[2561] | 1 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
[1992] | 2 | |
---|
[2561] | 3 | SUBROUTINE yamada4(ni, nsrf, ngrid, dt, g, rconst, plev, temp, zlev, zlay, u, v, teta, & |
---|
[2952] | 4 | cd, tke, km, kn, kq, ustar, iflag_pbl, drgpro) |
---|
[541] | 5 | |
---|
[4448] | 6 | USE dimphy, only : klev,klon |
---|
[4009] | 7 | USE phys_local_var_mod, only: tke_dissip,wprime |
---|
[4448] | 8 | USE yamada_ini_mod, only : new_yamada4,yamada4_num,hboville |
---|
| 9 | USE yamada_ini_mod, only : prt_level, lunout,pbl_lmixmin_alpha,b1,kap,viscom,viscoh |
---|
[4822] | 10 | USE yamada_ini_mod, only : ric, yun,ydeux,lmixmin,iflag_vdif_q2 |
---|
[3780] | 11 | |
---|
[1992] | 12 | IMPLICIT NONE |
---|
[2561] | 13 | ! ************************************************************************************************ |
---|
| 14 | ! |
---|
| 15 | ! yamada4: subroutine qui calcule le transfert turbulent avec une fermeture d'ordre 2 ou 2.5 |
---|
| 16 | ! |
---|
| 17 | ! Reference: Simulation of nocturnal drainage flows by a q2l Turbulence Closure Model |
---|
| 18 | ! Yamada T. |
---|
| 19 | ! J. Atmos. Sci, 40, 91-106, 1983 |
---|
| 20 | ! |
---|
| 21 | !************************************************************************************************ |
---|
| 22 | ! Input : |
---|
| 23 | !'====== |
---|
| 24 | ! ni: indice horizontal sur la grille de base, non restreinte |
---|
| 25 | ! nsrf: type de surface |
---|
| 26 | ! ngrid: nombre de mailles concern??es sur l'horizontal |
---|
[1992] | 27 | ! dt : pas de temps |
---|
| 28 | ! g : g |
---|
[2561] | 29 | ! rconst: constante de l'air sec |
---|
[1992] | 30 | ! zlev : altitude a chaque niveau (interface inferieure de la couche |
---|
| 31 | ! de meme indice) |
---|
| 32 | ! zlay : altitude au centre de chaque couche |
---|
| 33 | ! u,v : vitesse au centre de chaque couche |
---|
| 34 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
[2561] | 35 | ! teta : temperature potentielle virtuelle au centre de chaque couche |
---|
[1992] | 36 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
[2561] | 37 | ! cd : cdrag pour la quantit?? de mouvement |
---|
[1992] | 38 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
[2561] | 39 | ! ustar: vitesse de friction calcul??e par une formule diagnostique |
---|
| 40 | ! iflag_pbl: flag pour choisir des options du sch??ma de turbulence |
---|
| 41 | ! |
---|
| 42 | ! iflag_pbl doit valoir entre 6 et 9 |
---|
| 43 | ! l=6, on prend systematiquement une longueur d'equilibre |
---|
| 44 | ! iflag_pbl=6 : MY 2.0 |
---|
| 45 | ! iflag_pbl=7 : MY 2.0.Fournier |
---|
| 46 | ! iflag_pbl=8/9 : MY 2.5 |
---|
| 47 | ! iflag_pbl=8 with special obsolete treatments for convergence |
---|
| 48 | ! with Cmpi5 NPv3.1 simulations |
---|
| 49 | ! iflag_pbl=10/11 : New scheme M2 and N2 explicit and dissiptation exact |
---|
| 50 | ! iflag_pbl=12 = 11 with vertical diffusion off q2 |
---|
| 51 | ! |
---|
| 52 | ! 2013/04/01 (FH hourdin@lmd.jussieu.fr) |
---|
| 53 | ! Correction for very stable PBLs (iflag_pbl=10 and 11) |
---|
| 54 | ! iflag_pbl=8 converges numerically with NPv3.1 |
---|
| 55 | ! iflag_pbl=11 -> the model starts with NP from start files created by ce0l |
---|
| 56 | ! -> the model can run with longer time-steps. |
---|
[3780] | 57 | ! 2016/11/30 (EV etienne.vignon@lmd.ipsl.fr) |
---|
[2817] | 58 | ! On met tke (=q2/2) en entr??e plut??t que q2 |
---|
[2721] | 59 | ! On corrige l'update de la tke |
---|
[3780] | 60 | ! 2020/10/01 (EV) |
---|
| 61 | ! On ajoute la dissipation de la TKE en diagnostique de sortie |
---|
| 62 | ! |
---|
[2561] | 63 | ! Inpout/Output : |
---|
| 64 | !============== |
---|
[2721] | 65 | ! tke : tke au bas de chaque couche |
---|
[1992] | 66 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
| 67 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
[2561] | 68 | |
---|
| 69 | ! Outputs: |
---|
| 70 | !========== |
---|
[1992] | 71 | ! km : diffusivite turbulente de quantite de mouvement (au bas de chaque |
---|
| 72 | ! couche) |
---|
| 73 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
| 74 | ! kn : diffusivite turbulente des scalaires (au bas de chaque couche) |
---|
| 75 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
[2561] | 76 | ! |
---|
| 77 | !....................................................................... |
---|
[541] | 78 | |
---|
[2561] | 79 | !======================================================================= |
---|
| 80 | ! Declarations: |
---|
| 81 | !======================================================================= |
---|
[541] | 82 | |
---|
| 83 | |
---|
[2561] | 84 | ! Inputs/Outputs |
---|
| 85 | !---------------- |
---|
[1992] | 86 | REAL dt, g, rconst |
---|
| 87 | REAL plev(klon, klev+1), temp(klon, klev) |
---|
| 88 | REAL ustar(klon) |
---|
| 89 | REAL kmin, qmin, pblhmin(klon), coriol(klon) |
---|
| 90 | REAL zlev(klon, klev+1) |
---|
| 91 | REAL zlay(klon, klev) |
---|
| 92 | REAL u(klon, klev) |
---|
| 93 | REAL v(klon, klev) |
---|
| 94 | REAL teta(klon, klev) |
---|
| 95 | REAL cd(klon) |
---|
[2721] | 96 | REAL tke(klon, klev+1) |
---|
[1992] | 97 | REAL unsdz(klon, klev) |
---|
| 98 | REAL unsdzdec(klon, klev+1) |
---|
[2561] | 99 | REAL kn(klon, klev+1) |
---|
| 100 | REAL km(klon, klev+1) |
---|
| 101 | INTEGER iflag_pbl, ngrid, nsrf |
---|
| 102 | INTEGER ni(klon) |
---|
[541] | 103 | |
---|
[2952] | 104 | !FC |
---|
| 105 | REAL drgpro(klon,klev) |
---|
| 106 | REAL winds(klon,klev) |
---|
[2561] | 107 | |
---|
| 108 | ! Local |
---|
| 109 | !------- |
---|
| 110 | |
---|
[2721] | 111 | REAL q2(klon, klev+1) |
---|
[2561] | 112 | REAL kmpre(klon, klev+1), tmp2, qpre |
---|
[1992] | 113 | REAL mpre(klon, klev+1) |
---|
| 114 | REAL kq(klon, klev+1) |
---|
| 115 | REAL ff(klon, klev+1), delta(klon, klev+1) |
---|
| 116 | REAL aa(klon, klev+1), aa0, aa1 |
---|
| 117 | INTEGER nlay, nlev |
---|
[3035] | 118 | |
---|
[3780] | 119 | INTEGER ig, jg, k |
---|
[1992] | 120 | REAL ri, zrif, zalpha, zsm, zsn |
---|
| 121 | REAL rif(klon, klev+1), sm(klon, klev+1), alpha(klon, klev) |
---|
| 122 | REAL m2(klon, klev+1), dz(klon, klev+1), zq, n2(klon, klev+1) |
---|
| 123 | REAL dtetadz(klon, klev+1) |
---|
| 124 | REAL m2cstat, mcstat, kmcstat |
---|
| 125 | REAL l(klon, klev+1) |
---|
[2561] | 126 | REAL zz(klon, klev+1) |
---|
[1992] | 127 | INTEGER iter |
---|
[2828] | 128 | REAL dissip(klon,klev), tkeprov,tkeexp, shear(klon,klev), buoy(klon,klev) |
---|
[3035] | 129 | REAL :: disseff |
---|
| 130 | |
---|
[4448] | 131 | REAL,SAVE :: rifc |
---|
| 132 | !$OMP THREADPRIVATE(rifc) |
---|
[2721] | 133 | REAL,SAVE :: seuilsm, seuilalpha |
---|
| 134 | !$OMP THREADPRIVATE(seuilsm, seuilalpha) |
---|
[3035] | 135 | |
---|
[1992] | 136 | REAL frif, falpha, fsm |
---|
| 137 | REAL rino(klon, klev+1), smyam(klon, klev), styam(klon, klev), & |
---|
| 138 | lyam(klon, klev), knyam(klon, klev), w2yam(klon, klev), t2yam(klon, klev) |
---|
[2561] | 139 | |
---|
[3531] | 140 | CHARACTER (len = 20) :: modname = 'yamada4' |
---|
| 141 | CHARACTER (len = 80) :: abort_message |
---|
[2561] | 142 | |
---|
[2721] | 143 | |
---|
[3531] | 144 | |
---|
[2561] | 145 | ! Fonctions utilis??es |
---|
| 146 | !-------------------- |
---|
| 147 | |
---|
[1992] | 148 | frif(ri) = 0.6588*(ri+0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri+0.03156)) |
---|
| 149 | falpha(ri) = 1.318*(0.2231-ri)/(0.2341-ri) |
---|
| 150 | fsm(ri) = 1.96*(0.1912-ri)*(0.2341-ri)/((1.-ri)*(0.2231-ri)) |
---|
[2561] | 151 | |
---|
[541] | 152 | |
---|
[2828] | 153 | |
---|
[2721] | 154 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
[2828] | 155 | ! Corrections et reglages issus du travail de these d'Etienne Vignon. |
---|
[2721] | 156 | rifc=frif(ric) |
---|
| 157 | seuilsm=fsm(frif(ric)) |
---|
| 158 | seuilalpha=falpha(frif(ric)) |
---|
| 159 | ELSE |
---|
| 160 | rifc=0.191 |
---|
| 161 | seuilalpha=1.12 |
---|
| 162 | seuilsm=0.085 |
---|
| 163 | ENDIF |
---|
[2828] | 164 | |
---|
[2561] | 165 | !=============================================================================== |
---|
| 166 | ! Flags, tests et ??valuations de constantes |
---|
| 167 | !=============================================================================== |
---|
[541] | 168 | |
---|
[2561] | 169 | ! On utilise ou non la routine de Holstalg Boville pour les cas tres stables |
---|
[1738] | 170 | |
---|
[541] | 171 | |
---|
[1992] | 172 | IF (.NOT. (iflag_pbl>=6 .AND. iflag_pbl<=12)) THEN |
---|
[3531] | 173 | abort_message='probleme de coherence dans appel a MY' |
---|
| 174 | CALL abort_physic(modname,abort_message,1) |
---|
[1992] | 175 | END IF |
---|
[541] | 176 | |
---|
[2561] | 177 | |
---|
| 178 | nlay = klev |
---|
| 179 | nlev = klev + 1 |
---|
[541] | 180 | |
---|
| 181 | |
---|
[2561] | 182 | !======================================================================== |
---|
| 183 | ! Calcul des increments verticaux |
---|
| 184 | !========================================================================= |
---|
[541] | 185 | |
---|
[2561] | 186 | |
---|
| 187 | ! Attention: zlev n'est pas declare a nlev |
---|
[1992] | 188 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 189 | zlev(ig, nlev) = zlay(ig, nlay) + (zlay(ig,nlay)-zlev(ig,nlev-1)) |
---|
| 190 | END DO |
---|
[541] | 191 | |
---|
[2561] | 192 | |
---|
[1992] | 193 | DO k = 1, nlay |
---|
| 194 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 195 | unsdz(ig, k) = 1.E+0/(zlev(ig,k+1)-zlev(ig,k)) |
---|
| 196 | END DO |
---|
| 197 | END DO |
---|
| 198 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 199 | unsdzdec(ig, 1) = 1.E+0/(zlay(ig,1)-zlev(ig,1)) |
---|
| 200 | END DO |
---|
| 201 | DO k = 2, nlay |
---|
| 202 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 203 | unsdzdec(ig, k) = 1.E+0/(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
---|
| 204 | END DO |
---|
| 205 | END DO |
---|
| 206 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 207 | unsdzdec(ig, nlay+1) = 1.E+0/(zlev(ig,nlay+1)-zlay(ig,nlay)) |
---|
| 208 | END DO |
---|
[1738] | 209 | |
---|
[2561] | 210 | !========================================================================= |
---|
| 211 | ! Richardson number and stability functions |
---|
| 212 | !========================================================================= |
---|
| 213 | |
---|
| 214 | ! initialize arrays: |
---|
| 215 | |
---|
[2574] | 216 | m2(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
| 217 | sm(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
| 218 | rif(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
[1738] | 219 | |
---|
[2561] | 220 | !------------------------------------------------------------ |
---|
[1992] | 221 | DO k = 2, klev |
---|
[2561] | 222 | |
---|
[1992] | 223 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 224 | dz(ig, k) = zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1) |
---|
| 225 | m2(ig, k) = ((u(ig,k)-u(ig,k-1))**2+(v(ig,k)-v(ig, & |
---|
| 226 | k-1))**2)/(dz(ig,k)*dz(ig,k)) |
---|
| 227 | dtetadz(ig, k) = (teta(ig,k)-teta(ig,k-1))/dz(ig, k) |
---|
| 228 | n2(ig, k) = g*2.*dtetadz(ig, k)/(teta(ig,k-1)+teta(ig,k)) |
---|
| 229 | ri = n2(ig, k)/max(m2(ig,k), 1.E-10) |
---|
| 230 | IF (ri<ric) THEN |
---|
| 231 | rif(ig, k) = frif(ri) |
---|
| 232 | ELSE |
---|
| 233 | rif(ig, k) = rifc |
---|
| 234 | END IF |
---|
[2721] | 235 | if (new_yamada4) then |
---|
| 236 | alpha(ig, k) = max(falpha(rif(ig,k)),seuilalpha) |
---|
| 237 | sm(ig, k) = max(fsm(rif(ig,k)),seuilsm) |
---|
| 238 | else |
---|
[1992] | 239 | IF (rif(ig,k)<0.16) THEN |
---|
| 240 | alpha(ig, k) = falpha(rif(ig,k)) |
---|
| 241 | sm(ig, k) = fsm(rif(ig,k)) |
---|
| 242 | ELSE |
---|
[2561] | 243 | alpha(ig, k) = seuilalpha |
---|
| 244 | sm(ig, k) = seuilsm |
---|
[1992] | 245 | END IF |
---|
[2721] | 246 | |
---|
| 247 | end if |
---|
[1992] | 248 | zz(ig, k) = b1*m2(ig, k)*(1.-rif(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
| 249 | END DO |
---|
| 250 | END DO |
---|
[1738] | 251 | |
---|
| 252 | |
---|
| 253 | |
---|
[2721] | 254 | |
---|
| 255 | |
---|
| 256 | !======================================================================= |
---|
| 257 | ! DIFFERENT TYPES DE SCHEMA de YAMADA |
---|
| 258 | !======================================================================= |
---|
| 259 | |
---|
[2817] | 260 | ! On commence par calculer q2 a partir de la tke |
---|
[2721] | 261 | |
---|
| 262 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
| 263 | DO k=1,klev+1 |
---|
| 264 | q2(1:ngrid,k)=tke(1:ngrid,k)*ydeux |
---|
| 265 | ENDDO |
---|
| 266 | ELSE |
---|
| 267 | DO k=1,klev+1 |
---|
| 268 | q2(1:ngrid,k)=tke(1:ngrid,k) |
---|
| 269 | ENDDO |
---|
| 270 | ENDIF |
---|
| 271 | |
---|
[2561] | 272 | ! ==================================================================== |
---|
| 273 | ! Computing the mixing length |
---|
| 274 | ! ==================================================================== |
---|
[541] | 275 | |
---|
[2561] | 276 | |
---|
[2573] | 277 | CALL mixinglength(ni,nsrf,ngrid,iflag_pbl,pbl_lmixmin_alpha,lmixmin,zlay,zlev,u,v,q2,n2, l) |
---|
[541] | 278 | |
---|
| 279 | |
---|
[2561] | 280 | !-------------- |
---|
[1992] | 281 | ! Yamada 2.0 |
---|
[2561] | 282 | !-------------- |
---|
[1992] | 283 | IF (iflag_pbl==6) THEN |
---|
[2561] | 284 | |
---|
[1992] | 285 | DO k = 2, klev |
---|
[2574] | 286 | q2(1:ngrid, k) = l(1:ngrid, k)**2*zz(1:ngrid, k) |
---|
[1992] | 287 | END DO |
---|
| 288 | |
---|
| 289 | |
---|
[2561] | 290 | !------------------ |
---|
| 291 | ! Yamada 2.Fournier |
---|
| 292 | !------------------ |
---|
| 293 | |
---|
[1992] | 294 | ELSE IF (iflag_pbl==7) THEN |
---|
| 295 | |
---|
[2561] | 296 | |
---|
[1992] | 297 | ! Calcul de l, km, au pas precedent |
---|
[2561] | 298 | !.................................... |
---|
[1992] | 299 | DO k = 2, klev |
---|
| 300 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 301 | delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig,k)**2*sm(ig,k)) |
---|
| 302 | kmpre(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
| 303 | mpre(ig, k) = sqrt(m2(ig,k)) |
---|
| 304 | END DO |
---|
| 305 | END DO |
---|
| 306 | |
---|
| 307 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 308 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 309 | m2cstat = max(alpha(ig,k)*n2(ig,k)+delta(ig,k)/b1, 1.E-12) |
---|
| 310 | mcstat = sqrt(m2cstat) |
---|
| 311 | |
---|
[2561] | 312 | ! Puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m supposee en q3 |
---|
| 313 | !......................................................................... |
---|
[1992] | 314 | |
---|
| 315 | IF (k==2) THEN |
---|
| 316 | kmcstat = 1.E+0/mcstat*(unsdz(ig,k)*kmpre(ig,k+1)*mpre(ig,k+1)+ & |
---|
| 317 | unsdz(ig,k-1)*cd(ig)*(sqrt(u(ig,3)**2+v(ig,3)**2)-mcstat/unsdzdec & |
---|
| 318 | (ig,k)-mpre(ig,k+1)/unsdzdec(ig,k+1))**2)/(unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k & |
---|
| 319 | -1)) |
---|
[541] | 320 | ELSE |
---|
[1992] | 321 | kmcstat = 1.E+0/mcstat*(unsdz(ig,k)*kmpre(ig,k+1)*mpre(ig,k+1)+ & |
---|
| 322 | unsdz(ig,k-1)*kmpre(ig,k-1)*mpre(ig,k-1))/ & |
---|
| 323 | (unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1)) |
---|
| 324 | END IF |
---|
[2561] | 325 | |
---|
[1992] | 326 | tmp2 = kmcstat/(sm(ig,k)/q2(ig,k))/l(ig, k) |
---|
| 327 | q2(ig, k) = max(tmp2, 1.E-12)**(2./3.) |
---|
[541] | 328 | |
---|
[1992] | 329 | END DO |
---|
| 330 | END DO |
---|
[541] | 331 | |
---|
[2561] | 332 | |
---|
| 333 | ! ------------------------ |
---|
[1992] | 334 | ! Yamada 2.5 a la Didi |
---|
[2561] | 335 | !------------------------- |
---|
[541] | 336 | |
---|
[2561] | 337 | ELSE IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==9) THEN |
---|
[541] | 338 | |
---|
[2561] | 339 | ! Calcul de l, km, au pas precedent |
---|
| 340 | !.................................... |
---|
[1992] | 341 | DO k = 2, klev |
---|
| 342 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 343 | delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig,k)**2*sm(ig,k)) |
---|
| 344 | IF (delta(ig,k)<1.E-20) THEN |
---|
| 345 | delta(ig, k) = 1.E-20 |
---|
| 346 | END IF |
---|
| 347 | km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
| 348 | aa0 = (m2(ig,k)-alpha(ig,k)*n2(ig,k)-delta(ig,k)/b1) |
---|
| 349 | aa1 = (m2(ig,k)*(1.-rif(ig,k))-delta(ig,k)/b1) |
---|
| 350 | aa(ig, k) = aa1*dt/(delta(ig,k)*l(ig,k)) |
---|
| 351 | qpre = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
| 352 | IF (aa(ig,k)>0.) THEN |
---|
| 353 | q2(ig, k) = (qpre+aa(ig,k)*qpre*qpre)**2 |
---|
| 354 | ELSE |
---|
| 355 | q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 |
---|
| 356 | END IF |
---|
| 357 | ! else ! iflag_pbl=9 |
---|
| 358 | ! if (aa(ig,k)*qpre.gt.0.9) then |
---|
| 359 | ! q2(ig,k)=(qpre*10.)**2 |
---|
| 360 | ! else |
---|
| 361 | ! q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 |
---|
| 362 | ! endif |
---|
| 363 | ! endif |
---|
| 364 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
| 365 | END DO |
---|
| 366 | END DO |
---|
[1738] | 367 | |
---|
[1992] | 368 | ELSE IF (iflag_pbl>=10) THEN |
---|
[1738] | 369 | |
---|
[3780] | 370 | shear(:,:)=0. |
---|
| 371 | buoy(:,:)=0. |
---|
| 372 | dissip(:,:)=0. |
---|
| 373 | km(:,:)=0. |
---|
| 374 | |
---|
[2817] | 375 | IF (yamada4_num>=1) THEN |
---|
| 376 | |
---|
[1992] | 377 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
[2817] | 378 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 379 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
| 380 | km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
| 381 | shear(ig,k)=km(ig, k)*m2(ig, k) |
---|
| 382 | buoy(ig,k)=km(ig, k)*m2(ig, k)*(-1.*rif(ig,k)) |
---|
[3784] | 383 | ! dissip(ig,k)=min(max(((sqrt(q2(ig,k)))**3)/(b1*l(ig,k)),1.E-12),1.E4) |
---|
| 384 | dissip(ig,k)=((sqrt(q2(ig,k)))**3)/(b1*l(ig,k)) |
---|
[2817] | 385 | ENDDO |
---|
| 386 | ENDDO |
---|
[3780] | 387 | |
---|
[2817] | 388 | IF (yamada4_num==1) THEN ! Schema du MAR tel quel |
---|
| 389 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 390 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 391 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
[2828] | 392 | tkeprov= tkeprov* & |
---|
[2817] | 393 | & (tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))))/ & |
---|
[4289] | 394 | & (tkeprov+dt*((-1.)*min(0.,buoy(ig,k))+dissip(ig,k)+drgpro(ig,k)*tkeprov)) |
---|
[2828] | 395 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
[2817] | 396 | ENDDO |
---|
| 397 | ENDDO |
---|
[2828] | 398 | ELSE IF (yamada4_num==2) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
[2817] | 399 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 400 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 401 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
[2828] | 402 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)) |
---|
| 403 | tkeprov = tkeprov/(1.+dt*disseff/(2.*tkeprov))**2 |
---|
| 404 | tkeprov= tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))) |
---|
| 405 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
[2817] | 406 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
| 407 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
| 408 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
| 409 | ENDDO |
---|
| 410 | ENDDO |
---|
[2828] | 411 | ELSE IF (yamada4_num==3) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
| 412 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 413 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 414 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
| 415 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)) |
---|
| 416 | tkeprov=tkeprov*exp(-dt*disseff/tkeprov) |
---|
| 417 | tkeprov= tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))) |
---|
| 418 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
| 419 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
| 420 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
| 421 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
| 422 | ENDDO |
---|
| 423 | ENDDO |
---|
| 424 | ELSE IF (yamada4_num==4) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
| 425 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 426 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 427 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
| 428 | tkeprov= tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))) |
---|
| 429 | tkeprov= tkeprov* & |
---|
| 430 | & tkeprov/ & |
---|
| 431 | & (tkeprov+dt*((-1.)*min(0.,buoy(ig,k))+dissip(ig,k))) |
---|
| 432 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
| 433 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
| 434 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
| 435 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
| 436 | ENDDO |
---|
| 437 | ENDDO |
---|
[3780] | 438 | |
---|
| 439 | !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! |
---|
| 440 | !! Attention, yamada4_num=5 est inexacte car néglige les termes de flottabilité |
---|
| 441 | !! en conditions instables |
---|
| 442 | !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! |
---|
[2828] | 443 | ELSE IF (yamada4_num==5) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
| 444 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 445 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 446 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
[2952] | 447 | !FC on ajoute la dissipation due aux arbres |
---|
| 448 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)) + drgpro(ig,k)*tkeprov |
---|
[2828] | 449 | tkeexp=exp(-dt*disseff/tkeprov) |
---|
[2952] | 450 | ! on prend en compte la tke cree par les arbres |
---|
| 451 | winds(ig,k)=sqrt(u(ig,k)**2+v(ig,k)**2) |
---|
| 452 | tkeprov= (shear(ig,k)+ & |
---|
| 453 | & drgpro(ig,k)*(winds(ig,k))**3)*tkeprov/disseff*(1.-tkeexp)+tkeprov*tkeexp |
---|
[2828] | 454 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
| 455 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
| 456 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
| 457 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
| 458 | ENDDO |
---|
| 459 | ENDDO |
---|
| 460 | ELSE IF (yamada4_num==6) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
| 461 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 462 | DO ig=1,ngrid |
---|
[3780] | 463 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
| 464 | ! dissipation, en supposant que dissipeff/TKE est constant. |
---|
| 465 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
| 466 | ! With drag and dissipation from high vegetation (EV & FC, 05/10/2020) |
---|
| 467 | winds(ig,k)=sqrt(u(ig,k)**2+v(ig,k)**2) |
---|
[2828] | 468 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
[3780] | 469 | tkeprov=tkeprov+max(buoy(ig,k)+shear(ig,k)+drgpro(ig,k)*(winds(ig,k))**3,0.)*dt |
---|
| 470 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)+shear(ig,k)+drgpro(ig,k)*(winds(ig,k))**3) + drgpro(ig,k)*tkeprov |
---|
[2828] | 471 | tkeexp=exp(-dt*disseff/tkeprov) |
---|
| 472 | tkeprov= tkeprov*tkeexp |
---|
[3784] | 473 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
[3780] | 474 | |
---|
[2828] | 475 | ENDDO |
---|
| 476 | ENDDO |
---|
[2817] | 477 | ENDIF |
---|
| 478 | |
---|
| 479 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 480 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 481 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
| 482 | ENDDO |
---|
| 483 | ENDDO |
---|
| 484 | |
---|
| 485 | ELSE |
---|
| 486 | |
---|
| 487 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
[2574] | 488 | km(1:ngrid, k) = l(1:ngrid, k)*sqrt(q2(1:ngrid,k))*sm(1:ngrid, k) |
---|
[2721] | 489 | q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) + ydeux*dt*km(1:ngrid, k)*m2(1:ngrid, k)*(1.-rif(1:ngrid,k)) |
---|
| 490 | ! q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) + dt*km(1:ngrid, k)*m2(1:ngrid, k)*(1.-rif(1:ngrid,k)) |
---|
[2574] | 491 | q2(1:ngrid, k) = min(max(q2(1:ngrid,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
[3784] | 492 | q2(1:ngrid, k) = 1./(1./sqrt(q2(1:ngrid,k))+dt/(yun*l(1:ngrid,k)*b1)) |
---|
[2721] | 493 | ! q2(1:ngrid, k) = 1./(1./sqrt(q2(1:ngrid,k))+dt/(2*l(1:ngrid,k)*b1)) |
---|
[2574] | 494 | q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k)*q2(1:ngrid, k) |
---|
[1992] | 495 | END DO |
---|
[1738] | 496 | |
---|
[2817] | 497 | ENDIF |
---|
[1738] | 498 | |
---|
[1992] | 499 | ELSE |
---|
[3531] | 500 | abort_message='Cas nom prevu dans yamada4' |
---|
| 501 | CALL abort_physic(modname,abort_message,1) |
---|
[541] | 502 | |
---|
[1992] | 503 | END IF ! Fin du cas 8 |
---|
[541] | 504 | |
---|
| 505 | |
---|
[1992] | 506 | ! ==================================================================== |
---|
[2561] | 507 | ! Calcul des coefficients de melange |
---|
[1992] | 508 | ! ==================================================================== |
---|
[2561] | 509 | |
---|
[1992] | 510 | DO k = 2, klev |
---|
| 511 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 512 | zq = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
[2561] | 513 | km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k) ! For momentum |
---|
| 514 | kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k) ! For scalars |
---|
| 515 | kq(ig, k) = l(ig, k)*zq*0.2 ! For TKE |
---|
[1992] | 516 | END DO |
---|
| 517 | END DO |
---|
[2561] | 518 | |
---|
| 519 | |
---|
| 520 | !==================================================================== |
---|
| 521 | ! Transport diffusif vertical de la TKE par la TKE |
---|
| 522 | !==================================================================== |
---|
| 523 | |
---|
| 524 | |
---|
[1992] | 525 | ! initialize near-surface and top-layer mixing coefficients |
---|
[2561] | 526 | !........................................................... |
---|
[541] | 527 | |
---|
[2561] | 528 | kq(1:ngrid, 1) = kq(1:ngrid, 2) ! constant (ie no gradient) near the surface |
---|
| 529 | kq(1:ngrid, klev+1) = 0 ! zero at the top |
---|
| 530 | |
---|
| 531 | ! Transport diffusif vertical de la TKE. |
---|
| 532 | !....................................... |
---|
| 533 | |
---|
[4822] | 534 | print*,'iflag_vdif_q2 =',iflag_vdif_q2 |
---|
| 535 | IF (iflag_vdif_q2==1) THEN |
---|
[2574] | 536 | q2(1:ngrid, 1) = q2(1:ngrid, 2) |
---|
[1992] | 537 | CALL vdif_q2(dt, g, rconst, ngrid, plev, temp, kq, q2) |
---|
| 538 | END IF |
---|
[541] | 539 | |
---|
| 540 | |
---|
[2561] | 541 | !==================================================================== |
---|
| 542 | ! Traitement particulier pour les cas tres stables, introduction d'une |
---|
| 543 | ! longueur de m??lange minimale |
---|
| 544 | !==================================================================== |
---|
| 545 | ! |
---|
| 546 | ! Reference: Local versus Nonlocal boundary-layer diffusion in a global climate model |
---|
| 547 | ! Holtslag A.A.M. and Boville B.A. |
---|
| 548 | ! J. Clim., 6, 1825-1842, 1993 |
---|
[541] | 549 | |
---|
[2561] | 550 | |
---|
| 551 | IF (hboville) THEN |
---|
| 552 | |
---|
| 553 | |
---|
[1992] | 554 | IF (prt_level>1) THEN |
---|
[3531] | 555 | WRITE(lunout,*) 'YAMADA4 0' |
---|
[2561] | 556 | END IF |
---|
| 557 | |
---|
[1992] | 558 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 559 | coriol(ig) = 1.E-4 |
---|
| 560 | pblhmin(ig) = 0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)), 2.546E-5) |
---|
| 561 | END DO |
---|
[1738] | 562 | |
---|
[1992] | 563 | IF (1==1) THEN |
---|
| 564 | IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==10) THEN |
---|
[1738] | 565 | |
---|
[1992] | 566 | DO k = 2, klev |
---|
| 567 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 568 | IF (teta(ig,2)>teta(ig,1)) THEN |
---|
| 569 | qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))**2 |
---|
| 570 | kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin |
---|
| 571 | ELSE |
---|
| 572 | kmin = -1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. |
---|
| 573 | END IF |
---|
| 574 | IF (kn(ig,k)<kmin .OR. km(ig,k)<kmin) THEN |
---|
[2561] | 575 | |
---|
[1992] | 576 | kn(ig, k) = kmin |
---|
| 577 | km(ig, k) = kmin |
---|
| 578 | kq(ig, k) = kmin |
---|
[2561] | 579 | |
---|
| 580 | ! la longueur de melange est suposee etre l= kap z |
---|
| 581 | ! K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 |
---|
| 582 | |
---|
[1992] | 583 | q2(ig, k) = (qmin/sm(ig,k))**2 |
---|
| 584 | END IF |
---|
| 585 | END DO |
---|
| 586 | END DO |
---|
[1738] | 587 | |
---|
[1992] | 588 | ELSE |
---|
| 589 | DO k = 2, klev |
---|
| 590 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 591 | IF (teta(ig,2)>teta(ig,1)) THEN |
---|
| 592 | qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))**2 |
---|
| 593 | kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin |
---|
| 594 | ELSE |
---|
| 595 | kmin = -1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. |
---|
| 596 | END IF |
---|
| 597 | IF (kn(ig,k)<kmin .OR. km(ig,k)<kmin) THEN |
---|
| 598 | kn(ig, k) = kmin |
---|
| 599 | km(ig, k) = kmin |
---|
| 600 | kq(ig, k) = kmin |
---|
[2561] | 601 | ! la longueur de melange est suposee etre l= kap z |
---|
| 602 | ! K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 |
---|
[1992] | 603 | sm(ig, k) = 1. |
---|
| 604 | alpha(ig, k) = 1. |
---|
| 605 | q2(ig, k) = min((qmin/sm(ig,k))**2, 10.) |
---|
| 606 | zq = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
| 607 | km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k) |
---|
| 608 | kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k) |
---|
| 609 | kq(ig, k) = l(ig, k)*zq*0.2 |
---|
| 610 | END IF |
---|
| 611 | END DO |
---|
| 612 | END DO |
---|
| 613 | END IF |
---|
[1738] | 614 | |
---|
[1992] | 615 | END IF |
---|
[541] | 616 | |
---|
[2561] | 617 | END IF ! hboville |
---|
| 618 | |
---|
[2828] | 619 | ! Ajout d'une viscosite moleculaire |
---|
[3041] | 620 | km(1:ngrid,2:klev)=km(1:ngrid,2:klev)+viscom |
---|
| 621 | kn(1:ngrid,2:klev)=kn(1:ngrid,2:klev)+viscoh |
---|
| 622 | kq(1:ngrid,2:klev)=kq(1:ngrid,2:klev)+viscoh |
---|
[2828] | 623 | |
---|
[1992] | 624 | IF (prt_level>1) THEN |
---|
[3531] | 625 | WRITE(lunout,*)'YAMADA4 1' |
---|
[1992] | 626 | END IF !(prt_level>1) THEN |
---|
[2561] | 627 | |
---|
| 628 | |
---|
| 629 | !====================================================== |
---|
| 630 | ! Estimations de w'2 et T'2 d'apres Abdela et McFarlane |
---|
| 631 | !====================================================== |
---|
| 632 | ! |
---|
| 633 | ! Reference: A New Second-Order Turbulence Closure Scheme for the Planetary Boundary Layer |
---|
| 634 | ! Abdella K and McFarlane N |
---|
| 635 | ! J. Atmos. Sci., 54, 1850-1867, 1997 |
---|
| 636 | |
---|
[1992] | 637 | ! Diagnostique pour stokage |
---|
[2561] | 638 | !.......................... |
---|
[541] | 639 | |
---|
[1992] | 640 | IF (1==0) THEN |
---|
| 641 | rino = rif |
---|
| 642 | smyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
| 643 | styam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
| 644 | lyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
| 645 | knyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
| 646 | w2yam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
| 647 | t2yam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
[878] | 648 | |
---|
[1992] | 649 | smyam(1:ngrid, 2:klev) = sm(1:ngrid, 2:klev) |
---|
| 650 | styam(1:ngrid, 2:klev) = sm(1:ngrid, 2:klev)*alpha(1:ngrid, 2:klev) |
---|
| 651 | lyam(1:ngrid, 2:klev) = l(1:ngrid, 2:klev) |
---|
| 652 | knyam(1:ngrid, 2:klev) = kn(1:ngrid, 2:klev) |
---|
[541] | 653 | |
---|
| 654 | |
---|
[2561] | 655 | ! Calcul de w'2 et T'2 |
---|
| 656 | !....................... |
---|
| 657 | |
---|
[1992] | 658 | w2yam(1:ngrid, 2:klev) = q2(1:ngrid, 2:klev)*0.24 + & |
---|
| 659 | lyam(1:ngrid, 2:klev)*5.17*kn(1:ngrid, 2:klev)*n2(1:ngrid, 2:klev)/ & |
---|
| 660 | sqrt(q2(1:ngrid,2:klev)) |
---|
[4009] | 661 | |
---|
[1992] | 662 | t2yam(1:ngrid, 2:klev) = 9.1*kn(1:ngrid, 2:klev)* & |
---|
| 663 | dtetadz(1:ngrid, 2:klev)**2/sqrt(q2(1:ngrid,2:klev))* & |
---|
| 664 | lyam(1:ngrid, 2:klev) |
---|
| 665 | END IF |
---|
[1403] | 666 | |
---|
[2721] | 667 | |
---|
| 668 | |
---|
[2561] | 669 | !============================================================================ |
---|
[2817] | 670 | ! Mise a jour de la tke |
---|
[2721] | 671 | !============================================================================ |
---|
[2561] | 672 | |
---|
[2721] | 673 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
| 674 | DO k=1,klev+1 |
---|
| 675 | tke(1:ngrid,k)=q2(1:ngrid,k)/ydeux |
---|
| 676 | ENDDO |
---|
| 677 | ELSE |
---|
| 678 | DO k=1,klev+1 |
---|
| 679 | tke(1:ngrid,k)=q2(1:ngrid,k) |
---|
| 680 | ENDDO |
---|
| 681 | ENDIF |
---|
| 682 | |
---|
| 683 | |
---|
| 684 | !============================================================================ |
---|
[4009] | 685 | ! Diagnostique de la dissipation et vitesse verticale |
---|
[3780] | 686 | !============================================================================ |
---|
[2721] | 687 | |
---|
[3780] | 688 | ! Diagnostics |
---|
| 689 | tke_dissip(1:ngrid,:,nsrf)=0. |
---|
[4009] | 690 | wprime(1:ngrid,:,nsrf)=0. |
---|
| 691 | DO k=2,klev |
---|
| 692 | DO ig=1,ngrid |
---|
| 693 | jg=ni(ig) |
---|
| 694 | wprime(jg,k,nsrf)=sqrt(MAX(1./3*q2(ig,k),0.)) |
---|
| 695 | tke_dissip(jg,k,nsrf)=dissip(ig,k) |
---|
| 696 | ENDDO |
---|
| 697 | ENDDO |
---|
[3780] | 698 | |
---|
| 699 | !============================================================================= |
---|
| 700 | |
---|
[1992] | 701 | RETURN |
---|
[2561] | 702 | |
---|
| 703 | |
---|
[1992] | 704 | END SUBROUTINE yamada4 |
---|
[2561] | 705 | |
---|
| 706 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
| 707 | |
---|
| 708 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
[1992] | 709 | SUBROUTINE vdif_q2(timestep, gravity, rconst, ngrid, plev, temp, kmy, q2) |
---|
[2561] | 710 | |
---|
[4448] | 711 | USE dimphy, only : klev,klon |
---|
[1992] | 712 | IMPLICIT NONE |
---|
[2561] | 713 | |
---|
| 714 | ! vdif_q2: subroutine qui calcule la diffusion de la TKE par la TKE |
---|
| 715 | ! avec un schema implicite en temps avec |
---|
| 716 | ! inversion d'un syst??me tridiagonal |
---|
| 717 | ! |
---|
| 718 | ! Reference: Description of the interface with the surface and |
---|
| 719 | ! the computation of the turbulet diffusion in LMDZ |
---|
| 720 | ! Technical note on LMDZ |
---|
| 721 | ! Dufresne, J-L, Ghattas, J. and Grandpeix, J-Y |
---|
| 722 | ! |
---|
| 723 | !============================================================================ |
---|
| 724 | ! Declarations |
---|
| 725 | !============================================================================ |
---|
[1403] | 726 | |
---|
[1992] | 727 | REAL plev(klon, klev+1) |
---|
| 728 | REAL temp(klon, klev) |
---|
| 729 | REAL timestep |
---|
| 730 | REAL gravity, rconst |
---|
| 731 | REAL kstar(klon, klev+1), zz |
---|
| 732 | REAL kmy(klon, klev+1) |
---|
| 733 | REAL q2(klon, klev+1) |
---|
| 734 | REAL deltap(klon, klev+1) |
---|
| 735 | REAL denom(klon, klev+1), alpha(klon, klev+1), beta(klon, klev+1) |
---|
| 736 | INTEGER ngrid |
---|
[1403] | 737 | |
---|
[1992] | 738 | INTEGER i, k |
---|
[1403] | 739 | |
---|
[2561] | 740 | |
---|
| 741 | !========================================================================= |
---|
| 742 | ! Calcul |
---|
| 743 | !========================================================================= |
---|
| 744 | |
---|
[1992] | 745 | DO k = 1, klev |
---|
| 746 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 747 | zz = (plev(i,k)+plev(i,k+1))*gravity/(rconst*temp(i,k)) |
---|
| 748 | kstar(i, k) = 0.125*(kmy(i,k+1)+kmy(i,k))*zz*zz/ & |
---|
| 749 | (plev(i,k)-plev(i,k+1))*timestep |
---|
| 750 | END DO |
---|
| 751 | END DO |
---|
[1403] | 752 | |
---|
[1992] | 753 | DO k = 2, klev |
---|
| 754 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 755 | deltap(i, k) = 0.5*(plev(i,k-1)-plev(i,k+1)) |
---|
| 756 | END DO |
---|
| 757 | END DO |
---|
| 758 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 759 | deltap(i, 1) = 0.5*(plev(i,1)-plev(i,2)) |
---|
| 760 | deltap(i, klev+1) = 0.5*(plev(i,klev)-plev(i,klev+1)) |
---|
| 761 | denom(i, klev+1) = deltap(i, klev+1) + kstar(i, klev) |
---|
| 762 | alpha(i, klev+1) = deltap(i, klev+1)*q2(i, klev+1)/denom(i, klev+1) |
---|
| 763 | beta(i, klev+1) = kstar(i, klev)/denom(i, klev+1) |
---|
| 764 | END DO |
---|
[1403] | 765 | |
---|
[1992] | 766 | DO k = klev, 2, -1 |
---|
| 767 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 768 | denom(i, k) = deltap(i, k) + (1.-beta(i,k+1))*kstar(i, k) + & |
---|
| 769 | kstar(i, k-1) |
---|
| 770 | alpha(i, k) = (q2(i,k)*deltap(i,k)+kstar(i,k)*alpha(i,k+1))/denom(i, k) |
---|
| 771 | beta(i, k) = kstar(i, k-1)/denom(i, k) |
---|
| 772 | END DO |
---|
| 773 | END DO |
---|
[1403] | 774 | |
---|
[1992] | 775 | ! Si on recalcule q2(1) |
---|
[2561] | 776 | !....................... |
---|
[1992] | 777 | IF (1==0) THEN |
---|
| 778 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 779 | denom(i, 1) = deltap(i, 1) + (1-beta(i,2))*kstar(i, 1) |
---|
| 780 | q2(i, 1) = (q2(i,1)*deltap(i,1)+kstar(i,1)*alpha(i,2))/denom(i, 1) |
---|
| 781 | END DO |
---|
| 782 | END IF |
---|
[1403] | 783 | |
---|
[2561] | 784 | |
---|
[1992] | 785 | DO k = 2, klev + 1 |
---|
| 786 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 787 | q2(i, k) = alpha(i, k) + beta(i, k)*q2(i, k-1) |
---|
| 788 | END DO |
---|
| 789 | END DO |
---|
[1403] | 790 | |
---|
[1992] | 791 | RETURN |
---|
| 792 | END SUBROUTINE vdif_q2 |
---|
[2561] | 793 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
| 794 | |
---|
| 795 | |
---|
| 796 | |
---|
| 797 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
| 798 | SUBROUTINE vdif_q2e(timestep, gravity, rconst, ngrid, plev, temp, kmy, q2) |
---|
| 799 | |
---|
[4448] | 800 | USE dimphy, only : klev,klon |
---|
[1992] | 801 | IMPLICIT NONE |
---|
[1403] | 802 | |
---|
[2561] | 803 | ! vdif_q2e: subroutine qui calcule la diffusion de TKE par la TKE |
---|
| 804 | ! avec un schema explicite en temps |
---|
[1403] | 805 | |
---|
[2561] | 806 | |
---|
| 807 | !==================================================== |
---|
| 808 | ! Declarations |
---|
| 809 | !==================================================== |
---|
| 810 | |
---|
[1992] | 811 | REAL plev(klon, klev+1) |
---|
| 812 | REAL temp(klon, klev) |
---|
| 813 | REAL timestep |
---|
| 814 | REAL gravity, rconst |
---|
| 815 | REAL kstar(klon, klev+1), zz |
---|
| 816 | REAL kmy(klon, klev+1) |
---|
| 817 | REAL q2(klon, klev+1) |
---|
| 818 | REAL deltap(klon, klev+1) |
---|
| 819 | REAL denom(klon, klev+1), alpha(klon, klev+1), beta(klon, klev+1) |
---|
| 820 | INTEGER ngrid |
---|
| 821 | INTEGER i, k |
---|
[1403] | 822 | |
---|
[2561] | 823 | |
---|
| 824 | !================================================== |
---|
| 825 | ! Calcul |
---|
| 826 | !================================================== |
---|
| 827 | |
---|
[1992] | 828 | DO k = 1, klev |
---|
| 829 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 830 | zz = (plev(i,k)+plev(i,k+1))*gravity/(rconst*temp(i,k)) |
---|
| 831 | kstar(i, k) = 0.125*(kmy(i,k+1)+kmy(i,k))*zz*zz/ & |
---|
| 832 | (plev(i,k)-plev(i,k+1))*timestep |
---|
| 833 | END DO |
---|
| 834 | END DO |
---|
[1403] | 835 | |
---|
[1992] | 836 | DO k = 2, klev |
---|
| 837 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 838 | deltap(i, k) = 0.5*(plev(i,k-1)-plev(i,k+1)) |
---|
| 839 | END DO |
---|
| 840 | END DO |
---|
| 841 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 842 | deltap(i, 1) = 0.5*(plev(i,1)-plev(i,2)) |
---|
| 843 | deltap(i, klev+1) = 0.5*(plev(i,klev)-plev(i,klev+1)) |
---|
| 844 | END DO |
---|
| 845 | |
---|
| 846 | DO k = klev, 2, -1 |
---|
| 847 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 848 | q2(i, k) = q2(i, k) + (kstar(i,k)*(q2(i,k+1)-q2(i, & |
---|
| 849 | k))-kstar(i,k-1)*(q2(i,k)-q2(i,k-1)))/deltap(i, k) |
---|
| 850 | END DO |
---|
| 851 | END DO |
---|
| 852 | |
---|
| 853 | DO i = 1, ngrid |
---|
| 854 | q2(i, 1) = q2(i, 1) + (kstar(i,1)*(q2(i,2)-q2(i,1)))/deltap(i, 1) |
---|
| 855 | q2(i, klev+1) = q2(i, klev+1) + (-kstar(i,klev)*(q2(i,klev+1)-q2(i, & |
---|
| 856 | klev)))/deltap(i, klev+1) |
---|
| 857 | END DO |
---|
| 858 | |
---|
| 859 | RETURN |
---|
| 860 | END SUBROUTINE vdif_q2e |
---|
[2561] | 861 | |
---|
| 862 | !++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
| 863 | |
---|
| 864 | |
---|
| 865 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
| 866 | |
---|
[2573] | 867 | SUBROUTINE mixinglength(ni, nsrf, ngrid,iflag_pbl,pbl_lmixmin_alpha,lmixmin,zlay,zlev,u,v,q2,n2, lmix) |
---|
[2561] | 868 | |
---|
| 869 | |
---|
| 870 | |
---|
[4448] | 871 | USE dimphy, only : klev,klon |
---|
| 872 | USE yamada_ini_mod, only : l0 |
---|
[2561] | 873 | USE phys_state_var_mod, only: zstd, zsig, zmea |
---|
| 874 | USE phys_local_var_mod, only: l_mixmin, l_mix |
---|
[4448] | 875 | USE yamada_ini_mod, only : kap, kapb |
---|
[2561] | 876 | |
---|
| 877 | ! zstd: ecart type de la'altitud e sous-maille |
---|
| 878 | ! zmea: altitude moyenne sous maille |
---|
| 879 | ! zsig: pente moyenne de le maille |
---|
| 880 | |
---|
| 881 | USE geometry_mod, only: cell_area |
---|
| 882 | ! aire_cell: aire de la maille |
---|
| 883 | |
---|
| 884 | IMPLICIT NONE |
---|
| 885 | !************************************************************************* |
---|
| 886 | ! Subrourine qui calcule la longueur de m??lange dans le sch??ma de turbulence |
---|
| 887 | ! avec la formule de Blackadar |
---|
| 888 | ! Calcul d'un minimum en fonction de l'orographie sous-maille: |
---|
| 889 | ! L'id??e est la suivante: plus il y a de relief, plus il y a du m??lange |
---|
| 890 | ! induit par les circulations meso et submeso ??chelles. |
---|
| 891 | ! |
---|
| 892 | ! References: * The vertical distribution of wind and turbulent exchange in a neutral atmosphere |
---|
| 893 | ! Blackadar A.K. |
---|
| 894 | ! J. Geophys. Res., 64, No 8, 1962 |
---|
| 895 | ! |
---|
| 896 | ! * An evaluation of neutral and convective planetary boundary-layer parametrisations relative |
---|
| 897 | ! to large eddy simulations |
---|
| 898 | ! Ayotte K et al |
---|
| 899 | ! Boundary Layer Meteorology, 79, 131-175, 1996 |
---|
| 900 | ! |
---|
| 901 | ! |
---|
| 902 | ! * Local Similarity in the Stable Boundary Layer and Mixing length Approaches: consistency of concepts |
---|
| 903 | ! Van de Wiel B.J.H et al |
---|
| 904 | ! Boundary-Lay Meteorol, 128, 103-166, 2008 |
---|
| 905 | ! |
---|
| 906 | ! |
---|
| 907 | ! Histoire: |
---|
| 908 | !---------- |
---|
| 909 | ! * premi??re r??daction, Etienne et Frederic, 09/06/2016 |
---|
| 910 | ! |
---|
| 911 | ! *********************************************************************** |
---|
| 912 | |
---|
| 913 | !================================================================== |
---|
| 914 | ! Declarations |
---|
| 915 | !================================================================== |
---|
| 916 | |
---|
| 917 | ! Inputs |
---|
| 918 | !------- |
---|
| 919 | INTEGER ni(klon) ! indice sur la grille original (non restreinte) |
---|
| 920 | INTEGER nsrf ! Type de surface |
---|
| 921 | INTEGER ngrid ! Nombre de points concern??s sur l'horizontal |
---|
| 922 | INTEGER iflag_pbl ! Choix du sch??ma de turbulence |
---|
[4019] | 923 | REAL pbl_lmixmin_alpha ! on active ou non le calcul de la longueur de melange minimum en fonction du relief |
---|
[2561] | 924 | REAL lmixmin ! Minimum absolu de la longueur de m??lange |
---|
| 925 | REAL zlay(klon, klev) ! altitude du centre de la couche |
---|
| 926 | REAL zlev(klon, klev+1) ! atitude de l'interface inf??rieure de la couche |
---|
| 927 | REAL u(klon, klev) ! vitesse du vent zonal |
---|
| 928 | REAL v(klon, klev) ! vitesse du vent meridional |
---|
| 929 | REAL q2(klon, klev+1) ! energie cin??tique turbulente |
---|
| 930 | REAL n2(klon, klev+1) ! frequence de Brunt-Vaisala |
---|
| 931 | |
---|
| 932 | !In/out |
---|
| 933 | !------- |
---|
| 934 | |
---|
| 935 | ! Outputs |
---|
| 936 | !--------- |
---|
| 937 | |
---|
| 938 | REAL lmix(klon, klev+1) ! Longueur de melange |
---|
| 939 | |
---|
| 940 | |
---|
| 941 | ! Local |
---|
| 942 | !------- |
---|
| 943 | |
---|
| 944 | INTEGER ig,jg, k |
---|
| 945 | REAL h_oro(klon) |
---|
| 946 | REAL hlim(klon) |
---|
| 947 | REAL zq |
---|
| 948 | REAL sq(klon), sqz(klon) |
---|
| 949 | REAL fl, zzz, zl0, zq2, zn2 |
---|
| 950 | REAL famorti, zzzz, zh_oro, zhlim |
---|
| 951 | REAL l1(klon, klev+1), l2(klon,klev+1) |
---|
| 952 | REAL winds(klon, klev) |
---|
| 953 | REAL xcell |
---|
| 954 | REAL zstdslope(klon) |
---|
| 955 | REAL lmax |
---|
| 956 | REAL l2strat, l2neutre, extent |
---|
| 957 | REAL l2limit(klon) |
---|
| 958 | !=============================================================== |
---|
| 959 | ! Fonctions utiles |
---|
| 960 | !=============================================================== |
---|
| 961 | |
---|
| 962 | ! Calcul de l suivant la formule de Blackadar 1962 adapt??e par Ayotte 1996 |
---|
| 963 | !.......................................................................... |
---|
| 964 | |
---|
| 965 | fl(zzz, zl0, zq2, zn2) = max(min(l0(ig)*kap*zlev(ig, & |
---|
| 966 | k)/(kap*zlev(ig,k)+l0(ig)),0.5*sqrt(q2(ig,k))/sqrt( & |
---|
| 967 | max(n2(ig,k),1.E-10))), 1.E-5) |
---|
| 968 | |
---|
| 969 | ! Fonction d'amortissement de la turbulence au dessus de la montagne |
---|
| 970 | ! On augmente l'amortissement en diminuant la valeur de hlim (extent) dans le code |
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| 971 | !..................................................................... |
---|
| 972 | |
---|
| 973 | famorti(zzzz, zh_oro, zhlim)=(-1.)*ATAN((zzzz-zh_oro)/(zhlim-zh_oro))*2./3.1416+1. |
---|
| 974 | |
---|
[2574] | 975 | IF (ngrid==0) RETURN |
---|
[2561] | 976 | |
---|
| 977 | |
---|
| 978 | !===================================================================== |
---|
| 979 | ! CALCUL de la LONGUEUR de m??lange suivant BLACKADAR: l1 |
---|
| 980 | !===================================================================== |
---|
| 981 | |
---|
[3780] | 982 | l1(1:ngrid,:)=0. |
---|
[2561] | 983 | IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==10) THEN |
---|
| 984 | |
---|
| 985 | |
---|
| 986 | ! Iterative computation of l0 |
---|
| 987 | ! This version is kept for iflag_pbl only for convergence |
---|
| 988 | ! with NPv3.1 Cmip5 simulations |
---|
| 989 | !................................................................... |
---|
| 990 | |
---|
| 991 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 992 | sq(ig) = 1.E-10 |
---|
| 993 | sqz(ig) = 1.E-10 |
---|
| 994 | END DO |
---|
| 995 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
| 996 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 997 | zq = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
| 998 | sqz(ig) = sqz(ig) + zq*zlev(ig, k)*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
---|
| 999 | sq(ig) = sq(ig) + zq*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
---|
| 1000 | END DO |
---|
| 1001 | END DO |
---|
| 1002 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 1003 | l0(ig) = 0.2*sqz(ig)/sq(ig) |
---|
| 1004 | END DO |
---|
| 1005 | DO k = 2, klev |
---|
| 1006 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 1007 | l1(ig, k) = fl(zlev(ig,k), l0(ig), q2(ig,k), n2(ig,k)) |
---|
| 1008 | END DO |
---|
| 1009 | END DO |
---|
| 1010 | |
---|
| 1011 | ELSE |
---|
| 1012 | |
---|
| 1013 | |
---|
| 1014 | ! In all other case, the assymptotic mixing length l0 is imposed (150m) |
---|
| 1015 | !...................................................................... |
---|
| 1016 | |
---|
[2574] | 1017 | l0(1:ngrid) = 150. |
---|
[2561] | 1018 | DO k = 2, klev |
---|
| 1019 | DO ig = 1, ngrid |
---|
| 1020 | l1(ig, k) = fl(zlev(ig,k), l0(ig), q2(ig,k), n2(ig,k)) |
---|
| 1021 | END DO |
---|
| 1022 | END DO |
---|
| 1023 | |
---|
| 1024 | END IF |
---|
| 1025 | |
---|
[4019] | 1026 | !=========================================================================================== |
---|
| 1027 | ! CALCUL d'une longueur de melange minimum en fonctions de la topographie sous maille: l2 |
---|
| 1028 | ! si pbl_lmixmin_alpha=TRUE et si on se trouve sur de la terre ( pas actif sur les |
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[2561] | 1029 | ! glacier, la glace de mer et les oc??ans) |
---|
[4019] | 1030 | !=========================================================================================== |
---|
[2561] | 1031 | |
---|
[2574] | 1032 | l2(1:ngrid,:)=0.0 |
---|
| 1033 | l_mixmin(1:ngrid,:,nsrf)=0. |
---|
[3784] | 1034 | l_mix(1:ngrid,:,nsrf)=0. |
---|
[4019] | 1035 | hlim(1:ngrid)=0. |
---|
[2561] | 1036 | |
---|
| 1037 | IF (nsrf .EQ. 1) THEN |
---|
| 1038 | |
---|
| 1039 | ! coefficients |
---|
| 1040 | !-------------- |
---|
| 1041 | |
---|
[2574] | 1042 | extent=2. ! On ??tend l'impact du relief jusqu'?? extent*h, extent >1. |
---|
| 1043 | lmax=150. ! Longueur de m??lange max dans l'absolu |
---|
[2561] | 1044 | |
---|
| 1045 | ! calculs |
---|
| 1046 | !--------- |
---|
| 1047 | |
---|
[2574] | 1048 | DO ig=1,ngrid |
---|
[2561] | 1049 | |
---|
| 1050 | ! On calcule la hauteur du relief |
---|
| 1051 | !................................. |
---|
| 1052 | ! On ne peut pas prendre zstd seulement pour caracteriser le relief sous maille |
---|
| 1053 | ! car sur un terrain pentu mais sans relief, zstd est non nul (comme en Antarctique, C. Genthon) |
---|
| 1054 | ! On corrige donc zstd avec l'ecart type de l'altitude dans la maille sans relief |
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| 1055 | ! (en gros, une maille de taille xcell avec une pente constante zstdslope) |
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| 1056 | jg=ni(ig) |
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| 1057 | ! IF (zsig(jg) .EQ. 0.) THEN |
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| 1058 | ! zstdslope(ig)=0. |
---|
| 1059 | ! ELSE |
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| 1060 | ! xcell=sqrt(cell_area(jg)) |
---|
| 1061 | ! zstdslope(ig)=max((xcell*zsig(jg)-zmea(jg))**3 /(3.*zsig(jg)),0.) |
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| 1062 | ! zstdslope(ig)=sqrt(zstdslope(ig)) |
---|
| 1063 | ! END IF |
---|
| 1064 | |
---|
| 1065 | ! h_oro(ig)=max(zstd(jg)-zstdslope(ig),0.) ! Hauteur du relief |
---|
| 1066 | h_oro(ig)=zstd(jg) |
---|
| 1067 | hlim(ig)=extent*h_oro(ig) |
---|
[2574] | 1068 | ENDDO |
---|
[2561] | 1069 | |
---|
[2574] | 1070 | l2limit(1:ngrid)=0. |
---|
[2561] | 1071 | |
---|
[2574] | 1072 | DO k=2,klev |
---|
| 1073 | DO ig=1,ngrid |
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| 1074 | winds(ig,k)=sqrt(u(ig,k)**2+v(ig,k)**2) |
---|
| 1075 | IF (zlev(ig,k) .LE. h_oro(ig)) THEN ! sous l'orographie |
---|
| 1076 | l2strat= kapb*pbl_lmixmin_alpha*winds(ig,k)/sqrt(max(n2(ig,k),1.E-10)) ! si stratifi??, amplitude d'oscillation * kappab (voir Van de Wiel et al 2008) |
---|
| 1077 | l2neutre=kap*zlev(ig,k)*h_oro(ig)/(kap*zlev(ig,k)+h_oro(ig)) ! Dans le cas neutre, formule de blackadar. tend asymptotiquement vers h |
---|
| 1078 | l2neutre=MIN(l2neutre,lmax) ! On majore par lmax |
---|
| 1079 | l2limit(ig)=MIN(l2neutre,l2strat) ! Calcule de l2 (minimum de la longueur en cas neutre et celle en situation stratifi??e) |
---|
| 1080 | l2(ig,k)=l2limit(ig) |
---|
[2561] | 1081 | |
---|
[2574] | 1082 | ELSE IF (zlev(ig,k) .LE. hlim(ig)) THEN ! Si on est au dessus des montagnes, mais affect?? encore par elles |
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[2561] | 1083 | |
---|
| 1084 | ! Au dessus des montagnes, on prend la l2limit au sommet des montagnes |
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| 1085 | ! (la derni??re calcul??e dans la boucle k, vu que k est un indice croissant avec z) |
---|
| 1086 | ! et on multiplie l2limit par une fonction qui d??croit entre h et hlim |
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[2574] | 1087 | l2(ig,k)=l2limit(ig)*famorti(zlev(ig,k),h_oro(ig), hlim(ig)) |
---|
| 1088 | ELSE ! Au dessus de extent*h, on prend l2=l0 |
---|
| 1089 | l2(ig,k)=0. |
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| 1090 | END IF |
---|
| 1091 | ENDDO |
---|
| 1092 | ENDDO |
---|
[4019] | 1093 | ENDIF ! pbl_lmixmin_alpha |
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[2561] | 1094 | |
---|
| 1095 | !================================================================================== |
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| 1096 | ! On prend le max entre la longueur de melange de blackadar et celle calcul??e |
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| 1097 | ! en fonction de la topographie |
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| 1098 | !=================================================================================== |
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| 1099 | |
---|
| 1100 | |
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[3780] | 1101 | DO k=1,klev+1 |
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[2561] | 1102 | DO ig=1,ngrid |
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[2574] | 1103 | lmix(ig,k)=MAX(MAX(l1(ig,k), l2(ig,k)),lmixmin) |
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| 1104 | ENDDO |
---|
| 1105 | ENDDO |
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[2561] | 1106 | |
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[2574] | 1107 | ! Diagnostics |
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[2561] | 1108 | |
---|
[4019] | 1109 | DO k=1,klev+1 |
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[2574] | 1110 | DO ig=1,ngrid |
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| 1111 | jg=ni(ig) |
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| 1112 | l_mix(jg,k,nsrf)=lmix(ig,k) |
---|
[4019] | 1113 | l_mixmin(jg,k,nsrf)=MAX(l2(ig,k),lmixmin) |
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[2574] | 1114 | ENDDO |
---|
[2561] | 1115 | ENDDO |
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| 1116 | |
---|
| 1117 | |
---|
| 1118 | |
---|
| 1119 | END SUBROUTINE mixinglength |
---|