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Mar 27, 2023, 4:25:12 PM (18 months ago)
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evignon
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commission sur le melange turbulent et les cdrag suite au dernier atelier tke

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  • LMDZ6/trunk/libf/phylmd/cdrag_mod.F90

    r3817 r4478  
    1616     speed, t1,    q1,    zgeop1, &
    1717     psol,  tsurf, qsurf, z0m, z0h,  &
     18     ri_in, iri_in, &
    1819     cdm,  cdh,  zri,   pref)
    1920
    … …  
    2223  USE print_control_mod, ONLY: lunout, prt_level
    2324  USE ioipsl_getin_p_mod, ONLY : getin_p
     25  USE atke_turbulence_ini_mod, ONLY : ric, cn, cinf, cepsilon, pr_slope, pr_asym, pr_neut
    2426
    2527  IMPLICIT NONE
    … …  
    8486  REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: qsurf ! Surface humidity (Kg/Kg)
    8587  REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: z0m, z0h ! Rugosity at surface (m)
     88  REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: ri_in ! Input Richardson 1st layer for first guess calculations of screen var.
     89  INTEGER, INTENT(IN)                      :: iri_in! iflag to activate cdrag calculation using ri1
    8690  REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: t1  ! Temperature au premier niveau (K)
    8791  REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: q1  ! humidite specifique au premier niveau (kg/kg)
    … …  
    123127  REAL, DIMENSION(klon) :: cdmn, cdhn               ! Drag coefficient in neutral conditions
    124128  REAL zzzcd
     129  REAL, DIMENSION(klon) :: sm, prandtl              ! Stability function from atke turbulence scheme
     130  REAL                  ri0, ri1                    ! to have dimensionless term in sm and prandtl
    125131
    126132  LOGICAL, SAVE :: firstcall = .TRUE.
    … …  
    162168
    163169  ALPHA=5.0
    164  
     170
    165171
    166172! ================================================================= c
    … …  
    224230          *(1.+RETV*max(q1(i),0.0))                      ! negative q1 set to zero
    225231     zri(i) = zgeop1(i)*(ztvd-ztsolv)/(zdu2*ztvd)
     232     IF (iri_in.EQ.1) THEN
     233       zri(i) = ri_in(i)
     234     ENDIF
    226235
    227236
    … …  
    280289           FH(i) = MAX(SQRT(1.0-18.0*zri(i)),f_ri_cd_min)
    281290
    282 
     291         CASE (6) ! Consistent with turbulence scheme (in stationary case) derived in atke (2023)
     292         
     293           ri0=2./rpi*(cinf - cn)*ric/cn
     294           ri1=-2./rpi * (pr_asym - pr_neut)/pr_slope
     295           sm(i) = 2./rpi * (cinf - cn) * atan(-zri(i)/ri0) + cn
     296           prandtl(i) = -2./rpi * (pr_asym - pr_neut) * atan(zri(i)/ri1) + pr_neut
     297           FM(i) = MAX((sm(i)**(3/2) * sqrt(cepsilon) * (1 - zri(i) / prandtl(i))**(1/2)),f_ri_cd_min)
     298           FH(i) = MAX((FM(i) / prandtl(i)), f_ri_cd_min)
    283299
    284300         CASE default ! Louis 1982
    … …  
    376392          endif
    377393
    378 
    379 
    380 
     394        CASE (6) ! Consistent with turbulence scheme (in stationary case) derived in atke (2023)
     395          sm(i) = MAX(0.,cn*(1.-zri(i)/ric))
     396          prandtl(i) = pr_neut + zri(i) * pr_slope
     397          FM(i) = MAX((sm(i)**(3/2) * sqrt(cepsilon) * (1 - zri(i) / prandtl(i))**(1/2)),f_ri_cd_min)
     398          FH(i) = MAX((FM(i) / prandtl(i)), f_ri_cd_min)
    381399
    382400        CASE default ! Louis 1982
    … …  
    414432END SUBROUTINE cdrag
    415433
    416 !
    417  SUBROUTINE cdragn_ri1(knon,  nsrf,   &
    418      speed, t1,    q1,    zgeop1, &
    419      psol,  tsurf, qsurf, z0m, z0h,  &
    420      ri1, iri1, &
    421      cdm,  cdh,  zri,   pref)
    422 
    423   USE dimphy
    424   USE indice_sol_mod
    425   USE print_control_mod, ONLY: lunout, prt_level
    426   USE ioipsl_getin_p_mod, ONLY : getin_p
    427 
    428   IMPLICIT NONE
    429 ! ================================================================= c
    430 !
    431 ! Objet : calcul des cdrags pour le moment (pcfm) et
    432 !         les flux de chaleur sensible et latente (pcfh) d'apr??s
    433 !         Louis 1982, Louis 1979, King et al 2001
    434 !         ou Zilitinkevich et al 2002  pour les cas stables, Louis 1979
    435 !         et 1982 pour les cas instables
    436 !
    437 ! Modified history:
    438 !  writting on the 20/05/2016
    439 !  modified on the 13/12/2016 to be adapted to LMDZ6
    440 !
    441 ! References:
    442 !   Louis, J. F., 1979: A parametric model of vertical eddy fluxes in the
    443 !     atmosphere. Boundary-Layer Meteorology. 01/1979; 17(2):187-202.
    444 !   Louis, J. F., Tiedtke, M. and Geleyn, J. F., 1982: `A short history of the
    445 !     operational PBL parametrization at ECMWF'. Workshop on boundary layer
    446 !     parametrization, November 1981, ECMWF, Reading, England.
    447 !     Page: 19. Equations in Table 1.
    448 !   Mascart P, Noilhan J, Giordani H 1995.A MODIFIED PARAMETERIZATION OF FLUX-PROFILE RELATIONSHIPS
    449 !    IN THE SURFACE LAYER USING DIFFERENT ROUGHNESS LENGTH VALUES FOR HEAT AND MOMENTUM
    450 !    Boundary-Layer Meteorology 72: 331-344
    451 !   Anton Beljaars. May 1992. The parametrization of the planetary boundary layer. 
    452 !     European Centre for Medium-Range Weather Forecasts.
    453 !     Equations: 110-113. Page 40.
    454 !   Miller,M.J., A.C.M.Beljaars, T.N.Palmer. 1992. The sensitivity of the ECMWF
    455 !     model to the parameterization of evaporation from the tropical oceans. J.
    456 !     Climate, 5:418-434.
    457 !   King J.C, Connolley, W.M ad Derbyshire S.H. 2001, Sensitivity of Modelled Antarctic climate
    458 !   to surface and boundary-layer flux parametrizations
    459 !   QJRMS, 127, pp 779-794
    460 !
    461 ! ================================================================= c
    462 ! ================================================================= c
    463 ! On choisit le couple de fonctions de correction avec deux flags:
    464 ! Un pour les cas instables, un autre pour les cas stables
    465 !
    466 ! iflag_corr_insta:
    467 !                   1: Louis 1979 avec les modifications de Mascart 1995 (z0/= z0h)
    468 !                   2: Louis 1982
    469 !                   3: Laurent Li
    470 !
    471 ! iflag_corr_sta:
    472 !                   1: Louis 1979 avec les modifications de Mascart 1995 (z0/= z0h)
    473 !                   2: Louis 1982
    474 !                   3: Laurent Li
    475 !                   4: King  2001 (SHARP)
    476 !                   5: MO 1st order theory (allow collapse of turbulence)
    477 !           
    478 !
    479 !*****************************************************************
    480 ! Parametres d'entree
    481 !*****************************************************************
    482  
    483   INTEGER, INTENT(IN)                      :: knon, nsrf ! nombre de points de grille sur l'horizontal + type de surface
    484   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: speed ! module du vent au 1er niveau du modele
    485   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: zgeop1! geopotentiel au 1er niveau du modele
    486   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: tsurf ! Surface temperature (K)
    487   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: qsurf ! Surface humidity (Kg/Kg)
    488   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: z0m, z0h ! Rugosity at surface (m)
    489   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: ri1   ! Richardson 1ere couche
    490   INTEGER, INTENT(IN)                      :: iri1   !
    491   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: t1  ! Temperature au premier niveau (K)
    492   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: q1  ! humidite specifique au premier niveau (kg/kg)
    493   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(IN)        :: psol ! pression au sol
    494 
    495 
    496 
    497 ! Parametres de sortie
    498 !******************************************************************
    499   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT)       :: cdm  ! Drag coefficient for heat flux
    500   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT)       :: cdh  ! Drag coefficient for momentum
    501   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT)       :: zri   ! Richardson number
    502   REAL, DIMENSION(klon), INTENT(OUT)       :: pref  ! Pression au niveau zgeop/RG
    503 ! Variables Locales
    504 !******************************************************************
    505  
    506 
    507   INCLUDE "YOMCST.h"
    508   INCLUDE "YOETHF.h"
    509   INCLUDE "clesphys.h"
    510 
    511 
    512   REAL, PARAMETER       :: CKAP=0.40, CKAPT=0.42
    513   REAL                   CEPDU2
    514   REAL                   ALPHA
    515   REAL                   CB,CC,CD,C2,C3
    516   REAL                   MU, CM, CH, B, CMstar, CHstar
    517   REAL                   PM, PH, BPRIME
    518   REAL                   C
    519   INTEGER                ng_q1                      ! Number of grids that q1 < 0.0
    520   INTEGER                ng_qsurf                   ! Number of grids that qsurf < 0.0
    521   INTEGER                i
    522   REAL                   zdu2, ztsolv
    523   REAL                   ztvd, zscf
    524   REAL                   zucf, zcr
    525   REAL                   friv, frih
    526   REAL, DIMENSION(klon) :: FM, FH                   ! stability functions
    527   REAL, DIMENSION(klon) :: cdmn, cdhn               ! Drag coefficient in neutral conditions
    528   REAL zzzcd
    529 
    530   LOGICAL, SAVE :: firstcall = .TRUE.
    531   !$OMP THREADPRIVATE(firstcall)
    532   INTEGER, SAVE :: iflag_corr_sta
    533   !$OMP THREADPRIVATE(iflag_corr_sta)
    534   INTEGER, SAVE :: iflag_corr_insta
    535   !$OMP THREADPRIVATE(iflag_corr_insta)
    536 
    537 !===================================================================c
    538 ! Valeurs numeriques des constantes
    539 !===================================================================c
    540 
    541 
    542 ! Minimum du carre du vent
    543 
    544  CEPDU2 = (0.1)**2
    545 ! Louis 1982
    546 
    547   CB=5.0
    548   CC=5.0
    549   CD=5.0
    550 
    551 
    552 ! King 2001
    553 
    554   C2=0.25
    555   C3=0.0625
    556 
    557  
    558 ! Louis 1979
    559 
    560   BPRIME=4.7
    561   B=9.4
    562  
    563 
    564 !MO
    565 
    566   ALPHA=5.0
    567  
    568 
    569 ! ================================================================= c
    570 ! Tests avant de commencer
    571 ! Fuxing WANG, 04/03/2015
    572 ! To check if there are negative q1, qsurf values.
    573 !====================================================================c
    574   ng_q1 = 0     ! Initialization
    575   ng_qsurf = 0  ! Initialization
    576   DO i = 1, knon
    577      IF (q1(i).LT.0.0)     ng_q1 = ng_q1 + 1
    578      IF (qsurf(i).LT.0.0)  ng_qsurf = ng_qsurf + 1
    579   ENDDO
    580   IF (ng_q1.GT.0 .and. prt_level > 5) THEN
    581       WRITE(lunout,*)" *** Warning: Negative q1(humidity at 1st level) values in cdrag.F90 !"
    582       WRITE(lunout,*)" The total number of the grids is: ", ng_q1
    583       WRITE(lunout,*)" The negative q1 is set to zero "
    584 !      abort_message="voir ci-dessus"
    585 !      CALL abort_physic(modname,abort_message,1)
    586   ENDIF
    587   IF (ng_qsurf.GT.0 .and. prt_level > 5) THEN
    588       WRITE(lunout,*)" *** Warning: Negative qsurf(humidity at surface) values in cdrag.F90 !"
    589       WRITE(lunout,*)" The total number of the grids is: ", ng_qsurf
    590       WRITE(lunout,*)" The negative qsurf is set to zero "
    591 !      abort_message="voir ci-dessus"
    592 !      CALL abort_physic(modname,abort_message,1)
    593   ENDIF
    594 
    595 
    596 
    597 !=============================================================================c
    598 ! Calcul du cdrag
    599 !=============================================================================c
    600 
    601 ! On choisit les fonctions de stabilite utilisees au premier appel
    602 !**************************************************************************
    603   IF (firstcall) THEN
    604    iflag_corr_sta=2
    605    iflag_corr_insta=2
    606  
    607    CALL getin_p('iflag_corr_sta',iflag_corr_sta)
    608    CALL getin_p('iflag_corr_insta',iflag_corr_insta)
    609 
    610    firstcall = .FALSE.
    611  ENDIF
    612 
    613 !xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
    614   DO i = 1, knon        ! Boucle sur l'horizontal
    615 !xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
    616 
    617 
    618 ! calculs preliminaires:
    619 !***********************
    620      
    621 
    622      zdu2 = MAX(CEPDU2, speed(i)**2)
    623      pref(i) = EXP(LOG(psol(i)) - zgeop1(i)/(RD*t1(i)* &
    624                  (1.+ RETV * max(q1(i),0.0))))           ! negative q1 set to zero
    625      ztsolv = tsurf(i) * (1.0+RETV*max(qsurf(i),0.0))    ! negative qsurf set to zero
    626      ztvd = (t1(i)+zgeop1(i)/RCPD/(1.+RVTMP2*max(q1(i),0.0))) &
    627           *(1.+RETV*max(q1(i),0.0))                      ! negative q1 set to zero
    628      zri(i) = zgeop1(i)*(ztvd-ztsolv)/(zdu2*ztvd)
    629 
    630      IF (iri1.EQ.1) THEN
    631        zri(i) = ri1(i)
    632      ENDIF
    633 
    634 ! Coefficients CD neutres : k^2/ln(z/z0) et k^2/(ln(z/z0)*ln(z/z0h)):
    635 !********************************************************************
    636 
    637      zzzcd=CKAP/LOG(1.+zgeop1(i)/(RG*z0m(i)))
    638      cdmn(i) = zzzcd*zzzcd
    639      cdhn(i) = zzzcd*(CKAP/LOG(1.+zgeop1(i)/(RG*z0h(i))))
    640 
    641 
    642 ! Calcul des fonctions de stabilit?? FMs, FHs, FMi, FHi :
    643 !*******************************************************
    644 
    645 !''''''''''''''
    646 ! Cas instables
    647 !''''''''''''''
    648 
    649  IF (zri(i) .LT. 0.) THEN   
    650 
    651 
    652         SELECT CASE (iflag_corr_insta)
    653    
    654         CASE (1) ! Louis 1979 + Mascart 1995
    655 
    656            MU=LOG(MAX(z0m(i)/z0h(i),0.01))
    657            CMstar=6.8741+2.6933*MU-0.3601*(MU**2)+0.0154*(MU**3)
    658            PM=0.5233-0.0815*MU+0.0135*(MU**2)-0.001*(MU**3)
    659            CHstar=3.2165+4.3431*MU+0.536*(MU**2)-0.0781*(MU**3)
    660            PH=0.5802-0.1571*MU+0.0327*(MU**2)-0.0026*(MU**3)
    661            CH=CHstar*B*CKAP/LOG(z0m(i)+zgeop1(i)/(RG*z0m(i))) &
    662             & * CKAPT/LOG(z0h(i)+zgeop1(i)/(RG*z0h(i)))       &
    663             & * ((zgeop1(i)/(RG*z0h(i)))**PH)
    664            CM=CMstar*B*CKAP/LOG(z0m(i)+zgeop1(i)/(RG*z0m(i))) &
    665             & *CKAP/LOG(z0m(i)+zgeop1(i)/(RG*z0m(i)))         &
    666             & * ((zgeop1(i)/(RG*z0m(i)))**PM)
    667          
    668 
    669 
    670 
    671            FM(i)=1.-B*zri(i)/(1.+CM*SQRT(ABS(zri(i))))
    672            FH(i)=1.-B*zri(i)/(1.+CH*SQRT(ABS(zri(i))))
    673 
    674         CASE (2) ! Louis 1982
    675 
    676            zucf = 1./(1.+3.0*CB*CC*cdmn(i)*SQRT(ABS(zri(i)) &
    677                 *(1.0+zgeop1(i)/(RG*z0m(i)))))
    678            FM(i) = AMAX1((1.-2.0*CB*zri(i)*zucf),f_ri_cd_min)
    679            FH(i) = AMAX1((1.-3.0*CB*zri(i)*zucf),f_ri_cd_min)
    680 
    681 
    682         CASE (3) ! Laurent Li
    683 
    684            
    685            FM(i) = MAX(SQRT(1.0-18.0*zri(i)),f_ri_cd_min)
    686            FH(i) = MAX(SQRT(1.0-18.0*zri(i)),f_ri_cd_min)
    687 
    688 
    689 
    690          CASE default ! Louis 1982
    691 
    692            zucf = 1./(1.+3.0*CB*CC*cdmn(i)*SQRT(ABS(zri(i)) &
    693                 *(1.0+zgeop1(i)/(RG*z0m(i)))))
    694            FM(i) = AMAX1((1.-2.0*CB*zri(i)*zucf),f_ri_cd_min)
    695            FH(i) = AMAX1((1.-3.0*CB*zri(i)*zucf),f_ri_cd_min)
    696 
    697 
    698          END SELECT
    699 
    700 
    701 
    702 ! Calcul des drags
    703 
    704 
    705        cdm(i)=cdmn(i)*FM(i)
    706        cdh(i)=f_cdrag_ter*cdhn(i)*FH(i)
    707 
    708 
    709 ! Traitement particulier des cas oceaniques
    710 ! on applique Miller et al 1992 en l'absence de gustiness
    711 
    712   IF (nsrf == is_oce) THEN
    713 !        cdh(i)=f_cdrag_oce*cdhn(i)*FH(i)
    714 
    715         IF(iflag_gusts==0) THEN
    716            zcr = (0.0016/(cdmn(i)*SQRT(zdu2)))*ABS(ztvd-ztsolv)**(1./3.)
    717            cdh(i) =f_cdrag_oce* cdhn(i)*(1.0+zcr**1.25)**(1./1.25)
    718         ENDIF
    719 
    720 
    721         cdm(i)=MIN(cdm(i),cdmmax)
    722         cdh(i)=MIN(cdh(i),cdhmax)
    723 
    724   END IF
    725 
    726 
    727 
    728  ELSE                         
    729 
    730 !'''''''''''''''
    731 ! Cas stables :
    732 !'''''''''''''''
    733         zri(i) = MIN(20.,zri(i))
    734 
    735        SELECT CASE (iflag_corr_sta)
    736    
    737         CASE (1) ! Louis 1979 + Mascart 1995
    738    
    739            FM(i)=MAX(1./((1+BPRIME*zri(i))**2),f_ri_cd_min)
    740            FH(i)=FM(i)
    741 
    742 
    743         CASE (2) ! Louis 1982
    744            
    745            zscf = SQRT(1.+CD*ABS(zri(i)))
    746            FM(i)= AMAX1(1. / (1.+2.*CB*zri(i)/zscf), f_ri_cd_min)
    747            FH(i)= AMAX1(1./ (1.+3.*CB*zri(i)*zscf), f_ri_cd_min )
    748 
    749 
    750         CASE (3) ! Laurent Li
    751    
    752            FM(i)=MAX(1.0 / (1.0+10.0*zri(i)*(1+8.0*zri(i))),f_ri_cd_min)
    753            FH(i)=FM(i)
    754 
    755 
    756         CASE (4)  ! King 2001
    757          
    758            if (zri(i) .LT. C2/2.) then
    759            FM(i)=MAX((1.-zri(i)/C2)**2,f_ri_cd_min)
    760            FH(i)=  FM(i)
    761 
    762 
    763            else
    764            FM(i)=MAX(C3*((C2/zri(i))**2),f_ri_cd_min)
    765            FH(i)= FM(i)
    766            endif
    767 
    768 
    769         CASE (5) ! MO
    770    
    771           if (zri(i) .LT. 1./alpha) then
    772 
    773            FM(i)=MAX((1.-alpha*zri(i))**2,f_ri_cd_min)
    774            FH(i)=FM(i)
    775 
    776            else
    777 
    778 
    779            FM(i)=MAX(1E-7,f_ri_cd_min)
    780            FH(i)=FM(i)
    781 
    782           endif
    783 
    784 
    785 
    786 
    787 
    788         CASE default ! Louis 1982
    789 
    790            zscf = SQRT(1.+CD*ABS(zri(i)))
    791            FM(i)= AMAX1(1. / (1.+2.*CB*zri(i)/zscf), f_ri_cd_min)
    792            FH(i)= AMAX1(1./ (1.+3.*CB*zri(i)*zscf), f_ri_cd_min )
    793 
    794 
    795 
    796    END SELECT
    797 
    798 ! Calcul des drags
    799 
    800 
    801        cdm(i)=cdmn(i)*FM(i)
    802        cdh(i)=f_cdrag_ter*cdhn(i)*FH(i)
    803 
    804        IF(nsrf.EQ.is_oce) THEN
    805 
    806         cdh(i)=f_cdrag_oce*cdhn(i)*FH(i)
    807         cdm(i)=MIN(cdm(i),cdmmax)
    808         cdh(i)=MIN(cdh(i),cdhmax)
    809 
    810       ENDIF
    811 
    812 
    813  ENDIF
    814 
    815 !xxxxxxxxxxx
    816   END DO   !  Fin de la boucle sur l'horizontal
    817 !xxxxxxxxxxx
    818 ! ================================================================= c
    819      
    820 END SUBROUTINE cdragn_ri1
    821 
    822434END MODULE cdrag_mod
Note: See TracChangeset for help on using the changeset viewer.