source: LMDZ6/trunk/libf/phylmd/ice_sursat_mod.F90 @ 4074

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only compute contrail diagnostics in the right range of Gcontr

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