source: LMDZ6/trunk/libf/phylmd/ice_sursat_mod.F90 @ 4248

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Line 
1MODULE ice_sursat_mod
2
3IMPLICIT NONE
4
5!--flight inventories
6!
7REAL, SAVE, ALLOCATABLE :: flight_m(:,:)    !--flown distance m s-1 per cell
8!$OMP THREADPRIVATE(flight_m)
9REAL, SAVE, ALLOCATABLE :: flight_h2o(:,:)  !--emitted kg H2O s-1 per cell
10!$OMP THREADPRIVATE(flight_h2o)
11!
12!--Fixed Parameters
13!
14!--safety parameters for ERF function
15REAL, PARAMETER :: erf_lim = 5., eps = 1.e-10
16!
17!--Tuning parameters (and their default values)
18!
19!--chi gère la répartition statistique de la longueur des frontières
20!  entre les zones nuages et ISSR/ciel clair sous-saturé. Gamme de valeur :
21!  chi > 1, je n'ai pas regardé de limite max (pour chi = 1, la longueur de
22!  la frontière entre ne nuage et l'ISSR est proportionnelle à la
23!  répartition ISSR/ciel clair sous-sat dans la maille, i.e. il n'y a pas
24!  de favorisation de la localisation de l'ISSR près de nuage. Pour chi = inf,
25!  le nuage n'est en contact qu'avec de l'ISSR, quelle que soit la taille
26!  de l'ISSR dans la maille.)
27!
28!--l_turb est la longueur de mélange pour la turbulence.
29!  dans les tests, ça n'a jamais été modifié pour l'instant.
30!
31!--tun_N est le paramètre qui contrôle l'importance relative de N_2 par rapport à N_1.
32!  La valeur est comprise entre 1 et 2 (tun_N = 1 => N_1 = N_2)
33!
34!--tun_ratqs : paramètre qui modifie ratqs en fonction de la valeur de
35!  alpha_cld selon la formule ratqs_new = ratqs_old / ( 1 + tun_ratqs *
36!  alpha_cld ). Dans le rapport il est appelé beta. Il varie entre 0 et 5
37!  (tun_ratqs = 0 => pas de modification de ratqs).
38!
39!--gamma0 and Tgamma: define RHcrit limit above which heterogeneous freezing occurs as a function of T
40!--Karcher and Lohmann (2002)
41!--gamma = 2.583 - t / 207.83
42!--Ren and MacKenzie (2005) reused by Kärcher
43!--gamma = 2.349 - t / 259.0
44!
45!--N_cld: number of clouds in cell (needs to be parametrized at some point)
46!
47!--contrail cross section: typical value found in Freudenthaler et al, GRL, 22, 3501-3504, 1995
48!--in m2, 1000x200 = 200 000 m2 after 15 min
49!
50REAL, SAVE :: chi=1.1, l_turb=50.0, tun_N=1.3, tun_ratqs=3.0
51REAL, SAVE :: gamma0=2.349, Tgamma=259.0, N_cld=100, contrail_cross_section=200000.0
52!$OMP THREADPRIVATE(chi,l_turb,tun_N,tun_ratqs,gamma0,Tgamma,N_cld,contrail_cross_section)
53
54CONTAINS
55
56!*******************************************************************
57!
58SUBROUTINE ice_sursat_init()
59
60  USE print_control_mod, ONLY: lunout
61  USE ioipsl_getin_p_mod, ONLY : getin_p
62
63  IMPLICIT NONE
64
65  CALL getin_p('flag_chi',chi)
66  CALL getin_p('flag_l_turb',l_turb)
67  CALL getin_p('flag_tun_N',tun_N)
68  CALL getin_p('flag_tun_ratqs',tun_ratqs)
69  CALL getin_p('gamma0',gamma0)
70  CALL getin_p('Tgamma',Tgamma)
71  CALL getin_p('N_cld',N_cld)
72  CALL getin_p('contrail_cross_section',contrail_cross_section)
73
74  WRITE(lunout,*) 'Parameters for ice_sursat param'
75  WRITE(lunout,*) 'flag_chi = ', chi
76  WRITE(lunout,*) 'flag_l_turb = ', l_turb
77  WRITE(lunout,*) 'flag_tun_N = ', tun_N
78  WRITE(lunout,*) 'flag_tun_ratqs = ', tun_ratqs
79  WRITE(lunout,*) 'gamma0 = ', gamma0
80  WRITE(lunout,*) 'Tgamma = ', Tgamma
81  WRITE(lunout,*) 'N_cld = ', N_cld
82  WRITE(lunout,*) 'contrail_cross_section = ', contrail_cross_section
83
84END SUBROUTINE ice_sursat_init
85
86!*******************************************************************
87!
88SUBROUTINE airplane(debut,pphis,pplay,paprs,t_seri)
89
90  USE dimphy
91  USE mod_grid_phy_lmdz,  ONLY: klon_glo
92  USE geometry_mod, ONLY: cell_area
93  USE phys_cal_mod, ONLY : mth_cur
94  USE mod_phys_lmdz_mpi_data, ONLY: is_mpi_root
95  USE mod_phys_lmdz_omp_data, ONLY: is_omp_root
96  USE mod_phys_lmdz_para, ONLY: scatter, bcast
97  USE print_control_mod, ONLY: lunout
98
99  IMPLICIT NONE
100
101  INCLUDE "YOMCST.h"
102  INCLUDE 'netcdf.inc'
103
104  !--------------------------------------------------------
105  !--input variables
106  !--------------------------------------------------------
107  LOGICAL, INTENT(IN) :: debut
108  REAL, INTENT(IN)    :: pphis(klon), pplay(klon,klev), paprs(klon,klev+1), t_seri(klon,klev)
109
110  !--------------------------------------------------------
111  !     ... Local variables
112  !--------------------------------------------------------
113
114  CHARACTER (LEN=20) :: modname='airplane_mod'
115  INTEGER :: i, k, kori, iret, varid, error, ncida, klona
116  INTEGER,SAVE :: nleva, ntimea
117!$OMP THREADPRIVATE(nleva,ntimea)
118  REAL, ALLOCATABLE :: pkm_airpl_glo(:,:,:)    !--km/s
119  REAL, ALLOCATABLE :: ph2o_airpl_glo(:,:,:)   !--molec H2O/cm3/s
120  REAL, ALLOCATABLE, SAVE :: zmida(:), zinta(:)
121  REAL, ALLOCATABLE, SAVE :: pkm_airpl(:,:,:)
122  REAL, ALLOCATABLE, SAVE :: ph2o_airpl(:,:,:)
123!$OMP THREADPRIVATE(pkm_airpl,ph2o_airpl,zmida,zinta)
124  REAL :: zalt(klon,klev+1)
125  REAL :: zrho, zdz(klon,klev), zfrac
126
127  !
128  IF (debut) THEN
129  !--------------------------------------------------------------------------------
130  !       ... Open the file and read airplane emissions
131  !--------------------------------------------------------------------------------
132  !
133  IF (is_mpi_root .AND. is_omp_root) THEN
134      !
135      iret = nf_open('aircraft_phy.nc', 0, ncida)
136      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to open aircraft_phy.nc file',1)
137      ! ... Get lengths
138      iret = nf_inq_dimid(ncida, 'time', varid)
139      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to get time dimid in aircraft_phy.nc file',1)
140      iret = nf_inq_dimlen(ncida, varid, ntimea)
141      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to get time dimlen aircraft_phy.nc file',1)
142      iret = nf_inq_dimid(ncida, 'vector', varid)
143      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to get vector dimid aircraft_phy.nc file',1)
144      iret = nf_inq_dimlen(ncida, varid, klona)
145      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to get vector dimlen aircraft_phy.nc file',1)
146      iret = nf_inq_dimid(ncida, 'lev', varid)
147      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to get lev dimid aircraft_phy.nc file',1)
148      iret = nf_inq_dimlen(ncida, varid, nleva)
149      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to get lev dimlen aircraft_phy.nc file',1)
150      !
151      IF ( klona /= klon_glo ) THEN
152        WRITE(lunout,*) 'klona & klon_glo =', klona, klon_glo
153        CALL abort_physic(modname,'problem klon in aircraft_phy.nc file',1)
154      ENDIF
155      !
156      IF ( ntimea /= 12 ) THEN
157        WRITE(lunout,*) 'ntimea=', ntimea
158        CALL abort_physic(modname,'problem ntime<>12 in aircraft_phy.nc file',1)
159      ENDIF
160      !
161      ALLOCATE(zmida(nleva), STAT=error)
162      IF (error /= 0) CALL abort_physic(modname,'problem to allocate zmida',1)
163      ALLOCATE(pkm_airpl_glo(klona,nleva,ntimea), STAT=error)
164      IF (error /= 0) CALL abort_physic(modname,'problem to allocate pkm_airpl_glo',1)
165      ALLOCATE(ph2o_airpl_glo(klona,nleva,ntimea), STAT=error)
166      IF (error /= 0) CALL abort_physic(modname,'problem to allocate ph2o_airpl_glo',1)
167      !
168      iret = nf_inq_varid(ncida, 'lev', varid)
169      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to get lev dimid aircraft_phy.nc file',1)
170      iret = nf_get_var_double(ncida, varid, zmida)
171      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to read zmida file',1)
172      !
173      iret = nf_inq_varid(ncida, 'emi_co2_aircraft', varid)  !--CO2 as a proxy for m flown -
174      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to get emi_distance dimid aircraft_phy.nc file',1)
175      iret = nf_get_var_double(ncida, varid, pkm_airpl_glo)
176      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to read pkm_airpl file',1)
177      !
178      iret = nf_inq_varid(ncida, 'emi_h2o_aircraft', varid)
179      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to get emi_h2o_aircraft dimid aircraft_phy.nc file',1)
180      iret = nf_get_var_double(ncida, varid, ph2o_airpl_glo)
181      IF (iret /= NF_NOERR) CALL abort_physic(modname,'problem to read ph2o_airpl file',1)
182      !
183     ENDIF    !--is_mpi_root and is_omp_root
184     !
185     CALL bcast(nleva)
186     CALL bcast(ntimea)
187     !
188     IF (.NOT.ALLOCATED(zmida)) ALLOCATE(zmida(nleva), STAT=error)
189     IF (.NOT.ALLOCATED(zinta)) ALLOCATE(zinta(nleva+1), STAT=error)
190     !
191     ALLOCATE(pkm_airpl(klon,nleva,ntimea))
192     ALLOCATE(ph2o_airpl(klon,nleva,ntimea))
193     !
194     ALLOCATE(flight_m(klon,klev))
195     ALLOCATE(flight_h2o(klon,klev))
196     !
197     CALL bcast(zmida)
198     zinta(1)=0.0                                   !--surface
199     DO k=2, nleva
200       zinta(k) = (zmida(k-1)+zmida(k))/2.0*1000.0  !--conversion from km to m
201     ENDDO
202     zinta(nleva+1)=zinta(nleva)+(zmida(nleva)-zmida(nleva-1))*1000.0 !--extrapolation for last interface
203     !print *,'zinta=', zinta
204     !
205     CALL scatter(pkm_airpl_glo,pkm_airpl)
206     CALL scatter(ph2o_airpl_glo,ph2o_airpl)
207     !
208!$OMP MASTER
209     IF (is_mpi_root .AND. is_omp_root) THEN
210        DEALLOCATE(pkm_airpl_glo)
211        DEALLOCATE(ph2o_airpl_glo)
212     ENDIF   !--is_mpi_root
213!$OMP END MASTER
214
215  ENDIF !--debut
216!
217!--compute altitude of model level interfaces
218!
219  DO i = 1, klon
220    zalt(i,1)=pphis(i)/RG         !--in m
221  ENDDO
222!
223  DO k=1, klev
224    DO i = 1, klon
225      zrho=pplay(i,k)/t_seri(i,k)/RD
226      zdz(i,k)=(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/zrho/RG
227      zalt(i,k+1)=zalt(i,k)+zdz(i,k)   !--in m
228    ENDDO
229  ENDDO
230!
231!--vertical reprojection
232!
233  flight_m(:,:)=0.0
234  flight_h2o(:,:)=0.0
235!
236  DO k=1, klev
237    DO kori=1, nleva
238      DO i=1, klon
239        !--fraction of layer kori included in layer k
240        zfrac=max(0.0,min(zalt(i,k+1),zinta(kori+1))-max(zalt(i,k),zinta(kori)))/(zinta(kori+1)-zinta(kori))
241        !--reproject
242        flight_m(i,k)=flight_m(i,k) + pkm_airpl(i,kori,mth_cur)*zfrac
243        !--reproject
244        flight_h2o(i,k)=flight_h2o(i,k) + ph2o_airpl(i,kori,mth_cur)*zfrac   
245      ENDDO
246    ENDDO
247  ENDDO
248!
249  DO k=1, klev
250    DO i=1, klon
251      !--molec.cm-3.s-1 / (molec/mol) * kg CO2/mol * m2 * m * cm3/m3 / (kg CO2/m) => m s-1 per cell
252      flight_m(i,k)=flight_m(i,k)/RNAVO*44.e-3*cell_area(i)*zdz(i,k)*1.e6/16.37e-3
253      flight_m(i,k)=flight_m(i,k)*100.0  !--x100 to augment signal to noise
254      !--molec.cm-3.s-1 / (molec/mol) * kg H2O/mol * m2 * m * cm3/m3 => kg H2O s-1 per cell
255      flight_h2o(i,k)=flight_h2o(i,k)/RNAVO*18.e-3*cell_area(i)*zdz(i,k)*1.e6
256    ENDDO
257  ENDDO
258!
259END SUBROUTINE airplane
260
261!********************************************************************
262! simple routine to initialise flight_m and test a flight corridor
263!--Olivier Boucher - 2021
264!
265SUBROUTINE flight_init()
266  USE dimphy
267  USE geometry_mod, ONLY: cell_area, latitude_deg, longitude_deg
268  IMPLICIT NONE
269  INTEGER :: i
270
271  ALLOCATE(flight_m(klon,klev))
272  ALLOCATE(flight_h2o(klon,klev))
273  !
274  flight_m(:,:) = 0.0    !--initialisation
275  flight_h2o(:,:) = 0.0  !--initialisation
276  !
277  DO i=1, klon
278   IF (latitude_deg(i).GE.42.0.AND.latitude_deg(i).LE.48.0) THEN
279     flight_m(i,38) = 50000.0  !--5000 m of flight/second in grid cell x 10 scaling
280   ENDIF
281  ENDDO
282 
283  RETURN
284END SUBROUTINE flight_init
285
286!*******************************************************************
287!--Routine to deal with ice supersaturation
288!--Determines the respective fractions of unsaturated clear sky, ice supersaturated clear sky and cloudy sky
289!--Diagnoses regions prone for non-persistent and persistent contrail formation
290!
291!--Audran Borella - 2021
292!
293SUBROUTINE ice_sursat(pplay, dpaprs, dtime, i, k, t, q, gamma_ss, &
294                      qsat, t_actuel, rneb_seri, ratqs, rneb, qincld,   &
295                      rnebss, qss, Tcontr, qcontr, qcontr2, fcontrN, fcontrP)
296  !
297  USE dimphy
298  USE print_control_mod,    ONLY: prt_level, lunout
299  USE phys_state_var_mod,   ONLY: pbl_tke, t_ancien
300  USE phys_local_var_mod,   ONLY: N1_ss, N2_ss
301  USE phys_local_var_mod,   ONLY: drneb_sub, drneb_con, drneb_tur, drneb_avi
302!!  USE phys_local_var_mod,   ONLY: Tcontr, qcontr, fcontrN, fcontrP
303  USE indice_sol_mod,       ONLY: is_ave
304  USE geometry_mod,         ONLY: cell_area
305  !
306  IMPLICIT NONE
307  INCLUDE "YOMCST.h"
308  INCLUDE "YOETHF.h"
309  INCLUDE "FCTTRE.h"
310  INCLUDE "fisrtilp.h"
311  INCLUDE "clesphys.h"
312
313  !
314  ! Input
315  ! Beware: this routine works on a gridpoint!
316  !
317  REAL,     INTENT(IN)    :: pplay     ! layer pressure (Pa)
318  REAL,     INTENT(IN)    :: dpaprs    ! layer delta pressure (Pa)
319  REAL,     INTENT(IN)    :: dtime     ! intervalle du temps (s)
320  REAL,     INTENT(IN)    :: t         ! température advectée (K)
321  REAL,     INTENT(IN)    :: qsat      ! vapeur de saturation
322  REAL,     INTENT(IN)    :: t_actuel  ! temperature actuelle de la maille (K)
323  REAL,     INTENT(IN)    :: rneb_seri ! fraction nuageuse en memoire
324  INTEGER,  INTENT(IN)    :: i, k
325  !
326  !  Input/output
327  !
328  REAL,     INTENT(INOUT) :: q         ! vapeur de la maille (=zq)
329  REAL,     INTENT(INOUT) :: ratqs     ! determine la largeur de distribution de vapeur
330  REAL,     INTENT(INOUT) :: Tcontr, qcontr, qcontr2, fcontrN, fcontrP
331  !
332  !  Output
333  !
334  REAL,     INTENT(OUT)   :: gamma_ss  !
335  REAL,     INTENT(OUT)   :: rneb      !  cloud fraction
336  REAL,     INTENT(OUT)   :: qincld    !  in-cloud total water
337  REAL,     INTENT(OUT)   :: rnebss    !  ISSR fraction
338  REAL,     INTENT(OUT)   :: qss       !  in-ISSR total water
339  !
340  ! Local
341  !
342  REAL PI
343  PARAMETER (PI=4.*ATAN(1.))
344  REAL rnebclr, gamma_prec
345  REAL qclr, qvc, qcld, qi
346  REAL zrho, zdz, zrhodz
347  REAL pdf_N, pdf_N1, pdf_N2
348  REAL pdf_a, pdf_b
349  REAL pdf_e1, pdf_e2, pdf_k
350  REAL drnebss, drnebclr, dqss, dqclr, sum_rneb_rnebss, dqss_avi
351  REAL V_cell !--volume of the cell
352  REAL M_cell !--dry mass of the cell
353  REAL tke, sig, L_tur, b_tur, q_eq
354  REAL V_env, V_cld, V_ss, V_clr
355  REAL zcor
356  !
357  !--more local variables for diagnostics
358  !--imported from YOMCST.h
359  !--eps_w = 0.622 = ratio of molecular masses of water and dry air (kg H2O kg air -1)
360  !--RCPD = 1004 J kg air−1 K−1 = the isobaric heat capacity of air
361  !--values from Schumann, Meteorol Zeitschrift, 1996
362  !--EiH2O = 1.25 / 2.24 / 8.94 kg H2O / kg fuel for kerosene / methane / dihydrogen
363  !--Qheat = 43.  /  50. / 120. MJ / kg fuel for kerosene / methane / dihydrogen
364  REAL, PARAMETER :: EiH2O=1.25  !--emission index of water vapour for kerosene (kg kg-1)
365  REAL, PARAMETER :: Qheat=43.E6 !--specific combustion heat for kerosene (J kg-1)
366  REAL, PARAMETER :: eta=0.3     !--average propulsion efficiency of the aircraft
367  !--Gcontr is the slope of the mean phase trajectory in the turbulent exhaust field on an absolute
368  !--temperature versus water vapor partial pressure diagram. G has the unit of Pa K−1. Rap et al JGR 2010.
369  REAL :: Gcontr
370  !--Tcontr = critical temperature for contrail formation (T_LM in Schumann 1996, Eq 31 in appendix 2)
371  !--qsatliqcontr = e_L(T_LM) in Schumann 1996 but expressed in specific humidity (kg kg humid air-1)
372  REAL :: qsatliqcontr
373
374     ! Initialisations
375     zrho = pplay / t / RD            !--dry density kg m-3
376     zrhodz = dpaprs / RG             !--dry air mass kg m-2
377     zdz = zrhodz / zrho              !--cell thickness m
378     V_cell = zdz * cell_area(i)      !--cell volume m3
379     M_cell = zrhodz * cell_area(i)   !--cell dry air mass kg
380     !
381     ! Recuperation de la memoire sur la couverture nuageuse
382     rneb = rneb_seri
383     !
384     ! Ajout des émissions de H2O dues à l'aviation
385     ! q is the specific humidity (kg/kg humid air) hence the complicated equation to update q
386     ! qnew = ( m_humid_air * qold + dm_H2O ) / ( m_humid_air + dm_H2O ) 
387     !      = ( m_dry_air * qold + dm_h2O * (1-qold) ) / (m_dry_air + dm_H2O * (1-qold) )
388     ! The equation is derived by writing m_humid_air = m_dry_air + m_H2O = m_dry_air / (1-q)
389     ! flight_h2O is in kg H2O / s / cell
390     !
391     IF (ok_plane_h2o) THEN
392       q = ( M_cell*q + flight_h2o(i,k)*dtime*(1.-q) ) / (M_cell + flight_h2o(i,k)*dtime*(1.-q) )
393     ENDIF
394     !
395     !--Estimating gamma
396     gamma_ss = MAX(1.0, gamma0 - t_actuel/Tgamma)
397     !gamma_prec = MAX(1.0, gamma0 - t_ancien(i,k)/Tgamma)      !--formulation initiale d Audran
398     gamma_prec = MAX(1.0, gamma0 - t/Tgamma)                   !--autre formulation possible basée sur le T du pas de temps
399     !
400     ! Initialisation de qvc : q_sat du pas de temps precedent
401     !qvc = R2ES*FOEEW(t_ancien(i,k),1.)/pplay      !--formulation initiale d Audran
402     qvc = R2ES*FOEEW(t,1.)/pplay                   !--autre formulation possible basée sur le T du pas de temps
403     qvc = min(0.5,qvc)
404     zcor = 1./(1.-RETV*qvc)
405     qvc = qvc*zcor
406     !
407     ! Modification de ratqs selon formule proposee : ksi_new = ksi_old/(1+beta*alpha_cld)
408     ratqs = ratqs / (tun_ratqs*rneb_seri + 1.)
409     !
410     ! Calcul de N
411     pdf_k = -sqrt(log(1.+ratqs**2.))
412     pdf_a = log(qvc/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
413     pdf_b = pdf_k/(2.*sqrt(2.))
414     pdf_e1 = pdf_a+pdf_b
415     IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
416        pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
417        pdf_N = max(0.,sign(rneb,pdf_e1))
418     ELSE
419        pdf_e1 = erf(pdf_e1)
420        pdf_e1 = 0.5*(1.+pdf_e1)
421        pdf_N = max(0.,rneb/pdf_e1)
422     ENDIF
423     !
424     ! On calcule ensuite N1 et N2. Il y a deux cas : N > 1 et N <= 1
425     ! Cas 1 : N > 1. N'arrive en theorie jamais, c'est une barriere
426     ! On perd la memoire sur la temperature (sur qvc) pour garder
427     ! celle sur alpha_cld
428     IF (pdf_N.GT.1.) THEN
429        ! On inverse alpha_cld = int_qvc^infty P(q) dq
430        ! pour determiner qvc = f(alpha_cld)
431        ! On approxime en serie entiere erf-1(x)
432        qvc = 2.*rneb-1.
433        qvc = qvc + PI/12.*qvc**3 + 7.*PI**2/480.*qvc**5 + 127.*PI**3/40320.*qvc**7 + 4369.*PI**4/5806080.*qvc**9 + 34807.*PI**5/182476800.*qvc**11
434        qvc = sqrt(PI)/2.*qvc
435        qvc = (qvc-pdf_b)*pdf_k*sqrt(2.)
436        qvc = q*exp(qvc)
437
438        ! On met a jour rneb avec la nouvelle valeur de qvc
439        ! La maj est necessaire a cause de la serie entiere approximative
440        pdf_a = log(qvc/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
441        pdf_e1 = pdf_a+pdf_b
442        IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
443           pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
444        ELSE
445           pdf_e1 = erf(pdf_e1)
446        ENDIF
447        pdf_e1 = 0.5*(1.+pdf_e1)
448        rneb = pdf_e1
449       
450        ! Si N > 1, N1 et N2 = 1
451        pdf_N1 = 1.
452        pdf_N2 = 1.
453       
454     ! Cas 2 : N <= 1
455     ELSE
456        ! D'abord on calcule N2 avec le tuning
457        pdf_N2 = min(1.,pdf_N*tun_N)
458       
459        ! Puis N1 pour assurer la conservation de alpha_cld
460        pdf_a = log(qvc*gamma_prec/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
461        pdf_e2 = pdf_a+pdf_b
462        IF (abs(pdf_e2).GE.erf_lim) THEN
463           pdf_e2 = sign(1.,pdf_e2)
464        ELSE
465           pdf_e2 = erf(pdf_e2)
466        ENDIF
467        pdf_e2 = 0.5*(1.+pdf_e2) ! integrale sous P pour q > gamma qsat
468
469        IF (abs(pdf_e1-pdf_e2).LT.eps) THEN
470           pdf_N1 = pdf_N2
471        ELSE
472           pdf_N1 = (rneb-pdf_N2*pdf_e2)/(pdf_e1-pdf_e2)
473        ENDIF
474
475        ! Barriere qui traite le cas gamma_prec = 1.
476        IF (pdf_N1.LE.0.) THEN
477           pdf_N1 = 0.
478           IF (pdf_e2.GT.eps) THEN
479              pdf_N2 = rneb/pdf_e2
480           ELSE
481              pdf_N2 = 0.
482           ENDIF
483        ENDIF
484     ENDIF
485
486     ! Physique 1
487     ! Sublimation
488     IF (qvc.LT.qsat) THEN
489        pdf_a = log(qvc/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
490        pdf_e1 = pdf_a+pdf_b
491        IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
492           pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
493        ELSE
494           pdf_e1 = erf(pdf_e1)
495        ENDIF
496
497        pdf_a = log(qsat/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
498        pdf_e2 = pdf_a+pdf_b
499        IF (abs(pdf_e2).GE.erf_lim) THEN
500           pdf_e2 = sign(1.,pdf_e2)
501        ELSE
502           pdf_e2 = erf(pdf_e2)
503        ENDIF
504
505        pdf_e1 = 0.5*pdf_N1*(pdf_e1-pdf_e2)
506       
507        ! Calcul et ajout de la tendance
508        drneb_sub(i,k) = - pdf_e1/dtime    !--unit [s-1]
509        rneb = rneb + drneb_sub(i,k)*dtime
510     ELSE
511        drneb_sub(i,k) = 0.
512     ENDIF
513     
514     ! NOTE : verifier si ca marche bien pour gamma proche de 1.
515
516     ! Condensation
517     IF (gamma_ss*qsat.LT.gamma_prec*qvc) THEN
518     
519        pdf_a = log(gamma_ss*qsat/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
520        pdf_e1 = pdf_a+pdf_b
521        IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
522           pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
523        ELSE
524           pdf_e1 = erf(pdf_e1)
525        ENDIF
526
527        pdf_a = log(gamma_prec*qvc/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
528        pdf_e2 = pdf_a+pdf_b
529        IF (abs(pdf_e2).GE.erf_lim) THEN
530           pdf_e2 = sign(1.,pdf_e2)
531        ELSE
532           pdf_e2 = erf(pdf_e2)
533        ENDIF
534
535        pdf_e1 = 0.5*(1.-pdf_N1)*(pdf_e1-pdf_e2)
536        pdf_e2 = 0.5*(1.-pdf_N2)*(1.+pdf_e2)
537
538        ! Calcul et ajout de la tendance
539        drneb_con(i,k) = (pdf_e1 + pdf_e2)/dtime         !--unit [s-1]
540        rneb = rneb + drneb_con(i,k)*dtime
541       
542     ELSE
543     
544        pdf_a = log(gamma_ss*qsat/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
545        pdf_e1 = pdf_a+pdf_b
546        IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
547           pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
548        ELSE
549           pdf_e1 = erf(pdf_e1)
550        ENDIF
551        pdf_e1 = 0.5*(1.-pdf_N2)*(1.+pdf_e1)
552
553        ! Calcul et ajout de la tendance
554        drneb_con(i,k) = pdf_e1/dtime         !--unit [s-1]
555        rneb = rneb + drneb_con(i,k)*dtime
556       
557     ENDIF
558
559     ! Calcul des grandeurs diagnostiques
560     ! Determination des grandeurs ciel clair
561     pdf_a = log(qsat/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
562     pdf_e1 = pdf_a+pdf_b
563     IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
564        pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
565     ELSE
566        pdf_e1 = erf(pdf_e1)
567     ENDIF
568     pdf_e1 = 0.5*(1.-pdf_e1)
569
570     pdf_e2 = pdf_a-pdf_b
571     IF (abs(pdf_e2).GE.erf_lim) THEN
572        pdf_e2 = sign(1.,pdf_e2)
573     ELSE
574        pdf_e2 = erf(pdf_e2)
575     ENDIF
576     pdf_e2 = 0.5*q*(1.-pdf_e2)
577
578     rnebclr = pdf_e1
579     qclr = pdf_e2
580
581     ! Determination de q_cld
582     ! Partie 1
583     pdf_a = log(max(qsat,qvc)/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
584     pdf_e1 = pdf_a-pdf_b
585     IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
586        pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
587     ELSE
588        pdf_e1 = erf(pdf_e1)
589     ENDIF
590
591     pdf_a = log(min(gamma_ss*qsat,gamma_prec*qvc)/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
592     pdf_e2 = pdf_a-pdf_b
593     IF (abs(pdf_e2).GE.erf_lim) THEN
594        pdf_e2 = sign(1.,pdf_e2)
595     ELSE
596        pdf_e2 = erf(pdf_e2)
597     ENDIF
598
599     pdf_e1 = 0.5*q*pdf_N1*(pdf_e1-pdf_e2)
600     
601     qcld = pdf_e1
602
603     ! Partie 2 (sous condition)
604     IF (gamma_ss*qsat.GT.gamma_prec*qvc) THEN
605        pdf_a = log(gamma_ss*qsat/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
606        pdf_e1 = pdf_a-pdf_b
607        IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
608           pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
609        ELSE
610           pdf_e1 = erf(pdf_e1)
611        ENDIF
612
613        pdf_e2 = 0.5*q*pdf_N2*(pdf_e2-pdf_e1)
614
615        qcld = qcld + pdf_e2
616
617        pdf_e2 = pdf_e1 
618     ENDIF
619
620     ! Partie 3
621     pdf_e2 = 0.5*q*(1.+pdf_e2)
622     
623     qcld = qcld + pdf_e2
624
625     ! Fin du calcul de q_cld
626     
627     ! Determination des grandeurs ISSR via les equations de conservation
628     rneb=MIN(rneb, 1. - rnebclr - eps)      !--ajout OB - barrière
629     rnebss = MAX(0.0, 1. - rnebclr - rneb)  !--ajout OB
630     qss = MAX(0.0, q - qclr - qcld)         !--ajout OB
631
632     ! Physique 2 : Turbulence
633     IF (rneb.GT.eps.AND.rneb.LT.1.-eps) THEN ! rneb != 0 and != 1
634       !
635       tke = pbl_tke(i,k,is_ave)
636       ! A MODIFIER formule a revoir
637       L_tur = min(l_turb, sqrt(tke)*dtime)
638
639       ! On fait pour l'instant l'hypothese a = 3b. V = 4/3 pi a b**2 = alpha_cld
640       ! donc b = alpha_cld/4pi **1/3.
641       b_tur = (rneb*V_cell/4./PI/N_cld)**(1./3.)
642       ! On verifie que la longeur de melange n'est pas trop grande
643       IF (L_tur.GT.b_tur) THEN
644          L_tur = b_tur
645       ENDIF
646       
647       V_env = N_cld*4.*PI*(3.*(b_tur**2.)*L_tur + L_tur**3. + 3.*b_tur*(L_tur**2.))
648       V_cld = N_cld*4.*PI*(3.*(b_tur**2.)*L_tur + L_tur**3. - 3.*b_tur*(L_tur**2.))
649       V_cld = abs(V_cld)
650
651       ! Repartition statistique des zones de contact nuage-ISSR et nuage-ciel clair
652       sig = rnebss/(chi*rnebclr+rnebss)
653       V_ss = MIN(sig*V_env,rnebss*V_cell)
654       V_clr = MIN((1.-sig)*V_env,rnebclr*V_cell)
655       V_cld = MIN(V_cld,rneb*V_cell)
656       V_env = V_ss + V_clr
657
658       ! ISSR => rneb
659       drnebss = -1.*V_ss/V_cell
660       dqss = drnebss*qss/MAX(eps,rnebss)
661
662       ! Clear sky <=> rneb
663       q_eq = V_env*qclr/MAX(eps,rnebclr) + V_cld*qcld/MAX(eps,rneb)
664       q_eq = q_eq/(V_env + V_cld)
665
666       IF (q_eq.GT.qsat) THEN
667          drnebclr = - V_clr/V_cell
668          dqclr = drnebclr*qclr/MAX(eps,rnebclr)
669       ELSE
670          drnebclr = V_cld/V_cell
671          dqclr = drnebclr*qcld/MAX(eps,rneb)
672       ENDIF
673
674       ! Maj des variables avec les tendances
675       rnebclr = MAX(0.0,rnebclr + drnebclr)   !--OB ajout d'un max avec eps (il faudrait modified drnebclr pour le diag)
676       qclr = MAX(0.0, qclr + dqclr)           !--OB ajout d'un max avec 0
677
678       rneb = rneb - drnebclr - drnebss
679       qcld = qcld - dqclr - dqss
680
681       rnebss = MAX(0.0,rnebss + drnebss)     !--OB ajout d'un max avec eps (il faudrait modifier drnebss pour le diag)
682       qss = MAX(0.0, qss + dqss)             !--OB ajout d'un max avec 0
683
684       ! Tendances pour le diagnostic
685       drneb_tur(i,k) = (drnebclr + drnebss)/dtime  !--unit [s-1]
686
687     ENDIF ! rneb
688
689     !--add a source of cirrus from aviation contrails
690     IF (ok_plane_contrail) THEN
691       drneb_avi(i,k) = rnebss*flight_m(i,k)*contrail_cross_section/V_cell    !--tendency rneb due to aviation [s-1]
692       drneb_avi(i,k) = MIN(drneb_avi(i,k), rnebss/dtime)                     !--majoration
693       dqss_avi = qss*drneb_avi(i,k)/MAX(eps,rnebss)                          !--tendency q aviation [kg kg-1 s-1]
694       rneb = rneb + drneb_avi(i,k)*dtime                                     !--add tendency to rneb
695       qcld = qcld + dqss_avi*dtime                                           !--add tendency to qcld
696       rnebss = rnebss - drneb_avi(i,k)*dtime                                 !--add tendency to rnebss
697       qss = qss - dqss_avi*dtime                                             !--add tendency to qss
698     ELSE
699       drneb_avi(i,k)=0.0
700     ENDIF
701
702     ! Barrieres
703     ! ISSR trop petite
704     IF (rnebss.LT.eps) THEN
705        rneb = MIN(rneb + rnebss,1.0-eps) !--ajout OB barriere
706        qcld = qcld + qss
707        rnebss = 0.
708        qss = 0.
709     ENDIF
710
711     ! le nuage est trop petit
712     IF (rneb.LT.eps) THEN
713        ! s'il y a une ISSR on met tout dans l'ISSR, sinon dans le
714        ! clear sky
715        IF (rnebss.LT.eps) THEN
716           rnebclr = 1.
717           rnebss = 0. !--ajout OB
718           qclr = q
719        ELSE
720           rnebss = MIN(rnebss + rneb,1.0-eps) !--ajout OB barriere
721           qss = qss + qcld
722        ENDIF
723        rneb = 0.
724        qcld = 0.
725        qincld = qsat * gamma_ss
726     ELSE
727        qincld = qcld / rneb
728     ENDIF
729
730     !--OB ajout borne superieure
731     sum_rneb_rnebss=rneb+rnebss
732     rneb=rneb*MIN(1.-eps,sum_rneb_rnebss)/MAX(eps,sum_rneb_rnebss)
733     rnebss=rnebss*MIN(1.-eps,sum_rneb_rnebss)/MAX(eps,sum_rneb_rnebss)
734
735     ! On ecrit dans la memoire
736     N1_ss(i,k) = pdf_N1
737     N2_ss(i,k) = pdf_N2
738   
739     !--Diagnostics only used from last iteration
740     !--test
741     !!Tcontr(i,k)=200.
742     !!fcontrN(i,k)=1.0
743     !!fcontrP(i,k)=0.5
744     !
745     !--slope of dilution line in exhaust
746     !--kg H2O/kg fuel * J kg air-1 K-1 * Pa / (kg H2O / kg air * J kg fuel-1)
747     Gcontr = EiH2O * RCPD * pplay / (eps_w*Qheat*(1.-eta))             !--Pa K-1
748     !--critical T_LM below which no liquid contrail can form in exhaust
749     !Tcontr(i,k) = 226.69+9.43*log(Gcontr-0.053)+0.72*(log(Gcontr-0.053))**2 !--K
750     IF (Gcontr .GT. 0.1) THEN
751     !
752       Tcontr = 226.69+9.43*log(Gcontr-0.053)+0.72*(log(Gcontr-0.053))**2 !--K
753       !print *,'Tcontr=',iter,i,k,eps_w,pplay,Gcontr,Tcontr(i,k)
754       !--Psat with index 0 in FOEEW to get saturation wrt liquid water corresponding to Tcontr
755       !qsatliqcontr = RESTT*FOEEW(Tcontr(i,k),0.)                               !--Pa
756       qsatliqcontr = RESTT*FOEEW(Tcontr,0.)                               !--Pa
757       !--Critical water vapour above which there is contrail formation for ambiant temperature
758       !qcontr(i,k) = Gcontr*(t-Tcontr(i,k)) + qsatliqcontr                      !--Pa
759       qcontr = Gcontr*(t-Tcontr) + qsatliqcontr                      !--Pa
760       !--Conversion of qcontr in specific humidity - method 1
761       !qcontr(i,k) = RD/RV*qcontr(i,k)/pplay      !--so as to return to something similar to R2ES*FOEEW/pplay
762       qcontr2 = RD/RV*qcontr/pplay      !--so as to return to something similar to R2ES*FOEEW/pplay
763       !qcontr(i,k) = min(0.5,qcontr(i,k))         !--and then we apply the same correction term as for qsat
764       qcontr2 = min(0.5,qcontr2)         !--and then we apply the same correction term as for qsat
765       !zcor = 1./(1.-RETV*qcontr(i,k))            !--for consistency with qsat but is it correct at all?
766       zcor = 1./(1.-RETV*qcontr2)            !--for consistency with qsat but is it correct at all as p is dry?
767       !zcor = 1./(1.+qcontr2)                 !--for consistency with qsat
768       !qcontr(i,k) = qcontr(i,k)*zcor
769       qcontr2 = qcontr2*zcor
770       qcontr2=MAX(1.e-10,qcontr2)            !--eliminate negative values due to extrapolation on dilution curve
771       !--Conversion of qcontr in specific humidity - method 2
772       !qcontr(i,k) = eps_w*qcontr(i,k) / (pplay+eps_w*qcontr(i,k))
773       !qcontr=MAX(1.E-10,qcontr)
774       !qcontr2 = eps_w*qcontr / (pplay+eps_w*qcontr)
775       !
776       IF (t .LT. Tcontr) THEN !--contrail formation is possible
777       !
778       !--compute fractions of persistent (P) and non-persistent(N) contrail potential regions
779       !!IF (qcontr(i,k).GE.qsat) THEN
780       IF (qcontr2.GE.qsat) THEN
781         !--none of the unsaturated clear sky is prone for contrail formation
782         !!fcontrN(i,k) = 0.0
783         fcontrN = 0.0
784         !
785         !--integral of P(q) from qsat to qcontr in ISSR
786         pdf_a = log(qsat/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
787         pdf_e1 = pdf_a+pdf_b
788         IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
789            pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
790         ELSE
791            pdf_e1 = erf(pdf_e1)
792         ENDIF
793         !
794         !!pdf_a = log(MIN(qcontr(i,k),qvc)/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
795         pdf_a = log(MIN(qcontr2,qvc)/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
796         pdf_e2 = pdf_a+pdf_b
797         IF (abs(pdf_e2).GE.erf_lim) THEN
798            pdf_e2 = sign(1.,pdf_e2)
799         ELSE
800            pdf_e2 = erf(pdf_e2)
801         ENDIF
802         !
803         !!fcontrP(i,k) = MAX(0., 0.5*(pdf_e1-pdf_e2))
804         fcontrP = MAX(0., 0.5*(pdf_e1-pdf_e2))
805         !
806         pdf_a = log(qsat/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
807         pdf_e1 = pdf_a+pdf_b
808         IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
809            pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
810         ELSE
811            pdf_e1 = erf(pdf_e1)
812         ENDIF
813         !
814         !!pdf_a = log(MIN(qcontr(i,k),qvc)/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
815         pdf_a = log(MIN(qcontr2,qvc)/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
816         pdf_e2 = pdf_a+pdf_b
817         IF (abs(pdf_e2).GE.erf_lim) THEN
818            pdf_e2 = sign(1.,pdf_e2)
819         ELSE
820            pdf_e2 = erf(pdf_e2)
821         ENDIF
822         !
823         !!fcontrP(i,k) = MAX(0., 0.5*(pdf_e1-pdf_e2))
824         fcontrP = MAX(0., 0.5*(pdf_e1-pdf_e2))
825         !
826         pdf_a = log(MAX(qsat,qvc)/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
827         pdf_e1 = pdf_a+pdf_b
828         IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
829            pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
830         ELSE
831            pdf_e1 = erf(pdf_e1)
832         ENDIF
833         !
834         !!pdf_a = log(MIN(qcontr(i,k),MIN(gamma_prec*qvc,gamma_ss*qsat))/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
835         pdf_a = log(MIN(qcontr2,MIN(gamma_prec*qvc,gamma_ss*qsat))/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
836         pdf_e2 = pdf_a+pdf_b
837         IF (abs(pdf_e2).GE.erf_lim) THEN
838            pdf_e2 = sign(1.,pdf_e2)
839         ELSE
840            pdf_e2 = erf(pdf_e2)
841         ENDIF
842         !
843         !!fcontrP(i,k) = fcontrP(i,k) + MAX(0., 0.5*(1-pdf_N1)*(pdf_e1-pdf_e2))
844         fcontrP = fcontrP + MAX(0., 0.5*(1-pdf_N1)*(pdf_e1-pdf_e2))
845         !
846         pdf_a = log(gamma_prec*qvc/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
847         pdf_e1 = pdf_a+pdf_b
848         IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
849            pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
850         ELSE
851            pdf_e1 = erf(pdf_e1)
852         ENDIF
853         !
854         !!pdf_a = log(MIN(qcontr(i,k),gamma_ss*qsat)/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
855         pdf_a = log(MIN(qcontr2,gamma_ss*qsat)/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
856         pdf_e2 = pdf_a+pdf_b
857         IF (abs(pdf_e2).GE.erf_lim) THEN
858            pdf_e2 = sign(1.,pdf_e2)
859         ELSE
860            pdf_e2 = erf(pdf_e2)
861         ENDIF
862         !
863         !!fcontrP(i,k) = fcontrP(i,k) + MAX(0., 0.5*(1-pdf_N2)*(pdf_e1-pdf_e2))
864         fcontrP = fcontrP + MAX(0., 0.5*(1-pdf_N2)*(pdf_e1-pdf_e2))
865         !
866       ELSE  !--qcontr LT qsat
867         !
868         !--all of ISSR is prone for contrail formation
869         !!fcontrP(i,k) = rnebss
870         fcontrP = rnebss
871         !
872         !--integral of zq from qcontr to qsat in unsaturated clear-sky region
873         !!pdf_a = log(qcontr(i,k)/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
874         pdf_a = log(qcontr2/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
875         pdf_e1 = pdf_a+pdf_b   !--normalement pdf_b est deja defini
876         IF (abs(pdf_e1).GE.erf_lim) THEN
877            pdf_e1 = sign(1.,pdf_e1)
878         ELSE
879            pdf_e1 = erf(pdf_e1)
880         ENDIF
881         !
882         pdf_a = log(qsat/q)/(pdf_k*sqrt(2.))
883         pdf_e2 = pdf_a+pdf_b
884         IF (abs(pdf_e2).GE.erf_lim) THEN
885            pdf_e2 = sign(1.,pdf_e2)
886         ELSE
887            pdf_e2 = erf(pdf_e2)
888         ENDIF
889         !
890         !!fcontrN(i,k) = 0.5*(pdf_e1-pdf_e2)
891         fcontrN = 0.5*(pdf_e1-pdf_e2)
892         !!fcontrN=2.0
893         !
894       ENDIF
895       !
896       ENDIF !-- t < Tcontr
897     !
898     ENDIF !-- Gcontr > 0.1
899
900  RETURN
901END SUBROUTINE ice_sursat
902!
903!*******************************************************************
904!
905END MODULE ice_sursat_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.