source: LMDZ6/branches/Ocean_skin/libf/phylmd/lscp_mod.F90 @ 4086

Last change on this file since 4086 was 4013, checked in by lguez, 3 years ago

Sync latest trunk changes to Ocean_skin

File size: 51.5 KB
Line 
1MODULE LSCP_mod
2
3IMPLICIT NONE
4
5CONTAINS
6
7!++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
8SUBROUTINE LSCP(dtime,paprs,pplay,t,q,ptconv,ratqs,     &
9     d_t, d_q, d_ql, d_qi, rneb, radliq, radicefrac,    &
10     rain, snow,                                        &
11     pfrac_impa, pfrac_nucl, pfrac_1nucl,               &
12     frac_impa, frac_nucl, beta,                        &
13     prfl, psfl, rhcl, zqta, fraca,                     &
14     ztv, zpspsk, ztla, zthl, iflag_cld_th,             &
15     iflag_ice_thermo)
16
17!++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
18! Authors: Z.X. Li (LMD), J-L Dufresne (LMD), C. Rio (LMD), J-Y Grandpeix (LMD)
19!          A. JAM (LMD), J-B Madeleine (LMD), E. Vignon (LMD), L. Touzze-Peiffert (LMD)
20!--------------------------------------------------------------------------------
21! Date: 01/2021
22!--------------------------------------------------------------------------------
23! Aim: Large Scale Clouds and Precipitation (LSCP)
24!     
25! This code is a new version of the fisrtilp.F90 routine, which is itself a
26! fusion of 'first' (superrsaturation physics, P. LeVan K. Laval)
27! and 'ilp' (il pleut, L. Li)
28!
29! Compared to fisrtilp, LSCP
30! -> assumes thermcep = .TRUE. all the time (fisrtilp inconsistent when .FALSE.)
31! -> consider always precipitation thermalisation (fl_cor_ebil>0)
32! -> option iflag_fisrtilp_qsat<0 no longer possible (qsat does not evolve with T)
33! -> option "oldbug" by JYG has been removed
34! -> iflag_t_glace >0 always
35! -> the 'all or nothing' cloud approach is no longer available (cpartiel=T always)
36! -> rectangular distribution from L. Li no longer available
37! -> We always account for the Wegener-Findeisen-Bergeron process (iflag_bergeron = 2 in fisrt)
38!--------------------------------------------------------------------------------
39! References:
40!
41! - Hourdin et al. 2013, Clim Dyn, doi:10.1007/s00382-012-1343-y
42! - Jam et al. 2013, Boundary-Layer Meteorol, doi:10.1007/s10546-012-9789-3
43! - Madeleine et al. 2020, JAMES, doi:10.1029/2020MS002046
44! -------------------------------------------------------------------------------
45! Code structure:
46!
47! P0>     Thermalization of the  precipitation coming from the overlying layer
48! P1>     Evaporation of the precipitation (falling from the k+1 level)
49! P2>     Cloud formation (at the k level)
50! P2.A.0> Cloud properties calculation from a rectangular pdf
51! P2.A.1> With the new PDFs, calculation of cloud properties using the inital
52!         values of T and Q
53! P2.A.2> Coupling between condensed water and temperature
54! P2.A.3> Calculation of final quantities associated with cloud formation
55! P2.B>   'All or nothing' cloud
56! P2.C>   Release of Latent heat after cloud formation
57! P3>     Autoconversion to precipitation (k-level)
58! P4>     Wet scavenging
59!------------------------------------------------------------------------------
60! Some preliminary comments (JBM) :
61!
62! The cloud water that the radiation scheme sees is not the same that the cloud
63! water used in the physics and the dynamics
64!
65! During the autoconversion to precipitation (P3 step), radliq (cloud water used
66! by the radiation scheme) is calculated as an average of the water that remains
67! in the cloud during the precipitation and not the water remaining at the end
68! of the time step. The latter is used in the rest of the physics and advected
69! by the dynamics.
70!
71! In summary:
72!
73! Radiation:
74! xflwc(newmicro)+xfiwc(newmicro) =
75!   cldliq(physiq)=radliq(fisrt)=lwcon(nc)+iwcon(nc)
76!
77! Physics/Dynamics:
78! ql_seri(physiq)+qs_seri(physiq)=ocond(nc)
79!
80! Notetheless, be aware of:
81!
82! radliq(fisrt) .NE. ocond(nc)
83! i.e.:
84! lwcon(nc)+iwcon(nc) .NE. ocond(nc)
85! (which is not trivial)
86!++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
87 
88USE dimphy
89USE print_control_mod, ONLY: prt_level, lunout
90USE cloudth_mod
91USE ioipsl_getin_p_mod, ONLY : getin_p
92USE phys_local_var_mod, ONLY: ql_seri,qs_seri
93USE phys_local_var_mod, ONLY: rneblsvol
94USE lscp_tools_mod, ONLY : CALC_QSAT_ECMWF, ICEFRAC_LSCP, CALC_GAMMASAT, FALLICE_VELOCITY
95
96
97IMPLICIT NONE
98
99
100
101!===============================================================================
102! VARIABLE DECLARATION
103!===============================================================================
104
105include "YOMCST.h"
106include "YOETHF.h"
107include "FCTTRE.h"
108include "fisrtilp.h"
109include "nuage.h"
110
111 
112! INPUT VARIABLES:
113!-----------------
114
115  REAL,                            INTENT(IN)   :: dtime           ! time step [s]
116  REAL, DIMENSION(klon,klev+1),    INTENT(IN)   :: paprs           ! inter-layer pressure [Pa]
117  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(IN)   :: pplay           ! mid-layer pressure [Pa]
118  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(IN)   :: t               ! temperature (K)
119  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(IN)   :: q               ! specific humidity [kg/kg]
120  INTEGER,                         INTENT(IN)   :: iflag_cld_th    ! flag that determines the distribution of convective clouds
121  INTEGER,                         INTENT(IN)   :: iflag_ice_thermo! flag to activate the ice thermodynamics
122                                                                   ! CR: if iflag_ice_thermo=2, only convection is active   
123  LOGICAL, DIMENSION(klon,klev),   INTENT(IN)   :: ptconv          ! grid points where deep convection scheme is active
124
125 
126  !Inputs associated with thermal plumes
127 
128  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(IN)   :: ztv             ! virtual potential temperature [K]
129  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(IN)   :: zqta            ! specific humidity within thermals [kg/kg]
130  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(IN)   :: fraca           ! fraction of thermals within the mesh [-]
131  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(IN)   :: zpspsk          ! exner potential (p/100000)**(R/cp)
132  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(IN)   :: ztla            ! liquid temperature within thermals [K]
133  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(INOUT)   :: zthl            ! liquid potential temperature [K]
134
135  ! INPUT/OUTPUT variables
136  !------------------------
137
138  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(INOUT):: ratqs            ! function of pressure that sets the large-scale
139                                                                    ! cloud PDF (sigma=ratqs*qt)
140 
141  ! OUTPUT variables
142  !-----------------
143
144  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: d_t              ! temperature increment [K]
145  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: d_q              ! specific humidity increment [kg/kg]
146  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: d_ql             ! liquid water increment [kg/kg]
147  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: d_qi             ! cloud ice mass increment [kg/kg]
148  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: rneb             ! cloud fraction [-]
149  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: radliq           ! condensed water used in the radiation scheme [kg/kg]
150  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: radicefrac       ! ice fraction of condensed water for radiation scheme
151  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: rhcl             ! clear-sky relative humidity [-]
152  REAL, DIMENSION(klon),           INTENT(OUT)  :: rain             ! large-scale rainfall [kg/s/m2]
153  REAL, DIMENSION(klon),           INTENT(OUT)  :: snow             ! large-scale snowfall [kg/s/m2]
154  REAL, DIMENSION(klon,klev+1),    INTENT(OUT)  :: prfl             ! large-scale rainfall flux in the column [kg/s/m2]
155  REAL, DIMENSION(klon,klev+1),    INTENT(OUT)  :: psfl             ! large-scale snowfall flux in the column [kg/s/m2]
156
157 
158  ! cofficients of scavenging fraction (for off-line)
159 
160  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: pfrac_nucl       ! scavenging fraction due tu nucleation [-]
161  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: pfrac_1nucl      ! scavenging fraction due tu nucleation with a -1 factor [-]
162  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: pfrac_impa       ! scavening fraction due to impaction [-]
163 
164  ! fraction of aerosol scavenging through impaction and nucleation (for on-line)
165 
166  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: frac_impa        ! scavenging fraction due tu impaction [-]
167  REAL, DIMENSION(klon,klev),      INTENT(OUT)  :: frac_nucl        ! scavenging fraction due tu nucleation [-]
168 
169
170
171
172  ! PROGRAM PARAMETERS:
173  !--------------------
174 
175 
176  REAL, SAVE :: seuil_neb=0.001                                     ! cloud fraction threshold: a cloud really exists when exceeded
177  !$OMP THREADPRIVATE(seuil_neb)
178
179  INTEGER, SAVE :: ninter=5                                         ! number of iterations to calculate autoconversion to precipitation
180  !$OMP THREADPRIVATE(ninter)
181
182  INTEGER,SAVE :: iflag_evap_prec=1                                 ! precipitation evap. flag. 0: nothing, 1: "old way", 2: Max cloud fraction above to calculate the max of reevaporation
183                                                                    ! 4: LTP'method i.e. evaporation in the clear-sky fraction of the mesh only
184  !$OMP THREADPRIVATE(iflag_evap_prec)
185                                                                   
186
187  REAL t_coup                                                       ! temperature threshold which determines the phase
188  PARAMETER (t_coup=234.0)                                          ! for which the saturation vapor pressure is calculated
189
190  REAL DDT0                                                         ! iteration parameter
191  PARAMETER (DDT0=.01)
192
193  REAL ztfondue                                                     ! parameter to calculate melting fraction of precipitation
194  PARAMETER (ztfondue=278.15)
195
196  REAL, SAVE    :: rain_int_min=0.001                               ! Minimum local rain intensity [mm/s] before the decrease in  associates precipitation fraction
197  !$OMP THREADPRIVATE(rain_int_min)
198
199
200 
201  ! LOCAL VARIABLES:
202  !----------------
203
204
205  REAL qsl, qsi
206  REAL zct, zcl
207  REAL ctot(klon,klev)
208  REAL ctot_vol(klon,klev)
209  INTEGER mpc_bl_points(klon,klev)
210  REAL zqs(klon), zdqs(klon), zdelta, zcor, zcvm5 
211  REAL zdqsdT_raw(klon)
212  REAL gammasat(klon),dgammasatdt(klon)                                 ! coefficient to make cold condensation at the correct RH and derivative wrt T
213  REAL Tbef(klon),qlbef(klon),DT(klon),num,denom
214  REAL cste
215  REAL zpdf_sig(klon),zpdf_k(klon),zpdf_delta(klon)
216  REAL Zpdf_a(klon),zpdf_b(klon),zpdf_e1(klon),zpdf_e2(klon)
217  REAL erf   
218  REAL qcloud(klon), icefrac_mpc(klon,klev), qincloud_mpc(klon)
219  REAL zrfl(klon), zrfln(klon), zqev, zqevt
220  REAL zifl(klon), zifln(klon), zqev0,zqevi, zqevti
221  REAL zoliq(klon), zcond(klon), zq(klon), zqn(klon)
222  REAL zoliqp(klon), zoliqi(klon)
223  REAL zt(klon)
224  REAL zdz(klon),zrho(klon),ztot, zrhol(klon)
225  REAL zchau,zfroi,zfice(klon),zneb(klon),znebprecip(klon)
226  REAL zmelt,zpluie,zice
227  REAL dzfice(klon)
228  REAL zsolid,qtot,dqsl,dqsi
229  REAL smallestreal
230  !  Variables for Bergeron process
231  REAL zcp, coef1, DeltaT, Deltaq, Deltaqprecl
232  REAL zqpreci(klon), zqprecl(klon)
233  ! Variables precipitation energy conservation
234  REAL zmqc(klon)
235  ! Variables for tracers
236  ! temporary: alpha parameter for scavenging
237  ! 4 possible scavenging processes
238  REAL a_tr_sca(4)
239  save a_tr_sca
240  !$OMP THREADPRIVATE(a_tr_sca) 
241  REAL zalpha_tr
242  REAL zfrac_lessi
243  REAL zprec_cond(klon)
244  REAL beta(klon,klev)                   ! conversion rate of condensed water
245  REAL zmair(klon), zcpair, zcpeau
246  REAL zlh_solid(klon), zm_solid         ! for liquid -> solid conversion
247  REAL zrflclr(klon), zrflcld(klon)                                                                   
248  REAL d_zrfl_clr_cld(klon), d_zifl_clr_cld(klon)                                                   
249  REAL d_zrfl_cld_clr(klon), d_zifl_cld_clr(klon)
250  REAL ziflclr(klon), ziflcld(klon)                                                                   
251  REAL znebprecipclr(klon), znebprecipcld(klon)                                                       
252  REAL tot_zneb(klon), tot_znebn(klon), d_tot_zneb(klon)                                             
253  REAL d_znebprecip_clr_cld(klon), d_znebprecip_cld_clr(klon)
254  REAL velo(klon)
255  REAL qlmpc, qimpc, rnebmpc
256  REAL radliqi(klon,klev)
257
258  INTEGER i, k, n, kk
259  INTEGER n_i(klon), iter
260  INTEGER ncoreczq 
261  INTEGER,SAVE :: itap=0
262  !$OMP THREADPRIVATE(itap)
263
264
265  LOGICAL lognormale(klon)
266  LOGICAL convergence(klon)
267  LOGICAL appel1er
268  SAVE appel1er
269  !$OMP THREADPRIVATE(appel1er)
270
271
272  CHARACTER (len = 20) :: modname = 'lscp'
273  CHARACTER (len = 80) :: abort_message
274
275 
276  DATA appel1er /.TRUE./
277
278
279
280
281!===============================================================================
282! INITIALISATION
283!===============================================================================
284
285! Few initial checksS
286
287IF (iflag_t_glace.EQ.0) THEN
288    abort_message = 'lscp cannot be used if iflag_t_glace=0'
289    CALL abort_physic(modname,abort_message,1)
290ENDIF
291
292IF (.NOT.((iflag_ice_thermo .EQ. 1).OR.(iflag_ice_thermo .GE. 3))) THEN
293    abort_message = 'lscp cannot be used without ice thermodynamics'
294    CALL abort_physic(modname,abort_message,1)
295ENDIF
296
297IF (.NOT.thermcep) THEN
298     abort_message = 'lscp cannot be used when thermcep=false'
299     CALL abort_physic(modname,abort_message,1)
300ENDIF
301
302IF (iflag_fisrtilp_qsat .LT. 0) THEN
303        abort_message = 'lscp cannot be used with iflag_fisrtilp<0'
304     CALL abort_physic(modname,abort_message,1)
305ENDIF
306
307
308! Few initialisations
309
310itap=itap+1
311znebprecip(:)=0.
312ctot_vol(1:klon,1:klev)=0.0
313rneblsvol(1:klon,1:klev)=0.0
314smallestreal=1.e-9                                                                                 
315znebprecipclr(:)=0.   
316znebprecipcld(:)=0.                                                                           
317mpc_bl_points(:,:)=0
318
319IF (prt_level>9) WRITE(lunout,*) 'NUAGES4 A. JAM'
320
321IF (appel1er) THEN
322    CALL getin_p('ninter',ninter)
323    CALL getin_p('iflag_evap_prec',iflag_evap_prec)
324    CALL getin_p('seuil_neb',seuil_neb)
325    CALL getin_p('rain_int_min',rain_int_min)
326    WRITE(lunout,*) 'lscp, ninter:', ninter
327    WRITE(lunout,*) 'lscp, iflag_evap_prec:', iflag_evap_prec
328    WRITE(lunout,*) 'lscp, seuil_neb:', seuil_neb
329    WRITE(lunout,*) 'lscp, rain_int_min:', rain_int_min
330
331    ! check for precipitation sub-time steps
332    IF (ABS(dtime/REAL(ninter)-360.0).GT.0.001) THEN
333        WRITE(lunout,*) 'lscp: it is not expected, see Z.X.Li', dtime
334        WRITE(lunout,*) 'I would prefer a 6 min sub-timestep'
335    ENDIF
336     
337    !AA Temporary initialisation
338    a_tr_sca(1) = -0.5
339    a_tr_sca(2) = -0.5
340    a_tr_sca(3) = -0.5
341    a_tr_sca(4) = -0.5
342
343    !AA Set scavenged fractions to 1
344    DO k = 1, klev
345        DO i = 1, klon
346            pfrac_nucl(i,k)=1.
347            pfrac_1nucl(i,k)=1.
348            pfrac_impa(i,k)=1.
349            beta(i,k)=0.       
350        ENDDO
351    ENDDO
352
353    appel1er = .FALSE.
354
355ENDIF     !(appel1er) 
356
357! AA for 'safety' reasons
358zalpha_tr   = 0.
359zfrac_lessi = 0.
360
361 
362! Initialisation of output variables (JYG):
363prfl(:,:) = 0.0
364psfl(:,:) = 0.0
365
366d_t(:,:) = 0.0
367d_q(:,:) = 0.0
368d_ql(:,:) = 0.0
369d_qi(:,:) = 0.0
370rneb(:,:) = 0.0
371radliq(:,:) = 0.0
372radicefrac(:,:) = 0.0
373frac_nucl(:,:) = 1.
374frac_impa(:,:) = 1.
375
376rain(:) = 0.0
377snow(:) = 0.0
378zoliq(:)=0.
379zrfl(:) = 0.0
380zifl(:) = 0.0
381zneb(:) = seuil_neb
382zrflclr(:) = 0.0                                                                           
383ziflclr(:) = 0.0                                                                           
384zrflcld(:) = 0.0                                                                               
385ziflcld(:) = 0.0                                                                                 
386tot_zneb(:) = 0.0                                                                                 
387tot_znebn(:) = 0.0                                                                               
388d_tot_zneb(:) = 0.0   
389
390
391!===============================================================================
392!              BEGINNING OF VERTICAL LOOP FROM TOP TO BOTTOM
393!===============================================================================
394
395ncoreczq=0
396
397DO k = klev, 1, -1
398
399
400    ! Initialisation temperature and specific humidity
401    DO i = 1, klon
402        zt(i)=t(i,k)
403        zq(i)=q(i,k)
404    ENDDO
405   
406    ! --------------------------------------------------------------------
407    ! P0> Thermalization of precipitation falling from the overlying layer
408    ! --------------------------------------------------------------------
409    ! Computes air temperature variation due to latent heat transported by
410    ! precipitation. Precipitation is then thermalized with the air in the
411    ! layer.
412    ! The precipitation should remain thermalized throughout the different
413    ! thermodynamical transformations. The corresponding water mass should
414    ! be added when calculating the layer's enthalpy change with
415    ! temperature
416    ! ---------------------------------------------------------------------
417   
418    IF (k.LE.klevm1) THEN
419
420        DO i = 1, klon
421 
422            zmair(i)=(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG
423            ! no condensed water so cp=cp(vapor+dry air)
424            ! RVTMP2=rcpv/rcpd-1
425            zcpair=RCPD*(1.0+RVTMP2*zq(i))
426            zcpeau=RCPD*RVTMP2             
427                                         
428            ! zmqc: precipitation mass that has to be thermalized with
429            ! layer's air so that precipitation at the ground has the
430            ! same temperature as the lowermost layer
431            zmqc(i) = (zrfl(i)+zifl(i))*dtime/zmair(i)
432            ! t(i,k+1)+d_t(i,k+1): new temperature of the overlying layer
433            zt(i) = ( (t(i,k+1)+d_t(i,k+1))*zmqc(i)*zcpeau + zcpair*zt(i) ) &
434             / (zcpair + zmqc(i)*zcpeau)
435           
436        ENDDO
437 
438    ELSE 
439 
440        DO i = 1, klon
441            zmair(i)=(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG
442            zmqc(i) = 0.
443        ENDDO
444 
445    ENDIF
446
447    ! --------------------------------------------------------------------
448    ! P1> Precipitation evaporation/sublimation
449    ! --------------------------------------------------------------------
450    ! A part of the precipitation coming from above is evaporated/sublimated.
451    !
452    ! --------------------------------------------------------------------
453
454
455    IF (iflag_evap_prec.GE.1) THEN
456
457
458        DO i = 1, klon
459     
460            ! if precipitation
461            IF (zrfl(i)+zifl(i).GT.0.) THEN
462                   
463                CALL CALC_QSAT_ECMWF(zt(i),0.,pplay(i,k),RTT,0,.false.,zqs(i),zdqs(i))
464
465            ! LTP: we only account for precipitation evaporation in the clear-sky (iflag_evap_prec=4).
466                IF (iflag_evap_prec.EQ.4) THEN                                                         
467                    zrfl(i) = zrflclr(i)                                                         
468                    zifl(i) = ziflclr(i)                                                           
469                ENDIF                     
470
471                IF (iflag_evap_prec.EQ.1) THEN
472                    znebprecip(i)=zneb(i)
473                ELSE
474                    znebprecip(i)=MAX(zneb(i),znebprecip(i))
475                ENDIF
476     
477                                                                                                                                                                                                                 
478                IF (iflag_evap_prec.EQ.4) THEN                                                                 
479                ! Max evaporation not to saturate the whole mesh                                             
480                    zqev0 = MAX(0.0, zqs(i)-zq(i))                                                             
481                ELSE       
482                ! Max evap not to saturate the fraction below the cloud                                                   
483                    zqev0 = MAX(0.0, (zqs(i)-zq(i))*znebprecip(i))                                                                                 
484                ENDIF   
485
486                ! A. JAM
487                ! We consider separately qsatice and qstal
488                ! qsat wrt liquid phase according to thermcep
489                CALL CALC_QSAT_ECMWF(zt(i),0.,pplay(i,k),RTT,1,.false.,qsl,dqsl)
490
491         
492                ! Evaporation of liquid precipitation coming from above
493                ! dP/dz=beta*(1-q/qsat)*sqrt(P)
494                ! formula from Sundquist 1988, Klemp & Wilhemson 1978
495                ! LTP: evaporation only in the clear sky part (iflag_evap_prec=4)
496
497                IF (iflag_evap_prec.EQ.3) THEN
498                    zqevt = znebprecip(i)*coef_eva*(1.0-zq(i)/qsl) &
499                    *SQRT(zrfl(i)/max(1.e-4,znebprecip(i)))        &
500                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/pplay(i,k)*zt(i)*RD/RG
501                ELSE IF (iflag_evap_prec.EQ.4) THEN
502                     zqevt = znebprecipclr(i)*coef_eva*(1.0-zq(i)/qsl) &
503                    *SQRT(zrfl(i)/max(1.e-8,znebprecipclr(i))) &
504                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/pplay(i,k)*zt(i)*RD/RG
505                ELSE
506                    zqevt = 1.*coef_eva*(1.0-zq(i)/qsl)*SQRT(zrfl(i)) &
507                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/pplay(i,k)*zt(i)*RD/RG
508                ENDIF
509
510
511                zqevt = MAX(0.0,MIN(zqevt,zrfl(i))) &
512                *RG*dtime/(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))
513         
514                ! qsat wrt ice according to thermcep
515                CALL CALC_QSAT_ECMWF(zt(i),0.,pplay(i,k),RTT,2,.false.,qsi,dqsi)
516
517                ! sublimation of the solid precipitation coming from above
518                IF (iflag_evap_prec.EQ.3) THEN
519                    zqevti = znebprecip(i)*coef_eva*(1.0-zq(i)/qsi) &
520                    *SQRT(zifl(i)/max(1.e-4,znebprecip(i))) &
521                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/pplay(i,k)*zt(i)*RD/RG
522                ELSE IF (iflag_evap_prec.EQ.4) THEN
523                     zqevti = znebprecipclr(i)*coef_eva*(1.0-zq(i)/qsi) &
524                    *SQRT(zifl(i)/max(1.e-8,znebprecipclr(i))) &
525                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/pplay(i,k)*zt(i)*RD/RG
526                ELSE
527                    zqevti = 1.*coef_eva*(1.0-zq(i)/qsi)*SQRT(zifl(i)) &
528                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/pplay(i,k)*zt(i)*RD/RG
529                ENDIF
530           
531                zqevti = MAX(0.0,MIN(zqevti,zifl(i))) &
532                *RG*dtime/(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))   
533
534                ! A. JAM
535                ! Evaporation limit: we ensure that the layer's fraction below
536                ! the cloud or the whole mesh (depending on iflag_evap_prec)
537                ! does not reach saturation. In this case, we
538                ! redistribute zqev0 conserving the ratio liquid/ice
539   
540                IF (zqevt+zqevti.GT.zqev0) THEN
541                    zqev=zqev0*zqevt/(zqevt+zqevti)
542                    zqevi=zqev0*zqevti/(zqevt+zqevti)
543                ELSE
544                    zqev=zqevt
545                    zqevi=zqevti
546                ENDIF
547
548
549                ! EV: agrees with JL's comments below so correct and comment
550                ! JLD: I do not understand the lines below. We distribute the liquid
551                ! and solid parts of the precipitation even if the layer does not get
552                ! saturated. To my opinion, we should all replace with:
553                ! zqev=zqevt
554                ! zqevi=zqevti
555                !    IF (zqevt+zqevti.GT.0.) THEN
556                !        zqev=MIN(zqev0*zqevt/(zqevt+zqevti),zqevt)
557                !        zqevi=MIN(zqev0*zqevti/(zqevt+zqevti),zqevti)
558                !    ELSE
559                !        zqev=0.
560                !        zqevi=0.
561                !    ENDIF
562                ! ENDIF
563
564                ! New solid and liquid precipitation fluxes
565                zrfln(i) = Max(0.,zrfl(i) - zqev*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))  &
566                         /RG/dtime)
567                zifln(i) = Max(0.,zifl(i) - zqevi*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1)) &
568                         /RG/dtime)
569
570                ! vapor, temperature, precip fluxes update
571                zq(i) = zq(i) - (zrfln(i)+zifln(i)-zrfl(i)-zifl(i)) &
572                * (RG/(paprs(i,k)-paprs(i,k+1)))*dtime
573                ! precip thermalization
574                zmqc(i) = zmqc(i) + (zrfln(i)+zifln(i)-zrfl(i)-zifl(i)) &
575                * (RG/(paprs(i,k)-paprs(i,k+1)))*dtime
576                zt(i) = zt(i) + (zrfln(i)-zrfl(i))        &
577                * (RG/(paprs(i,k)-paprs(i,k+1)))*dtime    &
578                * RLVTT/RCPD/(1.0+RVTMP2*(zq(i)+zmqc(i))) &
579                + (zifln(i)-zifl(i))                      &
580                * (RG/(paprs(i,k)-paprs(i,k+1)))*dtime    &
581                * RLSTT/RCPD/(1.0+RVTMP2*(zq(i)+zmqc(i)))
582
583                ! New values of liquid and solid precipitation
584                zrfl(i) = zrfln(i)
585                zifl(i) = zifln(i)
586
587                IF (iflag_evap_prec.EQ.4) THEN                                                                 
588                    zrflclr(i) = zrfl(i)                                                                 
589                    ziflclr(i) = zifl(i)   
590                    IF(zrflclr(i) + ziflclr(i).LE.0) THEN                                               
591                        znebprecipclr(i) = 0.                                                         
592                    ENDIF                                                                               
593                    zrfl(i) = zrflclr(i) + zrflcld(i)                                                     
594                    zifl(i) = ziflclr(i) + ziflcld(i)                                                     
595                ENDIF     
596
597
598                ! CR Be careful: ice melting has been moved
599                zmelt = ((zt(i)-273.15)/(ztfondue-273.15)) ! JYG
600                ! precip fraction that is melted
601                zmelt = MIN(MAX(zmelt,0.),1.)
602                ! Ice melting
603                IF (iflag_evap_prec.EQ.4) THEN                                                             
604                    zrflclr(i)=zrflclr(i)+zmelt*ziflclr(i)                                           
605                    zrflcld(i)=zrflcld(i)+zmelt*ziflcld(i)                                             
606                    zrfl(i)=zrflclr(i)+zrflcld(i)                                                       
607                ELSE                                                                                       
608                    zrfl(i)=zrfl(i)+zmelt*zifl(i)                                                     
609                ENDIF                 
610
611                ! Latent heat of melting with precipitation thermalization
612                zt(i)=zt(i)-zifl(i)*zmelt*(RG*dtime)/(paprs(i,k)-paprs(i,k+1)) &
613                *RLMLT/RCPD/(1.0+RVTMP2*(zq(i)+zmqc(i)))
614               
615                IF (iflag_evap_prec.EQ.4) THEN                                                             
616                    ziflclr(i)=ziflclr(i)*(1.-zmelt)                                                   
617                    ziflcld(i)=ziflcld(i)*(1.-zmelt)                                                   
618                    zifl(i)=ziflclr(i)+ziflcld(i)                                                       
619                ELSE                                                                                     
620                    zifl(i)=zifl(i)*(1.-zmelt)                                                         
621                ENDIF
622
623            ELSE
624                ! if no precip, we reinitialize the cloud fraction used for the precip to 0
625                znebprecip(i)=0.
626
627            ENDIF ! (zrfl(i)+zifl(i).GT.0.)
628
629        ENDDO
630         
631    ENDIF ! (iflag_evap_prec>=1)
632
633    ! --------------------------------------------------------------------
634    ! End precip evaporation
635    ! --------------------------------------------------------------------
636
637
638
639   
640    ! Calculation of qsat, L/Cp*dqsat/dT and ncoreczq counter
641    !-------------------------------------------------------
642       
643        DO i = 1, klon
644            zdelta = MAX(0.,SIGN(1.,RTT-zt(i)))
645            qtot=zq(i)+zmqc(i)
646            CALL CALC_QSAT_ECMWF(zt(i),qtot,pplay(i,k),RTT,0,.false.,zqs(i),zdqs(i))
647            zdqsdT_raw(i) = zdqs(i)*  &
648            & RCPD*(1.0+RVTMP2*zq(i)) / (RLVTT*(1.-zdelta) + RLSTT*zdelta)
649         
650            IF (zq(i) .LT. 1.e-15) THEN
651                ncoreczq=ncoreczq+1
652                zq(i)=1.e-15
653            ENDIF
654
655        ENDDO
656   
657
658    ! --------------------------------------------------------------------
659    ! P2> Cloud formation
660    !---------------------------------------------------------------------
661    !
662    ! Unlike fisrtilp, we always assume a 'fractional cloud' approach
663    ! i.e. clouds occupy only a fraction of the mesh (the subgrid distribution
664    ! is prescribed and depends on large scale variables and boundary layer
665    ! properties)
666    ! The decrease in condensed part due tu latent heating is taken into
667    ! account
668    ! -------------------------------------------------------------------
669
670           
671        ! P2.1> With the PDFs (log-normal, bigaussian)
672        ! cloud propertues calculation with the initial values of t and q
673        ! ----------------------------------------------------------------
674
675        ! initialise gammasat and qincloud_mpc
676        gammasat(:)=1.
677        qincloud_mpc(:)=0.
678
679
680
681        IF (iflag_cld_th.GE.5) THEN
682
683             IF (iflag_mpc_bl .LT. 1) THEN
684
685                IF (iflag_cloudth_vert.LE.2) THEN
686
687                    CALL cloudth(klon,klev,k,ztv,                  &
688                         zq,zqta,fraca,                            &
689                         qcloud,ctot,zpspsk,paprs,pplay,ztla,zthl, &
690                         ratqs,zqs,t)
691
692                ELSEIF (iflag_cloudth_vert.GE.3 .AND. iflag_cloudth_vert.LE.5) THEN
693
694                    CALL cloudth_v3(klon,klev,k,ztv,                        &
695                         zq,zqta,fraca,                                     &
696                         qcloud,ctot,ctot_vol,zpspsk,paprs,pplay,ztla,zthl, &
697                         ratqs,zqs,t)
698
699
700                !Jean Jouhaud's version, Decembre 2018
701                !-------------------------------------             
702             
703                ELSEIF (iflag_cloudth_vert.EQ.6) THEN
704
705                    CALL cloudth_v6(klon,klev,k,ztv,                        &
706                         zq,zqta,fraca,                                     &
707                         qcloud,ctot,ctot_vol,zpspsk,paprs,pplay,ztla,zthl, &
708                         ratqs,zqs,t)
709
710                ENDIF
711
712         ELSE
713                ! cloudth_v3 + cold microphysical considerations
714                ! + stationary mixed-phase cloud model
715
716                    CALL cloudth_mpc(klon,klev,k,mpc_bl_points,            &
717                         t,ztv,zq,zqta,fraca, zpspsk,                      &
718                         paprs,pplay,ztla,zthl,ratqs,zqs,psfl,             &
719                         qcloud,qincloud_mpc,icefrac_mpc,ctot,ctot_vol)
720
721         ENDIF ! iflag_mpc_bl
722
723                DO i=1,klon
724                    rneb(i,k)=ctot(i,k)
725                    rneblsvol(i,k)=ctot_vol(i,k)
726                    zqn(i)=qcloud(i)
727                ENDDO
728
729        ENDIF
730
731        IF (iflag_cld_th .LE. 4) THEN
732           
733                ! lognormal
734            lognormale = .TRUE.
735
736        ELSEIF (iflag_cld_th .GE. 6) THEN
737           
738                ! lognormal distribution when no thermals
739            lognormale = fraca(:,k) < 1e-10
740
741        ELSE
742                ! When iflag_cld_th=5, we always assume 
743                ! bi-gaussian distribution
744            lognormale = .FALSE.
745       
746        ENDIF
747
748
749        DT(:) = 0.
750        n_i(:)=0
751        Tbef(:)=zt(:)
752        qlbef(:)=0.
753
754        ! Treatment of non-boundary layer clouds (lognormale)
755        ! condensation with qsat(T) variation (adaptation)
756        ! Iterative Loop to converge towards qsat
757       
758       
759        DO iter=1,iflag_fisrtilp_qsat+1
760               
761                DO i=1,klon
762
763                    ! convergence = .true. since convergence is not satisfied
764                    convergence(i)=ABS(DT(i)).GT.DDT0
765                   
766                    IF ((convergence(i) .OR. (n_i(i) .EQ. 0)) .AND. lognormale(i)) THEN
767                         
768                        ! if not convergence:
769
770                        ! P2.2.1> cloud fraction and condensed water mass calculation
771                        ! Calculated variables:
772                        ! rneb : cloud fraction
773                        ! zqn : total water within the cloud
774                        ! zcond: mean condensed water within the mesh
775                        ! rhcl: clear-sky relative humidity
776                        !---------------------------------------------------------------
777
778                        ! new temperature:
779                        Tbef(i)=Tbef(i)+DT(i)
780
781
782                        ! Rneb, qzn and zcond for lognormal PDFs
783                        qtot=zq(i)+zmqc(i)
784                        CALL CALC_QSAT_ECMWF(Tbef(i),qtot,pplay(i,k),RTT,0,.false.,zqs(i),zdqs(i))
785                        CALL CALC_GAMMASAT(Tbef(i),qtot,pplay(i,k),gammasat(i),dgammasatdt(i))
786                       
787                        ! saturation may occur at a humidity different from qsat (gamma qsat), so gamma correction for dqs
788                        zdqs(i) = gammasat(i)*zdqs(i)+zqs(i)*dgammasatdt(i)
789
790                        zpdf_sig(i)=ratqs(i,k)*zq(i)
791                        zpdf_k(i)=-sqrt(log(1.+(zpdf_sig(i)/zq(i))**2))
792                        zpdf_delta(i)=log(zq(i)/(gammasat(i)*zqs(i)))
793                        zpdf_a(i)=zpdf_delta(i)/(zpdf_k(i)*sqrt(2.))
794                        zpdf_b(i)=zpdf_k(i)/(2.*sqrt(2.))
795                        zpdf_e1(i)=zpdf_a(i)-zpdf_b(i)
796                        zpdf_e1(i)=sign(min(ABS(zpdf_e1(i)),5.),zpdf_e1(i))
797                        zpdf_e1(i)=1.-erf(zpdf_e1(i))
798                        zpdf_e2(i)=zpdf_a(i)+zpdf_b(i)
799                        zpdf_e2(i)=sign(min(ABS(zpdf_e2(i)),5.),zpdf_e2(i))
800                        zpdf_e2(i)=1.-erf(zpdf_e2(i))
801             
802                        IF (zpdf_e1(i).LT.1.e-10) THEN
803                            rneb(i,k)=0.
804                            zqn(i)=gammasat(i)*zqs(i)
805                        ELSE
806                            rneb(i,k)=0.5*zpdf_e1(i)
807                            zqn(i)=zq(i)*zpdf_e2(i)/zpdf_e1(i)
808                        ENDIF
809
810                        ! If vertical heterogeneity, change fraction by volume as well
811                        IF (iflag_cloudth_vert.GE.3) THEN
812                            ctot_vol(i,k)=rneb(i,k)
813                            rneblsvol(i,k)=ctot_vol(i,k)
814                        ENDIF
815
816
817            ! P2.2.2> Approximative calculation of temperature variation DT
818            !           due to condensation.
819            ! Calculated variables:
820            ! dT : temperature change due to condensation
821            ! ---------------------------------------------------------------
822
823                       ! EV: calculation of icefrac in one sole function
824                        CALL icefrac_lscp(klon, zt(:),pplay(:,k)/paprs(:,1),zfice(:),dzfice(:))
825
826               
827                        IF (zfice(i).LT.1) THEN
828                            cste=RLVTT
829                        ELSE
830                            cste=RLSTT
831                        ENDIF
832
833                        qlbef(i)=max(0.,zqn(i)-zqs(i))
834                        num = -Tbef(i)+zt(i)+rneb(i,k)*((1-zfice(i))*RLVTT &
835                        &   +zfice(i)*RLSTT)/RCPD/(1.0+RVTMP2*(zq(i)+zmqc(i)))*qlbef(i)
836                        denom = 1.+rneb(i,k)*((1-zfice(i))*RLVTT+zfice(i)*RLSTT)/cste*zdqs(i) &
837                              -(RLSTT-RLVTT)/RCPD/(1.0+RVTMP2*(zq(i)+zmqc(i)))*rneb(i,k)      &
838                        &     *qlbef(i)*dzfice(i)
839                        DT(i)=num/denom
840                        n_i(i)=n_i(i)+1
841
842                    ENDIF ! end convergence
843
844                ENDDO     ! end loop on i
845
846        ENDDO         ! iter=1,iflag_fisrtilp_qsat+1
847
848
849
850        ! P2.3> Final quantities calculation
851        ! Calculated variables:
852        !   rneb : cloud fraction
853        !   zcond: mean condensed water in the mesh
854        !   zqn  : mean water vapor in the mesh
855        !   zt   : temperature
856        !   rhcl : clear-sky relative humidity
857        ! ----------------------------------------------------------------
858
859
860
861        ! Water vapor update, Phase determination and subsequent latent heat exchange
862
863        ! Partition function in stratiform clouds (will be overwritten in boundary-layer MPCs)
864        CALL icefrac_lscp(klon,zt(:),pplay(:,k)/paprs(:,1),zfice(:), dzfice(:))
865
866        DO i=1, klon
867
868
869            IF (mpc_bl_points(i,k) .GT. 0) THEN
870                zcond(i) = MAX(0.0,qincloud_mpc(i))*rneb(i,k)
871                ! following line is very strange and probably wrong
872                rhcl(i,k)= (zqs(i)+zq(i))/2./zqs(i)
873                ! water vapor update and partition function if thermals
874                zq(i) = zq(i) - zcond(i)       
875                zfice(i)=icefrac_mpc(i,k)
876
877            ELSE
878
879                ! Checks on rneb, rhcl and zqn
880                IF (rneb(i,k) .LE. 0.0) THEN
881                    zqn(i) = 0.0
882                    rneb(i,k) = 0.0
883                    zcond(i) = 0.0
884                    rhcl(i,k)=zq(i)/zqs(i)
885                ELSE IF (rneb(i,k) .GE. 1.0) THEN
886                    zqn(i) = zq(i)
887                    rneb(i,k) = 1.0
888                    zcond(i) = MAX(0.0,zqn(i)-gammasat(i)*zqs(i))
889                    rhcl(i,k)=1.0
890                ELSE
891                    zcond(i) = MAX(0.0,zqn(i)-gammasat(i)*zqs(i))*rneb(i,k)
892                    ! following line is very strange and probably wrong:
893                    rhcl(i,k)=(zqs(i)+zq(i))/2./zqs(i)
894                ENDIF
895
896
897                ! water vapor update
898                zq(i) = zq(i) - zcond(i)       
899           
900            ENDIF
901
902            ! temperature update due to phase change
903            zt(i) = zt(i) + (1.-zfice(i))*zcond(i) &
904            &     * RLVTT/RCPD/(1.0+RVTMP2*(zq(i)+zmqc(i)+zcond(i))) &
905                  +zfice(i)*zcond(i) * RLSTT/RCPD/(1.0+RVTMP2*(zq(i)+zmqc(i)+zcond(i)))
906        ENDDO
907
908
909        ! If vertical heterogeneity, change volume fraction
910        IF (iflag_cloudth_vert .GE. 3) THEN
911          ctot_vol(1:klon,k)=min(max(ctot_vol(1:klon,k),0.),1.)
912          rneblsvol(1:klon,k)=ctot_vol(1:klon,k)
913        ENDIF
914
915    ! ----------------------------------------------------------------
916    ! P3> Precipitation formation and calculation of condensed
917    !     water seen by the radiation scheme
918    ! ----------------------------------------------------------------
919   
920    ! LTP:
921    IF (iflag_evap_prec==4) THEN
922
923        !Partitionning between precipitation coming from clouds and that coming from CS
924
925        !0) Calculate tot_zneb, total cloud fraction above the cloud
926        !assuming a maximum-random overlap (voir Jakob and Klein, 2000)
927       
928        DO i=1, klon
929                tot_znebn(i) = 1 - (1-tot_zneb(i))*(1 - max(rneb(i,k),zneb(i))) &
930                        /(1-min(zneb(i),1-smallestreal))
931                d_tot_zneb(i) = tot_znebn(i) - tot_zneb(i)
932                tot_zneb(i) = tot_znebn(i)
933
934
935                !1) Cloudy to clear air
936                d_znebprecip_cld_clr(i) = znebprecipcld(i) - min(rneb(i,k),znebprecipcld(i))
937                IF (znebprecipcld(i) .GT. 0) THEN
938                        d_zrfl_cld_clr(i) = d_znebprecip_cld_clr(i)/znebprecipcld(i)*zrflcld(i)
939                        d_zifl_cld_clr(i) = d_znebprecip_cld_clr(i)/znebprecipcld(i)*ziflcld(i)
940                ELSE
941                        d_zrfl_cld_clr(i) = 0.
942                        d_zifl_cld_clr(i) = 0.
943                ENDIF
944
945                !2) Clear to cloudy air
946                d_znebprecip_clr_cld(i) = max(0., min(znebprecipclr(i), rneb(i,k) &
947                        - d_tot_zneb(i) - zneb(i)))
948                IF (znebprecipclr(i) .GT. 0) THEN
949                        d_zrfl_clr_cld(i) = d_znebprecip_clr_cld(i)/znebprecipclr(i)*zrflclr(i)
950                        d_zifl_clr_cld(i) = d_znebprecip_clr_cld(i)/znebprecipclr(i)*ziflclr(i)
951                ELSE
952                        d_zrfl_clr_cld(i) = 0.
953                        d_zifl_clr_cld(i) = 0.
954                ENDIF
955
956                !Update variables
957                znebprecipcld(i) = znebprecipcld(i) + d_znebprecip_clr_cld(i) - d_znebprecip_cld_clr(i) 
958                znebprecipclr(i) = znebprecipclr(i) + d_znebprecip_cld_clr(i) - d_znebprecip_clr_cld(i)
959                zrflcld(i) = zrflcld(i) + d_zrfl_clr_cld(i) - d_zrfl_cld_clr(i)
960                ziflcld(i) = ziflcld(i) + d_zifl_clr_cld(i) - d_zifl_cld_clr(i)
961                zrflclr(i) = zrflclr(i) + d_zrfl_cld_clr(i) - d_zrfl_clr_cld(i)
962                ziflclr(i) = ziflclr(i) + d_zifl_cld_clr(i) - d_zifl_clr_cld(i)
963
964        ENDDO
965    ENDIF
966
967    ! Initialisation of zoliq and radliq variables
968
969    DO i = 1, klon
970        IF (rneb(i,k).GT.0.0) THEN
971            zoliq(i) = zcond(i)
972            zrho(i) = pplay(i,k) / zt(i) / RD
973            zdz(i) = (paprs(i,k)-paprs(i,k+1)) / (zrho(i)*RG)
974   
975            zneb(i) = MAX(rneb(i,k), seuil_neb)
976            radliq(i,k) = zoliq(i)/REAL(ninter+1)
977            radicefrac(i,k) = zfice(i)
978            radliqi(i,k)=zoliq(i)*zfice(i)/REAL(ninter+1)
979        ENDIF
980    ENDDO
981
982    ! -------------------------------------------------------------------------------
983    ! Iterations to calculate a "mean" cloud water content during the precipitation
984    ! Comment: it is not the remaining water after precipitation but a mean
985    ! remaining water in the cloud during the time step that is seen by the radiation
986    ! -------------------------------------------------------------------------------
987
988     
989    DO n = 1, ninter
990
991        DO i=1,klon
992            IF (rneb(i,k).GT.0.0) THEN
993                zrhol(i) = zrho(i) * zoliq(i) / zneb(i)
994            ENDIF
995        ENDDO
996
997        CALL FALLICE_VELOCITY(klon,zrhol(:),zt(:),zrho(:),pplay(:,k),ptconv(:,k),velo(:))
998
999        DO i = 1, klon
1000
1001            IF (rneb(i,k).GT.0.0) THEN
1002
1003                ! Initialization of zpluie, zice and ztot:
1004                zpluie=0.
1005                zice=0.
1006                ztot=0.
1007
1008                IF (zneb(i).EQ.seuil_neb) THEN
1009                    ztot = 0.0
1010                    zice = 0.0
1011                    zpluie= 0.0
1012                ELSE
1013                    ! water quantity to remove: zchau (Sundqvist, 1978)
1014                    ! same thing for the ice: zfroi (Zender & Kiehl, 1997)
1015                    IF (ptconv(i,k)) THEN ! if convective point
1016                        zcl=cld_lc_con
1017                        zct=1./cld_tau_con
1018                        zfroi = dtime/REAL(ninter)/zdz(i)*zoliq(i)*velo(i)*zfice(i)
1019                    ELSE
1020                        zcl=cld_lc_lsc
1021                        zct=1./cld_tau_lsc
1022                        zfroi = dtime/REAL(ninter)/zdz(i)*zoliq(i) &   ! dqice/dt=1/rho*d(rho*wice*qice)/dz
1023                            *velo(i) * zfice(i)
1024                    ENDIF
1025
1026                    ! if vertical heterogeneity is taken into account, we use
1027                    ! the "true" volume fraction instead of a modified
1028                    ! surface fraction (which is larger and artificially
1029                    ! reduces the in-cloud water).
1030                    IF ((iflag_cloudth_vert.GE.3).AND.(iflag_rain_incloud_vol.EQ.1)) THEN
1031                        zchau = zct   *dtime/REAL(ninter) * zoliq(i) &
1032                        *(1.0-EXP(-(zoliq(i)/ctot_vol(i,k)/zcl)**2)) *(1.-zfice(i))
1033                    ELSE
1034                        zchau = zct   *dtime/REAL(ninter) * zoliq(i) &
1035                        *(1.0-EXP(-(zoliq(i)/zneb(i)/zcl)**2)) *(1.-zfice(i)) ! dqliq/dt=-qliq/tau*(1-exp(-qcin/clw)**2)
1036                    ENDIF
1037
1038                    zpluie = MIN(MAX(zchau,0.0),zoliq(i)*(1.-zfice(i)))
1039                    zice   = MIN(MAX(zfroi,0.0),zoliq(i)*zfice(i))
1040                    ztot   = MAX(zpluie + zice,0.0)
1041
1042                ENDIF
1043           
1044                ztot    = MIN(ztot,zoliq(i))
1045                zice    = MIN(zice,ztot)
1046                zpluie  = MIN(zpluie,ztot)
1047
1048                zoliqp(i) = MAX(zoliq(i)*(1.-zfice(i))-1.*zpluie  , 0.0)
1049                zoliqi(i) = MAX(zoliq(i)*zfice(i)-1.*zice  , 0.0)
1050                zoliq(i)  = MAX(zoliq(i)-ztot , 0.0)
1051
1052                radliq(i,k) = radliq(i,k) + zoliq(i)/REAL(ninter+1)
1053                radliqi(i,k) = radliqi(i,k) + zoliqi(i)/REAL(ninter+1)
1054           
1055            ENDIF
1056
1057        ENDDO  ! i = 1,klon
1058
1059    ENDDO      ! n = 1,niter
1060
1061   
1062    ! Caculate the percentage of ice in "radliq" so cloud+precip seen by the radiation scheme
1063    DO i=1,klon
1064        IF (radliq(i,k) .GT. 0) THEN
1065            radicefrac(i,k)=MIN(MAX(radliqi(i,k)/radliq(i,k),0.),1.)
1066        ENDIF
1067    ENDDO
1068
1069
1070    ! CR&JYG: We account for the Wegener-Findeisen-Bergeron process in the precipitation flux:
1071    ! If T<0C, liquid precip are converted into ice, which leads to an increase in
1072    ! temperature DeltaT. The effect of DeltaT on condensates and precipitation is roughly
1073    ! taken into account through a linearization of the equations and by approximating
1074    ! the liquid precipitation process with a "threshold" process. We assume that
1075    ! condensates are not modified during this operation. Liquid precipitation is
1076    ! removed (in the limit DeltaT<273.15-T). Solid precipitation increases.
1077    ! Water vapor increases as well
1078    ! Note that compared to fisrtilp, we always assume iflag_bergeron=2
1079
1080
1081
1082    DO i = 1, klon
1083
1084            IF (rneb(i,k) .GT. 0.0) THEN
1085
1086                zqpreci(i)=(zcond(i)-zoliq(i))*zfice(i)
1087                zqprecl(i)=(zcond(i)-zoliq(i))*(1.-zfice(i))
1088                zcp=RCPD*(1.0+RVTMP2*(zq(i)+zmqc(i)+zcond(i)))
1089                coef1 = rneb(i,k)*RLSTT/zcp*zdqsdT_raw(i)
1090                ! Computation of DT if all the liquid precip freezes
1091                DeltaT = RLMLT*zqprecl(i) / (zcp*(1.+coef1))
1092                ! T should not exceed the freezing point
1093                ! that is Delta > RTT-zt(i)
1094                DeltaT = max( min( RTT-zt(i), DeltaT) , 0. )
1095                zt(i)  = zt(i) + DeltaT
1096                ! water vaporization due to temp. increase
1097                Deltaq = rneb(i,k)*zdqsdT_raw(i)*DeltaT
1098                ! we add this vaporized water to the total vapor and we remove it from the precip
1099                zq(i) = zq(i) +  Deltaq
1100                ! The three "max" lines herebelow protect from rounding errors
1101                zcond(i) = max( zcond(i)- Deltaq, 0. )
1102                ! liquid precipitation freezes oe evaporates
1103                Deltaqprecl = -zcp/RLMLT*(1.+coef1)*DeltaT
1104                zqprecl(i) = max( zqprecl(i) + Deltaqprecl, 0. )
1105                ! iced water budget
1106                zqpreci(i) = max (zqpreci(i) - Deltaqprecl - Deltaq, 0.)
1107           
1108                d_ql(i,k) = (1-zfice(i))*zoliq(i)
1109                d_qi(i,k) = zfice(i)*zoliq(i)
1110       
1111                IF (iflag_evap_prec.EQ.4) THEN                                                           
1112                    zrflcld(i) = zrflcld(i)+zqprecl(i) &                                                   
1113                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/(RG*dtime)                                               
1114                    ziflcld(i) = ziflcld(i)+ zqpreci(i) &                                                 
1115                        *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/(RG*dtime)                                           
1116                    znebprecipcld(i) = rneb(i,k)                                                         
1117                    zrfl(i) = zrflcld(i) + zrflclr(i)                                                     
1118                    zifl(i) = ziflcld(i) + ziflclr(i)                                                   
1119                ELSE                                 
1120                    zrfl(i) = zrfl(i)+ zqprecl(i)        &
1121                    *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/(RG*dtime)
1122                    zifl(i) = zifl(i)+ zqpreci(i)        &
1123                   *(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/(RG*dtime) 
1124                ENDIF
1125 
1126           ENDIF ! rneb>0
1127
1128   ENDDO
1129
1130
1131
1132                                                                                                         
1133    ! LTP: limit of surface cloud fraction covered by precipitation when the local intensity of the flux is below rain_int_min                                                                             
1134    ! if iflag_evap_pre=4
1135    IF (iflag_evap_prec.EQ.4) THEN 
1136
1137        DO i=1, klon                                       
1138               
1139
1140            IF ((zrflclr(i) + ziflclr(i)) .GT. 0. ) THEN     
1141                znebprecipclr(i) = min(znebprecipclr(i),max(zrflclr(i)/ &
1142                (MAX(znebprecipclr(i),seuil_neb)*rain_int_min), ziflclr(i)/(MAX(znebprecipclr(i),seuil_neb)*rain_int_min)))
1143            ELSE
1144                znebprecipclr(i)=0.                                                                   
1145            ENDIF 
1146
1147                                                                                                         
1148            IF ((zrflcld(i) + ziflcld(i)) .GT. 0.) THEN                                                 
1149                znebprecipcld(i) = min(znebprecipcld(i), max(zrflcld(i)/ &
1150                (MAX(znebprecipcld(i),seuil_neb)*rain_int_min), ziflcld(i)/(MAX(znebprecipcld(i),seuil_neb)*rain_int_min)))
1151            ELSE                                                                                     
1152                znebprecipcld(i)=0.                                                                   
1153            ENDIF     
1154
1155
1156        ENDDO       
1157
1158    ENDIF 
1159
1160    ! --------------------------------
1161    ! End of precipitation formation
1162    ! --------------------------------
1163
1164
1165    ! Outputs:
1166    ! Precipitation fluxes at layer interfaces
1167    ! and temperature and vapor tendencies
1168    DO i = 1, klon
1169        psfl(i,k)=zifl(i)
1170        prfl(i,k)=zrfl(i)
1171        d_q(i,k) = zq(i) - q(i,k)
1172        d_t(i,k) = zt(i) - t(i,k)
1173    ENDDO
1174     
1175
1176
1177    ! ----------------------------------------------------------------
1178    ! P4> Wet scavenging
1179    ! ----------------------------------------------------------------
1180
1181
1182    !Scavenging through nucleation in the layer
1183
1184    DO i = 1,klon
1185       
1186        IF(zcond(i).GT.zoliq(i)+1.e-10) THEN
1187            beta(i,k) = (zcond(i)-zoliq(i))/zcond(i)/dtime
1188        ELSE
1189            beta(i,k) = 0.
1190        ENDIF
1191
1192        zprec_cond(i) = MAX(zcond(i)-zoliq(i),0.0) &
1193        * (paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG
1194
1195
1196        IF (rneb(i,k).GT.0.0.AND.zprec_cond(i).GT.0.) THEN
1197
1198
1199            IF (t(i,k) .GE. t_glace_min) THEN
1200                zalpha_tr = a_tr_sca(3)
1201            ELSE
1202                zalpha_tr = a_tr_sca(4)
1203            ENDIF
1204
1205
1206            zfrac_lessi = 1. - EXP(zalpha_tr*zprec_cond(i)/zneb(i))
1207            pfrac_nucl(i,k)=pfrac_nucl(i,k)*(1.-zneb(i)*zfrac_lessi)
1208            frac_nucl(i,k)= 1.-zneb(i)*zfrac_lessi
1209   
1210            ! Nucleation with a factor of -1 instead of -0.5
1211            zfrac_lessi = 1. - EXP(-zprec_cond(i)/zneb(i))
1212            pfrac_1nucl(i,k)=pfrac_1nucl(i,k)*(1.-zneb(i)*zfrac_lessi)
1213
1214        ENDIF
1215       
1216    ENDDO     
1217
1218     
1219    ! Scavenging through impaction in the underlying layer
1220
1221    DO kk = k-1, 1, -1
1222
1223        DO i = 1, klon
1224
1225            IF (rneb(i,k).GT.0.0.AND.zprec_cond(i).GT.0.) THEN
1226
1227                IF (t(i,kk) .GE. t_glace_min) THEN
1228                    zalpha_tr = a_tr_sca(1)
1229                ELSE
1230                    zalpha_tr = a_tr_sca(2)
1231                ENDIF
1232
1233              zfrac_lessi = 1. - EXP(zalpha_tr*zprec_cond(i)/zneb(i))
1234              pfrac_impa(i,kk)=pfrac_impa(i,kk)*(1.-zneb(i)*zfrac_lessi)
1235              frac_impa(i,kk)= 1.-zneb(i)*zfrac_lessi
1236
1237            ENDIF
1238
1239        ENDDO
1240
1241    ENDDO
1242     
1243
1244END DO
1245
1246!======================================================================
1247!                      END OF VERTICAL LOOP
1248!======================================================================
1249 
1250
1251  ! Rain or snow at the surface (depending on the first layer temperature)
1252  DO i = 1, klon
1253      snow(i) = zifl(i)
1254      rain(i) = zrfl(i)
1255  ENDDO
1256   
1257 
1258
1259  IF (ncoreczq>0) THEN
1260      WRITE(lunout,*)'WARNING : ZQ in LSCP ',ncoreczq,' val < 1.e-15.'
1261  ENDIF
1262
1263
1264
1265
1266END SUBROUTINE LSCP
1267!+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++
1268
1269END MODULE LSCP_MOD
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.