| 1 | ! |
|---|
| 2 | ! $Id: calcul_fluxs_mod.f90 5285 2024-10-28 13:33:29Z fhourdin $ |
|---|
| 3 | ! |
|---|
| 4 | MODULE calcul_fluxs_mod |
|---|
| 5 | |
|---|
| 6 | USE clesphys_mod_h |
|---|
| 7 | IMPLICIT NONE |
|---|
| 8 | |
|---|
| 9 | CONTAINS |
|---|
| 10 | SUBROUTINE calcul_fluxs( knon, nisurf, dtime, & |
|---|
| 11 | tsurf, p1lay, cal, beta, cdragh, cdragq, ps, & |
|---|
| 12 | precip_rain, precip_snow, snow, qsurf, & |
|---|
| 13 | radsol, dif_grnd, t1lay, q1lay, u1lay, v1lay, gustiness, & |
|---|
| 14 | fqsat, petAcoef, peqAcoef, petBcoef, peqBcoef, & |
|---|
| 15 | tsurf_new, evap, fluxlat, fluxsens, dflux_s, dflux_l, & |
|---|
| 16 | sens_prec_liq, sens_prec_sol, lat_prec_liq, lat_prec_sol, rhoa) |
|---|
| 17 | |
|---|
| 18 | |
|---|
| 19 | USE dimphy, ONLY : klon |
|---|
| 20 | USE indice_sol_mod |
|---|
| 21 | use sens_heat_rain_m, only: sens_heat_rain |
|---|
| 22 | USE yomcst_mod_h |
|---|
| 23 | USE yoethf_mod_h |
|---|
| 24 | |
|---|
| 25 | |
|---|
| 26 | ! Cette routine calcule les fluxs en h et q a l'interface et eventuellement |
|---|
| 27 | ! une temperature de surface (au cas ou ok_veget = false) |
|---|
| 28 | ! |
|---|
| 29 | ! L. Fairhead 4/2000 |
|---|
| 30 | ! |
|---|
| 31 | ! input: |
|---|
| 32 | ! knon nombre de points a traiter |
|---|
| 33 | ! nisurf surface a traiter |
|---|
| 34 | ! tsurf temperature de surface |
|---|
| 35 | ! p1lay pression 1er niveau (milieu de couche) |
|---|
| 36 | ! cal capacite calorifique du sol |
|---|
| 37 | ! beta evap reelle |
|---|
| 38 | ! cdragh coefficient d'echange temperature |
|---|
| 39 | ! cdragq coefficient d'echange evaporation |
|---|
| 40 | ! ps pression au sol |
|---|
| 41 | ! precip_rain precipitations liquides |
|---|
| 42 | ! precip_snow precipitations solides |
|---|
| 43 | ! snow champs hauteur de neige |
|---|
| 44 | ! runoff runoff en cas de trop plein |
|---|
| 45 | ! petAcoef coeff. A de la resolution de la CL pour t |
|---|
| 46 | ! peqAcoef coeff. A de la resolution de la CL pour q |
|---|
| 47 | ! petBcoef coeff. B de la resolution de la CL pour t |
|---|
| 48 | ! peqBcoef coeff. B de la resolution de la CL pour q |
|---|
| 49 | ! radsol rayonnement net aus sol (LW + SW) |
|---|
| 50 | ! dif_grnd coeff. diffusion vers le sol profond |
|---|
| 51 | ! |
|---|
| 52 | ! output: |
|---|
| 53 | ! tsurf_new temperature au sol |
|---|
| 54 | ! qsurf humidite de l'air au dessus du sol |
|---|
| 55 | ! fluxsens flux de chaleur sensible |
|---|
| 56 | ! fluxlat flux de chaleur latente |
|---|
| 57 | ! dflux_s derivee du flux de chaleur sensible / Ts |
|---|
| 58 | ! dflux_l derivee du flux de chaleur latente / Ts |
|---|
| 59 | ! sens_prec_liq flux sensible li� aux echanges de precipitations liquides |
|---|
| 60 | ! sens_prec_sol precipitations solides |
|---|
| 61 | ! lat_prec_liq flux latent li� aux echanges de precipitations liquides |
|---|
| 62 | ! lat_prec_sol precipitations solides |
|---|
| 63 | |
|---|
| 64 | INCLUDE "FCTTRE.h" |
|---|
| 65 | |
|---|
| 66 | ! Parametres d'entree |
|---|
| 67 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 68 | INTEGER, INTENT(IN) :: knon, nisurf |
|---|
| 69 | REAL , INTENT(IN) :: dtime |
|---|
| 70 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: petAcoef, peqAcoef |
|---|
| 71 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: petBcoef, peqBcoef |
|---|
| 72 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: ps, q1lay |
|---|
| 73 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: tsurf, p1lay, cal, beta, cdragh,cdragq |
|---|
| 74 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: precip_rain, precip_snow |
|---|
| 75 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: radsol, dif_grnd |
|---|
| 76 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: t1lay, u1lay, v1lay,gustiness |
|---|
| 77 | REAL, INTENT(IN) :: fqsat ! correction factor on qsat (generally 0.98 over salty water, 1 everywhere else) |
|---|
| 78 | |
|---|
| 79 | real, intent(in), optional:: rhoa(:) ! (knon) |
|---|
| 80 | ! density of moist air (kg / m3) |
|---|
| 81 | |
|---|
| 82 | ! Parametres entree-sorties |
|---|
| 83 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 84 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(INOUT) :: snow ! snow pas utile |
|---|
| 85 | |
|---|
| 86 | ! Parametres sorties |
|---|
| 87 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 88 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT) :: qsurf |
|---|
| 89 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT) :: tsurf_new, evap, fluxsens, fluxlat |
|---|
| 90 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT) :: dflux_s, dflux_l |
|---|
| 91 | REAL, intent(out), OPTIONAL:: sens_prec_liq(:), sens_prec_sol(:) ! (knon) |
|---|
| 92 | REAL, DIMENSION(klon), OPTIONAL :: lat_prec_liq, lat_prec_sol |
|---|
| 93 | |
|---|
| 94 | ! Variables locales |
|---|
| 95 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 96 | INTEGER :: i |
|---|
| 97 | REAL, DIMENSION(klon) :: zx_mh, zx_nh, zx_oh |
|---|
| 98 | REAL, DIMENSION(klon) :: zx_mq, zx_nq, zx_oq |
|---|
| 99 | REAL, DIMENSION(klon) :: zx_pkh, zx_dq_s_dt, zx_qsat |
|---|
| 100 | REAL, DIMENSION(klon) :: zx_sl, zx_coefh, zx_coefq, zx_wind |
|---|
| 101 | REAL, DIMENSION(klon) :: d_ts |
|---|
| 102 | REAL :: zdelta, zcvm5, zx_qs, zcor, zx_dq_s_dh |
|---|
| 103 | REAL :: qsat_new, q1_new |
|---|
| 104 | REAL, PARAMETER :: t_grnd = 271.35, t_coup = 273.15 |
|---|
| 105 | REAL, PARAMETER :: max_eau_sol = 150.0 |
|---|
| 106 | CHARACTER (len = 20) :: modname = 'calcul_fluxs' |
|---|
| 107 | LOGICAL :: fonte_neige |
|---|
| 108 | LOGICAL, SAVE :: check = .FALSE. |
|---|
| 109 | !$OMP THREADPRIVATE(check) |
|---|
| 110 | |
|---|
| 111 | ! End definition |
|---|
| 112 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 113 | |
|---|
| 114 | IF (check) WRITE(*,*)'Entree ', modname,' surface = ',nisurf |
|---|
| 115 | |
|---|
| 116 | IF (check) THEN |
|---|
| 117 | WRITE(*,*)' radsol (min, max)', & |
|---|
| 118 | MINVAL(radsol(1:knon)), MAXVAL(radsol(1:knon)) |
|---|
| 119 | ENDIF |
|---|
| 120 | |
|---|
| 121 | ! Traitement neige et humidite du sol |
|---|
| 122 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 123 | ! |
|---|
| 124 | !!$ WRITE(*,*)'test calcul_flux, surface ', nisurf |
|---|
| 125 | !!PB test |
|---|
| 126 | !!$ if (nisurf == is_oce) then |
|---|
| 127 | !!$ snow = 0. |
|---|
| 128 | !!$ qsol = max_eau_sol |
|---|
| 129 | !!$ else |
|---|
| 130 | !!$ where (precip_snow > 0.) snow = snow + (precip_snow * dtime) |
|---|
| 131 | !!$ where (snow > epsilon(snow)) snow = max(0.0, snow - (evap * dtime)) |
|---|
| 132 | !!$! snow = max(0.0, snow + (precip_snow - evap) * dtime) |
|---|
| 133 | !!$ where (precip_rain > 0.) qsol = qsol + (precip_rain - evap) * dtime |
|---|
| 134 | !!$ endif |
|---|
| 135 | !!$ IF (nisurf /= is_ter) qsol = max_eau_sol |
|---|
| 136 | |
|---|
| 137 | |
|---|
| 138 | ! |
|---|
| 139 | ! Initialisation |
|---|
| 140 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 141 | evap = 0. |
|---|
| 142 | fluxsens=0. |
|---|
| 143 | fluxlat=0. |
|---|
| 144 | dflux_s = 0. |
|---|
| 145 | dflux_l = 0. |
|---|
| 146 | if (PRESENT(lat_prec_liq)) lat_prec_liq = 0. |
|---|
| 147 | if (PRESENT(lat_prec_sol)) lat_prec_sol = 0. |
|---|
| 148 | ! |
|---|
| 149 | ! zx_qs = qsat en kg/kg |
|---|
| 150 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 151 | DO i = 1, knon |
|---|
| 152 | zx_pkh(i) = (ps(i)/ps(i))**RKAPPA |
|---|
| 153 | IF (thermcep) THEN |
|---|
| 154 | zdelta=MAX(0.,SIGN(1.,rtt-tsurf(i))) |
|---|
| 155 | zcvm5 = R5LES*RLVTT*(1.-zdelta) + R5IES*RLSTT*zdelta |
|---|
| 156 | zcvm5 = zcvm5 / RCPD / (1.0+RVTMP2*q1lay(i)) |
|---|
| 157 | zx_qs= r2es * FOEEW(tsurf(i),zdelta)/ps(i) |
|---|
| 158 | zx_qs=MIN(0.5,zx_qs) |
|---|
| 159 | zcor=1./(1.-retv*zx_qs) |
|---|
| 160 | zx_qs=zx_qs*zcor |
|---|
| 161 | zx_dq_s_dh = FOEDE(tsurf(i),zdelta,zcvm5,zx_qs,zcor) & |
|---|
| 162 | /RLVTT / zx_pkh(i) |
|---|
| 163 | ELSE |
|---|
| 164 | IF (tsurf(i).LT.t_coup) THEN |
|---|
| 165 | zx_qs = qsats(tsurf(i)) / ps(i) |
|---|
| 166 | zx_dq_s_dh = dqsats(tsurf(i),zx_qs)/RLVTT & |
|---|
| 167 | / zx_pkh(i) |
|---|
| 168 | ELSE |
|---|
| 169 | zx_qs = qsatl(tsurf(i)) / ps(i) |
|---|
| 170 | zx_dq_s_dh = dqsatl(tsurf(i),zx_qs)/RLVTT & |
|---|
| 171 | / zx_pkh(i) |
|---|
| 172 | ENDIF |
|---|
| 173 | ENDIF |
|---|
| 174 | zx_dq_s_dt(i) = RCPD * zx_pkh(i) * zx_dq_s_dh |
|---|
| 175 | zx_qsat(i) = zx_qs |
|---|
| 176 | zx_wind(i)=min_wind_speed+SQRT(gustiness(i)+u1lay(i)**2+v1lay(i)**2) |
|---|
| 177 | zx_coefh(i) = cdragh(i) * zx_wind(i) * p1lay(i)/(RD*t1lay(i)) |
|---|
| 178 | zx_coefq(i) = cdragq(i) * zx_wind(i) * p1lay(i)/(RD*t1lay(i)) |
|---|
| 179 | ! zx_wind(i)=min_wind_speed+SQRT(gustiness(i)+u1lay(i)**2+v1lay(i)**2) & |
|---|
| 180 | ! * p1lay(i)/(RD*t1lay(i)) |
|---|
| 181 | ! zx_coefh(i) = cdragh(i) * zx_wind(i) |
|---|
| 182 | ! zx_coefq(i) = cdragq(i) * zx_wind(i) |
|---|
| 183 | ENDDO |
|---|
| 184 | |
|---|
| 185 | |
|---|
| 186 | ! === Calcul de la temperature de surface === |
|---|
| 187 | ! zx_sl = chaleur latente d'evaporation ou de sublimation |
|---|
| 188 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 189 | |
|---|
| 190 | DO i = 1, knon |
|---|
| 191 | zx_sl(i) = RLVTT |
|---|
| 192 | IF (tsurf(i) .LT. RTT) zx_sl(i) = RLSTT |
|---|
| 193 | ENDDO |
|---|
| 194 | |
|---|
| 195 | |
|---|
| 196 | DO i = 1, knon |
|---|
| 197 | ! Q |
|---|
| 198 | zx_oq(i) = 1. - (beta(i) * zx_coefq(i) * peqBcoef(i) * dtime) |
|---|
| 199 | zx_mq(i) = beta(i) * zx_coefq(i) * & |
|---|
| 200 | (peqAcoef(i) - & |
|---|
| 201 | ! conv num avec precedente version |
|---|
| 202 | fqsat * zx_qsat(i) + fqsat * zx_dq_s_dt(i) * tsurf(i)) & |
|---|
| 203 | ! fqsat * ( zx_qsat(i) - zx_dq_s_dt(i) * tsurf(i)) ) & |
|---|
| 204 | / zx_oq(i) |
|---|
| 205 | zx_nq(i) = beta(i) * zx_coefq(i) * (- fqsat * zx_dq_s_dt(i)) & |
|---|
| 206 | / zx_oq(i) |
|---|
| 207 | |
|---|
| 208 | ! H |
|---|
| 209 | zx_oh(i) = 1. - (zx_coefh(i) * petBcoef(i) * dtime) |
|---|
| 210 | zx_mh(i) = zx_coefh(i) * petAcoef(i) / zx_oh(i) |
|---|
| 211 | zx_nh(i) = - (zx_coefh(i) * RCPD * zx_pkh(i))/ zx_oh(i) |
|---|
| 212 | |
|---|
| 213 | ! Tsurface |
|---|
| 214 | tsurf_new(i) = (tsurf(i) + cal(i)/(RCPD * zx_pkh(i)) * dtime * & |
|---|
| 215 | (radsol(i) + zx_mh(i) + zx_sl(i) * zx_mq(i)) & |
|---|
| 216 | + dif_grnd(i) * t_grnd * dtime)/ & |
|---|
| 217 | ( 1. - dtime * cal(i)/(RCPD * zx_pkh(i)) * ( & |
|---|
| 218 | zx_nh(i) + zx_sl(i) * zx_nq(i)) & |
|---|
| 219 | + dtime * dif_grnd(i)) |
|---|
| 220 | |
|---|
| 221 | ! |
|---|
| 222 | ! Y'a-t-il fonte de neige? |
|---|
| 223 | ! |
|---|
| 224 | ! fonte_neige = (nisurf /= is_oce) .AND. & |
|---|
| 225 | ! & (snow(i) > epsfra .OR. nisurf == is_sic .OR. nisurf == is_lic) & |
|---|
| 226 | ! & .AND. (tsurf_new(i) >= RTT) |
|---|
| 227 | ! if (fonte_neige) tsurf_new(i) = RTT |
|---|
| 228 | d_ts(i) = tsurf_new(i) - tsurf(i) |
|---|
| 229 | ! zx_h_ts(i) = tsurf_new(i) * RCPD * zx_pkh(i) |
|---|
| 230 | ! zx_q_0(i) = zx_qsat(i) + zx_dq_s_dt(i) * d_ts(i) |
|---|
| 231 | |
|---|
| 232 | !== flux_q est le flux de vapeur d'eau: kg/(m**2 s) positive vers bas |
|---|
| 233 | !== flux_t est le flux de cpt (energie sensible): j/(m**2 s) |
|---|
| 234 | evap(i) = - zx_mq(i) - zx_nq(i) * tsurf_new(i) |
|---|
| 235 | fluxlat(i) = - evap(i) * zx_sl(i) |
|---|
| 236 | fluxsens(i) = zx_mh(i) + zx_nh(i) * tsurf_new(i) |
|---|
| 237 | |
|---|
| 238 | ! Derives des flux dF/dTs (W m-2 K-1): |
|---|
| 239 | dflux_s(i) = zx_nh(i) |
|---|
| 240 | dflux_l(i) = (zx_sl(i) * zx_nq(i)) |
|---|
| 241 | |
|---|
| 242 | ! Nouvelle valeure de l'humidite au dessus du sol |
|---|
| 243 | qsat_new=zx_qsat(i) + zx_dq_s_dt(i) * d_ts(i) |
|---|
| 244 | q1_new = peqAcoef(i) - peqBcoef(i)*evap(i)*dtime |
|---|
| 245 | qsurf(i)=q1_new*(1.-beta(i)) + beta(i)*qsat_new |
|---|
| 246 | ! |
|---|
| 247 | ! en cas de fonte de neige |
|---|
| 248 | ! |
|---|
| 249 | ! if (fonte_neige) then |
|---|
| 250 | ! bilan_f = radsol(i) + fluxsens(i) - (zx_sl(i) * evap (i)) - & |
|---|
| 251 | ! & dif_grnd(i) * (tsurf_new(i) - t_grnd) - & |
|---|
| 252 | ! & RCPD * (zx_pkh(i))/cal(i)/dtime * (tsurf_new(i) - tsurf(i)) |
|---|
| 253 | ! bilan_f = max(0., bilan_f) |
|---|
| 254 | ! fq_fonte = bilan_f / zx_sl(i) |
|---|
| 255 | ! snow(i) = max(0., snow(i) - fq_fonte * dtime) |
|---|
| 256 | ! qsol(i) = qsol(i) + (fq_fonte * dtime) |
|---|
| 257 | ! endif |
|---|
| 258 | !!$ if (nisurf == is_ter) & |
|---|
| 259 | !!$ & run_off(i) = run_off(i) + max(qsol(i) - max_eau_sol, 0.0) |
|---|
| 260 | !!$ qsol(i) = min(qsol(i), max_eau_sol) |
|---|
| 261 | ! |
|---|
| 262 | ! calcul de l'enthalpie des precipitations liquides et solides |
|---|
| 263 | if (PRESENT(sens_prec_liq)) sens_prec_liq(i) & |
|---|
| 264 | = - sens_heat_rain(precip_rain(i) + precip_snow(i), t1lay(i), & |
|---|
| 265 | q1lay(i), rhoa(i), rlvtt, tsurf_new(i), ps(i)) |
|---|
| 266 | if (PRESENT(sens_prec_sol)) sens_prec_sol(i) = 0. |
|---|
| 267 | ! On calcule par rapport a T=0 |
|---|
| 268 | !! sens_prec_liq(i) = rcw * (t1lay(i) - RTT) * precip_rain(i) |
|---|
| 269 | !! sens_prec_sol(i) = rcs * (t1lay(i) - RTT) * precip_snow(i) |
|---|
| 270 | |
|---|
| 271 | if (PRESENT(lat_prec_liq)) & |
|---|
| 272 | lat_prec_liq(i) = precip_rain(i) * (RLVTT - RLVTT) |
|---|
| 273 | if (PRESENT(lat_prec_sol)) & |
|---|
| 274 | lat_prec_sol(i) = precip_snow(i) * (RLSTT - RLVTT) |
|---|
| 275 | ENDDO |
|---|
| 276 | |
|---|
| 277 | |
|---|
| 278 | !************************************************************************** |
|---|
| 279 | ! |
|---|
| 280 | END SUBROUTINE calcul_fluxs |
|---|
| 281 | ! |
|---|
| 282 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 283 | ! |
|---|
| 284 | SUBROUTINE calcul_flux_wind(knon, dtime, & |
|---|
| 285 | u0, v0, u1, v1, gustiness, cdrag_m, & |
|---|
| 286 | AcoefU, AcoefV, BcoefU, BcoefV, & |
|---|
| 287 | p1lay, t1lay, & |
|---|
| 288 | flux_u1, flux_v1) |
|---|
| 289 | |
|---|
| 290 | USE clesphys_mod_h |
|---|
| 291 | USE yomcst_mod_h |
|---|
| 292 | USE dimphy |
|---|
| 293 | |
|---|
| 294 | |
|---|
| 295 | ! Input arguments |
|---|
| 296 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 297 | INTEGER, INTENT(IN) :: knon |
|---|
| 298 | REAL, INTENT(IN) :: dtime |
|---|
| 299 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: u0, v0 ! u and v at niveau 0 |
|---|
| 300 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: u1, v1, gustiness ! u and v at niveau 1 |
|---|
| 301 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: cdrag_m ! cdrag pour momentum |
|---|
| 302 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: AcoefU, AcoefV, BcoefU, BcoefV |
|---|
| 303 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: p1lay ! pression 1er niveau (milieu de couche) |
|---|
| 304 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN) :: t1lay ! temperature |
|---|
| 305 | ! Output arguments |
|---|
| 306 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 307 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT) :: flux_u1 |
|---|
| 308 | REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT) :: flux_v1 |
|---|
| 309 | |
|---|
| 310 | ! Local variables |
|---|
| 311 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 312 | INTEGER :: i |
|---|
| 313 | REAL :: mod_wind, buf |
|---|
| 314 | |
|---|
| 315 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 316 | ! Calculate the surface flux |
|---|
| 317 | ! |
|---|
| 318 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 319 | DO i=1,knon |
|---|
| 320 | mod_wind = min_wind_speed + SQRT(gustiness(i)+(u1(i) - u0(i))**2 + (v1(i)-v0(i))**2) |
|---|
| 321 | buf = cdrag_m(i) * mod_wind * p1lay(i)/(RD*t1lay(i)) |
|---|
| 322 | flux_u1(i) = (AcoefU(i) - u0(i)) / (1/buf - BcoefU(i)*dtime ) |
|---|
| 323 | flux_v1(i) = (AcoefV(i) - v0(i)) / (1/buf - BcoefV(i)*dtime ) |
|---|
| 324 | END DO |
|---|
| 325 | |
|---|
| 326 | END SUBROUTINE calcul_flux_wind |
|---|
| 327 | ! |
|---|
| 328 | !**************************************************************************************** |
|---|
| 329 | ! |
|---|
| 330 | END MODULE calcul_fluxs_mod |
|---|
