source: LMDZ6/trunk/libf/phylmd/lsc_scav.F90 @ 5130

Last change on this file since 5130 was 4805, checked in by lebasn, 9 months ago

Bugfix in large scale scavenging: variable frac_aer (use for aerosols) was only on the first step and not stored for next timesteps.
  • Property copyright set to
    Name of program: LMDZ
    Creation date: 1984
    Version: LMDZ5
    License: CeCILL version 2
    Holder: Laboratoire de m\'et\'eorologie dynamique, CNRS, UMR 8539
    See the license file in the root directory
File size: 9.0 KB
Line 
1!$Id $
2
3SUBROUTINE lsc_scav(pdtime,it,iflag_lscav, aerosol,  &
4                    oliq,flxr,flxs,rneb,beta_fisrt,  &
5                    beta_v1,pplay,paprs,t,tr_seri,   &
6                    d_tr_insc,d_tr_bcscav,d_tr_evap,qPrls)
7  USE ioipsl
8  USE dimphy
9  USE mod_grid_phy_lmdz
10  USE mod_phys_lmdz_para
11  USE traclmdz_mod
12  USE infotrac_phy,ONLY : nbtr
13  USE iophy
14  IMPLICIT NONE
15!=====================================================================
16! Objet : depot humide (lessivage et evaporation) de traceurs
17! Inspired by routines of Olivier Boucher (mars 1998)
18! author R. Pilon 10 octobre 2012
19! last modification 16/01/2013 (reformulation partie evaporation)
20!=====================================================================
21
22  include "chem.h"
23  include "YOMCST.h"
24  include "YOECUMF.h"
25
26! inputs
27  REAL,INTENT(IN)                        :: pdtime ! time step (s)
28  INTEGER,INTENT(IN)                     :: it     ! tracer number
29  INTEGER,INTENT(IN)                     :: iflag_lscav ! LS scavenging param: 3=Reddy_Boucher2004, 4=3+RPilon.
30  REAL,DIMENSION(klon,klev+1),INTENT(IN) :: flxr     ! flux precipitant de pluie
31  REAL,DIMENSION(klon,klev+1),INTENT(IN) :: flxs     ! flux precipitant de neige
32  REAL,INTENT(IN)                        :: oliq ! contenu en eau liquide dans le nuage (kg/kg)
33  REAL,DIMENSION(klon,klev),INTENT(IN)   :: rneb
34  REAL,DIMENSION(klon,klev),INTENT(IN)   :: pplay    ! pression
35  REAL,DIMENSION(klon,klev+1),INTENT(IN) :: paprs    ! pression
36  REAL,DIMENSION(klon,klev),INTENT(IN)   :: t        ! temperature
37! tracers
38  LOGICAL,DIMENSION(nbtr), INTENT(IN)         :: aerosol
39  REAL,DIMENSION(klon,klev,nbtr),INTENT(IN)   :: tr_seri        ! q de traceur 
40  REAL,DIMENSION(klon,klev),INTENT(IN)        :: beta_fisrt     ! taux de conversion de l'eau cond
41  REAL,DIMENSION(klon,klev),INTENT(OUT)       :: beta_v1        ! -- (originale version)
42  REAL,DIMENSION(klon)                        :: his_dh         ! tendance de traceur integre verticalement
43  REAL,DIMENSION(klon,klev,nbtr),INTENT(OUT)  :: d_tr_insc      ! tendance du traceur
44  REAL,DIMENSION(klon,klev,nbtr),INTENT(OUT)  :: d_tr_bcscav  ! tendance de traceur
45  REAL,DIMENSION(klon,klev,nbtr),INTENT(OUT)  :: d_tr_evap
46  REAL,DIMENSION(klon,nbtr),INTENT(OUT)       :: qPrls      !jyg: concentration tra dans pluie LS a la surf.
47  REAL :: dxin,dxev                              ! tendance temporaire de traceur incloud
48  REAL,DIMENSION(klon,klev) :: dxbc       ! tendance temporaire de traceur bc
49
50!  variables locales     
51 LOGICAL,SAVE :: debut=.TRUE.
52!$OMP THREADPRIVATE(debut)
53!
54  REAL,PARAMETER :: henry=1.4  ! constante de Henry en mol/l/atm ~1.4 for gases
55  REAL           :: henry_t    !  constante de Henry a T t  (mol/l/atm)
56  REAL,PARAMETER :: kk=2900.   ! coefficient de dependence en T (K)
57  REAL :: f_a     !  rapport de la phase aqueuse a la phase gazeuse
58  REAL :: beta    !  taux de conversion de l'eau en pluie
59
60  INTEGER :: i, k
61  REAL,DIMENSION(klon,klev)    :: scav  !  water liquid content / fraction aqueuse du constituant
62  REAL,DIMENSION(klon,klev)    :: zrho
63  REAL,DIMENSION(klon,klev)    :: zdz
64  REAL,DIMENSION(klon,klev)    :: zmass ! layer mass
65
66  REAL           :: frac_ev       ! cste pour la reevaporation : dropplet shrinking
67!  frac_ev = frac_gas ou frac_aer
68  REAL,PARAMETER :: frac_gas=1.0  ! cste pour la reevaporation pour les gaz
69  REAL,SAVE      :: frac_aer      ! cste pour la reevaporation pour les particules
70  REAL,DIMENSION(klon,klev) :: deltaP     ! P(i+1)-P(i)
71  REAL,DIMENSION(klon,klev) :: beta_ev    !  dP/P(i+1)
72!$OMP THREADPRIVATE(frac_aer)
73
74!  101.325  m3/l x Pa/atm
75!  R        Pa.m3/mol/K
76!   cste de dissolution pour le depot humide
77  REAL,SAVE :: frac_fine_scav
78  REAL,SAVE :: frac_coar_scav
79!$OMP THREADPRIVATE(frac_fine_scav, frac_coar_scav)
80
81! below-cloud scav variables
82! aerosol : alpha_r=0.001, gas 0.001  (Pruppacher & Klett 1967)
83  REAL,SAVE :: alpha_r  !  coefficient d'impaction pour la pluie
84  REAL,SAVE :: alpha_s  !  coefficient d'impaction pour la neige 
85  REAL,SAVE :: R_r      !  mean raindrop radius (m)
86  REAL,SAVE :: R_s      !  mean snow crystal radius (m)
87!$OMP THREADPRIVATE(alpha_r, alpha_s, R_r, R_s)
88  REAL           :: pr, ps, ice, water
89!  REAL :: conserv
90!
91!
92  IF (debut) THEN
93!
94      alpha_r=0.001        !  coefficient d'impaction pour la pluie
95      alpha_s=0.01         !  coefficient d'impaction pour la neige 
96      R_r=0.001            !  mean raindrop radius (m)
97      R_s=0.001            !  mean snow crystal radius (m)
98      frac_fine_scav=0.7
99      frac_coar_scav=0.7
100!     Droplet size shrinks by evap
101      frac_aer=0.5
102      debut=.FALSE.
103!
104      OPEN(99,file='lsc_scav_param.data',status='old', &
105                form='formatted',err=9999)
106      READ(99,*,end=9998)  alpha_r
107      READ(99,*,end=9998)  alpha_s
108      READ(99,*,end=9998)  R_r
109      READ(99,*,end=9998)  R_s
110      READ(99,*,end=9998)  frac_fine_scav
111      READ(99,*,end=9998)  frac_coar_scav
112      READ(99,*,end=9998)  frac_aer
1139998  CONTINUE
114      CLOSE(99)
1159999  CONTINUE
116
117   print*,'alpha_r',alpha_r
118   print*,'alpha_s',alpha_s
119   print*,'R_r',R_r
120   print*,'R_s',R_s
121   print*,'frac_fine_scav',frac_fine_scav
122   print*,'frac_coar_scav',frac_coar_scav
123   print*,'frac_aer ev',frac_aer
124!
125  ENDIF !(debut)
126!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!
127!
128! initialization
129  dxin=0.
130  dxev=0.
131  beta_ev=0.
132
133  DO i=1,klon
134   his_dh(i)=0.
135  ENDDO
136
137  DO k=1,klev
138   DO i=1, klon
139    dxbc(i,k)=0.
140    beta_v1(i,k)=0.
141    deltaP(i,k)=0.
142   ENDDO
143  ENDDO
144
145!  pressure and size of the layer
146  DO k=klev, 1, -1
147   DO i=1, klon
148     zrho(i,k)=pplay(i,k)/t(i,k)/RD   
149     zdz(i,k)=(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/zrho(i,k)/RG
150     zmass(i,k)=(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG
151   ENDDO
152  ENDDO
153
154!jyg<
155!! Temporary correction: all non-aerosol tracers are dealt with in the same way.
156!! Should be updated once it has been decided how gases should be dealt with.
157  IF (aerosol(it)) THEN
158      frac_ev=frac_aer
159  ELSE                                                !  gas
160      frac_ev=frac_gas
161  ENDIF
162!
163!jyg<
164  IF (aerosol(it)) THEN ! aerosol
165    DO k=1, klev
166      DO i=1, klon
167       scav(i,k)=frac_fine_scav
168      ENDDO
169    ENDDO
170  ELSE                  ! gas
171    DO k=1, klev
172      DO i=1, klon
173       henry_t=henry*exp(-kk*(1./298.-1./t(i,k)))    !  mol/l/atm
174       f_a=henry_t/101.325*R*t(i,k)*oliq*zrho(i,k)/rho_water
175       scav(i,k)=f_a/(1.+f_a)
176      ENDDO
177    ENDDO
178  ENDIF
179
180  DO k=klev-1, 1, -1
181    DO i=1, klon
182!  incloud scavenging
183      IF (iflag_lscav .EQ. 4) THEN
184        beta=beta_fisrt(i,k)*rneb(i,k)
185      ELSE
186        beta=flxr(i,k)-flxr(i,k+1)+flxs(i,k)-flxs(i,k+1)
187        beta=beta/zmass(i,k)/oliq
188        beta=MAX(0.,beta)
189      ENDIF ! (iflag_lscav .eq. 4)
190      beta_v1(i,k)=beta    !! for output
191!
192      dxin=tr_seri(i,k,it)*(exp(-scav(i,k)*beta*pdtime)-1.)
193      his_dh(i)=his_dh(i)-dxin*zmass(i,k)/pdtime !  kg/m2/s
194      d_tr_insc(i,k,it)=dxin                     !  kg/kg/timestep
195
196!  below-cloud impaction
197!jyg<
198      IF (.NOT.aerosol(it)) THEN
199        d_tr_bcscav(i,k,it)=0.
200      ELSE
201        pr=0.5*(flxr(i,k)+flxr(i,k+1))
202        ps=0.5*(flxs(i,k)+flxs(i,k+1))
203        water=pr*alpha_r/R_r/rho_water
204        ice=ps*alpha_s/R_s/rho_ice
205        dxbc(i,k)=-3./4.*tr_seri(i,k,it)*pdtime*(water+ice)
206!      add tracers from below cloud scav in his_dh
207        his_dh(i)=his_dh(i)-dxbc(i,k)*zmass(i,k)/pdtime !  kg/m2/s
208        d_tr_bcscav(i,k,it)=dxbc(i,k)                   !  kg/kg/timestep
209      ENDIF
210
211!  reevaporation
212      deltaP(i,k)=flxr(i,k+1)+flxs(i,k+1)-flxr(i,k)-flxs(i,k)
213      deltaP(i,k)=max(deltaP(i,k),0.)
214
215      IF (flxr(i,k+1)+flxs(i,k+1).GT.1.e-16) THEn
216        beta_ev(i,k)=deltaP(i,k)/(flxr(i,k+1)+flxs(i,k+1))
217      ELSE
218        beta_ev(i,k)=0.
219      ENDIF
220
221      beta_ev(i,k)=max(min(1.,beta_ev(i,k)),0.)
222
223!jyg
224      IF (ABS(1.-(1.-frac_ev)*beta_ev(i,k)).GT.1.e-16) THEN
225! remove tracers from precipitation owing to release by evaporation in his_dh
226        dxev=frac_ev*beta_ev(i,k)*his_dh(i)*pdtime/zmass(i,k)/(1.-(1.-frac_ev)*beta_ev(i,k))
227        his_dh(i)=his_dh(i)*(1.-frac_ev*beta_ev(i,k)/(1.-(1.-frac_ev)*beta_ev(i,k)))
228      ELSE
229        dxev=his_dh(i)*pdtime/zmass(i,k)
230        his_dh(i)=0.
231      ENDIF
232!
233!      print*,  k, 'beta_ev',beta_ev
234! remove tracers from precipitation owing to release by evaporation in his_dh
235!      dxev=frac_ev*deltaP(i,k)*pdtime * his_dh(i) /(zrho(i,k)*zdz(i,k))
236!rplmd
237!      dxev=frac_ev*deltaP(i,k)*his_dh(i) *pdtime/(zrho(i,k)*zdz(i,k))/max(flxr(i,k)+flxs(i,k),1.e-16)
238
239      d_tr_evap(i,k,it)=dxev       !  kg/kg/timestep
240!
241    ENDDO
242  ENDDO
243!
244  DO i = 1,klon
245     qPrls(i,it) = his_dh(i)/max(flxr(i,1)+flxs(i,1),1.e-16)
246  ENDDO
247!
248! test de conservation
249!      conserv=0.
250!      DO k= klev,1,-1
251!        DO i=1, klon
252!         conserv=conserv+d_tr_insc(i,k,it)*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG &
253!                +d_tr_bcscav(i,k,it)*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG  &
254!                +d_tr_evap(i,k,it)*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG
255!      if(it.eq.3) write(*,'(I2,2X,a,e20.12,2X,a,e20.12,2X,a,e20.12,2X,a,e20.12)'),&
256!      k,'lsc conserv ',conserv,'insc',d_tr_insc(i,k,it),'bc',d_tr_bcscav(i,k,it),'ev',d_tr_evap(i,k,it)
257!       ENDDO
258!     ENDDO
259
260END SUBROUTINE lsc_scav
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.