1 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
2 | |
---|
3 | SUBROUTINE yamada4(ni, nsrf, ngrid, dt, g, rconst, plev, temp, zlev, zlay, u, v, teta, & |
---|
4 | cd, tke, km, kn, kq, ustar, iflag_pbl, drgpro) |
---|
5 | |
---|
6 | USE dimphy |
---|
7 | USE ioipsl_getin_p_mod, ONLY : getin_p |
---|
8 | |
---|
9 | IMPLICIT NONE |
---|
10 | include "iniprint.h" |
---|
11 | ! ....................................................................... |
---|
12 | ! ym#include "dimensions.h" |
---|
13 | ! ym#include "dimphy.h" |
---|
14 | ! ************************************************************************************************ |
---|
15 | ! |
---|
16 | ! yamada4: subroutine qui calcule le transfert turbulent avec une fermeture d'ordre 2 ou 2.5 |
---|
17 | ! |
---|
18 | ! Reference: Simulation of nocturnal drainage flows by a q2l Turbulence Closure Model |
---|
19 | ! Yamada T. |
---|
20 | ! J. Atmos. Sci, 40, 91-106, 1983 |
---|
21 | ! |
---|
22 | !************************************************************************************************ |
---|
23 | ! Input : |
---|
24 | !'====== |
---|
25 | ! ni: indice horizontal sur la grille de base, non restreinte |
---|
26 | ! nsrf: type de surface |
---|
27 | ! ngrid: nombre de mailles concern??es sur l'horizontal |
---|
28 | ! dt : pas de temps |
---|
29 | ! g : g |
---|
30 | ! rconst: constante de l'air sec |
---|
31 | ! zlev : altitude a chaque niveau (interface inferieure de la couche |
---|
32 | ! de meme indice) |
---|
33 | ! zlay : altitude au centre de chaque couche |
---|
34 | ! u,v : vitesse au centre de chaque couche |
---|
35 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
36 | ! teta : temperature potentielle virtuelle au centre de chaque couche |
---|
37 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
38 | ! cd : cdrag pour la quantit?? de mouvement |
---|
39 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
40 | ! ustar: vitesse de friction calcul??e par une formule diagnostique |
---|
41 | ! iflag_pbl: flag pour choisir des options du sch??ma de turbulence |
---|
42 | ! |
---|
43 | ! iflag_pbl doit valoir entre 6 et 9 |
---|
44 | ! l=6, on prend systematiquement une longueur d'equilibre |
---|
45 | ! iflag_pbl=6 : MY 2.0 |
---|
46 | ! iflag_pbl=7 : MY 2.0.Fournier |
---|
47 | ! iflag_pbl=8/9 : MY 2.5 |
---|
48 | ! iflag_pbl=8 with special obsolete treatments for convergence |
---|
49 | ! with Cmpi5 NPv3.1 simulations |
---|
50 | ! iflag_pbl=10/11 : New scheme M2 and N2 explicit and dissiptation exact |
---|
51 | ! iflag_pbl=12 = 11 with vertical diffusion off q2 |
---|
52 | ! |
---|
53 | ! 2013/04/01 (FH hourdin@lmd.jussieu.fr) |
---|
54 | ! Correction for very stable PBLs (iflag_pbl=10 and 11) |
---|
55 | ! iflag_pbl=8 converges numerically with NPv3.1 |
---|
56 | ! iflag_pbl=11 -> the model starts with NP from start files created by ce0l |
---|
57 | ! -> the model can run with longer time-steps. |
---|
58 | ! 2016/11/30 (EV etienne.vignon@univ-grenoble-alpes.fr) |
---|
59 | ! On met tke (=q2/2) en entr??e plut??t que q2 |
---|
60 | ! On corrige l'update de la tke |
---|
61 | ! |
---|
62 | ! Inpout/Output : |
---|
63 | !============== |
---|
64 | ! tke : tke au bas de chaque couche |
---|
65 | ! (en entree : la valeur au debut du pas de temps) |
---|
66 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
67 | |
---|
68 | ! Outputs: |
---|
69 | !========== |
---|
70 | ! km : diffusivite turbulente de quantite de mouvement (au bas de chaque |
---|
71 | ! couche) |
---|
72 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
73 | ! kn : diffusivite turbulente des scalaires (au bas de chaque couche) |
---|
74 | ! (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) |
---|
75 | ! |
---|
76 | !....................................................................... |
---|
77 | |
---|
78 | !======================================================================= |
---|
79 | ! Declarations: |
---|
80 | !======================================================================= |
---|
81 | |
---|
82 | |
---|
83 | ! Inputs/Outputs |
---|
84 | !---------------- |
---|
85 | REAL dt, g, rconst |
---|
86 | REAL plev(klon, klev+1), temp(klon, klev) |
---|
87 | REAL ustar(klon) |
---|
88 | REAL kmin, qmin, pblhmin(klon), coriol(klon) |
---|
89 | REAL zlev(klon, klev+1) |
---|
90 | REAL zlay(klon, klev) |
---|
91 | REAL u(klon, klev) |
---|
92 | REAL v(klon, klev) |
---|
93 | REAL teta(klon, klev) |
---|
94 | REAL cd(klon) |
---|
95 | REAL tke(klon, klev+1) |
---|
96 | REAL unsdz(klon, klev) |
---|
97 | REAL unsdzdec(klon, klev+1) |
---|
98 | REAL kn(klon, klev+1) |
---|
99 | REAL km(klon, klev+1) |
---|
100 | INTEGER iflag_pbl, ngrid, nsrf |
---|
101 | INTEGER ni(klon) |
---|
102 | |
---|
103 | !FC |
---|
104 | REAL drgpro(klon,klev) |
---|
105 | REAL winds(klon,klev) |
---|
106 | |
---|
107 | ! Local |
---|
108 | !------- |
---|
109 | |
---|
110 | INCLUDE "clesphys.h" |
---|
111 | |
---|
112 | REAL q2(klon, klev+1) |
---|
113 | REAL kmpre(klon, klev+1), tmp2, qpre |
---|
114 | REAL mpre(klon, klev+1) |
---|
115 | REAL kq(klon, klev+1) |
---|
116 | REAL ff(klon, klev+1), delta(klon, klev+1) |
---|
117 | REAL aa(klon, klev+1), aa0, aa1 |
---|
118 | INTEGER nlay, nlev |
---|
119 | |
---|
120 | LOGICAL,SAVE :: hboville=.TRUE. |
---|
121 | REAL,SAVE :: viscom,viscoh |
---|
122 | !$OMP THREADPRIVATE( hboville,viscom,viscoh) |
---|
123 | INTEGER ig, k |
---|
124 | REAL ri, zrif, zalpha, zsm, zsn |
---|
125 | REAL rif(klon, klev+1), sm(klon, klev+1), alpha(klon, klev) |
---|
126 | REAL m2(klon, klev+1), dz(klon, klev+1), zq, n2(klon, klev+1) |
---|
127 | REAL dtetadz(klon, klev+1) |
---|
128 | REAL m2cstat, mcstat, kmcstat |
---|
129 | REAL l(klon, klev+1) |
---|
130 | REAL zz(klon, klev+1) |
---|
131 | INTEGER iter |
---|
132 | REAL dissip(klon,klev), tkeprov,tkeexp, shear(klon,klev), buoy(klon,klev) |
---|
133 | REAL :: disseff |
---|
134 | |
---|
135 | REAL,SAVE :: ric0,ric,rifc, b1, kap |
---|
136 | !$OMP THREADPRIVATE(ric0,ric,rifc,b1,kap) |
---|
137 | DATA b1, kap/16.6, 0.4/ |
---|
138 | REAL,SAVE :: seuilsm, seuilalpha |
---|
139 | !$OMP THREADPRIVATE(seuilsm, seuilalpha) |
---|
140 | REAL,SAVE :: lmixmin |
---|
141 | !$OMP THREADPRIVATE(lmixmin) |
---|
142 | LOGICAL, SAVE :: new_yamada4 |
---|
143 | INTEGER, SAVE :: yamada4_num |
---|
144 | !$OMP THREADPRIVATE(new_yamada4,yamada4_num) |
---|
145 | REAL, SAVE :: yun,ydeux |
---|
146 | !$OMP THREADPRIVATE(yun,ydeux) |
---|
147 | |
---|
148 | REAL frif, falpha, fsm |
---|
149 | REAL rino(klon, klev+1), smyam(klon, klev), styam(klon, klev), & |
---|
150 | lyam(klon, klev), knyam(klon, klev), w2yam(klon, klev), t2yam(klon, klev) |
---|
151 | LOGICAL, SAVE :: firstcall = .TRUE. |
---|
152 | !$OMP THREADPRIVATE(firstcall) |
---|
153 | |
---|
154 | |
---|
155 | |
---|
156 | ! Fonctions utilis??es |
---|
157 | !-------------------- |
---|
158 | |
---|
159 | frif(ri) = 0.6588*(ri+0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri+0.03156)) |
---|
160 | falpha(ri) = 1.318*(0.2231-ri)/(0.2341-ri) |
---|
161 | fsm(ri) = 1.96*(0.1912-ri)*(0.2341-ri)/((1.-ri)*(0.2231-ri)) |
---|
162 | |
---|
163 | |
---|
164 | IF (firstcall) THEN |
---|
165 | ! Seuil dans le code de turbulence |
---|
166 | new_yamada4=.false. |
---|
167 | CALL getin_p('new_yamada4',new_yamada4) |
---|
168 | |
---|
169 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
170 | ! Corrections et reglages issus du travail de these d'Etienne Vignon. |
---|
171 | ric=0.143 ! qui donne des valeurs proches des seuils proposes |
---|
172 | ! dans YAMADA 1983 : sm=0.0845 (0.085 dans Y83) |
---|
173 | ! sm=1.1213 (1.12 dans Y83) |
---|
174 | CALL getin_p('yamada4_ric',ric) |
---|
175 | ric0=0.19489 ! ric=0.195 originalement, mais produisait sm<0 |
---|
176 | ric=min(ric,ric0) ! Au dela de ric0, sm devient n??gatif |
---|
177 | rifc=frif(ric) |
---|
178 | seuilsm=fsm(frif(ric)) |
---|
179 | seuilalpha=falpha(frif(ric)) |
---|
180 | yun=1. |
---|
181 | ydeux=2. |
---|
182 | hboville=.FALSE. |
---|
183 | viscom=1.46E-5 |
---|
184 | viscoh=2.06E-5 |
---|
185 | lmixmin=0. |
---|
186 | yamada4_num=5 |
---|
187 | ELSE |
---|
188 | ric=0.195 |
---|
189 | rifc=0.191 |
---|
190 | seuilalpha=1.12 |
---|
191 | seuilsm=0.085 |
---|
192 | yun=2. |
---|
193 | ydeux=1. |
---|
194 | hboville=.TRUE. |
---|
195 | viscom=0. |
---|
196 | viscoh=0. |
---|
197 | lmixmin=1. |
---|
198 | yamada4_num=0 |
---|
199 | ENDIF |
---|
200 | |
---|
201 | PRINT*,'YAMADA4 RIc, RIfc, Sm_min, Alpha_min',ric,rifc,seuilsm,seuilalpha |
---|
202 | firstcall = .FALSE. |
---|
203 | CALL getin_p('lmixmin',lmixmin) |
---|
204 | CALL getin_p('yamada4_hboville',hboville) |
---|
205 | CALL getin_p('yamada4_num',yamada4_num) |
---|
206 | END IF |
---|
207 | |
---|
208 | |
---|
209 | |
---|
210 | !=============================================================================== |
---|
211 | ! Flags, tests et ??valuations de constantes |
---|
212 | !=============================================================================== |
---|
213 | |
---|
214 | ! On utilise ou non la routine de Holstalg Boville pour les cas tres stables |
---|
215 | |
---|
216 | |
---|
217 | IF (.NOT. (iflag_pbl>=6 .AND. iflag_pbl<=12)) THEN |
---|
218 | STOP 'probleme de coherence dans appel a MY' |
---|
219 | END IF |
---|
220 | |
---|
221 | |
---|
222 | nlay = klev |
---|
223 | nlev = klev + 1 |
---|
224 | |
---|
225 | |
---|
226 | !======================================================================== |
---|
227 | ! Calcul des increments verticaux |
---|
228 | !========================================================================= |
---|
229 | |
---|
230 | |
---|
231 | ! Attention: zlev n'est pas declare a nlev |
---|
232 | DO ig = 1, ngrid |
---|
233 | zlev(ig, nlev) = zlay(ig, nlay) + (zlay(ig,nlay)-zlev(ig,nlev-1)) |
---|
234 | END DO |
---|
235 | |
---|
236 | |
---|
237 | DO k = 1, nlay |
---|
238 | DO ig = 1, ngrid |
---|
239 | unsdz(ig, k) = 1.E+0/(zlev(ig,k+1)-zlev(ig,k)) |
---|
240 | END DO |
---|
241 | END DO |
---|
242 | DO ig = 1, ngrid |
---|
243 | unsdzdec(ig, 1) = 1.E+0/(zlay(ig,1)-zlev(ig,1)) |
---|
244 | END DO |
---|
245 | DO k = 2, nlay |
---|
246 | DO ig = 1, ngrid |
---|
247 | unsdzdec(ig, k) = 1.E+0/(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
---|
248 | END DO |
---|
249 | END DO |
---|
250 | DO ig = 1, ngrid |
---|
251 | unsdzdec(ig, nlay+1) = 1.E+0/(zlev(ig,nlay+1)-zlay(ig,nlay)) |
---|
252 | END DO |
---|
253 | |
---|
254 | !========================================================================= |
---|
255 | ! Richardson number and stability functions |
---|
256 | !========================================================================= |
---|
257 | |
---|
258 | ! initialize arrays: |
---|
259 | |
---|
260 | m2(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
261 | sm(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
262 | rif(1:ngrid, :) = 0.0 |
---|
263 | |
---|
264 | !------------------------------------------------------------ |
---|
265 | DO k = 2, klev |
---|
266 | |
---|
267 | DO ig = 1, ngrid |
---|
268 | dz(ig, k) = zlay(ig, k) - zlay(ig, k-1) |
---|
269 | m2(ig, k) = ((u(ig,k)-u(ig,k-1))**2+(v(ig,k)-v(ig, & |
---|
270 | k-1))**2)/(dz(ig,k)*dz(ig,k)) |
---|
271 | dtetadz(ig, k) = (teta(ig,k)-teta(ig,k-1))/dz(ig, k) |
---|
272 | n2(ig, k) = g*2.*dtetadz(ig, k)/(teta(ig,k-1)+teta(ig,k)) |
---|
273 | ri = n2(ig, k)/max(m2(ig,k), 1.E-10) |
---|
274 | IF (ri<ric) THEN |
---|
275 | rif(ig, k) = frif(ri) |
---|
276 | ELSE |
---|
277 | rif(ig, k) = rifc |
---|
278 | END IF |
---|
279 | if (new_yamada4) then |
---|
280 | alpha(ig, k) = max(falpha(rif(ig,k)),seuilalpha) |
---|
281 | sm(ig, k) = max(fsm(rif(ig,k)),seuilsm) |
---|
282 | else |
---|
283 | IF (rif(ig,k)<0.16) THEN |
---|
284 | alpha(ig, k) = falpha(rif(ig,k)) |
---|
285 | sm(ig, k) = fsm(rif(ig,k)) |
---|
286 | ELSE |
---|
287 | alpha(ig, k) = seuilalpha |
---|
288 | sm(ig, k) = seuilsm |
---|
289 | END IF |
---|
290 | |
---|
291 | end if |
---|
292 | zz(ig, k) = b1*m2(ig, k)*(1.-rif(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
293 | END DO |
---|
294 | END DO |
---|
295 | |
---|
296 | |
---|
297 | |
---|
298 | |
---|
299 | |
---|
300 | !======================================================================= |
---|
301 | ! DIFFERENT TYPES DE SCHEMA de YAMADA |
---|
302 | !======================================================================= |
---|
303 | |
---|
304 | ! On commence par calculer q2 a partir de la tke |
---|
305 | |
---|
306 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
307 | DO k=1,klev+1 |
---|
308 | q2(1:ngrid,k)=tke(1:ngrid,k)*ydeux |
---|
309 | ENDDO |
---|
310 | ELSE |
---|
311 | DO k=1,klev+1 |
---|
312 | q2(1:ngrid,k)=tke(1:ngrid,k) |
---|
313 | ENDDO |
---|
314 | ENDIF |
---|
315 | |
---|
316 | ! ==================================================================== |
---|
317 | ! Computing the mixing length |
---|
318 | ! ==================================================================== |
---|
319 | |
---|
320 | |
---|
321 | CALL mixinglength(ni,nsrf,ngrid,iflag_pbl,pbl_lmixmin_alpha,lmixmin,zlay,zlev,u,v,q2,n2, l) |
---|
322 | |
---|
323 | |
---|
324 | !-------------- |
---|
325 | ! Yamada 2.0 |
---|
326 | !-------------- |
---|
327 | IF (iflag_pbl==6) THEN |
---|
328 | |
---|
329 | DO k = 2, klev |
---|
330 | q2(1:ngrid, k) = l(1:ngrid, k)**2*zz(1:ngrid, k) |
---|
331 | END DO |
---|
332 | |
---|
333 | |
---|
334 | !------------------ |
---|
335 | ! Yamada 2.Fournier |
---|
336 | !------------------ |
---|
337 | |
---|
338 | ELSE IF (iflag_pbl==7) THEN |
---|
339 | |
---|
340 | |
---|
341 | ! Calcul de l, km, au pas precedent |
---|
342 | !.................................... |
---|
343 | DO k = 2, klev |
---|
344 | DO ig = 1, ngrid |
---|
345 | delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig,k)**2*sm(ig,k)) |
---|
346 | kmpre(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
347 | mpre(ig, k) = sqrt(m2(ig,k)) |
---|
348 | END DO |
---|
349 | END DO |
---|
350 | |
---|
351 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
352 | DO ig = 1, ngrid |
---|
353 | m2cstat = max(alpha(ig,k)*n2(ig,k)+delta(ig,k)/b1, 1.E-12) |
---|
354 | mcstat = sqrt(m2cstat) |
---|
355 | |
---|
356 | ! Puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m supposee en q3 |
---|
357 | !......................................................................... |
---|
358 | |
---|
359 | IF (k==2) THEN |
---|
360 | kmcstat = 1.E+0/mcstat*(unsdz(ig,k)*kmpre(ig,k+1)*mpre(ig,k+1)+ & |
---|
361 | unsdz(ig,k-1)*cd(ig)*(sqrt(u(ig,3)**2+v(ig,3)**2)-mcstat/unsdzdec & |
---|
362 | (ig,k)-mpre(ig,k+1)/unsdzdec(ig,k+1))**2)/(unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k & |
---|
363 | -1)) |
---|
364 | ELSE |
---|
365 | kmcstat = 1.E+0/mcstat*(unsdz(ig,k)*kmpre(ig,k+1)*mpre(ig,k+1)+ & |
---|
366 | unsdz(ig,k-1)*kmpre(ig,k-1)*mpre(ig,k-1))/ & |
---|
367 | (unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1)) |
---|
368 | END IF |
---|
369 | |
---|
370 | tmp2 = kmcstat/(sm(ig,k)/q2(ig,k))/l(ig, k) |
---|
371 | q2(ig, k) = max(tmp2, 1.E-12)**(2./3.) |
---|
372 | |
---|
373 | END DO |
---|
374 | END DO |
---|
375 | |
---|
376 | |
---|
377 | ! ------------------------ |
---|
378 | ! Yamada 2.5 a la Didi |
---|
379 | !------------------------- |
---|
380 | |
---|
381 | ELSE IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==9) THEN |
---|
382 | |
---|
383 | ! Calcul de l, km, au pas precedent |
---|
384 | !.................................... |
---|
385 | DO k = 2, klev |
---|
386 | DO ig = 1, ngrid |
---|
387 | delta(ig, k) = q2(ig, k)/(l(ig,k)**2*sm(ig,k)) |
---|
388 | IF (delta(ig,k)<1.E-20) THEN |
---|
389 | delta(ig, k) = 1.E-20 |
---|
390 | END IF |
---|
391 | km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
392 | aa0 = (m2(ig,k)-alpha(ig,k)*n2(ig,k)-delta(ig,k)/b1) |
---|
393 | aa1 = (m2(ig,k)*(1.-rif(ig,k))-delta(ig,k)/b1) |
---|
394 | aa(ig, k) = aa1*dt/(delta(ig,k)*l(ig,k)) |
---|
395 | qpre = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
396 | IF (aa(ig,k)>0.) THEN |
---|
397 | q2(ig, k) = (qpre+aa(ig,k)*qpre*qpre)**2 |
---|
398 | ELSE |
---|
399 | q2(ig, k) = (qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 |
---|
400 | END IF |
---|
401 | ! else ! iflag_pbl=9 |
---|
402 | ! if (aa(ig,k)*qpre.gt.0.9) then |
---|
403 | ! q2(ig,k)=(qpre*10.)**2 |
---|
404 | ! else |
---|
405 | ! q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 |
---|
406 | ! endif |
---|
407 | ! endif |
---|
408 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
409 | END DO |
---|
410 | END DO |
---|
411 | |
---|
412 | ELSE IF (iflag_pbl>=10) THEN |
---|
413 | |
---|
414 | IF (yamada4_num>=1) THEN |
---|
415 | |
---|
416 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
417 | DO ig=1,ngrid |
---|
418 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
419 | km(ig, k) = l(ig, k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig, k) |
---|
420 | shear(ig,k)=km(ig, k)*m2(ig, k) |
---|
421 | buoy(ig,k)=km(ig, k)*m2(ig, k)*(-1.*rif(ig,k)) |
---|
422 | dissip(ig,k)=((sqrt(q2(ig,k)))**3)/(b1*l(ig,k)) |
---|
423 | ENDDO |
---|
424 | ENDDO |
---|
425 | |
---|
426 | IF (yamada4_num==1) THEN ! Schema du MAR tel quel |
---|
427 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
428 | DO ig=1,ngrid |
---|
429 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
430 | tkeprov= tkeprov* & |
---|
431 | & (tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))))/ & |
---|
432 | & (tkeprov+dt*((-1.)*min(0.,buoy(ig,k))+dissip(ig,k))) |
---|
433 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
434 | ENDDO |
---|
435 | ENDDO |
---|
436 | ELSE IF (yamada4_num==2) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
437 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
438 | DO ig=1,ngrid |
---|
439 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
440 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)) |
---|
441 | tkeprov = tkeprov/(1.+dt*disseff/(2.*tkeprov))**2 |
---|
442 | tkeprov= tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))) |
---|
443 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
444 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
445 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
446 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
447 | ENDDO |
---|
448 | ENDDO |
---|
449 | ELSE IF (yamada4_num==3) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
450 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
451 | DO ig=1,ngrid |
---|
452 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
453 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)) |
---|
454 | tkeprov=tkeprov*exp(-dt*disseff/tkeprov) |
---|
455 | tkeprov= tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))) |
---|
456 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
457 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
458 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
459 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
460 | ENDDO |
---|
461 | ENDDO |
---|
462 | ELSE IF (yamada4_num==4) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
463 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
464 | DO ig=1,ngrid |
---|
465 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
466 | tkeprov= tkeprov+dt*(shear(ig,k)+max(0.,buoy(ig,k))) |
---|
467 | tkeprov= tkeprov* & |
---|
468 | & tkeprov/ & |
---|
469 | & (tkeprov+dt*((-1.)*min(0.,buoy(ig,k))+dissip(ig,k))) |
---|
470 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
471 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
472 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
473 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
474 | ENDDO |
---|
475 | ENDDO |
---|
476 | ELSE IF (yamada4_num==5) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
477 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
478 | DO ig=1,ngrid |
---|
479 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
480 | |
---|
481 | ! if(ifl_pbltree .eq. 0) then |
---|
482 | ! disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)) |
---|
483 | ! tkeexp=exp(-dt*disseff/tkeprov) |
---|
484 | ! tkeprov= shear(ig,k)*tkeprov/disseff*(1.-tkeexp)+tkeprov*tkeexp |
---|
485 | ! else |
---|
486 | !FC on ajoute la dissipation due aux arbres |
---|
487 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)) + drgpro(ig,k)*tkeprov |
---|
488 | tkeexp=exp(-dt*disseff/tkeprov) |
---|
489 | ! on prend en compte la tke cree par les arbres |
---|
490 | winds(ig,k)=sqrt(u(ig,k)**2+v(ig,k)**2) |
---|
491 | tkeprov= (shear(ig,k)+ & |
---|
492 | & drgpro(ig,k)*(winds(ig,k))**3)*tkeprov/disseff*(1.-tkeexp)+tkeprov*tkeexp |
---|
493 | ! endif |
---|
494 | |
---|
495 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
496 | |
---|
497 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
498 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
499 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
500 | ENDDO |
---|
501 | ENDDO |
---|
502 | ELSE IF (yamada4_num==6) THEN ! version modifiee avec integration exacte pour la dissipation |
---|
503 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
504 | DO ig=1,ngrid |
---|
505 | tkeprov=q2(ig,k)/ydeux |
---|
506 | tkeprov=tkeprov+max(buoy(ig,k)+shear(ig,k),0.)*dt |
---|
507 | disseff=dissip(ig,k)-min(0.,buoy(ig,k)+shear(ig,k)) |
---|
508 | tkeexp=exp(-dt*disseff/tkeprov) |
---|
509 | tkeprov= tkeprov*tkeexp |
---|
510 | q2(ig,k)=tkeprov*ydeux |
---|
511 | ! En cas stable, on traite la flotabilite comme la |
---|
512 | ! dissipation, en supposant que buoy/q2^3 est constant. |
---|
513 | ! Puis on prend la solution exacte |
---|
514 | ENDDO |
---|
515 | ENDDO |
---|
516 | ENDIF |
---|
517 | |
---|
518 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
519 | DO ig=1,ngrid |
---|
520 | q2(ig, k) = min(max(q2(ig,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
521 | ENDDO |
---|
522 | ENDDO |
---|
523 | |
---|
524 | ELSE |
---|
525 | |
---|
526 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
527 | km(1:ngrid, k) = l(1:ngrid, k)*sqrt(q2(1:ngrid,k))*sm(1:ngrid, k) |
---|
528 | q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) + ydeux*dt*km(1:ngrid, k)*m2(1:ngrid, k)*(1.-rif(1:ngrid,k)) |
---|
529 | ! q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k) + dt*km(1:ngrid, k)*m2(1:ngrid, k)*(1.-rif(1:ngrid,k)) |
---|
530 | q2(1:ngrid, k) = min(max(q2(1:ngrid,k),1.E-10), 1.E4) |
---|
531 | q2(1:ngrid, k) = 1./(1./sqrt(q2(1:ngrid,k))+dt/(yun*l(1:ngrid,k)*b1)) |
---|
532 | ! q2(1:ngrid, k) = 1./(1./sqrt(q2(1:ngrid,k))+dt/(2*l(1:ngrid,k)*b1)) |
---|
533 | q2(1:ngrid, k) = q2(1:ngrid, k)*q2(1:ngrid, k) |
---|
534 | END DO |
---|
535 | |
---|
536 | ENDIF |
---|
537 | |
---|
538 | ELSE |
---|
539 | STOP 'Cas nom prevu dans yamada4' |
---|
540 | |
---|
541 | END IF ! Fin du cas 8 |
---|
542 | |
---|
543 | |
---|
544 | ! ==================================================================== |
---|
545 | ! Calcul des coefficients de melange |
---|
546 | ! ==================================================================== |
---|
547 | |
---|
548 | DO k = 2, klev |
---|
549 | DO ig = 1, ngrid |
---|
550 | zq = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
551 | km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k) ! For momentum |
---|
552 | kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k) ! For scalars |
---|
553 | kq(ig, k) = l(ig, k)*zq*0.2 ! For TKE |
---|
554 | END DO |
---|
555 | END DO |
---|
556 | |
---|
557 | |
---|
558 | !==================================================================== |
---|
559 | ! Transport diffusif vertical de la TKE par la TKE |
---|
560 | !==================================================================== |
---|
561 | |
---|
562 | |
---|
563 | ! initialize near-surface and top-layer mixing coefficients |
---|
564 | !........................................................... |
---|
565 | |
---|
566 | kq(1:ngrid, 1) = kq(1:ngrid, 2) ! constant (ie no gradient) near the surface |
---|
567 | kq(1:ngrid, klev+1) = 0 ! zero at the top |
---|
568 | |
---|
569 | ! Transport diffusif vertical de la TKE. |
---|
570 | !....................................... |
---|
571 | |
---|
572 | IF (iflag_pbl>=12) THEN |
---|
573 | q2(1:ngrid, 1) = q2(1:ngrid, 2) |
---|
574 | CALL vdif_q2(dt, g, rconst, ngrid, plev, temp, kq, q2) |
---|
575 | END IF |
---|
576 | |
---|
577 | |
---|
578 | !==================================================================== |
---|
579 | ! Traitement particulier pour les cas tres stables, introduction d'une |
---|
580 | ! longueur de m??lange minimale |
---|
581 | !==================================================================== |
---|
582 | ! |
---|
583 | ! Reference: Local versus Nonlocal boundary-layer diffusion in a global climate model |
---|
584 | ! Holtslag A.A.M. and Boville B.A. |
---|
585 | ! J. Clim., 6, 1825-1842, 1993 |
---|
586 | |
---|
587 | |
---|
588 | IF (hboville) THEN |
---|
589 | |
---|
590 | |
---|
591 | IF (prt_level>1) THEN |
---|
592 | PRINT *, 'YAMADA4 0' |
---|
593 | END IF |
---|
594 | |
---|
595 | DO ig = 1, ngrid |
---|
596 | coriol(ig) = 1.E-4 |
---|
597 | pblhmin(ig) = 0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)), 2.546E-5) |
---|
598 | END DO |
---|
599 | |
---|
600 | IF (1==1) THEN |
---|
601 | IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==10) THEN |
---|
602 | |
---|
603 | DO k = 2, klev |
---|
604 | DO ig = 1, ngrid |
---|
605 | IF (teta(ig,2)>teta(ig,1)) THEN |
---|
606 | qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))**2 |
---|
607 | kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin |
---|
608 | ELSE |
---|
609 | kmin = -1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. |
---|
610 | END IF |
---|
611 | IF (kn(ig,k)<kmin .OR. km(ig,k)<kmin) THEN |
---|
612 | |
---|
613 | kn(ig, k) = kmin |
---|
614 | km(ig, k) = kmin |
---|
615 | kq(ig, k) = kmin |
---|
616 | |
---|
617 | ! la longueur de melange est suposee etre l= kap z |
---|
618 | ! K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 |
---|
619 | |
---|
620 | q2(ig, k) = (qmin/sm(ig,k))**2 |
---|
621 | END IF |
---|
622 | END DO |
---|
623 | END DO |
---|
624 | |
---|
625 | ELSE |
---|
626 | DO k = 2, klev |
---|
627 | DO ig = 1, ngrid |
---|
628 | IF (teta(ig,2)>teta(ig,1)) THEN |
---|
629 | qmin = ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))**2 |
---|
630 | kmin = kap*zlev(ig, k)*qmin |
---|
631 | ELSE |
---|
632 | kmin = -1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. |
---|
633 | END IF |
---|
634 | IF (kn(ig,k)<kmin .OR. km(ig,k)<kmin) THEN |
---|
635 | kn(ig, k) = kmin |
---|
636 | km(ig, k) = kmin |
---|
637 | kq(ig, k) = kmin |
---|
638 | ! la longueur de melange est suposee etre l= kap z |
---|
639 | ! K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 |
---|
640 | sm(ig, k) = 1. |
---|
641 | alpha(ig, k) = 1. |
---|
642 | q2(ig, k) = min((qmin/sm(ig,k))**2, 10.) |
---|
643 | zq = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
644 | km(ig, k) = l(ig, k)*zq*sm(ig, k) |
---|
645 | kn(ig, k) = km(ig, k)*alpha(ig, k) |
---|
646 | kq(ig, k) = l(ig, k)*zq*0.2 |
---|
647 | END IF |
---|
648 | END DO |
---|
649 | END DO |
---|
650 | END IF |
---|
651 | |
---|
652 | END IF |
---|
653 | |
---|
654 | END IF ! hboville |
---|
655 | |
---|
656 | ! Ajout d'une viscosite moleculaire |
---|
657 | km(1:ngrid,2:klev)=km(1:ngrid,2:klev)+viscom |
---|
658 | kn(1:ngrid,2:klev)=kn(1:ngrid,2:klev)+viscoh |
---|
659 | kq(1:ngrid,2:klev)=kq(1:ngrid,2:klev)+viscoh |
---|
660 | |
---|
661 | IF (prt_level>1) THEN |
---|
662 | PRINT *, 'YAMADA4 1' |
---|
663 | END IF !(prt_level>1) THEN |
---|
664 | |
---|
665 | |
---|
666 | !====================================================== |
---|
667 | ! Estimations de w'2 et T'2 d'apres Abdela et McFarlane |
---|
668 | !====================================================== |
---|
669 | ! |
---|
670 | ! Reference: A New Second-Order Turbulence Closure Scheme for the Planetary Boundary Layer |
---|
671 | ! Abdella K and McFarlane N |
---|
672 | ! J. Atmos. Sci., 54, 1850-1867, 1997 |
---|
673 | |
---|
674 | ! Diagnostique pour stokage |
---|
675 | !.......................... |
---|
676 | |
---|
677 | IF (1==0) THEN |
---|
678 | rino = rif |
---|
679 | smyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
680 | styam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
681 | lyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
682 | knyam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
683 | w2yam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
684 | t2yam(1:ngrid, 1) = 0. |
---|
685 | |
---|
686 | smyam(1:ngrid, 2:klev) = sm(1:ngrid, 2:klev) |
---|
687 | styam(1:ngrid, 2:klev) = sm(1:ngrid, 2:klev)*alpha(1:ngrid, 2:klev) |
---|
688 | lyam(1:ngrid, 2:klev) = l(1:ngrid, 2:klev) |
---|
689 | knyam(1:ngrid, 2:klev) = kn(1:ngrid, 2:klev) |
---|
690 | |
---|
691 | |
---|
692 | ! Calcul de w'2 et T'2 |
---|
693 | !....................... |
---|
694 | |
---|
695 | w2yam(1:ngrid, 2:klev) = q2(1:ngrid, 2:klev)*0.24 + & |
---|
696 | lyam(1:ngrid, 2:klev)*5.17*kn(1:ngrid, 2:klev)*n2(1:ngrid, 2:klev)/ & |
---|
697 | sqrt(q2(1:ngrid,2:klev)) |
---|
698 | |
---|
699 | t2yam(1:ngrid, 2:klev) = 9.1*kn(1:ngrid, 2:klev)* & |
---|
700 | dtetadz(1:ngrid, 2:klev)**2/sqrt(q2(1:ngrid,2:klev))* & |
---|
701 | lyam(1:ngrid, 2:klev) |
---|
702 | END IF |
---|
703 | |
---|
704 | |
---|
705 | |
---|
706 | !============================================================================ |
---|
707 | ! Mise a jour de la tke |
---|
708 | !============================================================================ |
---|
709 | |
---|
710 | IF (new_yamada4) THEN |
---|
711 | DO k=1,klev+1 |
---|
712 | tke(1:ngrid,k)=q2(1:ngrid,k)/ydeux |
---|
713 | ENDDO |
---|
714 | ELSE |
---|
715 | DO k=1,klev+1 |
---|
716 | tke(1:ngrid,k)=q2(1:ngrid,k) |
---|
717 | ENDDO |
---|
718 | ENDIF |
---|
719 | |
---|
720 | |
---|
721 | !============================================================================ |
---|
722 | |
---|
723 | RETURN |
---|
724 | |
---|
725 | |
---|
726 | END SUBROUTINE yamada4 |
---|
727 | |
---|
728 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
729 | |
---|
730 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
731 | SUBROUTINE vdif_q2(timestep, gravity, rconst, ngrid, plev, temp, kmy, q2) |
---|
732 | |
---|
733 | USE dimphy |
---|
734 | IMPLICIT NONE |
---|
735 | |
---|
736 | ! vdif_q2: subroutine qui calcule la diffusion de la TKE par la TKE |
---|
737 | ! avec un schema implicite en temps avec |
---|
738 | ! inversion d'un syst??me tridiagonal |
---|
739 | ! |
---|
740 | ! Reference: Description of the interface with the surface and |
---|
741 | ! the computation of the turbulet diffusion in LMDZ |
---|
742 | ! Technical note on LMDZ |
---|
743 | ! Dufresne, J-L, Ghattas, J. and Grandpeix, J-Y |
---|
744 | ! |
---|
745 | !============================================================================ |
---|
746 | ! Declarations |
---|
747 | !============================================================================ |
---|
748 | |
---|
749 | REAL plev(klon, klev+1) |
---|
750 | REAL temp(klon, klev) |
---|
751 | REAL timestep |
---|
752 | REAL gravity, rconst |
---|
753 | REAL kstar(klon, klev+1), zz |
---|
754 | REAL kmy(klon, klev+1) |
---|
755 | REAL q2(klon, klev+1) |
---|
756 | REAL deltap(klon, klev+1) |
---|
757 | REAL denom(klon, klev+1), alpha(klon, klev+1), beta(klon, klev+1) |
---|
758 | INTEGER ngrid |
---|
759 | |
---|
760 | INTEGER i, k |
---|
761 | |
---|
762 | |
---|
763 | !========================================================================= |
---|
764 | ! Calcul |
---|
765 | !========================================================================= |
---|
766 | |
---|
767 | DO k = 1, klev |
---|
768 | DO i = 1, ngrid |
---|
769 | zz = (plev(i,k)+plev(i,k+1))*gravity/(rconst*temp(i,k)) |
---|
770 | kstar(i, k) = 0.125*(kmy(i,k+1)+kmy(i,k))*zz*zz/ & |
---|
771 | (plev(i,k)-plev(i,k+1))*timestep |
---|
772 | END DO |
---|
773 | END DO |
---|
774 | |
---|
775 | DO k = 2, klev |
---|
776 | DO i = 1, ngrid |
---|
777 | deltap(i, k) = 0.5*(plev(i,k-1)-plev(i,k+1)) |
---|
778 | END DO |
---|
779 | END DO |
---|
780 | DO i = 1, ngrid |
---|
781 | deltap(i, 1) = 0.5*(plev(i,1)-plev(i,2)) |
---|
782 | deltap(i, klev+1) = 0.5*(plev(i,klev)-plev(i,klev+1)) |
---|
783 | denom(i, klev+1) = deltap(i, klev+1) + kstar(i, klev) |
---|
784 | alpha(i, klev+1) = deltap(i, klev+1)*q2(i, klev+1)/denom(i, klev+1) |
---|
785 | beta(i, klev+1) = kstar(i, klev)/denom(i, klev+1) |
---|
786 | END DO |
---|
787 | |
---|
788 | DO k = klev, 2, -1 |
---|
789 | DO i = 1, ngrid |
---|
790 | denom(i, k) = deltap(i, k) + (1.-beta(i,k+1))*kstar(i, k) + & |
---|
791 | kstar(i, k-1) |
---|
792 | alpha(i, k) = (q2(i,k)*deltap(i,k)+kstar(i,k)*alpha(i,k+1))/denom(i, k) |
---|
793 | beta(i, k) = kstar(i, k-1)/denom(i, k) |
---|
794 | END DO |
---|
795 | END DO |
---|
796 | |
---|
797 | ! Si on recalcule q2(1) |
---|
798 | !....................... |
---|
799 | IF (1==0) THEN |
---|
800 | DO i = 1, ngrid |
---|
801 | denom(i, 1) = deltap(i, 1) + (1-beta(i,2))*kstar(i, 1) |
---|
802 | q2(i, 1) = (q2(i,1)*deltap(i,1)+kstar(i,1)*alpha(i,2))/denom(i, 1) |
---|
803 | END DO |
---|
804 | END IF |
---|
805 | |
---|
806 | |
---|
807 | DO k = 2, klev + 1 |
---|
808 | DO i = 1, ngrid |
---|
809 | q2(i, k) = alpha(i, k) + beta(i, k)*q2(i, k-1) |
---|
810 | END DO |
---|
811 | END DO |
---|
812 | |
---|
813 | RETURN |
---|
814 | END SUBROUTINE vdif_q2 |
---|
815 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
816 | |
---|
817 | |
---|
818 | |
---|
819 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
820 | SUBROUTINE vdif_q2e(timestep, gravity, rconst, ngrid, plev, temp, kmy, q2) |
---|
821 | |
---|
822 | USE dimphy |
---|
823 | IMPLICIT NONE |
---|
824 | |
---|
825 | ! vdif_q2e: subroutine qui calcule la diffusion de TKE par la TKE |
---|
826 | ! avec un schema explicite en temps |
---|
827 | |
---|
828 | |
---|
829 | !==================================================== |
---|
830 | ! Declarations |
---|
831 | !==================================================== |
---|
832 | |
---|
833 | REAL plev(klon, klev+1) |
---|
834 | REAL temp(klon, klev) |
---|
835 | REAL timestep |
---|
836 | REAL gravity, rconst |
---|
837 | REAL kstar(klon, klev+1), zz |
---|
838 | REAL kmy(klon, klev+1) |
---|
839 | REAL q2(klon, klev+1) |
---|
840 | REAL deltap(klon, klev+1) |
---|
841 | REAL denom(klon, klev+1), alpha(klon, klev+1), beta(klon, klev+1) |
---|
842 | INTEGER ngrid |
---|
843 | INTEGER i, k |
---|
844 | |
---|
845 | |
---|
846 | !================================================== |
---|
847 | ! Calcul |
---|
848 | !================================================== |
---|
849 | |
---|
850 | DO k = 1, klev |
---|
851 | DO i = 1, ngrid |
---|
852 | zz = (plev(i,k)+plev(i,k+1))*gravity/(rconst*temp(i,k)) |
---|
853 | kstar(i, k) = 0.125*(kmy(i,k+1)+kmy(i,k))*zz*zz/ & |
---|
854 | (plev(i,k)-plev(i,k+1))*timestep |
---|
855 | END DO |
---|
856 | END DO |
---|
857 | |
---|
858 | DO k = 2, klev |
---|
859 | DO i = 1, ngrid |
---|
860 | deltap(i, k) = 0.5*(plev(i,k-1)-plev(i,k+1)) |
---|
861 | END DO |
---|
862 | END DO |
---|
863 | DO i = 1, ngrid |
---|
864 | deltap(i, 1) = 0.5*(plev(i,1)-plev(i,2)) |
---|
865 | deltap(i, klev+1) = 0.5*(plev(i,klev)-plev(i,klev+1)) |
---|
866 | END DO |
---|
867 | |
---|
868 | DO k = klev, 2, -1 |
---|
869 | DO i = 1, ngrid |
---|
870 | q2(i, k) = q2(i, k) + (kstar(i,k)*(q2(i,k+1)-q2(i, & |
---|
871 | k))-kstar(i,k-1)*(q2(i,k)-q2(i,k-1)))/deltap(i, k) |
---|
872 | END DO |
---|
873 | END DO |
---|
874 | |
---|
875 | DO i = 1, ngrid |
---|
876 | q2(i, 1) = q2(i, 1) + (kstar(i,1)*(q2(i,2)-q2(i,1)))/deltap(i, 1) |
---|
877 | q2(i, klev+1) = q2(i, klev+1) + (-kstar(i,klev)*(q2(i,klev+1)-q2(i, & |
---|
878 | klev)))/deltap(i, klev+1) |
---|
879 | END DO |
---|
880 | |
---|
881 | RETURN |
---|
882 | END SUBROUTINE vdif_q2e |
---|
883 | |
---|
884 | !++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
885 | |
---|
886 | |
---|
887 | !+++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++++ |
---|
888 | |
---|
889 | SUBROUTINE mixinglength(ni, nsrf, ngrid,iflag_pbl,pbl_lmixmin_alpha,lmixmin,zlay,zlev,u,v,q2,n2, lmix) |
---|
890 | |
---|
891 | |
---|
892 | |
---|
893 | USE dimphy |
---|
894 | USE phys_state_var_mod, only: zstd, zsig, zmea |
---|
895 | USE phys_local_var_mod, only: l_mixmin, l_mix |
---|
896 | |
---|
897 | ! zstd: ecart type de la'altitud e sous-maille |
---|
898 | ! zmea: altitude moyenne sous maille |
---|
899 | ! zsig: pente moyenne de le maille |
---|
900 | |
---|
901 | USE geometry_mod, only: cell_area |
---|
902 | ! aire_cell: aire de la maille |
---|
903 | |
---|
904 | IMPLICIT NONE |
---|
905 | !************************************************************************* |
---|
906 | ! Subrourine qui calcule la longueur de m??lange dans le sch??ma de turbulence |
---|
907 | ! avec la formule de Blackadar |
---|
908 | ! Calcul d'un minimum en fonction de l'orographie sous-maille: |
---|
909 | ! L'id??e est la suivante: plus il y a de relief, plus il y a du m??lange |
---|
910 | ! induit par les circulations meso et submeso ??chelles. |
---|
911 | ! |
---|
912 | ! References: * The vertical distribution of wind and turbulent exchange in a neutral atmosphere |
---|
913 | ! Blackadar A.K. |
---|
914 | ! J. Geophys. Res., 64, No 8, 1962 |
---|
915 | ! |
---|
916 | ! * An evaluation of neutral and convective planetary boundary-layer parametrisations relative |
---|
917 | ! to large eddy simulations |
---|
918 | ! Ayotte K et al |
---|
919 | ! Boundary Layer Meteorology, 79, 131-175, 1996 |
---|
920 | ! |
---|
921 | ! |
---|
922 | ! * Local Similarity in the Stable Boundary Layer and Mixing length Approaches: consistency of concepts |
---|
923 | ! Van de Wiel B.J.H et al |
---|
924 | ! Boundary-Lay Meteorol, 128, 103-166, 2008 |
---|
925 | ! |
---|
926 | ! |
---|
927 | ! Histoire: |
---|
928 | !---------- |
---|
929 | ! * premi??re r??daction, Etienne et Frederic, 09/06/2016 |
---|
930 | ! |
---|
931 | ! *********************************************************************** |
---|
932 | |
---|
933 | !================================================================== |
---|
934 | ! Declarations |
---|
935 | !================================================================== |
---|
936 | |
---|
937 | ! Inputs |
---|
938 | !------- |
---|
939 | INTEGER ni(klon) ! indice sur la grille original (non restreinte) |
---|
940 | INTEGER nsrf ! Type de surface |
---|
941 | INTEGER ngrid ! Nombre de points concern??s sur l'horizontal |
---|
942 | INTEGER iflag_pbl ! Choix du sch??ma de turbulence |
---|
943 | REAL pbl_lmixmin_alpha ! on active ou non le calcul de la longueur de melange minimum |
---|
944 | REAL lmixmin ! Minimum absolu de la longueur de m??lange |
---|
945 | REAL zlay(klon, klev) ! altitude du centre de la couche |
---|
946 | REAL zlev(klon, klev+1) ! atitude de l'interface inf??rieure de la couche |
---|
947 | REAL u(klon, klev) ! vitesse du vent zonal |
---|
948 | REAL v(klon, klev) ! vitesse du vent meridional |
---|
949 | REAL q2(klon, klev+1) ! energie cin??tique turbulente |
---|
950 | REAL n2(klon, klev+1) ! frequence de Brunt-Vaisala |
---|
951 | |
---|
952 | !In/out |
---|
953 | !------- |
---|
954 | |
---|
955 | LOGICAL, SAVE :: firstcall = .TRUE. |
---|
956 | !$OMP THREADPRIVATE(firstcall) |
---|
957 | |
---|
958 | ! Outputs |
---|
959 | !--------- |
---|
960 | |
---|
961 | REAL lmix(klon, klev+1) ! Longueur de melange |
---|
962 | |
---|
963 | |
---|
964 | ! Local |
---|
965 | !------- |
---|
966 | |
---|
967 | INTEGER ig,jg, k |
---|
968 | REAL h_oro(klon) |
---|
969 | REAL hlim(klon) |
---|
970 | REAL, SAVE :: kap=0.4,kapb=0.4 |
---|
971 | !$OMP THREADPRIVATE(kap,kapb) |
---|
972 | REAL zq |
---|
973 | REAL sq(klon), sqz(klon) |
---|
974 | REAL, ALLOCATABLE, SAVE :: l0(:) |
---|
975 | !$OMP THREADPRIVATE(l0) |
---|
976 | REAL fl, zzz, zl0, zq2, zn2 |
---|
977 | REAL famorti, zzzz, zh_oro, zhlim |
---|
978 | REAL l1(klon, klev+1), l2(klon,klev+1) |
---|
979 | REAL winds(klon, klev) |
---|
980 | REAL xcell |
---|
981 | REAL zstdslope(klon) |
---|
982 | REAL lmax |
---|
983 | REAL l2strat, l2neutre, extent |
---|
984 | REAL l2limit(klon) |
---|
985 | !=============================================================== |
---|
986 | ! Fonctions utiles |
---|
987 | !=============================================================== |
---|
988 | |
---|
989 | ! Calcul de l suivant la formule de Blackadar 1962 adapt??e par Ayotte 1996 |
---|
990 | !.......................................................................... |
---|
991 | |
---|
992 | fl(zzz, zl0, zq2, zn2) = max(min(l0(ig)*kap*zlev(ig, & |
---|
993 | k)/(kap*zlev(ig,k)+l0(ig)),0.5*sqrt(q2(ig,k))/sqrt( & |
---|
994 | max(n2(ig,k),1.E-10))), 1.E-5) |
---|
995 | |
---|
996 | ! Fonction d'amortissement de la turbulence au dessus de la montagne |
---|
997 | ! On augmente l'amortissement en diminuant la valeur de hlim (extent) dans le code |
---|
998 | !..................................................................... |
---|
999 | |
---|
1000 | famorti(zzzz, zh_oro, zhlim)=(-1.)*ATAN((zzzz-zh_oro)/(zhlim-zh_oro))*2./3.1416+1. |
---|
1001 | |
---|
1002 | IF (ngrid==0) RETURN |
---|
1003 | |
---|
1004 | IF (firstcall) THEN |
---|
1005 | ALLOCATE (l0(klon)) |
---|
1006 | firstcall = .FALSE. |
---|
1007 | END IF |
---|
1008 | |
---|
1009 | |
---|
1010 | !===================================================================== |
---|
1011 | ! CALCUL de la LONGUEUR de m??lange suivant BLACKADAR: l1 |
---|
1012 | !===================================================================== |
---|
1013 | |
---|
1014 | |
---|
1015 | IF (iflag_pbl==8 .OR. iflag_pbl==10) THEN |
---|
1016 | |
---|
1017 | |
---|
1018 | ! Iterative computation of l0 |
---|
1019 | ! This version is kept for iflag_pbl only for convergence |
---|
1020 | ! with NPv3.1 Cmip5 simulations |
---|
1021 | !................................................................... |
---|
1022 | |
---|
1023 | DO ig = 1, ngrid |
---|
1024 | sq(ig) = 1.E-10 |
---|
1025 | sqz(ig) = 1.E-10 |
---|
1026 | END DO |
---|
1027 | DO k = 2, klev - 1 |
---|
1028 | DO ig = 1, ngrid |
---|
1029 | zq = sqrt(q2(ig,k)) |
---|
1030 | sqz(ig) = sqz(ig) + zq*zlev(ig, k)*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
---|
1031 | sq(ig) = sq(ig) + zq*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) |
---|
1032 | END DO |
---|
1033 | END DO |
---|
1034 | DO ig = 1, ngrid |
---|
1035 | l0(ig) = 0.2*sqz(ig)/sq(ig) |
---|
1036 | END DO |
---|
1037 | DO k = 2, klev |
---|
1038 | DO ig = 1, ngrid |
---|
1039 | l1(ig, k) = fl(zlev(ig,k), l0(ig), q2(ig,k), n2(ig,k)) |
---|
1040 | END DO |
---|
1041 | END DO |
---|
1042 | |
---|
1043 | ELSE |
---|
1044 | |
---|
1045 | |
---|
1046 | ! In all other case, the assymptotic mixing length l0 is imposed (150m) |
---|
1047 | !...................................................................... |
---|
1048 | |
---|
1049 | l0(1:ngrid) = 150. |
---|
1050 | DO k = 2, klev |
---|
1051 | DO ig = 1, ngrid |
---|
1052 | l1(ig, k) = fl(zlev(ig,k), l0(ig), q2(ig,k), n2(ig,k)) |
---|
1053 | END DO |
---|
1054 | END DO |
---|
1055 | |
---|
1056 | END IF |
---|
1057 | |
---|
1058 | !================================================================================= |
---|
1059 | ! CALCUL d'une longueur de melange en fonctions de la topographie sous maille: l2 |
---|
1060 | ! si plb_lmixmin_alpha=TRUE et si on se trouve sur de la terre ( pas actif sur les |
---|
1061 | ! glacier, la glace de mer et les oc??ans) |
---|
1062 | !================================================================================= |
---|
1063 | |
---|
1064 | l2(1:ngrid,:)=0.0 |
---|
1065 | l_mixmin(1:ngrid,:,nsrf)=0. |
---|
1066 | l_mix(1:ngrid,:,nsrf)=0. |
---|
1067 | |
---|
1068 | IF (nsrf .EQ. 1) THEN |
---|
1069 | |
---|
1070 | ! coefficients |
---|
1071 | !-------------- |
---|
1072 | |
---|
1073 | extent=2. ! On ??tend l'impact du relief jusqu'?? extent*h, extent >1. |
---|
1074 | lmax=150. ! Longueur de m??lange max dans l'absolu |
---|
1075 | |
---|
1076 | ! calculs |
---|
1077 | !--------- |
---|
1078 | |
---|
1079 | DO ig=1,ngrid |
---|
1080 | |
---|
1081 | ! On calcule la hauteur du relief |
---|
1082 | !................................. |
---|
1083 | ! On ne peut pas prendre zstd seulement pour caracteriser le relief sous maille |
---|
1084 | ! car sur un terrain pentu mais sans relief, zstd est non nul (comme en Antarctique, C. Genthon) |
---|
1085 | ! On corrige donc zstd avec l'ecart type de l'altitude dans la maille sans relief |
---|
1086 | ! (en gros, une maille de taille xcell avec une pente constante zstdslope) |
---|
1087 | jg=ni(ig) |
---|
1088 | ! IF (zsig(jg) .EQ. 0.) THEN |
---|
1089 | ! zstdslope(ig)=0. |
---|
1090 | ! ELSE |
---|
1091 | ! xcell=sqrt(cell_area(jg)) |
---|
1092 | ! zstdslope(ig)=max((xcell*zsig(jg)-zmea(jg))**3 /(3.*zsig(jg)),0.) |
---|
1093 | ! zstdslope(ig)=sqrt(zstdslope(ig)) |
---|
1094 | ! END IF |
---|
1095 | |
---|
1096 | ! h_oro(ig)=max(zstd(jg)-zstdslope(ig),0.) ! Hauteur du relief |
---|
1097 | h_oro(ig)=zstd(jg) |
---|
1098 | hlim(ig)=extent*h_oro(ig) |
---|
1099 | ENDDO |
---|
1100 | |
---|
1101 | l2limit(1:ngrid)=0. |
---|
1102 | |
---|
1103 | DO k=2,klev |
---|
1104 | DO ig=1,ngrid |
---|
1105 | winds(ig,k)=sqrt(u(ig,k)**2+v(ig,k)**2) |
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1106 | IF (zlev(ig,k) .LE. h_oro(ig)) THEN ! sous l'orographie |
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1107 | 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) |
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1108 | 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 |
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1109 | l2neutre=MIN(l2neutre,lmax) ! On majore par lmax |
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1110 | l2limit(ig)=MIN(l2neutre,l2strat) ! Calcule de l2 (minimum de la longueur en cas neutre et celle en situation stratifi??e) |
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1111 | l2(ig,k)=l2limit(ig) |
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1112 | |
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1113 | 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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1114 | |
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1115 | ! Au dessus des montagnes, on prend la l2limit au sommet des montagnes |
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1116 | ! (la derni??re calcul??e dans la boucle k, vu que k est un indice croissant avec z) |
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1117 | ! et on multiplie l2limit par une fonction qui d??croit entre h et hlim |
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1118 | l2(ig,k)=l2limit(ig)*famorti(zlev(ig,k),h_oro(ig), hlim(ig)) |
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1119 | ELSE ! Au dessus de extent*h, on prend l2=l0 |
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1120 | l2(ig,k)=0. |
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1121 | END IF |
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1122 | ENDDO |
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1123 | ENDDO |
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1124 | ENDIF ! pbl_lmixmin_alpha |
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1125 | |
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1126 | !================================================================================== |
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1127 | ! On prend le max entre la longueur de melange de blackadar et celle calcul??e |
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1128 | ! en fonction de la topographie |
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1129 | !=================================================================================== |
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1130 | |
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1131 | |
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1132 | DO k=2,klev |
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1133 | DO ig=1,ngrid |
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1134 | lmix(ig,k)=MAX(MAX(l1(ig,k), l2(ig,k)),lmixmin) |
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1135 | ENDDO |
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1136 | ENDDO |
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1137 | |
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1138 | ! Diagnostics |
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1139 | |
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1140 | DO k=2,klev |
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1141 | DO ig=1,ngrid |
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1142 | jg=ni(ig) |
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1143 | l_mix(jg,k,nsrf)=lmix(ig,k) |
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1144 | l_mixmin(jg,k,nsrf)=l2(ig,k) |
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1145 | ENDDO |
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1146 | ENDDO |
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1147 | DO ig=1,ngrid |
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1148 | jg=ni(ig) |
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1149 | l_mix(jg,1,nsrf)=hlim(ig) |
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1150 | ENDDO |
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1151 | |
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1152 | |
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1153 | |
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1154 | END SUBROUTINE mixinglength |
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