_1nucl(i, k) = 1. |
---|
156 | pfrac_impa(i, k) = 1. |
---|
157 | END DO |
---|
158 | END DO |
---|
159 | |
---|
160 | END IF ! test sur appel1er |
---|
161 | |
---|
162 | ! MAf Initialisation a 0 de zoliq |
---|
163 | DO i = 1, klon |
---|
164 | zoliq(i) = 0. |
---|
165 | END DO |
---|
166 | ! Determiner les nuages froids par leur temperature |
---|
167 | |
---|
168 | ztglace = rtt - 15.0 |
---|
169 | nexpo = 6 |
---|
170 | ! cc nexpo = 1 |
---|
171 | |
---|
172 | ! Initialiser les sorties: |
---|
173 | |
---|
174 | DO k = 1, klev + 1 |
---|
175 | DO i = 1, klon |
---|
176 | prfl(i, k) = 0.0 |
---|
177 | psfl(i, k) = 0.0 |
---|
178 | END DO |
---|
179 | END DO |
---|
180 | |
---|
181 | DO k = 1, klev |
---|
182 | DO i = 1, klon |
---|
183 | d_t(i, k) = 0.0 |
---|
184 | d_q(i, k) = 0.0 |
---|
185 | d_ql(i, k) = 0.0 |
---|
186 | rneb(i, k) = 0.0 |
---|
187 | radliq(i, k) = 0.0 |
---|
188 | frac_nucl(i, k) = 1. |
---|
189 | frac_impa(i, k) = 1. |
---|
190 | END DO |
---|
191 | END DO |
---|
192 | DO i = 1, klon |
---|
193 | rain(i) = 0.0 |
---|
194 | snow(i) = 0.0 |
---|
195 | END DO |
---|
196 | |
---|
197 | ! Initialiser le flux de precipitation a zero |
---|
198 | |
---|
199 | DO i = 1, klon |
---|
200 | zrfl(i) = 0.0 |
---|
201 | zneb(i) = seuil_neb |
---|
202 | END DO |
---|
203 | |
---|
204 | |
---|
205 | ! AA Pour plus de securite |
---|
206 | |
---|
207 | zalpha_tr = 0. |
---|
208 | zfrac_lessi = 0. |
---|
209 | |
---|
210 | ! AA---------------------------------------------------------- |
---|
211 | |
---|
212 | ! Boucle verticale (du haut vers le bas) |
---|
213 | |
---|
214 | DO k = klev, 1, -1 |
---|
215 | |
---|
216 | ! AA---------------------------------------------------------- |
---|
217 | |
---|
218 | DO i = 1, klon |
---|
219 | zt(i) = t(i, k) |
---|
220 | zq(i) = q(i, k) |
---|
221 | END DO |
---|
222 | |
---|
223 | ! Calculer l'evaporation de la precipitation |
---|
224 | |
---|
225 | IF (evap_prec) THEN |
---|
226 | DO i = 1, klon |
---|
227 | IF (zrfl(i)>0.) THEN |
---|
228 | IF (thermcep) THEN |
---|
229 | zdelta = max(0., sign(1., rtt - zt(i))) |
---|
230 | zqs(i) = r2es * foeew(zt(i), zdelta) / pplay(i, k) |
---|
231 | zqs(i) = min(0.5, zqs(i)) |
---|
232 | zcor = 1. / (1. - retv * zqs(i)) |
---|
233 | zqs(i) = zqs(i) * zcor |
---|
234 | ELSE |
---|
235 | IF (zt(i)<t_coup) THEN |
---|
236 | zqs(i) = qsats(zt(i)) / pplay(i, k) |
---|
237 | ELSE |
---|
238 | zqs(i) = qsatl(zt(i)) / pplay(i, k) |
---|
239 | END IF |
---|
240 | END IF |
---|
241 | zqev = max(0.0, (zqs(i) - zq(i)) * zneb(i)) |
---|
242 | zqevt = coef_eva * (1.0 - zq(i) / zqs(i)) * sqrt(zrfl(i)) * & |
---|
243 | (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / pplay(i, k) * zt(i) * rd / rg |
---|
244 | zqevt = max(0.0, min(zqevt, zrfl(i))) * rg * dtime / & |
---|
245 | (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) |
---|
246 | zqev = min(zqev, zqevt) |
---|
247 | zrfln(i) = zrfl(i) - zqev * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / rg / dtime |
---|
248 | zq(i) = zq(i) - (zrfln(i) - zrfl(i)) * (rg / (paprs(i, k) - paprs(i, & |
---|
249 | k + 1))) * dtime |
---|
250 | zt(i) = zt(i) + (zrfln(i) - zrfl(i)) * (rg / (paprs(i, k) - paprs(i, & |
---|
251 | k + 1))) * dtime * rlvtt / rcpd / (1.0 + rvtmp2 * zq(i)) |
---|
252 | zrfl(i) = zrfln(i) |
---|
253 | END IF |
---|
254 | END DO |
---|
255 | END IF |
---|
256 | |
---|
257 | ! Calculer Qs et L/Cp*dQs/dT: |
---|
258 | |
---|
259 | IF (thermcep) THEN |
---|
260 | DO i = 1, klon |
---|
261 | zdelta = max(0., sign(1., rtt - zt(i))) |
---|
262 | zcvm5 = r5les * rlvtt * (1. - zdelta) + r5ies * rlstt * zdelta |
---|
263 | zcvm5 = zcvm5 / rcpd / (1.0 + rvtmp2 * zq(i)) |
---|
264 | zqs(i) = r2es * foeew(zt(i), zdelta) / pplay(i, k) |
---|
265 | zqs(i) = min(0.5, zqs(i)) |
---|
266 | zcor = 1. / (1. - retv * zqs(i)) |
---|
267 | zqs(i) = zqs(i) * zcor |
---|
268 | zdqs(i) = foede(zt(i), zdelta, zcvm5, zqs(i), zcor) |
---|
269 | END DO |
---|
270 | ELSE |
---|
271 | DO i = 1, klon |
---|
272 | IF (zt(i)<t_coup) THEN |
---|
273 | zqs(i) = qsats(zt(i)) / pplay(i, k) |
---|
274 | zdqs(i) = dqsats(zt(i), zqs(i)) |
---|
275 | ELSE |
---|
276 | zqs(i) = qsatl(zt(i)) / pplay(i, k) |
---|
277 | zdqs(i) = dqsatl(zt(i), zqs(i)) |
---|
278 | END IF |
---|
279 | END DO |
---|
280 | END IF |
---|
281 | |
---|
282 | ! Determiner la condensation partielle et calculer la quantite |
---|
283 | ! de l'eau condensee: |
---|
284 | |
---|
285 | IF (cpartiel) THEN |
---|
286 | DO i = 1, klon |
---|
287 | |
---|
288 | zdelq = ratqs(i, k) * zq(i) |
---|
289 | rneb(i, k) = (zq(i) + zdelq - zqs(i)) / (2.0 * zdelq) |
---|
290 | zqn(i) = (zq(i) + zdelq + zqs(i)) / 2.0 |
---|
291 | IF (rneb(i, k)<=0.0) zqn(i) = 0.0 |
---|
292 | IF (rneb(i, k)>=1.0) zqn(i) = zq(i) |
---|
293 | rneb(i, k) = max(0.0, min(1.0, rneb(i, k))) |
---|
294 | zcond(i) = max(0.0, zqn(i) - zqs(i)) * rneb(i, k) / (1. + zdqs(i)) |
---|
295 | |
---|
296 | ! --Olivier |
---|
297 | rhcl(i, k) = (zqs(i) + zq(i) - zdelq) / 2. / zqs(i) |
---|
298 | IF (rneb(i, k)<=0.0) rhcl(i, k) = zq(i) / zqs(i) |
---|
299 | IF (rneb(i, k)>=1.0) rhcl(i, k) = 1.0 |
---|
300 | ! --fin |
---|
301 | |
---|
302 | END DO |
---|
303 | ELSE |
---|
304 | DO i = 1, klon |
---|
305 | IF (zq(i)>zqs(i)) THEN |
---|
306 | rneb(i, k) = 1.0 |
---|
307 | ELSE |
---|
308 | rneb(i, k) = 0.0 |
---|
309 | END IF |
---|
310 | zcond(i) = max(0.0, zq(i) - zqs(i)) / (1. + zdqs(i)) |
---|
311 | END DO |
---|
312 | END IF |
---|
313 | |
---|
314 | DO i = 1, klon |
---|
315 | zq(i) = zq(i) - zcond(i) |
---|
316 | zt(i) = zt(i) + zcond(i) * rlvtt / rcpd |
---|
317 | END DO |
---|
318 | |
---|
319 | ! Partager l'eau condensee en precipitation et eau liquide nuageuse |
---|
320 | |
---|
321 | DO i = 1, klon |
---|
322 | IF (rneb(i, k)>0.0) THEN |
---|
323 | zoliq(i) = zcond(i) |
---|
324 | zrho(i) = pplay(i, k) / zt(i) / rd |
---|
325 | zdz(i) = (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / (zrho(i) * rg) |
---|
326 | zfice(i) = 1.0 - (zt(i) - ztglace) / (273.13 - ztglace) |
---|
327 | zfice(i) = min(max(zfice(i), 0.0), 1.0) |
---|
328 | zfice(i) = zfice(i)**nexpo |
---|
329 | zneb(i) = max(rneb(i, k), seuil_neb) |
---|
330 | radliq(i, k) = zoliq(i) / real(ninter + 1) |
---|
331 | END IF |
---|
332 | END DO |
---|
333 | |
---|
334 | DO n = 1, ninter |
---|
335 | DO i = 1, klon |
---|
336 | IF (rneb(i, k)>0.0) THEN |
---|
337 | zchau(i) = ct * dtime / real(ninter) * zoliq(i) * & |
---|
338 | (1.0 - exp(-(zoliq(i) / zneb(i) / cl)**2)) * (1. - zfice(i)) |
---|
339 | zrhol(i) = zrho(i) * zoliq(i) / zneb(i) |
---|
340 | zfroi(i) = dtime / real(ninter) / zdz(i) * zoliq(i) * fallv(zrhol(i)) * & |
---|
341 | zfice(i) |
---|
342 | ztot(i) = zchau(i) + zfroi(i) |
---|
343 | IF (zneb(i)==seuil_neb) ztot(i) = 0.0 |
---|
344 | ztot(i) = min(max(ztot(i), 0.0), zoliq(i)) |
---|
345 | zoliq(i) = max(zoliq(i) - ztot(i), 0.0) |
---|
346 | radliq(i, k) = radliq(i, k) + zoliq(i) / real(ninter + 1) |
---|
347 | END IF |
---|
348 | END DO |
---|
349 | END DO |
---|
350 | |
---|
351 | DO i = 1, klon |
---|
352 | IF (rneb(i, k)>0.0) THEN |
---|
353 | d_ql(i, k) = zoliq(i) |
---|
354 | zrfl(i) = zrfl(i) + max(zcond(i) - zoliq(i), 0.0) * (paprs(i, k) - paprs(i, k & |
---|
355 | + 1)) / (rg * dtime) |
---|
356 | END IF |
---|
357 | IF (zt(i)<rtt) THEN |
---|
358 | psfl(i, k) = zrfl(i) |
---|
359 | ELSE |
---|
360 | prfl(i, k) = zrfl(i) |
---|
361 | END IF |
---|
362 | END DO |
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363 | |
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364 | ! Calculer les tendances de q et de t: |
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365 | |
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366 | DO i = 1, klon |
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367 | d_q(i, k) = zq(i) - q(i, k) |
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368 | d_t(i, k) = zt(i) - t(i, k) |
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369 | END DO |
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370 | |
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371 | ! AA--------------- Calcul du lessivage stratiforme ------------- |
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372 | |
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373 | DO i = 1, klon |
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374 | |
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375 | zprec_cond(i) = max(zcond(i) - zoliq(i), 0.0) * (paprs(i, k) - paprs(i, k + 1)) / & |
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376 | rg |
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377 | IF (rneb(i, k)>0.0 .AND. zprec_cond(i)>0.) THEN |
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378 | ! AA lessivage nucleation LMD5 dans la couche elle-meme |
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379 | IF (t(i, k)>=ztglace) THEN |
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380 | zalpha_tr = a_tr_sca(3) |
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381 | ELSE |
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382 | zalpha_tr = a_tr_sca(4) |
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383 | END IF |
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384 | zfrac_lessi = 1. - exp(zalpha_tr * zprec_cond(i) / zneb(i)) |
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385 | pfrac_nucl(i, k) = pfrac_nucl(i, k) * (1. - zneb(i) * zfrac_lessi) |
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386 | frac_nucl(i, k) = 1. - zneb(i) * zfrac_lessi |
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387 | |
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388 | ! nucleation avec un facteur -1 au lieu de -0.5 |
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389 | zfrac_lessi = 1. - exp(-zprec_cond(i) / zneb(i)) |
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390 | pfrac_1nucl(i, k) = pfrac_1nucl(i, k) * (1. - zneb(i) * zfrac_lessi) |
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391 | END IF |
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392 | |
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393 | END DO ! boucle sur i |
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394 | |
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395 | ! AA Lessivage par impaction dans les couches en-dessous |
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396 | DO kk = k - 1, 1, -1 |
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397 | DO i = 1, klon |
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398 | IF (rneb(i, k)>0.0 .AND. zprec_cond(i)>0.) THEN |
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399 | IF (t(i, kk)>=ztglace) THEN |
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400 | zalpha_tr = a_tr_sca(1) |
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401 | ELSE |
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402 | zalpha_tr = a_tr_sca(2) |
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403 | END IF |
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404 | zfrac_lessi = 1. - exp(zalpha_tr * zprec_cond(i) / zneb(i)) |
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405 | pfrac_impa(i, kk) = pfrac_impa(i, kk) * (1. - zneb(i) * zfrac_lessi) |
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406 | frac_impa(i, kk) = 1. - zneb(i) * zfrac_lessi |
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407 | END IF |
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408 | END DO |
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409 | END DO |
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410 | |
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411 | ! AA---------------------------------------------------------- |
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412 | ! FIN DE BOUCLE SUR K |
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413 | END DO |
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414 | |
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415 | ! AA----------------------------------------------------------- |
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416 | |
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417 | ! Pluie ou neige au sol selon la temperature de la 1ere couche |
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418 | |
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419 | DO i = 1, klon |
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420 | IF ((t(i, 1) + d_t(i, 1))<rtt) THEN |
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421 | snow(i) = zrfl(i) |
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422 | ELSE |
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423 | rain(i) = zrfl(i) |
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424 | END IF |
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425 | END DO |
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426 | |
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427 | END SUBROUTINE fisrtilp_tr |
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