| 1 | MODULE lmdz_thermcell_down |
|---|
| 2 | CONTAINS |
|---|
| 3 | |
|---|
| 4 | SUBROUTINE thermcell_updown_dq(ngrid,nlay,ptimestep,lmax,eup,dup,edn,ddn,masse,trac,dtrac) |
|---|
| 5 | |
|---|
| 6 | USE lmdz_thermcell_ini, ONLY: iflag_thermals_down |
|---|
| 7 | |
|---|
| 8 | |
|---|
| 9 | !----------------------------------------------------------------- |
|---|
| 10 | ! thermcell_updown_dq: computes the tendency of tracers associated |
|---|
| 11 | ! with the presence of convective up/down drafts |
|---|
| 12 | ! This routine that has been collectively written during the |
|---|
| 13 | ! "ateliers downdrafts" in 2022/2023 |
|---|
| 14 | ! Maelle, Frédéric, Catherine, Fleur, Florent, Etienne |
|---|
| 15 | !------------------------------------------------------------------ |
|---|
| 16 | |
|---|
| 17 | |
|---|
| 18 | IMPLICIT NONE |
|---|
| 19 | |
|---|
| 20 | ! declarations |
|---|
| 21 | !============================================================== |
|---|
| 22 | |
|---|
| 23 | ! input/output |
|---|
| 24 | |
|---|
| 25 | integer,intent(in) :: ngrid ! number of horizontal grid points |
|---|
| 26 | integer, intent(in) :: nlay ! number of vertical layers |
|---|
| 27 | real,intent(in) :: ptimestep ! time step of the physics [s] |
|---|
| 28 | real,intent(in), dimension(ngrid,nlay) :: eup ! entrainment to updrafts * dz [same unit as flux] |
|---|
| 29 | real,intent(in), dimension(ngrid,nlay) :: dup ! detrainment from updrafts * dz [same unit as flux] |
|---|
| 30 | real,intent(in), dimension(ngrid,nlay) :: edn ! entrainment to downdrafts * dz [same unit as flux] |
|---|
| 31 | real,intent(in), dimension(ngrid,nlay) :: ddn ! detrainment from downdrafts * dz [same unit as flux] |
|---|
| 32 | real,intent(in), dimension(ngrid,nlay) :: masse ! mass of layers = rho dz |
|---|
| 33 | real,intent(in), dimension(ngrid,nlay) :: trac ! tracer |
|---|
| 34 | integer, intent(in), dimension(ngrid) :: lmax ! max level index at which downdraft are present |
|---|
| 35 | real,intent(out),dimension(ngrid,nlay) ::dtrac ! tendance du traceur |
|---|
| 36 | |
|---|
| 37 | |
|---|
| 38 | ! Local |
|---|
| 39 | |
|---|
| 40 | real, dimension(ngrid,nlay+1) :: fup,fdn,fc,fthu,fthd,fthe,fthtot |
|---|
| 41 | real, dimension(ngrid,nlay) :: tracu,tracd,traci,tracold |
|---|
| 42 | real :: www, mstar_inv |
|---|
| 43 | integer ig,ilay |
|---|
| 44 | real, dimension(ngrid,nlay):: s1,s2,num !coefficients pour la resolution implicite |
|---|
| 45 | integer :: iflag_impl=1 ! 0 pour explicite, 1 pour implicite "classique", 2 pour implicite avec entrainement et detrainement |
|---|
| 46 | |
|---|
| 47 | fdn(:,:)=0. |
|---|
| 48 | fup(:,:)=0. |
|---|
| 49 | fc(:,:)=0. |
|---|
| 50 | fthu(:,:)=0. |
|---|
| 51 | fthd(:,:)=0. |
|---|
| 52 | fthe(:,:)=0. |
|---|
| 53 | fthtot(:,:)=0. |
|---|
| 54 | tracd(:,:)=0. |
|---|
| 55 | tracu(:,:)=0. |
|---|
| 56 | traci(:,:)=trac(:,:) |
|---|
| 57 | tracold(:,:)=trac(:,:) |
|---|
| 58 | s1(:,:)=0. |
|---|
| 59 | s2(:,:)=0. |
|---|
| 60 | num(:,:)=1. |
|---|
| 61 | |
|---|
| 62 | if ( iflag_thermals_down < 10 ) then |
|---|
| 63 | call abort_physic("thermcell_updown_dq", & |
|---|
| 64 | 'thermcell_down_dq = 0 or >= 10', 1) |
|---|
| 65 | else |
|---|
| 66 | iflag_impl=iflag_thermals_down-10 |
|---|
| 67 | endif |
|---|
| 68 | |
|---|
| 69 | |
|---|
| 70 | ! lmax : indice tel que fu(kmax+1)=0 |
|---|
| 71 | ! Dans ce cas, pas besoin d'initialiser tracd(lmax) ( =trac(lmax) ) |
|---|
| 72 | ! Boucle pour le downdraft |
|---|
| 73 | do ilay=nlay,1,-1 |
|---|
| 74 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 75 | !if ( lmax(ig) > nlay - 2 ) stop "les thermiques montent trop haut" |
|---|
| 76 | if (ilay<=lmax(ig) .and. lmax(ig)>1 ) then |
|---|
| 77 | fdn(ig,ilay)=fdn(ig,ilay+1)+edn(ig,ilay)-ddn(ig,ilay) |
|---|
| 78 | if ( fdn(ig,ilay)+ddn(ig,ilay) > 0. ) then |
|---|
| 79 | www=fdn(ig,ilay+1)/ (fdn(ig,ilay)+ddn(ig,ilay)) |
|---|
| 80 | else |
|---|
| 81 | www=0. |
|---|
| 82 | endif |
|---|
| 83 | tracd(ig,ilay)=www*tracd(ig,ilay+1) + (1.-www)*trac(ig,ilay) |
|---|
| 84 | endif |
|---|
| 85 | enddo |
|---|
| 86 | enddo !Fin boucle sur l'updraft |
|---|
| 87 | fdn(:,1)=0. |
|---|
| 88 | |
|---|
| 89 | !Boucle pour l'updraft |
|---|
| 90 | do ilay=1,nlay,1 |
|---|
| 91 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 92 | if (ilay<lmax(ig) .and. lmax(ig)>1) then |
|---|
| 93 | fup(ig,ilay+1)=fup(ig,ilay)+eup(ig,ilay)-dup(ig,ilay) |
|---|
| 94 | if (fup(ig,ilay+1)+dup(ig,ilay) > 0.) then |
|---|
| 95 | www=fup(ig,ilay)/(fup(ig,ilay+1)+dup(ig,ilay)) |
|---|
| 96 | else |
|---|
| 97 | www=0. |
|---|
| 98 | endif |
|---|
| 99 | if (ilay == 1 ) then |
|---|
| 100 | tracu(ig,ilay)=trac(ig,ilay) |
|---|
| 101 | else |
|---|
| 102 | tracu(ig,ilay)=www*tracu(ig,ilay-1)+(1.-www)*trac(ig,ilay) |
|---|
| 103 | endif |
|---|
| 104 | endif |
|---|
| 105 | enddo |
|---|
| 106 | enddo !fin boucle sur le downdraft |
|---|
| 107 | |
|---|
| 108 | ! Calcul des flux des traceurs dans les updraft et les downdrfat |
|---|
| 109 | ! et du flux de masse compensateur |
|---|
| 110 | ! en ilay=1 et nlay+1, fthu=0 et fthd=0 |
|---|
| 111 | fthu(:,1)=0. |
|---|
| 112 | fthu(:,nlay+1)=0. |
|---|
| 113 | fthd(:,1)=0. |
|---|
| 114 | fthd(:,nlay+1)=0. |
|---|
| 115 | fc(:,1)=0. |
|---|
| 116 | fc(:,nlay+1)=0. |
|---|
| 117 | do ilay=2,nlay,1 !boucle sur les interfaces |
|---|
| 118 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 119 | fthu(ig,ilay)=fup(ig,ilay)*tracu(ig,ilay-1) |
|---|
| 120 | fthd(ig,ilay)=-fdn(ig,ilay)*tracd(ig,ilay) |
|---|
| 121 | fc(ig,ilay)=fup(ig,ilay)-fdn(ig,ilay) |
|---|
| 122 | enddo |
|---|
| 123 | enddo |
|---|
| 124 | |
|---|
| 125 | |
|---|
| 126 | !Boucle pour calculer le flux du traceur flux updraft, flux downdraft, flux compensatoire |
|---|
| 127 | !Methode explicite : |
|---|
| 128 | if(iflag_impl==0) then |
|---|
| 129 | do ilay=2,nlay,1 |
|---|
| 130 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 131 | !!!!ATTENTION HYPOTHESE de FLUX COMPENSATOIRE DESCENDANT ET DONC comme schema amont on va chercher trac au dessus!!!!! |
|---|
| 132 | !!!! tentative de prise en compte d'un flux compensatoire montant !!!! |
|---|
| 133 | if (fup(ig,ilay)-fdn(ig,ilay) < 0.) then |
|---|
| 134 | call abort_physic("thermcell_updown_dq", 'flux compensatoire '& |
|---|
| 135 | // 'montant, cas non traite par thermcell_updown_dq', 1) |
|---|
| 136 | !fthe(ig,ilay)=(fup(ig,ilay)-fdn(ig,ilay))*trac(ig,ilay-1) |
|---|
| 137 | else |
|---|
| 138 | fthe(ig,ilay)=-(fup(ig,ilay)-fdn(ig,ilay))*trac(ig,ilay) |
|---|
| 139 | endif |
|---|
| 140 | !! si on voulait le prendre en compte on |
|---|
| 141 | !fthe(ig,ilay)=-(fup(ig,ilay)-fdn(ig,ilay))*trac(ig,ilay-1) |
|---|
| 142 | fthtot(ig,ilay)=fthu(ig,ilay)+fthd(ig,ilay)+fthe(ig,ilay) |
|---|
| 143 | enddo |
|---|
| 144 | enddo |
|---|
| 145 | !Boucle pour calculer trac |
|---|
| 146 | do ilay=1,nlay |
|---|
| 147 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 148 | dtrac(ig,ilay)=(fthtot(ig,ilay)-fthtot(ig,ilay+1))/masse(ig,ilay) |
|---|
| 149 | ! trac(ig,ilay)=trac(ig,ilay) + (fthtot(ig,ilay)-fthtot(ig,ilay+1))*(ptimestep/masse(ig,ilay)) |
|---|
| 150 | enddo |
|---|
| 151 | enddo !fin du calculer de la tendance du traceur avec la methode explicite |
|---|
| 152 | |
|---|
| 153 | !!! Reecriture du schéma explicite avec les notations du schéma implicite |
|---|
| 154 | else if(iflag_impl==-1) then |
|---|
| 155 | write(*,*) 'nouveau schéma explicite !!!' |
|---|
| 156 | !!! Calcul de s1 |
|---|
| 157 | do ilay=1,nlay |
|---|
| 158 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 159 | s1(ig,ilay)=fthu(ig,ilay)-fthu(ig,ilay+1)+fthd(ig,ilay)-fthd(ig,ilay+1) |
|---|
| 160 | s2(ig,ilay)=s1(ig,ilay)+fthe(ig,ilay)-fthe(ig,ilay+1) |
|---|
| 161 | enddo |
|---|
| 162 | enddo |
|---|
| 163 | |
|---|
| 164 | do ilay=2,nlay,1 |
|---|
| 165 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 166 | if (fup(ig,ilay)-fdn(ig,ilay) < 0.) then |
|---|
| 167 | call abort_physic("thermcell_updown_dq", 'flux compensatoire ' & |
|---|
| 168 | // 'montant, cas non traite par thermcell_updown_dq', 1) |
|---|
| 169 | else |
|---|
| 170 | fthe(ig,ilay)=-(fup(ig,ilay)-fdn(ig,ilay))*trac(ig,ilay) |
|---|
| 171 | endif |
|---|
| 172 | fthtot(ig,ilay)=fthu(ig,ilay)+fthd(ig,ilay)+fthe(ig,ilay) |
|---|
| 173 | enddo |
|---|
| 174 | enddo |
|---|
| 175 | !Boucle pour calculer trac |
|---|
| 176 | do ilay=1,nlay |
|---|
| 177 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 178 | ! dtrac(ig,ilay)=(fthtot(ig,ilay)-fthtot(ig,ilay+1))/masse(ig,ilay) |
|---|
| 179 | dtrac(ig,ilay)=(s1(ig,ilay)+fthe(ig,ilay)-fthe(ig,ilay+1))/masse(ig,ilay) |
|---|
| 180 | ! trac(ig,ilay)=trac(ig,ilay) + (fthtot(ig,ilay)-fthtot(ig,ilay+1))*(ptimestep/masse(ig,ilay)) |
|---|
| 181 | ! trac(ig,ilay)=trac(ig,ilay) + (s1(ig,ilay)+fthe(ig,ilay)-fthe(ig,ilay+1))*(ptimestep/masse(ig,ilay)) |
|---|
| 182 | enddo |
|---|
| 183 | enddo !fin du calculer de la tendance du traceur avec la methode explicite |
|---|
| 184 | |
|---|
| 185 | else if (iflag_impl==1) then |
|---|
| 186 | do ilay=1,nlay |
|---|
| 187 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 188 | s1(ig,ilay)=fthu(ig,ilay)-fthu(ig,ilay+1)+fthd(ig,ilay)-fthd(ig,ilay+1) |
|---|
| 189 | enddo |
|---|
| 190 | enddo |
|---|
| 191 | |
|---|
| 192 | !Boucle pour calculer traci = trac((t+dt) |
|---|
| 193 | do ilay=nlay-1,1,-1 |
|---|
| 194 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 195 | if((fup(ig,ilay)-fdn(ig,ilay)) < 0) then |
|---|
| 196 | write(*,*) 'flux compensatoire montant, cas non traite par thermcell_updown_dq dans le cas d une resolution implicite, ilay : ', ilay |
|---|
| 197 | call abort_physic("thermcell_updown_dq", "", 1) |
|---|
| 198 | else |
|---|
| 199 | mstar_inv=ptimestep/masse(ig,ilay) |
|---|
| 200 | traci(ig,ilay)=((traci(ig,ilay+1)*fc(ig,ilay+1)+s1(ig,ilay))*mstar_inv+tracold(ig,ilay))/(1.+fc(ig,ilay)*mstar_inv) |
|---|
| 201 | endif |
|---|
| 202 | enddo |
|---|
| 203 | enddo |
|---|
| 204 | do ilay=1,nlay |
|---|
| 205 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 206 | dtrac(ig,ilay)=(traci(ig,ilay)-tracold(ig,ilay))/ptimestep |
|---|
| 207 | enddo |
|---|
| 208 | enddo |
|---|
| 209 | |
|---|
| 210 | else |
|---|
| 211 | call abort_physic("thermcell_updown_dq", & |
|---|
| 212 | 'valeur de iflag_impl non prevue', 1) |
|---|
| 213 | endif |
|---|
| 214 | |
|---|
| 215 | RETURN |
|---|
| 216 | END |
|---|
| 217 | |
|---|
| 218 | !========================================================================= |
|---|
| 219 | |
|---|
| 220 | SUBROUTINE thermcell_down(ngrid,nlay,po,pt,pu,pv,pplay,pplev, & |
|---|
| 221 | lmax,fup,eup,dup,theta) |
|---|
| 222 | |
|---|
| 223 | !-------------------------------------------------------------- |
|---|
| 224 | !thermcell_down: calcul des propri??t??s du panache descendant. |
|---|
| 225 | !-------------------------------------------------------------- |
|---|
| 226 | |
|---|
| 227 | |
|---|
| 228 | USE lmdz_thermcell_ini, ONLY : prt_level,RLvCp,RKAPPA,RETV,fact_thermals_down |
|---|
| 229 | IMPLICIT NONE |
|---|
| 230 | |
|---|
| 231 | ! arguments |
|---|
| 232 | |
|---|
| 233 | integer,intent(in) :: ngrid,nlay |
|---|
| 234 | real,intent(in), dimension(ngrid,nlay) :: po,pt,pu,pv,pplay,eup,dup |
|---|
| 235 | real,intent(in), dimension(ngrid,nlay) :: theta |
|---|
| 236 | real,intent(in), dimension(ngrid,nlay+1) :: pplev,fup |
|---|
| 237 | integer, intent(in), dimension(ngrid) :: lmax |
|---|
| 238 | |
|---|
| 239 | |
|---|
| 240 | |
|---|
| 241 | ! Local |
|---|
| 242 | |
|---|
| 243 | real, dimension(ngrid,nlay) :: edn,ddn,thetad |
|---|
| 244 | real, dimension(ngrid,nlay+1) :: fdn |
|---|
| 245 | |
|---|
| 246 | integer ig,ilay |
|---|
| 247 | real dqsat_dT |
|---|
| 248 | logical mask(ngrid,nlay) |
|---|
| 249 | |
|---|
| 250 | edn(:,:)=0. |
|---|
| 251 | ddn(:,:)=0. |
|---|
| 252 | fdn(:,:)=0. |
|---|
| 253 | thetad(:,:)=0. |
|---|
| 254 | |
|---|
| 255 | ! lmax : indice tel que fu(kmax+1)=0 |
|---|
| 256 | |
|---|
| 257 | ! Dans ce cas, pas besoin d'initialiser thetad(lmax) ( =theta(lmax) ) |
|---|
| 258 | |
|---|
| 259 | ! FH MODIFS APRES REUNIONS POUR COMMISSIONS |
|---|
| 260 | ! quelques erreurs de declaration |
|---|
| 261 | ! probleme si lmax=1 ce qui a l'air d'??tre le cas en d??but de simu. Devrait ??tre 0 ? |
|---|
| 262 | ! Remarques : |
|---|
| 263 | ! on pourrait ??crire la formule de thetad |
|---|
| 264 | ! www=fdn(ig,ilay+1)/ (fdn(ig,ilay)+ddn(ig,ilay)) |
|---|
| 265 | ! thetad(ig,ilay)= www * thetad(ig,ilay+1) + (1.-www) * theta(ig,ilay) |
|---|
| 266 | ! Elle a l'avantage de bien montr?? la conservation, l'id??e fondamentale dans le |
|---|
| 267 | ! transport qu'on ne fait que sommer des "sources" au travers d'un "propagateur" |
|---|
| 268 | ! (Green) |
|---|
| 269 | ! Elle montre aussi beaucoup plus clairement pourquoi on n'a pas ?? se souccier (trop) |
|---|
| 270 | ! de la possible nulit?? du d??nominateur |
|---|
| 271 | |
|---|
| 272 | |
|---|
| 273 | do ilay=nlay,1,-1 |
|---|
| 274 | do ig=1,ngrid |
|---|
| 275 | if (ilay<=lmax(ig).and.lmax(ig)>1) then |
|---|
| 276 | edn(ig,ilay)=fact_thermals_down*dup(ig,ilay) |
|---|
| 277 | ddn(ig,ilay)=fact_thermals_down*eup(ig,ilay) |
|---|
| 278 | fdn(ig,ilay)=fdn(ig,ilay+1)+edn(ig,ilay)-ddn(ig,ilay) |
|---|
| 279 | thetad(ig,ilay)=( fdn(ig,ilay+1)*thetad(ig,ilay+1) + edn(ig,ilay)*theta(ig,ilay) ) / (fdn(ig,ilay)+ddn(ig,ilay)) |
|---|
| 280 | endif |
|---|
| 281 | enddo |
|---|
| 282 | enddo |
|---|
| 283 | |
|---|
| 284 | ! Suite du travail : |
|---|
| 285 | ! Ecrire la conservervation de theta_l dans le panache descendant |
|---|
| 286 | ! Eventuellement faire la transformation theta_l -> theta_v |
|---|
| 287 | ! Si l'air est sec (et qu'on oublie le c??t?? theta_v) on peut |
|---|
| 288 | ! se contenter de conserver theta. |
|---|
| 289 | ! |
|---|
| 290 | ! Connaissant thetadn, on peut calculer la flotabilit??. |
|---|
| 291 | ! Connaissant la flotabilit??, on peut calculer w de proche en proche |
|---|
| 292 | ! On peut calculer le detrainement de facon ?? garder alpha*rho = cste |
|---|
| 293 | ! On en d??duit l'entrainement lat??ral |
|---|
| 294 | ! C'est le mod??le des mini-projets. |
|---|
| 295 | |
|---|
| 296 | !^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^ |
|---|
| 297 | ! Initialisations : |
|---|
| 298 | !------------------ |
|---|
| 299 | |
|---|
| 300 | |
|---|
| 301 | ! |
|---|
| 302 | RETURN |
|---|
| 303 | END |
|---|
| 304 | END MODULE lmdz_thermcell_down |
|---|
