1 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
2 | |
---|
3 | SUBROUTINE yamada4(ni, nsrf, ngrid, dt, g, rconst, plev, temp, zlev, zlay, u, v, teta, & |
---|
4 | cd, tke, eps, km, kn, kq, ustar, iflag_pbl, drgpro) |
---|
5 | |
---|
6 | USE dimphy, ONLY: klev, klon |
---|
7 | USE phys_local_var_mod, ONLY: wprime |
---|
8 | USE yamada_ini_mod, ONLY: new_yamada4, yamada4_num, hboville |
---|
9 | USE yamada_ini_mod, ONLY: prt_level, lunout, pbl_lmixmin_alpha, b1, kap, viscom, viscoh |
---|
10 | USE yamada_ini_mod, ONLY: ric, yun, ydeux, lmixmin, iflag_vdif_q2 |
---|
11 | USE lmdz_abort_physic, ONLY: abort_physic |
---|
12 | |
---|
13 | IMPLICIT NONE |
---|
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 |
---|
28 | ! dt : pas de temps |
---|
29 | ! g : g |
---|
30 | ! rconst: constante de l'air sec |
---|
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) |
---|
36 | ! teta : temperature potentielle virtuelle au centre de chaque couche |
---|
37 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
38 | ! cd : cdrag pour la quantit?? de mouvement |
---|
39 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
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. |
---|
58 | ! 2016/11/30 (EV etienne.vignon@lmd.ipsl.fr) |
---|
59 | ! On met tke (=q2/2) en entr??e plut??t que q2 |
---|
60 | ! On corrige l'update de la tke |
---|
61 | ! 2020/10/01 (EV) |
---|
62 | ! On ajoute la dissipation de la TKE en diagnostique de sortie |
---|
63 | |
---|
64 | ! Inpout/Output : |
---|
65 | !============== |
---|
66 | ! tke : tke au bas de chaque couche |
---|
67 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
68 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
69 | |
---|
70 | ! Outputs: |
---|
71 | !========== |
---|
72 | ! eps: tke dissipation rate |
---|
73 | ! km : diffusivite turbulente de quantite de mouvement (au bas de chaque |
---|
74 | ! couche) |
---|
75 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
76 | ! kn : diffusivite turbulente des scalaires (au bas de chaque couche) |
---|
77 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
78 | |
---|
79 | !....................................................................... |
---|
80 | |
---|
81 | !======================================================================= |
---|
82 | ! Declarations: |
---|
83 | !======================================================================= |
---|
84 | |
---|
85 | |
---|
86 | ! Inputs/Outputs |
---|
87 | !---------------- |
---|
88 | REAL dt, g, rconst |
---|
89 | REAL plev(klon, klev + 1), temp(klon, klev) |
---|
90 | REAL ustar(klon) |
---|
91 | REAL kmin, qmin, pblhmin(klon), coriol(klon) |
---|
92 | REAL zlev(klon, klev + 1) |
---|
93 | REAL zlay(klon, klev) |
---|
94 | REAL u(klon, klev) |
---|
95 | REAL v(klon, klev) |
---|
96 | REAL teta(klon, klev) |
---|
97 | REAL cd(klon) |
---|
98 | REAL tke(klon, klev + 1) |
---|
99 | REAL eps(klon, klev + 1) |
---|
100 | REAL unsdz(klon, klev) |
---|
101 | REAL unsdzdec(klon, klev + 1) |
---|
102 | REAL kn(klon, klev + 1) |
---|
103 | REAL km(klon, klev + 1) |
---|
104 | INTEGER iflag_pbl, ngrid, nsrf |
---|
105 | INTEGER ni(klon) |
---|
106 | |
---|
107 | !FC |
---|
108 | REAL drgpro(klon, klev) |
---|
109 | REAL winds(klon, klev) |
---|
110 | |
---|
111 | ! Local |
---|
112 | !------- |
---|
113 | |
---|
114 | REAL q2(klon, klev + 1) |
---|
115 | REAL kmpre(klon, klev + 1), tmp2, qpre |
---|
116 | REAL mpre(klon, klev + 1) |
---|
117 | REAL kq(klon, klev + 1) |
---|
118 | REAL ff(klon, klev + 1), delta(klon, klev + 1) |
---|
119 | REAL aa(klon, klev + 1), aa0, aa1 |
---|
120 | INTEGER nlay, nlev |
---|
121 | |
---|
122 | INTEGER ig, jg, k |
---|
123 | REAL ri, zrif, zalpha, zsm, zsn |
---|
124 | REAL rif(klon, klev + 1), sm(klon, klev + 1), alpha(klon, klev) |
---|
125 | REAL m2(klon, klev + 1), dz(klon, klev + 1), zq, n2(klon, klev + 1) |
---|
126 | REAL dtetadz(klon, klev + 1) |
---|
127 | REAL m2cstat, mcstat, kmcstat |
---|
128 | REAL l(klon, klev + 1) |
---|
129 | REAL zz(klon, klev + 1) |
---|
130 | INTEGER iter |
---|
131 | REAL dissip(klon, klev), tkeprov, tkeexp, shear(klon, klev), buoy(klon, klev) |
---|
132 | REAL :: disseff |
---|
133 | |
---|
134 | REAL, SAVE :: rifc |
---|
135 | !$OMP THREADPRIVATE(rifc) |
---|
136 | REAL, SAVE :: seuilsm, seuilalpha |
---|
137 | !$OMP THREADPRIVATE(seuilsm, seuilalpha) |
---|
138 | |
---|
139 | REAL frif, falpha, fsm |
---|
140 | REAL rino(klon, klev + 1), smyam(klon, klev), styam(klon, klev), & |
---|
141 | lyam(klon, klev), knyam(klon, klev), w2yam(klon, klev), t2yam(klon, klev) |
---|
142 | |
---|
143 | CHARACTER (len = 20) :: modname = 'yamada4' |
---|
144 | CHARACTER (len = 80) :: abort_message |
---|
145 | |
---|
146 | |
---|
147 | |
---|
148 | ! Fonctions utilis??es |
---|
149 | !-------------------- |
---|
150 | |
---|
151 | frif(ri) = 0.6588 * (ri + 0.1776 - sqrt(ri * ri - 0.3221 * ri + 0.03156)) |
---|
152 | falpha(ri) = 1.318 * (0.2231 - ri) / (0.2341 - ri) |
---|
153 | fsm(ri) = 1.96 * (0.1912 - ri) * (0.2341 - ri) / ((1. - ri) * (0.2231 - ri)) |
---|
154 | |
---|
155 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
156 | ! Corrections et reglages issus du travail de these d'Etienne Vignon. |
---|
157 | rifc = frif(ric) |
---|
158 | seuilsm = fsm(frif(ric)) |
---|
159 | seuilalpha = falpha(frif(ric)) |
---|
160 | ELSE |
---|
161 | rifc = 0.191 |
---|
162 | seuilalpha = 1.12 |
---|
163 | seuilsm = 0.085 |
---|
164 | ENDIF |
---|
165 | |
---|
166 | !=============================================================================== |
---|
167 | ! Flags, tests et ??valuations de constantes |
---|
168 | !=============================================================================== |
---|
169 | |
---|
170 | ! On utilise ou non la routine de Holstalg Boville pour les cas tres stables |
---|
171 | |
---|
172 | IF (.NOT. (iflag_pbl>=6 .AND. iflag_pbl<=12)) THEN |
---|
173 | abort_message = 'probleme de coherence dans appel a MY' |
---|
174 | CALL abort_physic(modname, abort_message, 1) |
---|
175 | END IF |
---|
176 | |
---|
177 | nlay = klev |
---|
178 | nlev = klev + 1 |
---|
179 | |
---|
180 | |
---|
181 | !======================================================================== |
---|
182 | ! Calcul des increments verticaux |
---|
183 | !========================================================================= |
---|
184 | |
---|
185 | |
---|
186 | ! Attention: zlev n'est pas declare a nlev |
---|
187 | DO ig = 1, ngrid |
---|
188 | zlev(ig, nlev) = zlay(ig, nlay) + (zlay(ig, nlay) - zlev(ig, nlev - 1)) |
---|
189 | END DO |
---|
190 | |
---|
191 | DO k = 1, nlay |
---|
192 | DO ig = 1, ngrid |
---|
193 | unsdz(ig, k) = 1.E+0 / (zlev(ig, k + 1) - zlev(ig, k)) |
---|
194 | END DO |
---|
195 | END DO |
---|
196 | DO ig = 1, ngrid |
---|
197 | unsdzdec(ig, 1) = 1.E+0 / (zlay(ig, 1) - zlev(ig, 1)) |
---|
198 | END DO |
---|
199 | DO k = 2, nlay |
---|
200 | DO ig = 1, ngrid |
---|
201 | unsdzdec(ig, k) = 1.E+0 / (zlay(ig, k) - zlay(ig, k - 1)) |
---|
202 | END DO |
---|
203 | END DO |
---|
204 | DO ig = 1, ngrid |
---|
205 | unsdzdec(ig, nlay + 1) = 1.E+0 / (zlev(ig, nlay + 1) - zlay(ig, nlay)) |
---|
206 | END DO |
---|
207 | |
---|
208 | !========================================================================= |
---|
209 | ! Richardson number and stability functions |
---|
210 | !========================================================================= |
---|
211 | |
---|
212 | ! initialize arrays: |
---|
213 | |
---|
214 | m2(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
215 | sm(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
216 | rif(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
217 | |
---|
218 | !------------------------------------------------------------ |
---|
219 | DO k = 2, klev |
---|
220 | |
---|
221 | DO ig = 1, ngrid |
---|
222 | dz(ig, k) = zlay(ig, k) - zlay(ig, k - 1) |
---|
223 | m2(ig, k) = ((u(ig, k) - u(ig, k - 1))**2 + (v(ig, k) - v(ig, & |
---|
224 | k - 1))**2) / (dz(ig, k) * dz(ig, k)) |
---|
225 | dtetadz(ig, k) = (teta(ig, k) - teta(ig, k - 1)) / dz(ig, k) |
---|
226 | n2(ig, k) = g * 2. * dtetadz(ig, k) / (teta(ig, k - 1) + teta(ig, k)) |
---|
227 | ri = n2(ig, k) / max(m2(ig, k), 1.E-10) |
---|
228 | IF (ri<ric) THEN |
---|
229 | rif(ig, k) = frif(ri) |
---|
230 | ELSE |
---|
231 | rif(ig, k) = rifc |
---|
232 | END IF |
---|
233 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
234 | alpha(ig, k) = max(falpha(rif(ig, k)), seuilalpha) |
---|
235 | sm(ig, k) = max(fsm(rif(ig, k)), seuilsm) |
---|
236 | else |
---|
237 | IF (rif(ig, k)<0.16) THEN |
---|
238 | alpha(ig, k) = falpha(rif(ig, k)) |
---|
239 | sm(ig, k) = fsm(rif(ig, k)) |
---|
240 | ELSE |
---|
241 | alpha(ig, k) = seuilalpha |
---|
242 | sm(ig, k) = seuilsm |
---|
243 | END IF |
---|
244 | |
---|
245 | end if |
---|
246 | zz(ig, k) = b1 * m2(ig, k) * (1. - rif(ig, k)) * sm(ig, k) |
---|
247 | END DO |
---|
248 | END DO |
---|
249 | |
---|
250 | |
---|
251 | |
---|
252 | |
---|
253 | |
---|
254 | !======================================================================= |
---|
255 | ! DIFFERENT TYPES DE SCHEMA de YAMADA |
---|
256 | !======================================================================= |
---|
257 | |
---|
258 | ! On commence par calculer q2 a partir de la tke |
---|
259 | |
---|
260 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
261 | DO k = 1, klev + 1 |
---|
262 | q2(1:ngrid, k) = tke(1:ngrid, k) * ydeux |
---|
263 | ENDDO |
---|
264 | ELSE |
---|
265 | DO k = 1, klev + 1 |
---|
266 | q2(1:ngrid, k) = tke(1:ngrid, k) |
---|
267 | ENDDO |
---|
268 | ENDIF |
---|
269 | |
---|
270 | ! ==================================================================== |
---|
271 | ! Computing the mixing length |
---|
272 | ! ==================================================================== |
---|
273 | |
---|
274 | CALL mixinglength(ni, nsrf, ngrid, iflag_pbl, pbl_lmixmin_alpha, lmixmin, zlay, zlev, u, v, q2, n2, l) |
---|
275 | |
---|
276 | |
---|
277 | !-------------- |
---|
278 | ! Yamada 2.0 |
---|
279 | !-------------- |
---|
280 | IF (iflag_pbl==6) THEN |
---|
281 | |
---|
282 | DO k = 2, klev |
---|
283 | q2(1:ngrid, k) = l(1:ngrid, k)**2 * zz(1:ngrid, k) |
---|
284 | END DO |
---|
285 | |
---|
286 | |
---|
287 | !------------------ |
---|
288 | ! Yamada 2.Fournier |
---|
289 | !------------------ |
---|
290 | |
---|
291 | ELSE IF (iflag_pbl==7) THEN |
---|
292 | |
---|
293 | |
---|
294 | ! Calcul de l, km, au pas precedent |
---|
295 | !.................................... |
---|
296 | DO k = 2, klev |
---|
297 | DO ig = 1, ngrid |
---|
298 | delta(ig, k) = q2(ig, k) / (l(ig, k)**2 * sm(ig, k)) |
---|
299 | kmpre(ig, k) = l(ig, k) * sqrt(q2(ig, k)) * sm(ig, k) |
---|
300 | mpre(ig, k) = sqrt(m2(ig, k)) |
---|
301 | END DO |
---|
302 | END DO |
---|
303 | |
---|
304 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
305 | DO ig = 1, ngrid |
---|
306 | m2cstat = max(alpha(ig, k) * n2(ig, k) + delta(ig, k) / b1, 1.E-12) |
---|
307 | mcstat = sqrt(m2cstat) |
---|
308 | |
---|
309 | ! Puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m supposee en q3 |
---|
310 | !......................................................................... |
---|
311 | |
---|
312 | IF (k==2) THEN |
---|
313 | kmcstat = 1.E+0 / mcstat * (unsdz(ig, k) * kmpre(ig, k + 1) * mpre(ig, k + 1) + & |
---|
314 | unsdz(ig, k - 1) * cd(ig) * (sqrt(u(ig, 3)**2 + v(ig, 3)**2) - mcstat / unsdzdec & |
---|
315 | (ig, k) - mpre(ig, k + 1) / unsdzdec(ig, k + 1))**2) / (unsdz(ig, k) + unsdz(ig, k & |
---|
316 | - 1)) |
---|
317 | ELSE |
---|
318 | kmcstat = 1.E+0 / mcstat * (unsdz(ig, k) * kmpre(ig, k + 1) * mpre(ig, k + 1) + & |
---|
319 | unsdz(ig, k - 1) * kmpre(ig, k - 1) * mpre(ig, k - 1)) / & |
---|
320 | (unsdz(ig, k) + unsdz(ig, k - 1)) |
---|
321 | END IF |
---|
322 | |
---|
323 | tmp2 = kmcstat / (sm(ig, k) / q2(ig, k)) / l(ig, k) |
---|
324 | q2(ig, k) = max(tmp2, 1.E-12)**(2. / 3.) |
---|
325 | |
---|
326 | END DO |
---|
327 | END DO |
---|
328 | |
---|
329 | |
---|
330 | ! ------------------------ |
---|
331 | ! Yamada 2.5 a la Didi |
---|
332 | !------------------------- |
---|
333 | |
---|
334 | ELSE IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==9) THEN |
---|
335 | |
---|
336 | ! Calcul de l, km, au pas precedent |
---|
337 | !.................................... |
---|
338 | DO k = 2, klev |
---|
339 | DO ig = 1, ngrid |
---|
340 | delta(ig, k) = q2(ig, k) / (l(ig, k)**2 * sm(ig, k)) |
---|
341 | IF (delta(ig, k)<1.E-20) THEN |
---|
342 | delta(ig, k) = 1.E-20 |
---|
343 | END IF |
---|
344 | km(ig, k) = l(ig, k) * sqrt(q2(ig, k)) * sm(ig, k) |
---|
345 | aa0 = (m2(ig, k) - alpha(ig, k) * n2(ig, k) - delta(ig, k) / b1) |
---|
346 | aa1 = (m2(ig, k) * (1. - rif(ig, k)) - delta(ig, k) / b1) |
---|
347 | aa(ig, k) = aa1 * dt / (delta(ig, k) * l(ig, k)) |
---|
348 | qpre = sqrt(q2(ig, k)) |
---|
349 | IF (aa(ig, k)>0.) THEN |
---|
350 | q2(ig, k) = (qpre + aa(ig, k) * qpre * qpre)**2 |
---|
351 | ELSE |
---|
352 | q2(ig, k) = (qpre / (1. - aa(ig, k) * qpre))**2 |
---|
353 | END IF |
---|
354 | ! else ! iflag_pbl=9 |
---|
355 | ! if (aa(ig,k)*qpre.gt.0.9) THEN |
---|
356 | ! q2(ig,k)=(qpre*10.)**2 |
---|
357 | ! else |
---|
358 | ! q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 |
---|
359 | ! END IF |
---|
360 | ! END IF |
---|
361 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig, k), 1.E-10), 1.E4) |
---|
362 | END DO |
---|
363 | END DO |
---|
364 | |
---|
365 | ELSE IF (iflag_pbl>=10) THEN |
---|
366 | |
---|
367 | shear(:, :) = 0. |
---|
368 | buoy(:, :) = 0. |
---|
369 | dissip(:, :) = 0. |
---|
370 | km(:, :) = 0. |
---|
371 | |
---|
372 | IF (yamada4_num>=1) THEN |
---|
373 | |
---|
374 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
375 | DO ig = 1, ngrid |
---|
376 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig, k), 1.E-10), 1.E4) |
---|
377 | km(ig, k) = l(ig, k) * sqrt(q2(ig, k)) * sm(ig, k) |
---|
378 | shear(ig, k) = km(ig, k) * m2(ig, k) |
---|
379 | buoy(ig, k) = km(ig, k) * m2(ig, k) * (-1. * rif(ig, k)) |
---|
380 | ! dissip(ig,k)=min(max(((sqrt(q2(ig,k)))**3)/(b1*l(ig,k)),1.E-12),1.E4) |
---|
381 | dissip(ig, k) = ((sqrt(q2(ig, k)))**3) / (b1 * l(ig, k)) |
---|
382 | ENDDO |
---|
383 | ENDDO |
---|
384 | |
---|
385 | IF (yamada4_num==1) THEN ! Schema du MAR tel quel |
---|
386 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
387 | DO ig = 1, ngrid |
---|
388 | tkeprov = q2(ig, k) / ydeux |
---|
389 | tkeprov = tkeprov * & |
---|
390 | (tkeprov + dt * (shear(ig, k) + max(0., buoy(ig, k)))) / & |
---|
391 | (tkeprov + dt * ((-1.) * min(0., buoy(ig, k)) + dissip(ig, k) + drgpro(ig, k) * tkeprov)) |
---|
392 | q2(ig, k) = tkeprov * ydeux |
---|
393 | ENDDO |
---|
394 | ENDDO |
---|
395 | ELSE IF (yamada4_num==2) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
396 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
397 | DO ig = 1, ngrid |
---|
398 | tkeprov = q2(ig, k) / ydeux |
---|
399 | disseff = dissip(ig, k) - min(0., buoy(ig, k)) |
---|
400 | tkeprov = tkeprov / (1. + dt * disseff / (2. * tkeprov))**2 |
---|
401 | tkeprov = tkeprov + dt * (shear(ig, k) + max(0., buoy(ig, k))) |
---|
402 | q2(ig, k) = tkeprov * ydeux |
---|
403 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
404 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
405 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
406 | ENDDO |
---|
407 | ENDDO |
---|
408 | ELSE IF (yamada4_num==3) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
409 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
410 | DO ig = 1, ngrid |
---|
411 | tkeprov = q2(ig, k) / ydeux |
---|
412 | disseff = dissip(ig, k) - min(0., buoy(ig, k)) |
---|
413 | tkeprov = tkeprov * exp(-dt * disseff / tkeprov) |
---|
414 | tkeprov = tkeprov + dt * (shear(ig, k) + max(0., buoy(ig, k))) |
---|
415 | q2(ig, k) = tkeprov * ydeux |
---|
416 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
417 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
418 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
419 | ENDDO |
---|
420 | ENDDO |
---|
421 | ELSE IF (yamada4_num==4) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
422 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
423 | DO ig = 1, ngrid |
---|
424 | tkeprov = q2(ig, k) / ydeux |
---|
425 | tkeprov = tkeprov + dt * (shear(ig, k) + max(0., buoy(ig, k))) |
---|
426 | tkeprov = tkeprov * & |
---|
427 | tkeprov / & |
---|
428 | (tkeprov + dt * ((-1.) * min(0., buoy(ig, k)) + dissip(ig, k))) |
---|
429 | q2(ig, k) = tkeprov * ydeux |
---|
430 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
431 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
432 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
433 | ENDDO |
---|
434 | ENDDO |
---|
435 | |
---|
436 | !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! |
---|
437 | !! Attention, yamada4_num=5 est inexacte car néglige les termes de flottabilité |
---|
438 | !! en conditions instables |
---|
439 | !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! |
---|
440 | ELSE IF (yamada4_num==5) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
441 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
442 | DO ig = 1, ngrid |
---|
443 | tkeprov = q2(ig, k) / ydeux |
---|
444 | !FC on ajoute la dissipation due aux arbres |
---|
445 | disseff = dissip(ig, k) - min(0., buoy(ig, k)) + drgpro(ig, k) * tkeprov |
---|
446 | tkeexp = exp(-dt * disseff / tkeprov) |
---|
447 | ! on prend en compte la tke cree par les arbres |
---|
448 | winds(ig, k) = sqrt(u(ig, k)**2 + v(ig, k)**2) |
---|
449 | tkeprov = (shear(ig, k) + & |
---|
450 | drgpro(ig, k) * (winds(ig, k))**3) * tkeprov / disseff * (1. - tkeexp) + tkeprov * tkeexp |
---|
451 | q2(ig, k) = tkeprov * ydeux |
---|
452 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
453 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
454 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
455 | ENDDO |
---|
456 | ENDDO |
---|
457 | ELSE IF (yamada4_num==6) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
458 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
459 | DO ig = 1, ngrid |
---|
460 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
461 | ! dissipation, en supposant que dissipeff/TKE est constant. |
---|
462 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
463 | ! With drag and dissipation from high vegetation (EV & FC, 05/10/2020) |
---|
464 | winds(ig, k) = sqrt(u(ig, k)**2 + v(ig, k)**2) |
---|
465 | tkeprov = q2(ig, k) / ydeux |
---|
466 | tkeprov = tkeprov + max(buoy(ig, k) + shear(ig, k) + drgpro(ig, k) * (winds(ig, k))**3, 0.) * dt |
---|
467 | disseff = dissip(ig, k) - min(0., buoy(ig, k) + shear(ig, k) + drgpro(ig, k) * (winds(ig, k))**3) + drgpro(ig, k) * tkeprov |
---|
468 | tkeexp = exp(-dt * disseff / tkeprov) |
---|
469 | tkeprov = tkeprov * tkeexp |
---|
470 | q2(ig, k) = tkeprov * ydeux |
---|
471 | |
---|
472 | ENDDO |
---|
473 | ENDDO |
---|
474 | ENDIF |
---|
475 | |
---|
476 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
477 | DO ig = 1, ngrid |
---|
478 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig, k), 1.E-10), 1.E4) |
---|
479 | ENDDO |
---|
480 | ENDDO |
---|
481 | |
---|
482 | ELSE |
---|
483 | |
---|
484 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
485 | km(1:ngrid, k) = l(1:ngrid, k) * sqrt(q2(1:ngrid, k)) * sm(1:ngrid, k) |
---|
486 | q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) + ydeux * dt * km(1:ngrid, k) * m2(1:ngrid, k) * (1. - rif(1:ngrid, k)) |
---|
487 | ! q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) + dt*km(1:ngrid, k)*m2(1:ngrid, k)*(1.-rif(1:ngrid,k)) |
---|
488 | q2(1:ngrid, k) = min(max(q2(1:ngrid, k), 1.E-10), 1.E4) |
---|
489 | q2(1:ngrid, k) = 1. / (1. / sqrt(q2(1:ngrid, k)) + dt / (yun * l(1:ngrid, k) * b1)) |
---|
490 | ! q2(1:ngrid, k) = 1./(1./sqrt(q2(1:ngrid,k))+dt/(2*l(1:ngrid,k)*b1)) |
---|
491 | q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) * q2(1:ngrid, k) |
---|
492 | END DO |
---|
493 | |
---|
494 | ENDIF |
---|
495 | |
---|
496 | ELSE |
---|
497 | abort_message = 'Cas nom prevu dans yamada4' |
---|
498 | CALL abort_physic(modname, abort_message, 1) |
---|
499 | |
---|
500 | END IF ! Fin du cas 8 |
---|
501 | |
---|
502 | |
---|
503 | ! ==================================================================== |
---|
504 | ! Calcul des coefficients de melange |
---|
505 | ! ==================================================================== |
---|
506 | |
---|
507 | DO k = 2, klev |
---|
508 | DO ig = 1, ngrid |
---|
509 | zq = sqrt(q2(ig, k)) |
---|
510 | km(ig, k) = l(ig, k) * zq * sm(ig, k) ! For momentum |
---|
511 | kn(ig, k) = km(ig, k) * alpha(ig, k) ! For scalars |
---|
512 | kq(ig, k) = l(ig, k) * zq * 0.2 ! For TKE |
---|
513 | END DO |
---|
514 | END DO |
---|
515 | |
---|
516 | |
---|
517 | !==================================================================== |
---|
518 | ! Transport diffusif vertical de la TKE par la TKE |
---|
519 | !==================================================================== |
---|
520 | |
---|
521 | |
---|
522 | ! initialize near-surface and top-layer mixing coefficients |
---|
523 | !........................................................... |
---|
524 | |
---|
525 | kq(1:ngrid, 1) = kq(1:ngrid, 2) ! constant (ie no gradient) near the surface |
---|
526 | kq(1:ngrid, klev + 1) = 0 ! zero at the top |
---|
527 | |
---|
528 | ! Transport diffusif vertical de la TKE. |
---|
529 | !....................................... |
---|
530 | |
---|
531 | IF (iflag_vdif_q2==1) THEN |
---|
532 | q2(1:ngrid, 1) = q2(1:ngrid, 2) |
---|
533 | CALL vdif_q2(dt, g, rconst, ngrid, plev, temp, kq, q2) |
---|
534 | END IF |
---|
535 | |
---|
536 | |
---|
537 | !==================================================================== |
---|
538 | ! Traitement particulier pour les cas tres stables, introduction d'une |
---|
539 | ! longueur de m??lange minimale |
---|
540 | !==================================================================== |
---|
541 | |
---|
542 | ! Reference: Local versus Nonlocal boundary-layer diffusion in a global climate model |
---|
543 | ! Holtslag A.A.M. and Boville B.A. |
---|
544 | ! J. Clim., 6, 1825-1842, 1993 |
---|
545 | |
---|
546 | IF (hboville) THEN |
---|
547 | |
---|
548 | IF (prt_level>1) THEN |
---|
549 | WRITE(lunout, *) 'YAMADA4 0' |
---|
550 | END IF |
---|
551 | |
---|
552 | DO ig = 1, ngrid |
---|
553 | coriol(ig) = 1.E-4 |
---|
554 | pblhmin(ig) = 0.07 * ustar(ig) / max(abs(coriol(ig)), 2.546E-5) |
---|
555 | END DO |
---|
556 | |
---|
557 | IF (1==1) THEN |
---|
558 | IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==10) THEN |
---|
559 | |
---|
560 | DO k = 2, klev |
---|
561 | DO ig = 1, ngrid |
---|
562 | IF (teta(ig, 2)>teta(ig, 1)) THEN |
---|
563 | qmin = ustar(ig) * (max(1. - zlev(ig, k) / pblhmin(ig), 0.))**2 |
---|
564 | kmin = kap * zlev(ig, k) * qmin |
---|
565 | ELSE |
---|
566 | kmin = -1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. |
---|
567 | END IF |
---|
568 | IF (kn(ig, k)<kmin .OR. km(ig, k)<kmin) THEN |
---|
569 | |
---|
570 | kn(ig, k) = kmin |
---|
571 | km(ig, k) = kmin |
---|
572 | kq(ig, k) = kmin |
---|
573 | |
---|
574 | ! la longueur de melange est suposee etre l= kap z |
---|
575 | ! K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 |
---|
576 | |
---|
577 | q2(ig, k) = (qmin / sm(ig, k))**2 |
---|
578 | END IF |
---|
579 | END DO |
---|
580 | END DO |
---|
581 | |
---|
582 | ELSE |
---|
583 | DO k = 2, klev |
---|
584 | DO ig = 1, ngrid |
---|
585 | IF (teta(ig, 2)>teta(ig, 1)) THEN |
---|
586 | qmin = ustar(ig) * (max(1. - zlev(ig, k) / pblhmin(ig), 0.))**2 |
---|
587 | kmin = kap * zlev(ig, k) * qmin |
---|
588 | ELSE |
---|
589 | kmin = -1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. |
---|
590 | END IF |
---|
591 | IF (kn(ig, k)<kmin .OR. km(ig, k)<kmin) THEN |
---|
592 | kn(ig, k) = kmin |
---|
593 | km(ig, k) = kmin |
---|
594 | kq(ig, k) = kmin |
---|
595 | ! la longueur de melange est suposee etre l= kap z |
---|
596 | ! K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 |
---|
597 | sm(ig, k) = 1. |
---|
598 | alpha(ig, k) = 1. |
---|
599 | q2(ig, k) = min((qmin / sm(ig, k))**2, 10.) |
---|
600 | zq = sqrt(q2(ig, k)) |
---|
601 | km(ig, k) = l(ig, k) * zq * sm(ig, k) |
---|
602 | kn(ig, k) = km(ig, k) * alpha(ig, k) |
---|
603 | kq(ig, k) = l(ig, k) * zq * 0.2 |
---|
604 | END IF |
---|
605 | END DO |
---|
606 | END DO |
---|
607 | END IF |
---|
608 | |
---|
609 | END IF |
---|
610 | |
---|
611 | END IF ! hboville |
---|
612 | |
---|
613 | ! Ajout d'une viscosite moleculaire |
---|
614 | km(1:ngrid, 2:klev) = km(1:ngrid, 2:klev) + viscom |
---|
615 | kn(1:ngrid, 2:klev) = kn(1:ngrid, 2:klev) + viscoh |
---|
616 | kq(1:ngrid, 2:klev) = kq(1:ngrid, 2:klev) + viscoh |
---|
617 | |
---|
618 | IF (prt_level>1) THEN |
---|
619 | WRITE(lunout, *)'YAMADA4 1' |
---|
620 | END IF !(prt_level>1) THEN |
---|
621 | |
---|
622 | |
---|
623 | !====================================================== |
---|
624 | ! Estimations de w'2 et T'2 d'apres Abdela et McFarlane |
---|
625 | !====================================================== |
---|
626 | |
---|
627 | ! Reference: A New Second-Order Turbulence Closure Scheme for the Planetary Boundary Layer |
---|
628 | ! Abdella K and McFarlane N |
---|
629 | ! J. Atmos. Sci., 54, 1850-1867, 1997 |
---|
630 | |
---|
631 | ! Diagnostique pour stokage |
---|
632 | !.......................... |
---|
633 | |
---|
634 | IF (1==0) THEN |
---|
635 | rino = rif |
---|
636 | smyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
637 | styam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
638 | lyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
639 | knyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
640 | w2yam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
641 | t2yam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
642 | |
---|
643 | smyam(1:ngrid, 2:klev) = sm(1:ngrid, 2:klev) |
---|
644 | styam(1:ngrid, 2:klev) = sm(1:ngrid, 2:klev) * alpha(1:ngrid, 2:klev) |
---|
645 | lyam(1:ngrid, 2:klev) = l(1:ngrid, 2:klev) |
---|
646 | knyam(1:ngrid, 2:klev) = kn(1:ngrid, 2:klev) |
---|
647 | |
---|
648 | |
---|
649 | ! Calcul de w'2 et T'2 |
---|
650 | !....................... |
---|
651 | |
---|
652 | w2yam(1:ngrid, 2:klev) = q2(1:ngrid, 2:klev) * 0.24 + & |
---|
653 | lyam(1:ngrid, 2:klev) * 5.17 * kn(1:ngrid, 2:klev) * n2(1:ngrid, 2:klev) / & |
---|
654 | sqrt(q2(1:ngrid, 2:klev)) |
---|
655 | |
---|
656 | t2yam(1:ngrid, 2:klev) = 9.1 * kn(1:ngrid, 2:klev) * & |
---|
657 | dtetadz(1:ngrid, 2:klev)**2 / sqrt(q2(1:ngrid, 2:klev)) * & |
---|
658 | lyam(1:ngrid, 2:klev) |
---|
659 | END IF |
---|
660 | |
---|
661 | |
---|
662 | |
---|
663 | !============================================================================ |
---|
664 | ! Mise a jour de la tke |
---|
665 | !============================================================================ |
---|
666 | |
---|
667 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
668 | DO k = 1, klev + 1 |
---|
669 | tke(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) / ydeux |
---|
670 | ENDDO |
---|
671 | ELSE |
---|
672 | DO k = 1, klev + 1 |
---|
673 | tke(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) |
---|
674 | ENDDO |
---|
675 | ENDIF |
---|
676 | |
---|
677 | |
---|
678 | !============================================================================ |
---|
679 | ! Diagnostique de la dissipation et vitesse verticale |
---|
680 | !============================================================================ |
---|
681 | |
---|
682 | ! Diagnostics |
---|
683 | |
---|
684 | eps(:, :) = 0. |
---|
685 | wprime(1:ngrid, :, nsrf) = 0. |
---|
686 | DO k = 2, klev |
---|
687 | DO ig = 1, ngrid |
---|
688 | eps(ig, k) = dissip(ig, k) |
---|
689 | jg = ni(ig) |
---|
690 | wprime(jg, k, nsrf) = sqrt(MAX(1. / 3 * q2(ig, k), 0.)) |
---|
691 | ENDDO |
---|
692 | ENDDO |
---|
693 | |
---|
694 | |
---|
695 | !============================================================================= |
---|
696 | |
---|
697 | END SUBROUTINE yamada4 |
---|
698 | |
---|
699 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
700 | |
---|
701 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
702 | SUBROUTINE vdif_q2(timestep, gravity, rconst, ngrid, plev, temp, kmy, q2) |
---|
703 | |
---|
704 | USE dimphy, ONLY: klev, klon |
---|
705 | IMPLICIT NONE |
---|
706 | |
---|
707 | ! vdif_q2: SUBROUTINE qui calcule la diffusion de la TKE par la TKE |
---|
708 | ! avec un schema implicite en temps avec |
---|
709 | ! inversion d'un syst??me tridiagonal |
---|
710 | |
---|
711 | ! Reference: Description of the interface with the surface and |
---|
712 | ! the computation of the turbulet diffusion in LMDZ |
---|
713 | ! Technical note on LMDZ |
---|
714 | ! Dufresne, J-L, Ghattas, J. and Grandpeix, J-Y |
---|
715 | |
---|
716 | !============================================================================ |
---|
717 | ! Declarations |
---|
718 | !============================================================================ |
---|
719 | |
---|
720 | REAL plev(klon, klev + 1) |
---|
721 | REAL temp(klon, klev) |
---|
722 | REAL timestep |
---|
723 | REAL gravity, rconst |
---|
724 | REAL kstar(klon, klev + 1), zz |
---|
725 | REAL kmy(klon, klev + 1) |
---|
726 | REAL q2(klon, klev + 1) |
---|
727 | REAL deltap(klon, klev + 1) |
---|
728 | REAL denom(klon, klev + 1), alpha(klon, klev + 1), beta(klon, klev + 1) |
---|
729 | INTEGER ngrid |
---|
730 | |
---|
731 | INTEGER i, k |
---|
732 | |
---|
733 | |
---|
734 | !========================================================================= |
---|
735 | ! Calcul |
---|
736 | !========================================================================= |
---|
737 | |
---|
738 | DO k = 1, klev |
---|
739 | DO i = 1, ngrid |
---|
740 | zz = (plev(i, k) + plev(i, k + 1)) * gravity / (rconst * temp(i, k)) |
---|
741 | kstar(i, k) = 0.125 * (kmy(i, k + 1) + kmy(i, k)) * zz * zz / & |
---|
742 | (plev(i, k) - plev(i, k + 1)) * timestep |
---|
743 | END DO |
---|
744 | END DO |
---|
745 | |
---|
746 | DO k = 2, klev |
---|
747 | DO i = 1, ngrid |
---|
748 | deltap(i, k) = 0.5 * (plev(i, k - 1) - plev(i, k + 1)) |
---|
749 | END DO |
---|
750 | END DO |
---|
751 | DO i = 1, ngrid |
---|
752 | deltap(i, 1) = 0.5 * (plev(i, 1) - plev(i, 2)) |
---|
753 | deltap(i, klev + 1) = 0.5 * (plev(i, klev) - plev(i, klev + 1)) |
---|
754 | denom(i, klev + 1) = deltap(i, klev + 1) + kstar(i, klev) |
---|
755 | alpha(i, klev + 1) = deltap(i, klev + 1) * q2(i, klev + 1) / denom(i, klev + 1) |
---|
756 | beta(i, klev + 1) = kstar(i, klev) / denom(i, klev + 1) |
---|
757 | END DO |
---|
758 | |
---|
759 | DO k = klev, 2, -1 |
---|
760 | DO i = 1, ngrid |
---|
761 | denom(i, k) = deltap(i, k) + (1. - beta(i, k + 1)) * kstar(i, k) + & |
---|
762 | kstar(i, k - 1) |
---|
763 | alpha(i, k) = (q2(i, k) * deltap(i, k) + kstar(i, k) * alpha(i, k + 1)) / denom(i, k) |
---|
764 | beta(i, k) = kstar(i, k - 1) / denom(i, k) |
---|
765 | END DO |
---|
766 | END DO |
---|
767 | |
---|
768 | ! Si on recalcule q2(1) |
---|
769 | !....................... |
---|
770 | IF (1==0) THEN |
---|
771 | DO i = 1, ngrid |
---|
772 | denom(i, 1) = deltap(i, 1) + (1 - beta(i, 2)) * kstar(i, 1) |
---|
773 | q2(i, 1) = (q2(i, 1) * deltap(i, 1) + kstar(i, 1) * alpha(i, 2)) / denom(i, 1) |
---|
774 | END DO |
---|
775 | END IF |
---|
776 | |
---|
777 | DO k = 2, klev + 1 |
---|
778 | DO i = 1, ngrid |
---|
779 | q2(i, k) = alpha(i, k) + beta(i, k) * q2(i, k - 1) |
---|
780 | END DO |
---|
781 | END DO |
---|
782 | |
---|
783 | END SUBROUTINE vdif_q2 |
---|
784 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
785 | |
---|
786 | |
---|
787 | |
---|
788 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
789 | SUBROUTINE vdif_q2e(timestep, gravity, rconst, ngrid, plev, temp, kmy, q2) |
---|
790 | |
---|
791 | USE dimphy, ONLY: klev, klon |
---|
792 | IMPLICIT NONE |
---|
793 | |
---|
794 | ! vdif_q2e: SUBROUTINE qui calcule la diffusion de TKE par la TKE |
---|
795 | ! avec un schema explicite en temps |
---|
796 | |
---|
797 | |
---|
798 | !==================================================== |
---|
799 | ! Declarations |
---|
800 | !==================================================== |
---|
801 | |
---|
802 | REAL plev(klon, klev + 1) |
---|
803 | REAL temp(klon, klev) |
---|
804 | REAL timestep |
---|
805 | REAL gravity, rconst |
---|
806 | REAL kstar(klon, klev + 1), zz |
---|
807 | REAL kmy(klon, klev + 1) |
---|
808 | REAL q2(klon, klev + 1) |
---|
809 | REAL deltap(klon, klev + 1) |
---|
810 | REAL denom(klon, klev + 1), alpha(klon, klev + 1), beta(klon, klev + 1) |
---|
811 | INTEGER ngrid |
---|
812 | INTEGER i, k |
---|
813 | |
---|
814 | |
---|
815 | !================================================== |
---|
816 | ! Calcul |
---|
817 | !================================================== |
---|
818 | |
---|
819 | DO k = 1, klev |
---|
820 | DO i = 1, ngrid |
---|
821 | zz = (plev(i, k) + plev(i, k + 1)) * gravity / (rconst * temp(i, k)) |
---|
822 | kstar(i, k) = 0.125 * (kmy(i, k + 1) + kmy(i, k)) * zz * zz / & |
---|
823 | (plev(i, k) - plev(i, k + 1)) * timestep |
---|
824 | END DO |
---|
825 | END DO |
---|
826 | |
---|
827 | DO k = 2, klev |
---|
828 | DO i = 1, ngrid |
---|
829 | deltap(i, k) = 0.5 * (plev(i, k - 1) - plev(i, k + 1)) |
---|
830 | END DO |
---|
831 | END DO |
---|
832 | DO i = 1, ngrid |
---|
833 | deltap(i, 1) = 0.5 * (plev(i, 1) - plev(i, 2)) |
---|
834 | deltap(i, klev + 1) = 0.5 * (plev(i, klev) - plev(i, klev + 1)) |
---|
835 | END DO |
---|
836 | |
---|
837 | DO k = klev, 2, -1 |
---|
838 | DO i = 1, ngrid |
---|
839 | q2(i, k) = q2(i, k) + (kstar(i, k) * (q2(i, k + 1) - q2(i, & |
---|
840 | k)) - kstar(i, k - 1) * (q2(i, k) - q2(i, k - 1))) / deltap(i, k) |
---|
841 | END DO |
---|
842 | END DO |
---|
843 | |
---|
844 | DO i = 1, ngrid |
---|
845 | q2(i, 1) = q2(i, 1) + (kstar(i, 1) * (q2(i, 2) - q2(i, 1))) / deltap(i, 1) |
---|
846 | q2(i, klev + 1) = q2(i, klev + 1) + (-kstar(i, klev) * (q2(i, klev + 1) - q2(i, & |
---|
847 | klev))) / deltap(i, klev + 1) |
---|
848 | END DO |
---|
849 | |
---|
850 | END SUBROUTINE vdif_q2e |
---|
851 | |
---|
852 | !++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
853 | |
---|
854 | |
---|
855 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
856 | |
---|
857 | SUBROUTINE mixinglength(ni, nsrf, ngrid, iflag_pbl, pbl_lmixmin_alpha, lmixmin, zlay, zlev, u, v, q2, n2, lmix) |
---|
858 | |
---|
859 | USE dimphy, ONLY: klev, klon |
---|
860 | USE yamada_ini_mod, ONLY: l0 |
---|
861 | USE phys_state_var_mod, ONLY: zstd, zsig, zmea |
---|
862 | USE phys_local_var_mod, ONLY: l_mixmin, l_mix |
---|
863 | USE yamada_ini_mod, ONLY: kap, kapb |
---|
864 | |
---|
865 | ! zstd: ecart type de la'altitud e sous-maille |
---|
866 | ! zmea: altitude moyenne sous maille |
---|
867 | ! zsig: pente moyenne de le maille |
---|
868 | |
---|
869 | USE lmdz_geometry, ONLY: cell_area |
---|
870 | ! aire_cell: aire de la maille |
---|
871 | |
---|
872 | IMPLICIT NONE |
---|
873 | !************************************************************************* |
---|
874 | ! Subrourine qui calcule la longueur de m??lange dans le sch??ma de turbulence |
---|
875 | ! avec la formule de Blackadar |
---|
876 | ! Calcul d'un minimum en fonction de l'orographie sous-maille: |
---|
877 | ! L'id??e est la suivante: plus il y a de relief, plus il y a du m??lange |
---|
878 | ! induit par les circulations meso et submeso ??chelles. |
---|
879 | |
---|
880 | ! References: * The vertical distribution of wind and turbulent exchange in a neutral atmosphere |
---|
881 | ! Blackadar A.K. |
---|
882 | ! J. Geophys. Res., 64, No 8, 1962 |
---|
883 | |
---|
884 | ! * An evaluation of neutral and convective planetary boundary-layer parametrisations relative |
---|
885 | ! to large eddy simulations |
---|
886 | ! Ayotte K et al |
---|
887 | ! Boundary Layer Meteorology, 79, 131-175, 1996 |
---|
888 | |
---|
889 | |
---|
890 | ! * Local Similarity in the Stable Boundary Layer and Mixing length Approaches: consistency of concepts |
---|
891 | ! Van de Wiel B.J.H et al |
---|
892 | ! Boundary-Lay Meteorol, 128, 103-166, 2008 |
---|
893 | |
---|
894 | |
---|
895 | ! Histoire: |
---|
896 | !---------- |
---|
897 | ! * premi??re r??daction, Etienne et Frederic, 09/06/2016 |
---|
898 | |
---|
899 | ! *********************************************************************** |
---|
900 | |
---|
901 | !================================================================== |
---|
902 | ! Declarations |
---|
903 | !================================================================== |
---|
904 | |
---|
905 | ! Inputs |
---|
906 | !------- |
---|
907 | INTEGER ni(klon) ! indice sur la grille original (non restreinte) |
---|
908 | INTEGER nsrf ! Type de surface |
---|
909 | INTEGER ngrid ! Nombre de points concern??s sur l'horizontal |
---|
910 | INTEGER iflag_pbl ! Choix du sch??ma de turbulence |
---|
911 | REAL pbl_lmixmin_alpha ! on active ou non le calcul de la longueur de melange minimum en fonction du relief |
---|
912 | REAL lmixmin ! Minimum absolu de la longueur de m??lange |
---|
913 | REAL zlay(klon, klev) ! altitude du centre de la couche |
---|
914 | REAL zlev(klon, klev + 1) ! atitude de l'interface inf??rieure de la couche |
---|
915 | REAL u(klon, klev) ! vitesse du vent zonal |
---|
916 | REAL v(klon, klev) ! vitesse du vent meridional |
---|
917 | REAL q2(klon, klev + 1) ! energie cin??tique turbulente |
---|
918 | REAL n2(klon, klev + 1) ! frequence de Brunt-Vaisala |
---|
919 | |
---|
920 | !In/out |
---|
921 | !------- |
---|
922 | |
---|
923 | ! Outputs |
---|
924 | !--------- |
---|
925 | |
---|
926 | REAL lmix(klon, klev + 1) ! Longueur de melange |
---|
927 | |
---|
928 | |
---|
929 | ! Local |
---|
930 | !------- |
---|
931 | |
---|
932 | INTEGER ig, jg, k |
---|
933 | REAL h_oro(klon) |
---|
934 | REAL hlim(klon) |
---|
935 | REAL zq |
---|
936 | REAL sq(klon), sqz(klon) |
---|
937 | REAL fl, zzz, zl0, zq2, zn2 |
---|
938 | REAL famorti, zzzz, zh_oro, zhlim |
---|
939 | REAL l1(klon, klev + 1), l2(klon, klev + 1) |
---|
940 | REAL winds(klon, klev) |
---|
941 | REAL xcell |
---|
942 | REAL zstdslope(klon) |
---|
943 | REAL lmax |
---|
944 | REAL l2strat, l2neutre, extent |
---|
945 | REAL l2limit(klon) |
---|
946 | !=============================================================== |
---|
947 | ! Fonctions utiles |
---|
948 | !=============================================================== |
---|
949 | |
---|
950 | ! Calcul de l suivant la formule de Blackadar 1962 adapt??e par Ayotte 1996 |
---|
951 | !.......................................................................... |
---|
952 | |
---|
953 | fl(zzz, zl0, zq2, zn2) = max(min(l0(ig) * kap * zlev(ig, & |
---|
954 | k) / (kap * zlev(ig, k) + l0(ig)), 0.5 * sqrt(q2(ig, k)) / sqrt(& |
---|
955 | max(n2(ig, k), 1.E-10))), 1.E-5) |
---|
956 | |
---|
957 | ! Fonction d'amortissement de la turbulence au dessus de la montagne |
---|
958 | ! On augmente l'amortissement en diminuant la valeur de hlim (extent) dans le code |
---|
959 | !..................................................................... |
---|
960 | |
---|
961 | famorti(zzzz, zh_oro, zhlim) = (-1.) * ATAN((zzzz - zh_oro) / (zhlim - zh_oro)) * 2. / 3.1416 + 1. |
---|
962 | |
---|
963 | IF (ngrid==0) RETURN |
---|
964 | |
---|
965 | |
---|
966 | !===================================================================== |
---|
967 | ! CALCUL de la LONGUEUR de m??lange suivant BLACKADAR: l1 |
---|
968 | !===================================================================== |
---|
969 | |
---|
970 | l1(1:ngrid, :) = 0. |
---|
971 | IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==10) THEN |
---|
972 | |
---|
973 | |
---|
974 | ! Iterative computation of l0 |
---|
975 | ! This version is kept for iflag_pbl only for convergence |
---|
976 | ! with NPv3.1 Cmip5 simulations |
---|
977 | !................................................................... |
---|
978 | |
---|
979 | DO ig = 1, ngrid |
---|
980 | sq(ig) = 1.E-10 |
---|
981 | sqz(ig) = 1.E-10 |
---|
982 | END DO |
---|
983 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
984 | DO ig = 1, ngrid |
---|
985 | zq = sqrt(q2(ig, k)) |
---|
986 | sqz(ig) = sqz(ig) + zq * zlev(ig, k) * (zlay(ig, k) - zlay(ig, k - 1)) |
---|
987 | sq(ig) = sq(ig) + zq * (zlay(ig, k) - zlay(ig, k - 1)) |
---|
988 | END DO |
---|
989 | END DO |
---|
990 | DO ig = 1, ngrid |
---|
991 | l0(ig) = 0.2 * sqz(ig) / sq(ig) |
---|
992 | END DO |
---|
993 | DO k = 2, klev |
---|
994 | DO ig = 1, ngrid |
---|
995 | l1(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k)) |
---|
996 | END DO |
---|
997 | END DO |
---|
998 | |
---|
999 | ELSE |
---|
1000 | |
---|
1001 | |
---|
1002 | ! In all other case, the assymptotic mixing length l0 is imposed (150m) |
---|
1003 | !...................................................................... |
---|
1004 | |
---|
1005 | l0(1:ngrid) = 150. |
---|
1006 | DO k = 2, klev |
---|
1007 | DO ig = 1, ngrid |
---|
1008 | l1(ig, k) = fl(zlev(ig, k), l0(ig), q2(ig, k), n2(ig, k)) |
---|
1009 | END DO |
---|
1010 | END DO |
---|
1011 | |
---|
1012 | END IF |
---|
1013 | |
---|
1014 | !=========================================================================================== |
---|
1015 | ! CALCUL d'une longueur de melange minimum en fonctions de la topographie sous maille: l2 |
---|
1016 | ! si pbl_lmixmin_alpha=TRUE et si on se trouve sur de la terre ( pas actif sur les |
---|
1017 | ! glacier, la glace de mer et les oc??ans) |
---|
1018 | !=========================================================================================== |
---|
1019 | |
---|
1020 | l2(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
1021 | l_mixmin(1:ngrid, :, nsrf) = 0. |
---|
1022 | l_mix(1:ngrid, :, nsrf) = 0. |
---|
1023 | hlim(1:ngrid) = 0. |
---|
1024 | |
---|
1025 | IF (nsrf == 1) THEN |
---|
1026 | |
---|
1027 | ! coefficients |
---|
1028 | !-------------- |
---|
1029 | |
---|
1030 | extent = 2. ! On ??tend l'impact du relief jusqu'?? extent*h, extent >1. |
---|
1031 | lmax = 150. ! Longueur de m??lange max dans l'absolu |
---|
1032 | |
---|
1033 | ! calculs |
---|
1034 | !--------- |
---|
1035 | |
---|
1036 | DO ig = 1, ngrid |
---|
1037 | |
---|
1038 | ! On calcule la hauteur du relief |
---|
1039 | !................................. |
---|
1040 | ! On ne peut pas prendre zstd seulement pour caracteriser le relief sous maille |
---|
1041 | ! car sur un terrain pentu mais sans relief, zstd est non nul (comme en Antarctique, C. Genthon) |
---|
1042 | ! On corrige donc zstd avec l'ecart type de l'altitude dans la maille sans relief |
---|
1043 | ! (en gros, une maille de taille xcell avec une pente constante zstdslope) |
---|
1044 | jg = ni(ig) |
---|
1045 | ! IF (zsig(jg) .EQ. 0.) THEN |
---|
1046 | ! zstdslope(ig)=0. |
---|
1047 | ! ELSE |
---|
1048 | ! xcell=sqrt(cell_area(jg)) |
---|
1049 | ! zstdslope(ig)=max((xcell*zsig(jg)-zmea(jg))**3 /(3.*zsig(jg)),0.) |
---|
1050 | ! zstdslope(ig)=sqrt(zstdslope(ig)) |
---|
1051 | ! END IF |
---|
1052 | |
---|
1053 | ! h_oro(ig)=max(zstd(jg)-zstdslope(ig),0.) ! Hauteur du relief |
---|
1054 | h_oro(ig) = zstd(jg) |
---|
1055 | hlim(ig) = extent * h_oro(ig) |
---|
1056 | ENDDO |
---|
1057 | |
---|
1058 | l2limit(1:ngrid) = 0. |
---|
1059 | |
---|
1060 | DO k = 2, klev |
---|
1061 | DO ig = 1, ngrid |
---|
1062 | winds(ig, k) = sqrt(u(ig, k)**2 + v(ig, k)**2) |
---|
1063 | IF (zlev(ig, k) <= h_oro(ig)) THEN ! sous l'orographie |
---|
1064 | 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) |
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1065 | 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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1066 | l2neutre = MIN(l2neutre, lmax) ! On majore par lmax |
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1067 | l2limit(ig) = MIN(l2neutre, l2strat) ! Calcule de l2 (minimum de la longueur en cas neutre et celle en situation stratifi??e) |
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1068 | l2(ig, k) = l2limit(ig) |
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1069 | |
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1070 | ELSE IF (zlev(ig, k) <= hlim(ig)) THEN ! Si on est au dessus des montagnes, mais affect?? encore par elles |
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1071 | |
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1072 | ! Au dessus des montagnes, on prend la l2limit au sommet des montagnes |
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1073 | ! (la derni??re calcul??e dans la boucle k, vu que k est un indice croissant avec z) |
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1074 | ! et on multiplie l2limit par une fonction qui d??croit entre h et hlim |
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1075 | l2(ig, k) = l2limit(ig) * famorti(zlev(ig, k), h_oro(ig), hlim(ig)) |
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1076 | ELSE ! Au dessus de extent*h, on prend l2=l0 |
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1077 | l2(ig, k) = 0. |
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1078 | END IF |
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1079 | ENDDO |
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1080 | ENDDO |
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1081 | ENDIF ! pbl_lmixmin_alpha |
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1082 | |
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1083 | !================================================================================== |
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1084 | ! On prend le max entre la longueur de melange de blackadar et celle calcul??e |
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1085 | ! en fonction de la topographie |
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1086 | !=================================================================================== |
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1087 | |
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1088 | DO k = 1, klev + 1 |
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1089 | DO ig = 1, ngrid |
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1090 | lmix(ig, k) = MAX(MAX(l1(ig, k), l2(ig, k)), lmixmin) |
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1091 | ENDDO |
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1092 | ENDDO |
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1093 | |
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1094 | ! Diagnostics |
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1095 | |
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1096 | DO k = 1, klev + 1 |
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1097 | DO ig = 1, ngrid |
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1098 | jg = ni(ig) |
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1099 | l_mix(jg, k, nsrf) = lmix(ig, k) |
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1100 | l_mixmin(jg, k, nsrf) = MAX(l2(ig, k), lmixmin) |
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1101 | ENDDO |
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1102 | ENDDO |
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1103 | |
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1104 | END SUBROUTINE mixinglength |
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