source: lmdz_wrf/WRFV3/phys/module_bl_qnsepbl.F @ 1

Last change on this file since 1 was 1, checked in by lfita, 10 years ago
  • -- --- Opening of the WRF+LMDZ coupling repository --- -- -

WRF: version v3.3
LMDZ: version v1818

More details in:

  • Property svn:executable set to *
File size: 50.0 KB
Line 
1!-----------------------------------------------------------------------
2!
3      MODULE MODULE_BL_QNSEPBL
4!
5!-----------------------------------------------------------------------
6!
7      USE MODULE_MODEL_CONSTANTS
8!
9!-----------------------------------------------------------------------
10!
11! REFERENCES:  Janjic (2002), NCEP Office Note 437
12!              Mellor and Yamada (1982), Rev. Geophys. Space Phys.
13!
14! ABSTRACT:
15!     MYJ UPDATES THE TURBULENT KINETIC ENERGY WITH THE PRODUCTION/
16!     DISSIPATION TERM AND THE VERTICAL DIFFUSION TERM
17!     (USING AN IMPLICIT FORMULATION) FROM MELLOR-YAMADA
18!     LEVEL 2.5 AS EXTENDED BY JANJIC.  EXCHANGE COEFFICIENTS FOR
19!     THE SURFACE AND FOR ALL LAYER INTERFACES ARE COMPUTED FROM
20!     MONIN-OBUKHOV THEORY.
21!     THE TURBULENT VERTICAL EXCHANGE IS THEN EXECUTED.
22!
23!-----------------------------------------------------------------------
24!
25      INTEGER :: ITRMX=5 ! Iteration count for mixing length computation
26!
27!     REAL,PARAMETER :: G=9.81,PI=3.1415926,R_D=287.04,R_V=461.6        &
28!    &                 ,VKARMAN=0.4
29      REAL,PARAMETER :: PI=3.1415926,VKARMAN=0.4
30!
31!-----------------------------------------------------------------------
32!***  QNSE MODEL CONSTANTS
33!-----------------------------------------------------------------------
34!
35      REAL,PARAMETER :: EPSQ2L=0.01
36      REAL,PARAMETER :: C0=0.55,CEPS=C0**3,BLCKDR=0.0063,CN=0.75        &
37     &                 ,AM1=8.0,AM2=2.3,AM3=35.0,AH1=1.4,AH2=-0.01      &
38     &                 ,AH3=1.29,AH4=2.44,AH5=19.8                      &
39     &                 ,ARIMIN=0.127,BM1=2.88,BM2=16.0,BH1=3.6,BH2=16.0 &
40     &                 ,BH3=720.0,EPSKM=1.E-3
41!
42      REAL,PARAMETER :: CAPA=R_D/CP
43      REAL,PARAMETER :: RLIVWV=XLS/XLV,ELOCP=2.72E6/CP
44      REAL,PARAMETER :: EPS1=1.E-12,EPS2=0.
45      REAL,PARAMETER :: EPSL=0.32,EPSRU=1.E-7,EPSRS=1.E-7               &
46     &                 ,EPSTRB=1.E-24
47      REAL,PARAMETER :: EPSA=1.E-8,EPSIT=1.E-4,EPSU2=1.E-4,EPSUST=0.07  &
48     &                 ,FH=1.01
49      REAL,PARAMETER :: ALPH=0.30,BETA=1./273.,EL0MAX=1000.,EL0MIN=1.   &
50     &                 ,ELFC=0.23*0.5,GAM1=0.2222222222222222222        &
51     &                 ,PRT=1.
52      REAL,PARAMETER :: A1=0.659888514560862645                         &
53     &                 ,A2x=0.6574209922667784586                       &
54     &                 ,B1=11.87799326209552761                         &
55     &                 ,B2=7.226971804046074028                         &
56     &                 ,C1=0.000830955950095854396
57      REAL,PARAMETER :: A2S=17.2693882,A3S=273.16,A4S=35.86
58      REAL,PARAMETER :: ELZ0=0.,ESQ=5.0,EXCM=0.001                      &
59     &                 ,FHNEU=0.8,GLKBR=10.,GLKBS=30.                   &
60     &                 ,QVISC=2.1E-5,RFC=0.191,RIC=0.505,SMALL=0.35     &
61     &                 ,SQPR=0.84,SQSC=0.84,SQVISC=258.2,TVISC=2.1E-5   &
62     &                 ,USTC=0.7,USTR=0.225,VISC=1.5E-5                 &
63     &                 ,WOLD=0.15,WWST=1.2,ZTMAX=1.,ZTFC=1.,ZTMIN=-5.
64!
65      REAL,PARAMETER :: SEAFC=0.98,PQ0SEA=PQ0*SEAFC
66!
67      REAL,PARAMETER :: BTG=BETA*G,CZIV=SMALL*GLKBS                     &
68!    &                 ,EP_1=R_V/R_D-1.,ESQHF=0.5*5.0,GRRS=GLKBR/GLKBS  &
69     &                 ,ESQHF=0.5*5.0,GRRS=GLKBR/GLKBS                  &
70     &                 ,RB1=1./B1,RTVISC=1./TVISC,RVISC=1./VISC         &
71     &                 ,ZQRZT=SQSC/SQPR
72!
73      REAL,PARAMETER :: ADNH= 9.*A1*A2x*A2x*(12.*A1+3.*B2)*BTG*BTG      &                 
74     &                 ,ADNM=18.*A1*A1*A2x*(B2-3.*A2x)*BTG              &
75     &                 ,ANMH=-9.*A1*A2x*A2x*BTG*BTG                     &
76     &                 ,ANMM=-3.*A1*A2x*(3.*A2x+3.*B2*C1+18.*A1*C1-B2)  &
77     &                                *BTG                              &   
78     &                 ,BDNH= 3.*A2x*(7.*A1+B2)*BTG                     &
79     &                 ,BDNM= 6.*A1*A1                                  &
80     &                 ,BEQH= A2x*B1*BTG+3.*A2x*(7.*A1+B2)*BTG          &
81     &                 ,BEQM=-A1*B1*(1.-3.*C1)+6.*A1*A1                 &
82     &                 ,BNMH=-A2x*BTG                                   &     
83     &                 ,BNMM=A1*(1.-3.*C1)                              &
84     &                 ,BSHH=9.*A1*A2x*A2x*BTG                          &
85     &                 ,BSHM=18.*A1*A1*A2x*C1                           &
86     &                 ,BSMH=-3.*A1*A2x*(3.*A2x+3.*B2*C1+12.*A1*C1-B2)  &
87     &                                *BTG                              &
88     &                 ,CESH=A2x                                        &
89     &                 ,CESM=A1*(1.-3.*C1)                              &
90     &                 ,CNV=EP_1*G/BTG                                  &
91     &                 ,ELFCS=VKARMAN*BTG                               &
92     &                 ,FZQ1=RTVISC*QVISC*ZQRZT                         &
93     &                 ,FZQ2=RTVISC*QVISC*ZQRZT                         &
94     &                 ,FZT1=RVISC *TVISC*SQPR                          &
95     &                 ,FZT2=CZIV*GRRS*TVISC*SQPR                       &
96     &                 ,FZU1=CZIV*VISC                                  &
97     &                 ,PIHF=0.5*PI                                     &
98     &                 ,RFAC=RIC/(FHNEU*RFC*RFC)                        &
99     &                 ,RQVISC=1./QVISC                                 &
100     &                 ,RRIC=1./RIC                                     &
101     &                 ,USTFC=0.018/G                                   &
102     &                 ,WNEW=1.-WOLD                                    &
103     &                 ,WWST2=WWST*WWST
104!
105!-----------------------------------------------------------------------
106!***  FREE TERM IN THE EQUILIBRIUM EQUATION FOR (L/Q)**2
107!-----------------------------------------------------------------------
108!
109      REAL,PARAMETER :: AEQH=9.*A1*A2x*A2x*B1*BTG*BTG                   &
110     &                      +9.*A1*A2x*A2x*(12.*A1+3.*B2)*BTG*BTG       &
111     &                 ,AEQM=3.*A1*A2x*B1*(3.*A2x+3.*B2*C1+18.*A1*C1-B2)&
112     &                      *BTG+18.*A1*A1*A2x*(B2-3.*A2x)*BTG
113!
114!-----------------------------------------------------------------------
115!***  FORBIDDEN TURBULENCE AREA
116!-----------------------------------------------------------------------
117!
118      REAL,PARAMETER :: REQU=-AEQH/AEQM                                 &
119     &                 ,EPSGH=1.E-9,EPSGM=REQU*EPSGH
120!
121!-----------------------------------------------------------------------
122!***  NEAR ISOTROPY FOR SHEAR TURBULENCE, WW/Q2 LOWER LIMIT
123!-----------------------------------------------------------------------
124!
125      REAL,PARAMETER :: UBRYL=(18.*REQU*A1*A1*A2x*B2*C1*BTG             &
126     &                         +9.*A1*A2x*A2x*B2*BTG*BTG)               &
127     &                        /(REQU*ADNM+ADNH)                         &
128     &                 ,UBRY=(1.+EPSRS)*UBRYL,UBRY3=3.*UBRY
129!
130      REAL,PARAMETER :: AUBH=27.*A1*A2x*A2x*B2*BTG*BTG-ADNH*UBRY3       &
131     &                 ,AUBM=54.*A1*A1*A2x*B2*C1*BTG -ADNM*UBRY3        &
132     &                 ,BUBH=(9.*A1*A2x+3.*A2x*B2)*BTG-BDNH*UBRY3       &
133     &                 ,BUBM=18.*A1*A1*C1           -BDNM*UBRY3         &
134     &                 ,CUBR=1.                     -     UBRY3         &
135     &                 ,RCUBR=1./CUBR
136!
137!-----------------------------------------------------------------------
138!
139      CONTAINS
140!
141!----------------------------------------------------------------------
142      SUBROUTINE QNSEPBL(DT,STEPBL,HT,DZ                                &
143     &                 ,PMID,PINT,TH,T,EXNER,QV,CWM,U,V,RHO            &
144     &                 ,TSK,QSFC,CHKLOWQ,THZ0,QZ0,UZ0,VZ0,CORF         &
145     &                 ,LOWLYR,XLAND,SICE,SNOW                         &
146     &                 ,TKE,EXCH_H,EXCH_M,USTAR,ZNT,EL_MYJ,PBLH,KPBL,CT &
147     &                 ,AKHS,AKMS,ELFLX                                &
148     &                 ,RUBLTEN,RVBLTEN,RTHBLTEN,RQVBLTEN,RQCBLTEN     &
149     &                 ,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                        &
150     &                 ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                        &
151     &                 ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE)
152!----------------------------------------------------------------------
153!
154      IMPLICIT NONE
155!
156!----------------------------------------------------------------------
157      INTEGER,INTENT(IN) :: IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                    &
158     &                     ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                    &
159     &                     ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE
160!
161      INTEGER,INTENT(IN) :: STEPBL
162
163      INTEGER,DIMENSION(IMS:IME,JMS:JME),INTENT(IN) :: LOWLYR
164!
165      INTEGER,DIMENSION(IMS:IME,JMS:JME),INTENT(OUT) :: KPBL
166!
167      REAL,INTENT(IN) :: DT
168!
169      REAL,DIMENSION(IMS:IME,JMS:JME),INTENT(IN) :: HT,SICE,SNOW       &
170     &                                             ,TSK,XLAND
171!
172      REAL,DIMENSION(IMS:IME,KMS:KME,JMS:JME),INTENT(IN) :: CWM,DZ     &
173     &                                                     ,EXNER      &
174     &                                                     ,PMID,PINT  &
175     &                                                     ,QV,RHO     &
176     &                                                     ,T,TH,U,V   
177!
178      REAL,DIMENSION(IMS:IME,JMS:JME),INTENT(OUT) :: PBLH
179!
180      REAL,DIMENSION(IMS:IME,JMS:JME),INTENT(INOUT) :: AKHS,AKMS
181!
182      REAL,DIMENSION(IMS:IME,KMS:KME,JMS:JME)                          &
183     &    ,INTENT(OUT) ::                      EL_MYJ                  &
184     &                                        ,RQCBLTEN,RQVBLTEN       &
185     &                                        ,RTHBLTEN                &
186     &                                        ,RUBLTEN,RVBLTEN       
187!
188      REAL,DIMENSION(IMS:IME,JMS:JME),INTENT(INOUT) :: CT,QSFC,QZ0     &
189     &                                                ,THZ0,USTAR      &
190     &                                                ,UZ0,VZ0,ZNT
191!
192      REAL,DIMENSION(IMS:IME,KMS:KME,JMS:JME)                          &
193     &    ,INTENT(INOUT) ::                    EXCH_H,EXCH_M,TKE
194!
195      REAL,DIMENSION(IMS:IME,JMS:JME),INTENT(IN) :: CHKLOWQ,ELFLX,CORF
196!
197!----------------------------------------------------------------------
198!***
199!***  LOCAL VARIABLES
200!***
201      INTEGER :: I,J,K,KFLIP,LLOW,LMH,LMXL
202!
203      INTEGER,DIMENSION(ITS:ITE,JTS:JTE) :: LPBL
204!
205      REAL :: AKHS_DENS,AKMS_DENS,APEX,DCDT,DELTAZ,DQDT,DTDIF,DTDT     &
206     &       ,DTTURBL,DUDT,DVDT,EXNSFC,PSFC,PTOP,QFC1,QLOW,QOLD        &
207     &       ,RATIOMX,RDTTURBL,RG,RWMSK,SEAMASK,THNEW,THOLD,TX         &
208     &       ,ULOW,VLOW,WMSK
209!
210      REAL,DIMENSION(KTS:KTE) :: CWMK,PK,Q2K,QK,THEK,TK,UK,VK
211!
212      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1) :: AKHK,AKMK,EL,RI,GH,S2
213!
214      REAL,DIMENSION(KTS:KTE+1) :: ZHK
215!
216      REAL,DIMENSION(ITS:ITE,JTS:JTE) :: THSK
217!
218      REAL,DIMENSION(KTS:KTE,ITS:ITE) :: RHOK
219!
220      REAL,DIMENSION(ITS:ITE,KTS:KTE,JTS:JTE) :: APE,THE
221!
222      REAL,DIMENSION(ITS:ITE,KTS:KTE-1,JTS:JTE) :: AKH,AKM
223!
224      REAL,DIMENSION(ITS:ITE,KTS:KTE+1,JTS:JTE) :: ZINT
225!
226!***  Begin debugging
227      REAL :: ZSL_DIAG
228      INTEGER :: IMD,JMD,PRINT_DIAG
229!***  End debugging
230!
231!----------------------------------------------------------------------
232!**********************************************************************
233!----------------------------------------------------------------------
234!
235!***  Begin debugging
236      IMD=(IMS+IME)/2
237      JMD=(JMS+JME)/2
238!***  End debugging
239!
240!***  MAKE PREPARATIONS
241!
242!----------------------------------------------------------------------
243      DTTURBL=DT*STEPBL
244      RDTTURBL=1./DTTURBL
245      DTDIF=DTTURBL
246      RG=1./G
247!
248      DO J=JTS,JTE
249      DO K=KTS,KTE-1
250      DO I=ITS,ITE
251        AKM(I,K,J)=0.
252      ENDDO
253      ENDDO
254      ENDDO
255!
256      DO J=JTS,JTE
257      DO K=KTS,KTE+1
258      DO I=ITS,ITE
259        ZINT(I,K,J)=0.
260      ENDDO
261      ENDDO
262      ENDDO
263!
264      DO J=JTS,JTE
265      DO I=ITS,ITE
266        ZINT(I,KTE+1,J)=HT(I,J)     ! Z at bottom of lowest sigma layer
267!
268!!!!!!!!!
269!!!!!! UNCOMMENT THESE LINES IF USING ETA COORDINATES
270!!!!!!!!!
271!!!!!!  ZINT(I,KTE+1,J)=1.E-4       ! Z of bottom of lowest eta layer
272!!!!!!  ZHK(KTE+1)=1.E-4            ! Z of bottom of lowest eta layer
273!
274      ENDDO
275      ENDDO
276!
277      DO J=JTS,JTE
278      DO K=KTE,KTS,-1
279        KFLIP=KTE+1-K
280        DO I=ITS,ITE
281          ZINT(I,K,J)=ZINT(I,K+1,J)+DZ(I,KFLIP,J)
282          APEX=1./EXNER(I,K,J)
283          APE(I,K,J)=APEX
284          TX=T(I,K,J)
285          THE(I,K,J)=(CWM(I,K,J)*(-ELOCP/TX)+1.)*TH(I,K,J)
286        ENDDO
287      ENDDO
288      ENDDO
289!
290      EL_MYJ(its:ite,:,jts:jte) = 0.
291!
292!----------------------------------------------------------------------
293      setup_integration:  DO J=JTS,JTE
294!----------------------------------------------------------------------
295!
296        DO I=ITS,ITE
297!
298!***  LOWEST LAYER ABOVE GROUND MUST BE FLIPPED
299!
300          LMH=KTE-LOWLYR(I,J)+1
301!
302          PTOP=PINT(I,KTE+1,J)      ! KTE+1=KME
303          PSFC=PINT(I,LOWLYR(I,J),J)
304!
305!***  CONVERT LAND MASK (1 FOR SEA; 0 FOR LAND)
306!
307          SEAMASK=XLAND(I,J)-1.
308!
309!***  FILL 1-D VERTICAL ARRAYS
310!***  AND FLIP DIRECTION SINCE MYJ SCHEME
311!***  COUNTS DOWNWARD FROM THE DOMAIN'S TOP
312!
313          DO K=KTE,KTS,-1
314            KFLIP=KTE+1-K
315            TK(K)=T(I,KFLIP,J)
316            THEK(K)=THE(I,KFLIP,J)
317            RATIOMX=QV(I,KFLIP,J)
318            QK(K)=RATIOMX/(1.+RATIOMX)
319            CWMK(K)=CWM(I,KFLIP,J)
320            PK(K)=PMID(I,KFLIP,J)
321            UK(K)=U(I,KFLIP,J)
322            VK(K)=V(I,KFLIP,J)
323!
324!***  TKE=0.5*(q**2) ==> q**2=2.*TKE
325!
326            Q2K(K)=2.*TKE(I,KFLIP,J)
327!
328!***  COMPUTE THE HEIGHTS OF THE LAYER INTERFACES
329!
330            ZHK(K)=ZINT(I,K,J)
331!
332          ENDDO
333          ZHK(KTE+1)=HT(I,J)          ! Z at bottom of lowest sigma layer
334!
335!***  Begin debugging
336!         IF(I==IMD.AND.J==JMD)THEN
337!           PRINT_DIAG=1
338!         ELSE
339!           PRINT_DIAG=0
340!         ENDIF
341!         IF(I==227.AND.J==363)PRINT_DIAG=2
342!***  End debugging
343!
344!----------------------------------------------------------------------
345!***
346!***  FIND THE MIXING LENGTH
347!***
348          CALL MIXLEN(LMH,UK,VK,TK,THEK,QK,CWMK                        &
349     &               ,Q2K,ZHK,USTAR(I,J),CORF(I,J),S2,GH,RI,EL         &
350     &               ,PBLH(I,J),LPBL(I,J),LMXL,CT(I,J)                 &
351     &               ,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                          &
352     &               ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                          &
353     &               ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE)
354!
355!----------------------------------------------------------------------
356!*** THE MODEL LAYER (COUNTING UPWARD) CONTAINING THE TOP OF THE PBL
357!----------------------------------------------------------------------
358!
359          KPBL(I,J)=KTE-LPBL(I,J)+1
360!
361!----------------------------------------------------------------------
362!***
363!***  FIND THE QNSE EXCHANGE COEFFICIENTS
364!***
365          CALL DIFCOF(LMH,EL,RI,Q2K,ZHK,AKMK,AKHK                      &
366     &               ,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                          &
367     &               ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                          &
368     &               ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE,PRINT_DIAG)   ! debug
369!
370!----------------------------------------------------------------------
371!***  COUNTING DOWNWARD FROM THE TOP, THE EXCHANGE COEFFICIENTS AKH
372!***  ARE DEFINED ON THE BOTTOMS OF THE LAYERS KTS TO KTE-1.  COUNTING
373!***  COUNTING UPWARD FROM THE BOTTOM, THOSE SAME COEFFICIENTS EXCH_H
374!***  ARE DEFINED ON THE TOPS OF THE LAYERS KTS TO KTE-1.
375!
376          DO K=KTS,KTE-1
377            KFLIP=KTE-K
378            AKH(I,K,J)=AKHK(K)
379            AKM(I,K,J)=AKMK(K)
380            DELTAZ=0.5*(ZHK(KFLIP)-ZHK(KFLIP+2))
381            EXCH_H(I,K+1,J)=AKHK(KFLIP)*DELTAZ
382            EXCH_M(I,K+1,J)=AKMK(KFLIP)*DELTAZ
383          ENDDO
384!
385!----------------------------------------------------------------------
386!***
387!***  SOLVE FOR THE PRODUCTION/DISSIPATION OF
388!***  THE TURBULENT KINETIC ENERGY
389!***
390!
391          CALL PRODQ2(LMH,DTTURBL,USTAR(I,J),S2,RI,Q2K,EL,ZHK,AKMK,AKHK &
392     &               ,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                          &
393     &               ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                          &
394     &               ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE)
395!
396!----------------------------------------------------------------------
397!***
398!***  CARRY OUT THE VERTICAL DIFFUSION OF
399!***  TURBULENT KINETIC ENERGY
400!***
401!
402          CALL VDIFQ(LMH,DTDIF,Q2K,EL,ZHK                              &
403     &              ,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                           &
404     &              ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                           &
405     &              ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE)
406!
407!***  SAVE THE NEW TKE AND MIXING LENGTH.
408!
409          DO K=KTS,KTE
410            KFLIP=KTE+1-K
411            Q2K(KFLIP)=AMAX1(Q2K(KFLIP),EPSQ2L)
412            TKE(I,K,J)=0.5*Q2K(KFLIP)
413            IF(KFLIP/=KTE)EL_MYJ(I,K,J)=EL(KFLIP)   ! EL IS NOT DEFINED AT KTE
414          ENDDO
415!
416        ENDDO
417!
418!----------------------------------------------------------------------
419      ENDDO setup_integration
420!----------------------------------------------------------------------
421!
422!***  CONVERT SURFACE SENSIBLE TEMPERATURE TO POTENTIAL TEMPERATURE.
423!
424      DO J=JTS,JTE
425      DO I=ITS,ITE
426        PSFC=PINT(I,LOWLYR(I,J),J)
427        THSK(I,J)=TSK(I,J)*(1.E5/PSFC)**CAPA
428      ENDDO
429      ENDDO
430!
431!----------------------------------------------------------------------
432!
433!----------------------------------------------------------------------
434      main_integration:  DO J=JTS,JTE
435!----------------------------------------------------------------------
436!
437        DO I=ITS,ITE
438!
439!***  FILL 1-D VERTICAL ARRAYS
440!***  AND FLIP DIRECTION SINCE MYJ SCHEME
441!***  COUNTS DOWNWARD FROM THE DOMAIN'S TOP
442!
443          DO K=KTE,KTS,-1
444            KFLIP=KTE+1-K
445            THEK(K)=THE(I,KFLIP,J)
446            RATIOMX=QV(I,KFLIP,J)
447            QK(K)=RATIOMX/(1.+RATIOMX)
448            CWMK(K)=CWM(I,KFLIP,J)
449            ZHK(K)=ZINT(I,K,J)
450            RHOK(K,I)=PMID(I,KFLIP,J)/(R_D*T(I,KFLIP,J)*               &
451     &                                (1.+P608*QK(K)-CWMK(K)))
452          ENDDO
453!
454!***  COUNTING DOWNWARD FROM THE TOP, THE EXCHANGE COEFFICIENTS AKH
455!***  ARE DEFINED ON THE BOTTOMS OF THE LAYERS KTS TO KTE-1.  THESE COEFFICIENTS
456!***  ARE ALSO MULTIPLIED BY THE DENSITY AT THE BOTTOM INTERFACE LEVEL.
457!
458          DO K=KTS,KTE-1
459            AKHK(K)=AKH(I,K,J)*0.5*(RHOK(K,I)+RHOK(K+1,I))
460          ENDDO
461!
462          ZHK(KTE+1)=ZINT(I,KTE+1,J)
463!
464          SEAMASK=XLAND(I,J)-1.
465          THZ0(I,J)=(1.-SEAMASK)*THSK(I,J)+SEAMASK*THZ0(I,J)
466!
467          LLOW=LOWLYR(I,J)
468          AKHS_DENS=AKHS(I,J)*RHOK(KTE+1-LLOW,I)
469!
470          IF(SEAMASK<0.5)THEN
471            QFC1=XLV*CHKLOWQ(I,J)*AKHS_DENS
472!
473            IF(SNOW(I,J)>0..OR.SICE(I,J)>0.5)THEN
474              QFC1=QFC1*RLIVWV
475            ENDIF
476!
477            IF(QFC1>0.)THEN
478              QLOW=QK(KTE+1-LLOW)
479              QSFC(I,J)=QLOW+ELFLX(I,J)/QFC1
480            ENDIF
481!
482          ELSE
483            PSFC=PINT(I,LOWLYR(I,J),J)
484            EXNSFC=(1.E5/PSFC)**CAPA
485            QSFC(I,J)=PQ0SEA/PSFC                                      &
486     &         *EXP(A2*(THSK(I,J)-A3*EXNSFC)/(THSK(I,J)-A4*EXNSFC))
487          ENDIF
488!
489          QZ0 (I,J)=(1.-SEAMASK)*QSFC(I,J)+SEAMASK*QZ0 (I,J)
490!
491!***  LOWEST LAYER ABOVE GROUND MUST BE FLIPPED
492!
493          LMH=KTE-LOWLYR(I,J)+1
494!
495!----------------------------------------------------------------------
496!***  CARRY OUT THE VERTICAL DIFFUSION OF
497!***  TEMPERATURE AND WATER VAPOR
498!----------------------------------------------------------------------
499!
500          CALL VDIFH(DTDIF,LMH,THZ0(I,J),QZ0(I,J)                      &
501     &              ,AKHS_DENS,CHKLOWQ(I,J),CT(I,J)                    &
502     &              ,THEK,QK,CWMK,AKHK,ZHK,RHOK(KTS,I)                 &
503     &              ,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                           &
504     &              ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                           &
505     &              ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE,I,J)
506!----------------------------------------------------------------------
507!***
508!***  COMPUTE PRIMARY VARIABLE TENDENCIES
509!***
510          DO K=KTS,KTE
511            KFLIP=KTE+1-K
512            THOLD=TH(I,K,J)
513            THNEW=THEK(KFLIP)+CWMK(KFLIP)*ELOCP*APE(I,K,J)
514            DTDT=(THNEW-THOLD)*RDTTURBL
515            QOLD=QV(I,K,J)/(1.+QV(I,K,J))
516            DQDT=(QK(KFLIP)-QOLD)*RDTTURBL
517            DCDT=(CWMK(KFLIP)-CWM(I,K,J))*RDTTURBL
518!
519            RTHBLTEN(I,K,J)=DTDT
520            RQVBLTEN(I,K,J)=DQDT/(1.-QK(KFLIP))**2
521            RQCBLTEN(I,K,J)=DCDT
522          ENDDO
523!
524!*** Begin debugging
525!         IF(I==IMD.AND.J==JMD)THEN
526!           PRINT_DIAG=0
527!         ELSE
528!           PRINT_DIAG=0
529!         ENDIF
530!         IF(I==227.AND.J==363)PRINT_DIAG=0
531!*** End debugging
532!
533        PSFC=.01*PINT(I,LOWLYR(I,J),J)
534        ZSL_DIAG=0.5*DZ(I,1,J)
535!
536!*** Begin debugging
537!         IF(PRINT_DIAG==1)THEN
538!
539!           write(6,"(a, 2i5, 2i3, 2f8.2, f6.2, 2f8.2)") &
540!           '{turb4 i,j, Kpbl, Kmxl, Psfc, Zsfc, Zsl, Zpbl, Zmxl = ' &
541!           , i, j, KPBL(i,j), KTE-LMXL+1, PSFC, ZHK(LMH+1), ZSL_diag  &
542!           , PBLH(i,j), ZHK(LMXL)-ZHK(LMH+1)
543!           write(6,"(a, 2f7.2, f7.3, 3e11.4)") &
544!           '{turb4 tsk, thsk, qz0, q**2_0, akhs, exch_0 = ' &
545!           , tsk(i,j)-273.15, thsk(i,j), 1000.*qz0(i,j) &
546!           , 2.*tke_myj(i,1,j), akhs(i,j), akhs(i,j)*ZSL_diag
547!           write(6,"(a)") &
548!           '{turb5 k, Pmid, Pint_1, Tc, TH, DTH, GH, S2, EL, Q**2, Akh, EXCH_h, Dz, Dp'
549!           do k=kts,kte/2
550!             KFLIP=KTE-K   !-- Includes the KFLIP-1 in earlier versions
551!             write(6,"(a,i3, 2f8.2, 2f8.3, 3e12.4, 4e11.4, f7.2, f6.2)") &
552!            '{turb5 ', k, .01*pmid(i,k,j),.01*pint(i,k,j), T(i,k,j)-273.15 &
553!            , th(i,k,j), DTTURBL*rthblten(i,k,j), GH(KFLIP), S2(KFLIP) &
554!            , el_myj(i,KFLIP,j), 2.*tke_myj(i,k+1,j), akh(i,KFLIP,j) &
555!            , exch_h(i,k,j), dz(i,k,j), .01*(pint(i,k,j)-pint(i,k+1,j))
556!           enddo
557!
558!         ELSEIF(PRINT_DIAG==2)THEN
559!
560!           write(6,"(a, 2i5, 2i3, 2f8.2, f6.2, 2f8.2)") &
561!           '}turb4 i,j, Kpbl, Kmxl, Psfc, Zsfc, Zsl, Zpbl, Zmxl = ' &
562!           , i, j, KPBL(i,j), KTE-LMXL+1, PSFC, ZHK(LMH+1), ZSL_diag  &
563!           , PBLH(i,j), ZHK(LMXL)-ZHK(LMH+1)
564!           write(6,"(a, 2f7.2, f7.3, 3e11.4)") &
565!           '}turb4 tsk, thsk, qz0, q**2_0, akhs, exch_0 = ' &
566!           , tsk(i,j)-273.15, thsk(i,j), 1000.*qz0(i,j) &
567!           , 2.*tke_myj(i,1,j), akhs(i,j), akhs(i,j)*ZSL_diag
568!           write(6,"(a)") &
569!           '}turb5 k, Pmid, Pint_1, Tc, TH, DTH, GH, S2, EL, Q**2, Akh, EXCH_h, Dz, Dp'
570!           do k=kts,kte/2
571!             KFLIP=KTE-K   !-- Includes the KFLIP-1 in earlier versions
572!             write(6,"(a,i3, 2f8.2, 2f8.3, 3e12.4, 4e11.4, f7.2, f6.2)") &
573!            '}turb5 ', k, .01*pmid(i,k,j),.01*pint(i,k,j), T(i,k,j)-273.15 &
574!            , th(i,k,j), DTTURBL*rthblten(i,k,j), GH(KFLIP), S2(KFLIP) &
575!            , el_myj(i,KFLIP,j), 2.*tke_myj(i,k+1,j), akh(i,KFLIP,j) &
576!            , exch_h(i,k,j), dz(i,k,j), .01*(pint(i,k,j)-pint(i,k+1,j))
577!           enddo
578!         ENDIF
579!*** End debugging
580!
581!----------------------------------------------------------------------
582        ENDDO
583!----------------------------------------------------------------------
584        DO I=ITS,ITE
585!
586!***  FILL 1-D VERTICAL ARRAYS
587!***  AND FLIP DIRECTION SINCE MYJ SCHEME
588!***  COUNTS DOWNWARD FROM THE DOMAIN'S TOP
589!
590          DO K=KTS,KTE-1
591            AKMK(K)=AKM(I,K,J)
592            AKMK(K)=AKMK(K)*(RHOK(K,I)+RHOK(K+1,I))*0.5
593          ENDDO
594!
595          LLOW=LOWLYR(I,J)
596          AKMS_DENS=AKMS(I,J)*RHOK(KTE+1-LLOW,I)
597!
598          DO K=KTE,KTS,-1
599            KFLIP=KTE+1-K
600            UK(K)=U(I,KFLIP,J)
601            VK(K)=V(I,KFLIP,J)
602            ZHK(K)=ZINT(I,K,J)
603          ENDDO
604          ZHK(KTE+1)=ZINT(I,KTE+1,J)
605!
606!----------------------------------------------------------------------
607!***  CARRY OUT THE VERTICAL DIFFUSION OF
608!***  VELOCITY COMPONENTS
609!----------------------------------------------------------------------
610!
611          CALL VDIFV(LMH,DTDIF,UZ0(I,J),VZ0(I,J)                       &
612     &              ,AKMS_DENS,UK,VK,AKMK,ZHK,RHOK(KTS,I)              &
613     &              ,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                           &
614     &              ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                           &
615     &              ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE,I,J)
616!
617!----------------------------------------------------------------------
618!***
619!***  COMPUTE PRIMARY VARIABLE TENDENCIES
620!***
621          DO K=KTS,KTE
622            KFLIP=KTE+1-K
623            DUDT=(UK(KFLIP)-U(I,K,J))*RDTTURBL
624            DVDT=(VK(KFLIP)-V(I,K,J))*RDTTURBL
625            RUBLTEN(I,K,J)=DUDT
626            RVBLTEN(I,K,J)=DVDT
627          ENDDO
628!
629        ENDDO
630!----------------------------------------------------------------------
631!
632      ENDDO main_integration
633!
634!----------------------------------------------------------------------
635!
636      END SUBROUTINE QNSEPBL
637!
638!----------------------------------------------------------------------
639!XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
640!----------------------------------------------------------------------
641                          SUBROUTINE MIXLEN                            &
642!----------------------------------------------------------------------
643!   ******************************************************************
644!   *                                                                *
645!   *                   LEVEL 2.5 MIXING LENGTH                      *
646!   *                                                                *
647!   ******************************************************************
648!
649     &(LMH,U,V,T,THE,Q,CWM,Q2,Z,USTAR,CORF                             &
650     &,S2,GH,RI,EL,PBLH,LPBL,LMXL,CT                                   &
651     &,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                                         &
652     &,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                                         &
653     &,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE)
654!----------------------------------------------------------------------
655!
656      IMPLICIT NONE
657!
658!----------------------------------------------------------------------
659      INTEGER,INTENT(IN) :: IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                    &
660     &                     ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                    &
661     &                     ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE
662!
663      INTEGER,INTENT(IN) :: LMH
664!
665      INTEGER,INTENT(OUT) :: LMXL,LPBL
666!
667      REAL,DIMENSION(KTS:KTE),INTENT(IN) :: CWM,Q,Q2,T,THE,U,V
668!
669      REAL,DIMENSION(KTS:KTE+1),INTENT(IN) :: Z
670!
671      REAL,INTENT(OUT) :: PBLH
672!
673      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1),INTENT(OUT) :: EL,RI,GH,S2
674!
675      REAL,INTENT(INOUT) :: CT
676!
677      REAL,INTENT(IN) :: CORF,USTAR
678!----------------------------------------------------------------------
679!***
680!***  LOCAL VARIABLES
681!***
682      INTEGER :: K,LPBLM
683!
684      REAL :: A,ADEN,B,BDEN,AUBR,BUBR,BLMX,EL0,ELOQ2X,GHL,S2L          &
685     &       ,QOL2ST,QOL2UN,QDZL,RDZ,SQ,SREL,SZQ,TEM,THM,VKRMZ,RLAMBDA &
686     &       ,RLB,RLN,F
687!
688      REAL,DIMENSION(KTS:KTE) :: Q1,EN2
689!
690      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1) :: DTH,ELM,REL
691!
692!----------------------------------------------------------------------
693!**********************************************************************
694!--------------FIND THE HEIGHT OF THE PBL-------------------------------
695      LPBL=LMH
696!
697      DO K=LMH-1,1,-1
698        IF(Q2(K)<=EPSQ2L*FH)THEN
699          LPBL=K
700          GO TO 110
701        ENDIF
702      ENDDO
703!
704      LPBL=1
705!
706!--------------THE HEIGHT OF THE PBL------------------------------------
707!
708 110  PBLH=Z(LPBL)-Z(LMH+1)
709!
710!-----------------------------------------------------------------------
711      DO K=KTS,LMH
712        Q1(K)=0.
713      ENDDO
714!
715      DO K=1,LMH-1
716        DTH(K)=THE(K)-THE(K+1)
717      ENDDO
718!
719      DO K=LMH-2,1,-1
720        IF(DTH(K)>0..AND.DTH(K+1)<=0.)THEN
721          DTH(K)=DTH(K)+CT
722          EXIT
723        ENDIF
724      ENDDO
725!
726      CT=0.
727!----------------------------------------------------------------------
728!***  COMPUTE LOCAL GRADIENT RICHARDSON NUMBER
729!----------------------------------------------------------------------
730      DO K=KTS,LMH-1
731        RDZ=2./(Z(K)-Z(K+2))
732        S2L=((U(K)-U(K+1))**2+(V(K)-V(K+1))**2)*RDZ*RDZ   ! S**2
733        S2L=MAX(S2L,EPSGM)
734        S2(K)=S2L
735!
736        TEM=(T(K)+T(K+1))*0.5
737        THM=(THE(K)+THE(K+1))*0.5
738!
739        A=THM*P608
740        B=(ELOCP/TEM-1.-P608)*THM
741!
742        GHL=(DTH(K)*((Q(K)+Q(K+1)+CWM(K)+CWM(K+1))*(0.5*P608)+1.)      &
743     &     +(Q(K)-Q(K+1)+CWM(K)-CWM(K+1))*A                            &
744     &     +(CWM(K)-CWM(K+1))*B)*RDZ                       ! dTheta/dz
745!
746        IF(ABS(GHL)<=EPSGH)GHL=EPSGH
747!
748        EN2(K)=GHL*G/THM                                   ! N**2
749!
750        GH(K)=GHL
751        RI(K)=EN2(K)/S2L
752      ENDDO
753!
754!----------------------------------------------------------------------
755!***  FIND MAXIMUM MIXING LENGTHS AND THE LEVEL OF THE PBL TOP
756!----------------------------------------------------------------------
757!
758      LMXL=LMH
759!
760      DO K=KTS,LMH-1
761        S2L=S2(K)
762        GHL=GH(K)
763!
764        IF(GHL>=EPSGH)THEN
765          IF(S2L/GHL<=REQU)THEN
766            ELM(K)=EPSL
767            LMXL=K
768          ELSE
769            AUBR=(AUBM*S2L+AUBH*GHL)*GHL
770            BUBR= BUBM*S2L+BUBH*GHL
771            QOL2ST=(-0.5*BUBR+SQRT(BUBR*BUBR*0.25-AUBR*CUBR))*RCUBR
772            ELOQ2X=1./QOL2ST
773            ELM(K)=MAX(SQRT(ELOQ2X*Q2(K)),EPSL)
774          ENDIF
775        ELSE
776          ADEN=(ADNM*S2L+ADNH*GHL)*GHL
777          BDEN= BDNM*S2L+BDNH*GHL
778          QOL2UN=-0.5*BDEN+SQRT(BDEN*BDEN*0.25-ADEN)
779          ELOQ2X=1./(QOL2UN+EPSRU)       ! repsr1/qol2un
780          ELM(K)=MAX(SQRT(ELOQ2X*Q2(K)),EPSL)
781        ENDIF
782      ENDDO
783!
784      IF(ELM(LMH-1)==EPSL)LMXL=LMH
785!
786!----------------------------------------------------------------------
787!***  THE HEIGHT OF THE MIXED LAYER
788!----------------------------------------------------------------------
789!
790      BLMX=Z(LMXL)-Z(LMH+1)
791!
792!----------------------------------------------------------------------
793      DO K=LPBL,LMH
794        Q1(K)=SQRT(Q2(K))
795      ENDDO
796!----------------------------------------------------------------------
797      SZQ=0.
798      SQ =0.
799!
800      DO K=KTS,LMH-1
801        QDZL=(Q1(K)+Q1(K+1))*(Z(K+1)-Z(K+2))
802        SZQ=(Z(K+1)+Z(K+2)-Z(LMH+1)-Z(LMH+1))*QDZL+SZQ
803        SQ=QDZL+SQ
804      ENDDO
805!
806!----------------------------------------------------------------------
807!***  COMPUTATION OF ASYMPTOTIC L IN BLACKADAR FORMULA
808!----------------------------------------------------------------------
809!
810      EL0=MIN(ALPH*SZQ*0.5/SQ,EL0MAX)
811      EL0=MAX(EL0            ,EL0MIN)
812!
813!----------------------------------------------------------------------
814!***  ABOVE THE PBL TOP
815!----------------------------------------------------------------------
816!
817      LPBLM=MAX(LPBL-1,1)
818!
819      DO K=KTS,LPBLM
820        EL(K)=MIN((Z(K)-Z(K+2))*ELFC,ELM(K))
821        REL(K)=EL(K)/ELM(K)
822      ENDDO
823!
824!----------------------------------------------------------------------
825!***  INSIDE THE PBL
826!----------------------------------------------------------------------
827!
828      IF(LPBL<LMH)THEN
829        DO K=LPBL,LMH-1
830          VKRMZ=(Z(K+1)-Z(LMH+1))*VKARMAN
831          EL(K)=MIN(VKRMZ/(VKRMZ/EL0+1.),ELM(K))
832          REL(K)=EL(K)/ELM(K)
833        ENDDO
834      ENDIF
835!
836      DO K=LPBL+1,LMH-2
837        SREL=MIN(((REL(K-1)+REL(K+1))*0.5+REL(K))*0.5,REL(K))
838        EL(K)=MAX(SREL*ELM(K),EPSL)
839      ENDDO
840!
841!----------------------------------------------------------------------
842!***  MIXING LENGTH FOR THE QNSE MODEL IN STABLE CASE
843!----------------------------------------------------------------------
844!
845      F=MAX(CORF,EPS1)
846      RLAMBDA=F/(BLCKDR*USTAR)
847      DO K=KTS,LMH-1
848        IF(EN2(K)>=0.0)THEN                          ! Stable case
849          VKRMZ=(Z(K+1)-Z(LMH+1))*VKARMAN
850          RLB=RLAMBDA+1./VKRMZ
851          RLN=SQRT(2.*EN2(K)/Q2(K))/CN
852!         EL(K)=MIN(1./(RLB+RLN),ELM(K))
853          EL(K)=1./(RLB+RLN)
854        ENDIF
855      ENDDO
856!
857!----------------------------------------------------------------------
858      END SUBROUTINE MIXLEN
859!----------------------------------------------------------------------
860!XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
861!----------------------------------------------------------------------
862                          SUBROUTINE PRODQ2                            &
863!----------------------------------------------------------------------
864!   ******************************************************************
865!   *                                                                *
866!   *            LEVEL 2.5 Q2 PRODUCTION/DISSIPATION                 *
867!   *                                                                *
868!   ******************************************************************
869!
870     &(LMH,DTTURBL,USTAR,S2,RI,Q2,EL,Z,AKM,AKH                         &
871     &,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                                         &
872     &,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                                         &
873     &,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE)
874!----------------------------------------------------------------------
875!
876      IMPLICIT NONE
877!
878!----------------------------------------------------------------------
879      INTEGER,INTENT(IN) :: IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                    &
880     &                     ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                    &
881     &                     ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE
882!
883      INTEGER,INTENT(IN) :: LMH
884!
885      REAL,INTENT(IN) :: DTTURBL,USTAR
886!
887      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1),INTENT(IN) :: S2,RI,AKM,AKH,EL
888!
889      REAL,DIMENSION(KTS:KTE+1),INTENT(IN) :: Z
890!
891      REAL,DIMENSION(KTS:KTE),INTENT(INOUT) :: Q2
892!----------------------------------------------------------------------
893!***
894!***  LOCAL VARIABLES
895!***
896      INTEGER :: K
897!
898      REAL :: S2L,Q2L,DELTAZ,AKML,AKHL,EN2,PR,BPR,DIS,RC02
899!
900!----------------------------------------------------------------------
901!**********************************************************************
902!----------------------------------------------------------------------
903!
904      RC02=2.0/(C0*C0)
905      main_integration: DO K=1,LMH-1
906        S2L=S2(K)
907        Q2L=Q2(K)
908        DELTAZ=0.5*(Z(K)-Z(K+2))
909        AKML=AKM(K)*DELTAZ
910        AKHL=AKH(K)*DELTAZ
911        EN2=RI(K)*S2L                                           !N**2
912!
913!***  TURBULENCE PRODUCTION TERM
914!
915        PR=AKML*S2L
916!
917!***  BUOYANCY PRODUCTION
918!
919        BPR=AKHL*EN2
920!
921!***  DISSIPATION
922!
923        DIS=CEPS*(0.5*Q2L)**1.5/EL(K)
924!
925        Q2L=Q2L+2.0*(PR-BPR-DIS)*DTTURBL
926        Q2(K)=AMAX1(Q2L,EPSQ2L)
927!----------------------------------------------------------------------
928!***  END OF PRODUCTION/DISSIPATION LOOP
929!----------------------------------------------------------------------
930!
931      ENDDO main_integration
932!
933!----------------------------------------------------------------------
934!***  LOWER BOUNDARY CONDITION FOR Q2
935!----------------------------------------------------------------------
936!
937      Q2(LMH)=AMAX1(RC02*USTAR*USTAR,EPSQ2L)
938!----------------------------------------------------------------------
939!
940      END SUBROUTINE PRODQ2
941!
942!----------------------------------------------------------------------
943!XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
944!----------------------------------------------------------------------
945                           SUBROUTINE DIFCOF                           &
946!   ******************************************************************
947!   *                                                                *
948!   *      DIFFUSION COEFFICIENTS KM, KH BASED ON THE QNSE THEORY    *
949!   *                                                                *
950!   ******************************************************************
951     &(LMH,EL,RI,Q2,Z,AKM,AKH                                          &
952     &,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                                         &
953     &,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                                         &
954     &,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE,PRINT_DIAG)   ! debug
955!----------------------------------------------------------------------
956!
957      IMPLICIT NONE
958!
959!----------------------------------------------------------------------
960      INTEGER,INTENT(IN) :: IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                    &
961     &                     ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                    &
962     &                     ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE
963!
964      INTEGER,INTENT(IN) :: LMH
965!
966      REAL,DIMENSION(KTS:KTE),INTENT(IN) :: Q2
967      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1),INTENT(IN) :: EL,RI
968      REAL,DIMENSION(KTS:KTE+1),INTENT(IN) :: Z
969!
970      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1),INTENT(OUT) :: AKH,AKM
971!----------------------------------------------------------------------
972!***
973!***  LOCAL VARIABLES
974!***
975      INTEGER :: K
976!
977      REAL :: AK0,ALPHAM,ALPHAH,RIL,RIL2,ARIL,ARIL2,ARIL4,ELL,Q1L,RDZ  &
978     &       ,AK0DZ,AKMIN
979!
980!*** Begin debugging
981      INTEGER,INTENT(IN) :: PRINT_DIAG
982!     REAL :: D2Tmin
983!*** End debugging
984!
985!----------------------------------------------------------------------
986!**********************************************************************
987!----------------------------------------------------------------------
988!
989      DO K=1,LMH-1
990        ELL=EL(K)
991        Q1L=SQRT(0.5*Q2(K))               !Note that Q1L is SQRT(TKE)
992        RIL=RI(K)
993        AK0=C0*ELL*Q1L                    !KM in neutral case
994!
995!----------------------------------------------------------------------
996!***  STABILITY FUNCTIONS ALPHAM AND ALPHAH
997!----------------------------------------------------------------------
998!
999!!! UNSTABLE CASE
1000!
1001        IF(RIL<=0) THEN
1002          ARIL=MIN(ABS(RIL),2.*ARIMIN)
1003          ARIL2=ARIL*ARIL
1004          ARIL4=ARIL2*ARIL2
1005          ALPHAM=1.0+BM1*ARIL+BM2*ARIL2
1006          ALPHAH=AH1+BH1*ARIL+BH2*ARIL2+BH3*ARIL4
1007!
1008!!! STABLE CASE
1009!
1010        ELSE
1011          RIL2=RIL*RIL
1012          ALPHAM=(1.0+AM1*RIL2)/(1.0+AM2*RIL+AM3*RIL2)
1013          ALPHAH=(AH1+AH2*RIL+AH3*RIL2)/(1.0+AH4*RIL+AH5*RIL2)
1014        ENDIF
1015!
1016!-----------------------------------------------------------------------
1017!*** END OF STABILITY FUNCTIONS COMPUTATIONS
1018!-----------------------------------------------------------------------
1019!
1020!----------------------------------------------------------------------
1021!***  DIFFUSION COEFFICIENTS
1022!----------------------------------------------------------------------
1023!
1024        RDZ=2./(Z(K)-Z(K+2))
1025        AK0DZ=AK0*RDZ
1026        AKMIN=EPSKM*RDZ
1027        AKM(K)=MAX(AK0DZ*ALPHAM,AKMIN)
1028        AKH(K)=MAX(AK0DZ*ALPHAH,AKMIN)
1029!----------------------------------------------------------------------
1030      ENDDO
1031!----------------------------------------------------------------------
1032!
1033      END SUBROUTINE DIFCOF
1034!
1035!----------------------------------------------------------------------
1036!XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
1037!----------------------------------------------------------------------
1038                           SUBROUTINE VDIFQ                            &
1039!   ******************************************************************
1040!   *                                                                *
1041!   *               VERTICAL DIFFUSION OF Q2 (TKE)                   *
1042!   *                                                                *
1043!   ******************************************************************
1044     &(LMH,DTDIF,Q2,EL,Z                                               &
1045     &,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                                         &
1046     &,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                                         &
1047     &,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE)
1048!----------------------------------------------------------------------
1049!
1050      IMPLICIT NONE
1051!
1052!----------------------------------------------------------------------
1053      INTEGER,INTENT(IN) :: IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                    &
1054     &                     ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                    &
1055     &                     ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE
1056!
1057      INTEGER,INTENT(IN) :: LMH
1058!
1059      REAL,INTENT(IN) :: DTDIF
1060!
1061      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1),INTENT(IN) :: EL
1062      REAL,DIMENSION(KTS:KTE+1),INTENT(IN) :: Z
1063!
1064      REAL,DIMENSION(KTS:KTE),INTENT(INOUT) :: Q2
1065!----------------------------------------------------------------------
1066!***
1067!***  LOCAL VARIABLES
1068!***
1069      INTEGER :: K
1070!
1071      REAL :: ADEN,AKQS,BDEN,BESH,BESM,CDEN,CF,DTOZS,ELL,ELOQ2,ELOQ4   &
1072     &       ,ELQDZ,ESH,ESM,ESQHF,GHL,GML,Q1L,RDEN,RDZ
1073!
1074      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-2) :: AKQ,CM,CR,DTOZ,RSQ2
1075!----------------------------------------------------------------------
1076!**********************************************************************
1077!----------------------------------------------------------------------
1078!***
1079!***  VERTICAL TURBULENT DIFFUSION
1080!***
1081!----------------------------------------------------------------------
1082      ESQHF=0.5*ESQ
1083!
1084      DO K=KTS,LMH-2
1085        DTOZ(K)=(DTDIF+DTDIF)/(Z(K)-Z(K+2))
1086        AKQ(K)=SQRT((Q2(K)+Q2(K+1))*0.5)*(EL(K)+EL(K+1))*ESQHF         &
1087     &        /(Z(K+1)-Z(K+2))
1088        CR(K)=-DTOZ(K)*AKQ(K)
1089      ENDDO
1090!
1091      CM(1)=DTOZ(1)*AKQ(1)+1.
1092      RSQ2(1)=Q2(1)
1093!
1094      DO K=KTS+1,LMH-2
1095        CF=-DTOZ(K)*AKQ(K-1)/CM(K-1)
1096        CM(K)=-CR(K-1)*CF+(AKQ(K-1)+AKQ(K))*DTOZ(K)+1.
1097        RSQ2(K)=-RSQ2(K-1)*CF+Q2(K)
1098      ENDDO
1099!
1100      DTOZS=(DTDIF+DTDIF)/(Z(LMH-1)-Z(LMH+1))
1101      AKQS=SQRT((Q2(LMH-1)+Q2(LMH))*0.5)*(EL(LMH-1)+ELZ0)*ESQHF        &
1102     &    /(Z(LMH)-Z(LMH+1))
1103!
1104      CF=-DTOZS*AKQ(LMH-2)/CM(LMH-2)
1105!
1106      Q2(LMH-1)=(DTOZS*AKQS*Q2(LMH)-RSQ2(LMH-2)*CF+Q2(LMH-1))          &
1107     &        /((AKQ(LMH-2)+AKQS)*DTOZS-CR(LMH-2)*CF+1.)
1108!
1109      DO K=LMH-2,KTS,-1
1110        Q2(K)=(-CR(K)*Q2(K+1)+RSQ2(K))/CM(K)
1111      ENDDO
1112!----------------------------------------------------------------------
1113!
1114      END SUBROUTINE VDIFQ
1115!
1116!----------------------------------------------------------------------
1117!XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
1118!---------------------------------------------------------------------
1119      SUBROUTINE VDIFH(DTDIF,LMH,THZ0,QZ0,RKHS,CHKLOWQ,CT             &
1120     &                ,THE,Q,CWM,RKH,Z,RHO                            &
1121     &                ,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                        &
1122     &                ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                        &
1123     &                ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE,I,J)
1124!     ***************************************************************
1125!     *                                                             *
1126!     *         VERTICAL DIFFUSION OF MASS VARIABLES                *
1127!     *                                                             *
1128!     ***************************************************************
1129!---------------------------------------------------------------------
1130!
1131      IMPLICIT NONE
1132!
1133!---------------------------------------------------------------------
1134      INTEGER,INTENT(IN) :: IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                    &
1135     &                     ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                    &
1136     &                     ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE,I,J
1137!
1138      INTEGER,INTENT(IN) :: LMH
1139!
1140      REAL,INTENT(IN) :: CHKLOWQ,CT,DTDIF,QZ0,RKHS,THZ0
1141!
1142      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1),INTENT(IN) :: RKH
1143      REAL,DIMENSION(KTS:KTE),INTENT(IN) :: RHO
1144      REAL,DIMENSION(KTS:KTE+1),INTENT(IN) :: Z
1145      REAL,DIMENSION(KTS:KTE),INTENT(INOUT) :: CWM,Q,THE
1146!
1147!----------------------------------------------------------------------
1148!***
1149!***  LOCAL VARIABLES
1150!***
1151      INTEGER :: K
1152!
1153      REAL :: CF,CMB,CMCB,CMQB,CMTB,CTHF,DTOZL,DTOZS                   &
1154     &       ,RCML,RKHH,RKQS,RSCB,RSQB,RSTB
1155!
1156      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1) :: CM,CR,DTOZ,RKCT,RSC,RSQ,RST
1157!
1158!----------------------------------------------------------------------
1159!**********************************************************************
1160!----------------------------------------------------------------------
1161      CTHF=0.5*CT
1162!
1163      DO K=KTS,LMH-1
1164        DTOZ(K)=DTDIF/(Z(K)-Z(K+1))
1165        CR(K)=-DTOZ(K)*RKH(K)
1166        RKCT(K)=RKH(K)*(Z(K)-Z(K+2))*CTHF
1167      ENDDO
1168!
1169      CM(KTS)=DTOZ(KTS)*RKH(KTS)+RHO(KTS)
1170!----------------------------------------------------------------------
1171      RST(KTS)=-RKCT(KTS)*DTOZ(KTS)                                    &
1172     &         +THE(KTS)*RHO(KTS)
1173      RSQ(KTS)=Q(KTS)  *RHO(KTS)
1174      RSC(KTS)=CWM(KTS)*RHO(KTS)
1175!----------------------------------------------------------------------
1176      DO K=KTS+1,LMH-1
1177        DTOZL=DTOZ(K)
1178        CF=-DTOZL*RKH(K-1)/CM(K-1)
1179        CM(K)=-CR(K-1)*CF+(RKH(K-1)+RKH(K))*DTOZL+RHO(K)
1180        RST(K)=-RST(K-1)*CF+(RKCT(K-1)-RKCT(K))*DTOZL+THE(K)*RHO(K)
1181        RSQ(K)=-RSQ(K-1)*CF+Q(K)  *RHO(K)
1182        RSC(K)=-RSC(K-1)*CF+CWM(K)*RHO(K)
1183      ENDDO
1184!
1185      DTOZS=DTDIF/(Z(LMH)-Z(LMH+1))
1186      RKHH=RKH(LMH-1)
1187!
1188      CF=-DTOZS*RKHH/CM(LMH-1)
1189      RKQS=RKHS*CHKLOWQ
1190!
1191      CMB=CR(LMH-1)*CF
1192      CMTB=-CMB+(RKHH+RKHS)*DTOZS+RHO(LMH)
1193      CMQB=-CMB+(RKHH+RKQS)*DTOZS+RHO(LMH)
1194      CMCB=-CMB+(RKHH     )*DTOZS+RHO(LMH)
1195!
1196      RSTB=-RST(LMH-1)*CF+RKCT(LMH-1)*DTOZS+THE(LMH)*RHO(LMH)
1197      RSQB=-RSQ(LMH-1)*CF+Q(LMH)  *RHO(LMH)
1198      RSCB=-RSC(LMH-1)*CF+CWM(LMH)*RHO(LMH)
1199!----------------------------------------------------------------------
1200      THE(LMH)=(DTOZS*RKHS*THZ0+RSTB)/CMTB
1201      Q(LMH)  =(DTOZS*RKQS*QZ0 +RSQB)/CMQB
1202      CWM(LMH)=(                RSCB)/CMCB
1203!----------------------------------------------------------------------
1204      DO K=LMH-1,KTS,-1
1205        RCML=1./CM(K)
1206        THE(K)=(-CR(K)*THE(K+1)+RST(K))*RCML
1207        Q(K)  =(-CR(K)*  Q(K+1)+RSQ(K))*RCML
1208        CWM(K)=(-CR(K)*CWM(K+1)+RSC(K))*RCML
1209      ENDDO
1210!----------------------------------------------------------------------
1211!
1212      END SUBROUTINE VDIFH
1213!
1214!---------------------------------------------------------------------
1215!XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX
1216!---------------------------------------------------------------------
1217      SUBROUTINE VDIFV(LMH,DTDIF,UZ0,VZ0,RKMS,U,V,RKM,Z,RHO           &
1218     &                ,IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                        &
1219     &                ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                        &
1220                      ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE,I,J)
1221!     ***************************************************************
1222!     *                                                             *
1223!     *        VERTICAL DIFFUSION OF VELOCITY COMPONENTS            *
1224!     *                                                             *
1225!     ***************************************************************
1226!---------------------------------------------------------------------
1227!
1228      IMPLICIT NONE
1229!
1230!---------------------------------------------------------------------
1231      INTEGER,INTENT(IN) :: IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE                   &
1232     &                     ,IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME                   &
1233     &                     ,ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE,I,J
1234!
1235      INTEGER,INTENT(IN) :: LMH
1236!
1237      REAL,INTENT(IN) :: RKMS,DTDIF,UZ0,VZ0
1238!
1239      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1),INTENT(IN) :: RKM
1240      REAL,DIMENSION(KTS:KTE),INTENT(IN) :: RHO
1241      REAL,DIMENSION(KTS:KTE+1),INTENT(IN) :: Z
1242!
1243      REAL,DIMENSION(KTS:KTE),INTENT(INOUT) :: U,V
1244!----------------------------------------------------------------------
1245!***
1246!***  LOCAL VARIABLES
1247!***
1248      INTEGER :: K
1249!
1250      REAL :: CF,DTOZAK,DTOZL,DTOZS,RCML,RCMVB,RHOK,RKMH
1251!
1252      REAL,DIMENSION(KTS:KTE-1) :: CM,CR,DTOZ,RSU,RSV
1253!----------------------------------------------------------------------
1254!**********************************************************************
1255!----------------------------------------------------------------------
1256      DO K=1,LMH-1
1257        DTOZ(K)=DTDIF/(Z(K)-Z(K+1))
1258        CR(K)=-DTOZ(K)*RKM(K)
1259      ENDDO
1260!
1261      RHOK=RHO(1)
1262      CM(1)=DTOZ(1)*RKM(1)+RHOK
1263      RSU(1)=U(1)*RHOK
1264      RSV(1)=V(1)*RHOK
1265!----------------------------------------------------------------------
1266      DO K=2,LMH-1
1267        DTOZL=DTOZ(K)
1268        CF=-DTOZL*RKM(K-1)/CM(K-1)
1269        RHOK=RHO(K)
1270        CM(K)=-CR(K-1)*CF+(RKM(K-1)+RKM(K))*DTOZL+RHOK
1271        RSU(K)=-RSU(K-1)*CF+U(K)*RHOK
1272        RSV(K)=-RSV(K-1)*CF+V(K)*RHOK
1273      ENDDO
1274!----------------------------------------------------------------------
1275      DTOZS=DTDIF/(Z(LMH)-Z(LMH+1))
1276      RKMH=RKM(LMH-1)
1277!
1278      CF=-DTOZS*RKMH/CM(LMH-1)
1279      RHOK=RHO(LMH)
1280      RCMVB=1./((RKMH+RKMS)*DTOZS-CR(LMH-1)*CF+RHOK)
1281      DTOZAK=DTOZS*RKMS
1282!----------------------------------------------------------------------
1283      U(LMH)=(DTOZAK*UZ0-RSU(LMH-1)*CF+U(LMH)*RHOK)*RCMVB
1284      V(LMH)=(DTOZAK*VZ0-RSV(LMH-1)*CF+V(LMH)*RHOK)*RCMVB
1285!----------------------------------------------------------------------
1286      DO K=LMH-1,1,-1
1287        RCML=1./CM(K)
1288        U(K)=(-CR(K)*U(K+1)+RSU(K))*RCML
1289        V(K)=(-CR(K)*V(K+1)+RSV(K))*RCML
1290      ENDDO
1291!----------------------------------------------------------------------
1292!
1293      END SUBROUTINE VDIFV
1294!
1295!-----------------------------------------------------------------------
1296!
1297!=======================================================================
1298      SUBROUTINE QNSEPBLINIT(RUBLTEN,RVBLTEN,RTHBLTEN,RQVBLTEN,          &
1299     &                      TKE,EXCH_H,RESTART,ALLOWED_TO_READ,         &
1300     &                      IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE,                    &
1301     &                      IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME,                    &
1302     &                      ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE                 )
1303!-----------------------------------------------------------------------
1304      IMPLICIT NONE
1305!-----------------------------------------------------------------------
1306      LOGICAL,INTENT(IN) :: ALLOWED_TO_READ,RESTART
1307      INTEGER,INTENT(IN) :: IDS,IDE,JDS,JDE,KDS,KDE,                    &
1308     &                      IMS,IME,JMS,JME,KMS,KME,                    &
1309     &                      ITS,ITE,JTS,JTE,KTS,KTE
1310
1311      REAL,DIMENSION(IMS:IME,KMS:KME,JMS:JME),INTENT(OUT) ::    EXCH_H, &
1312     &                                                         RUBLTEN, &
1313     &                                                         RVBLTEN, &
1314     &                                                        RTHBLTEN, &
1315     &                                                        RQVBLTEN, &
1316     &                                                         TKE
1317      INTEGER :: I,J,K,ITF,JTF,KTF
1318!-----------------------------------------------------------------------
1319!-----------------------------------------------------------------------
1320
1321      JTF=MIN0(JTE,JDE-1)
1322      KTF=MIN0(KTE,KDE-1)
1323      ITF=MIN0(ITE,IDE-1)
1324
1325      IF(.NOT.RESTART)THEN
1326        DO J=JTS,JTF
1327        DO K=KTS,KTF
1328        DO I=ITS,ITF
1329          TKE(I,K,J)=EPSQ2L
1330          RUBLTEN(I,K,J)=0.
1331          RVBLTEN(I,K,J)=0.
1332          RTHBLTEN(I,K,J)=0.
1333          RQVBLTEN(I,K,J)=0.
1334          EXCH_H(I,K,J)=0.
1335        ENDDO
1336        ENDDO
1337        ENDDO
1338      ENDIF
1339
1340      END SUBROUTINE QNSEPBLINIT
1341!-----------------------------------------------------------------------
1342!
1343      END MODULE MODULE_BL_QNSEPBL
1344!
1345!-----------------------------------------------------------------------
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.