source: lmdz_wrf/trunk/WRFV3/phys/module_mp_wsm5.F @ 2295

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  • -- --- Opening of the WRF+LMDZ coupling repository --- -- -

WRF: version v3.3
LMDZ: version v1818

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Line 
1#ifdef _ACCEL
2#  include "module_mp_wsm5_accel.F"
3#else
4#if ( RWORDSIZE == 4 )
5#  define VREC vsrec
6#  define VSQRT vssqrt
7#else
8#  define VREC vrec
9#  define VSQRT vsqrt
10#endif
11
12!Including inline expansion statistical function
13MODULE module_mp_wsm5
14!
15!
16   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: dtcldcr     = 120. ! maximum time step for minor loops
17   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: n0r = 8.e6         ! intercept parameter rain
18   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: avtr = 841.9       ! a constant for terminal velocity of rain
19   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: bvtr = 0.8         ! a constant for terminal velocity of rain
20   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: r0 = .8e-5         ! 8 microm  in contrast to 10 micro m
21   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: peaut = .55        ! collection efficiency
22   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: xncr = 3.e8        ! maritime cloud in contrast to 3.e8 in tc80
23   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: xmyu = 1.718e-5    ! the dynamic viscosity kgm-1s-1
24   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: avts = 11.72       ! a constant for terminal velocity of snow
25   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: bvts = .41         ! a constant for terminal velocity of snow
26   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: n0smax =  1.e11    ! maximum n0s (t=-90C unlimited)
27   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: lamdarmax = 8.e4   ! limited maximum value for slope parameter of rain
28   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: lamdasmax = 1.e5   ! limited maximum value for slope parameter of snow
29   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: lamdagmax = 6.e4   ! limited maximum value for slope parameter of graupel
30   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: dicon = 11.9       ! constant for the cloud-ice diamter
31   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: dimax = 500.e-6    ! limited maximum value for the cloud-ice diamter
32   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: n0s = 2.e6         ! temperature dependent intercept parameter snow
33   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: alpha = .12        ! .122 exponen factor for n0s
34   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: pfrz1 = 100.       ! constant in Biggs freezing
35   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: pfrz2 = 0.66       ! constant in Biggs freezing
36   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: qcrmin = 1.e-9     ! minimun values for qr, qs, and qg
37   REAL, PARAMETER, PRIVATE :: eacrc = 1.0        ! Snow/cloud-water collection efficiency
38   REAL, SAVE ::                                      &
39             qc0, qck1,bvtr1,bvtr2,bvtr3,bvtr4,g1pbr, &
40             g3pbr,g4pbr,g5pbro2,pvtr,eacrr,pacrr,    &
41             precr1,precr2,xmmax,roqimax,bvts1,       &
42             bvts2,bvts3,bvts4,g1pbs,g3pbs,g4pbs,     &
43             g5pbso2,pvts,pacrs,precs1,precs2,pidn0r, &
44             pidn0s,xlv1,pacrc,pi,                    &
45             rslopermax,rslopesmax,rslopegmax,        &
46             rsloperbmax,rslopesbmax,rslopegbmax,     &
47             rsloper2max,rslopes2max,rslopeg2max,     &
48             rsloper3max,rslopes3max,rslopeg3max
49!
50! Specifies code-inlining of fpvs function in WSM52D below. JM 20040507
51!
52CONTAINS
53!===================================================================
54!
55  SUBROUTINE wsm5(th, q, qc, qr, qi, qs                            &
56                 ,den, pii, p, delz                                &
57                 ,delt,g, cpd, cpv, rd, rv, t0c                    &
58                 ,ep1, ep2, qmin                                   &
59                 ,XLS, XLV0, XLF0, den0, denr                      &
60                 ,cliq,cice,psat                                   &
61                 ,rain, rainncv                                    &
62                 ,snow, snowncv                                    &
63                 ,sr                                               &
64                 ,ids,ide, jds,jde, kds,kde                        &
65                 ,ims,ime, jms,jme, kms,kme                        &
66                 ,its,ite, jts,jte, kts,kte                        &
67                                                                   )
68!-------------------------------------------------------------------
69  IMPLICIT NONE
70!-------------------------------------------------------------------
71!
72  INTEGER,      INTENT(IN   )    ::   ids,ide, jds,jde, kds,kde , &
73                                      ims,ime, jms,jme, kms,kme , &
74                                      its,ite, jts,jte, kts,kte
75  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme ),                 &
76        INTENT(INOUT) ::                                          &
77                                                             th,  &
78                                                              q,  &
79                                                              qc, &
80                                                              qi, &
81                                                              qr, &
82                                                              qs
83  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme , jms:jme ),                 &
84        INTENT(IN   ) ::                                          &
85                                                             den, &
86                                                             pii, &
87                                                               p, &
88                                                            delz
89  REAL, INTENT(IN   ) ::                                    delt, &
90                                                               g, &
91                                                              rd, &
92                                                              rv, &
93                                                             t0c, &
94                                                            den0, &
95                                                             cpd, &
96                                                             cpv, &
97                                                             ep1, &
98                                                             ep2, &
99                                                            qmin, &
100                                                             XLS, &
101                                                            XLV0, &
102                                                            XLF0, &
103                                                            cliq, &
104                                                            cice, &
105                                                            psat, &
106                                                            denr
107  REAL, DIMENSION( ims:ime , jms:jme ),                           &
108        INTENT(INOUT) ::                                    rain, &
109                                                         rainncv, &
110                                                              sr
111  REAL, DIMENSION( ims:ime , jms:jme ), OPTIONAL,                 &
112        INTENT(INOUT) ::                                    snow, &
113                                                         snowncv
114! LOCAL VAR
115  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::   t
116  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte, 2 ) ::   qci, qrs
117  CHARACTER*256 :: emess
118  INTEGER :: mkx_test
119  INTEGER ::               i,j,k
120!-------------------------------------------------------------------
121
122#ifndef RUN_ON_GPU
123      DO j=jts,jte
124         DO k=kts,kte
125         DO i=its,ite
126            t(i,k)=th(i,k,j)*pii(i,k,j)
127            qci(i,k,1) = qc(i,k,j)
128            qci(i,k,2) = qi(i,k,j)
129            qrs(i,k,1) = qr(i,k,j)
130            qrs(i,k,2) = qs(i,k,j)
131         ENDDO
132         ENDDO
133         !  Sending array starting locations of optional variables may cause
134         !  troubles, so we explicitly change the call.
135         CALL wsm52D(t, q(ims,kms,j), qci, qrs                     &
136                    ,den(ims,kms,j)                                &
137                    ,p(ims,kms,j), delz(ims,kms,j)                 &
138                    ,delt,g, cpd, cpv, rd, rv, t0c                 &
139                    ,ep1, ep2, qmin                                &
140                    ,XLS, XLV0, XLF0, den0, denr                   &
141                    ,cliq,cice,psat                                &
142                    ,j                                             &
143                    ,rain(ims,j),rainncv(ims,j)                    &
144                    ,sr(ims,j)                                     &
145                    ,ids,ide, jds,jde, kds,kde                     &
146                    ,ims,ime, jms,jme, kms,kme                     &
147                    ,its,ite, jts,jte, kts,kte                     &
148                    ,snow,snowncv                                  &
149                                                                   )
150         DO K=kts,kte
151         DO I=its,ite
152            th(i,k,j)=t(i,k)/pii(i,k,j)
153            qc(i,k,j) = qci(i,k,1)
154            qi(i,k,j) = qci(i,k,2)
155            qr(i,k,j) = qrs(i,k,1)
156            qs(i,k,j) = qrs(i,k,2)
157         ENDDO
158         ENDDO
159      ENDDO
160#else
161      CALL get_wsm5_gpu_levels ( mkx_test )
162      IF ( mkx_test .LT. kte ) THEN
163        WRITE(emess,*)'Number of levels compiled for GPU WSM5 too small. ',      &
164                      mkx_test,' < ',kte
165        CALL wrf_error_fatal(emess)
166      ENDIF
167      CALL wsm5_host (                                                           &
168                    th(its:ite,kts:kte,jts:jte), pii(its:ite,kts:kte,jts:jte)    &
169                   ,q(its:ite,kts:kte,jts:jte), qc(its:ite,kts:kte,jts:jte)      &
170                   ,qi(its:ite,kts:kte,jts:jte), qr(its:ite,kts:kte,jts:jte)     &
171                   ,qs(its:ite,kts:kte,jts:jte), den(its:ite,kts:kte,jts:jte)    &
172                   ,p(its:ite,kts:kte,jts:jte), delz(its:ite,kts:kte,jts:jte)    &
173                   ,delt                                                         &
174                   ,rain(its:ite,jts:jte),rainncv(its:ite,jts:jte)               &
175                   ,snow(its:ite,jts:jte),snowncv(its:ite,jts:jte)               &
176                   ,sr(its:ite,jts:jte)                                          &
177                   ,its, ite,  jts, jte,  kts, kte                               &
178                   ,its, ite,  jts, jte,  kts, kte                               &
179                   ,its, ite,  jts, jte,  kts, kte                               &
180          )
181#endif
182
183  END SUBROUTINE wsm5
184!===================================================================
185!
186  SUBROUTINE wsm52D(t, q                                          &
187                   ,qci, qrs, den, p, delz                        &
188                   ,delt,g, cpd, cpv, rd, rv, t0c                 &
189                   ,ep1, ep2, qmin                                &
190                   ,XLS, XLV0, XLF0, den0, denr                   &
191                   ,cliq,cice,psat                                &
192                   ,lat                                           &
193                   ,rain,rainncv                                  &
194                   ,sr                                            &
195                   ,ids,ide, jds,jde, kds,kde                     &
196                   ,ims,ime, jms,jme, kms,kme                     &
197                   ,its,ite, jts,jte, kts,kte                     &
198                   ,snow,snowncv                                  &
199                                                                  )
200!-------------------------------------------------------------------
201  IMPLICIT NONE
202!-------------------------------------------------------------------
203!
204!  This code is a 5-class mixed ice microphyiscs scheme (WSM5) of the
205!  Single-Moment MicroPhyiscs (WSMMP). The WSMMP assumes that ice nuclei
206!  number concentration is a function of temperature, and seperate assumption
207!  is developed, in which ice crystal number concentration is a function
208!  of ice amount. A theoretical background of the ice-microphysics and related
209!  processes in the WSMMPs are described in Hong et al. (2004).
210!  Production terms in the WSM6 scheme are described in Hong and Lim (2006).
211!  All units are in m.k.s. and source/sink terms in kgkg-1s-1.
212!
213!  WSM5 cloud scheme
214!
215!  Coded by Song-You Hong (Yonsei Univ.)
216!             Jimy Dudhia (NCAR) and Shu-Hua Chen (UC Davis)
217!             Summer 2002
218!
219!  Implemented by Song-You Hong (Yonsei Univ.) and Jimy Dudhia (NCAR)
220!             Summer 2003
221!
222!  Reference) Hong, Dudhia, Chen (HDC, 2004) Mon. Wea. Rev.
223!             Rutledge, Hobbs (RH83, 1983) J. Atmos. Sci.
224!             Hong and Lim (HL, 2006) J. Korean Meteor. Soc.
225!
226  INTEGER,      INTENT(IN   )    ::   ids,ide, jds,jde, kds,kde , &
227                                      ims,ime, jms,jme, kms,kme , &
228                                      its,ite, jts,jte, kts,kte,  &
229                                      lat
230  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ),                           &
231        INTENT(INOUT) ::                                          &
232                                                              t
233  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte, 2 ),                        &
234        INTENT(INOUT) ::                                          &
235                                                             qci, &
236                                                             qrs
237  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme ),                           &
238        INTENT(INOUT) ::                                          &
239                                                               q
240  REAL, DIMENSION( ims:ime , kms:kme ),                           &
241        INTENT(IN   ) ::                                          &
242                                                             den, &
243                                                               p, &
244                                                            delz
245  REAL, INTENT(IN   ) ::                                    delt, &
246                                                               g, &
247                                                             cpd, &
248                                                             cpv, &
249                                                             t0c, &
250                                                            den0, &
251                                                              rd, &
252                                                              rv, &
253                                                             ep1, &
254                                                             ep2, &
255                                                            qmin, &
256                                                             XLS, &
257                                                            XLV0, &
258                                                            XLF0, &
259                                                            cliq, &
260                                                            cice, &
261                                                            psat, &
262                                                            denr
263  REAL, DIMENSION( ims:ime ),                                     &
264        INTENT(INOUT) ::                                    rain, &
265                                                         rainncv, &
266                                                              sr
267  REAL, DIMENSION( ims:ime, jms:jme ),     OPTIONAL,              &
268        INTENT(INOUT) ::                                    snow, &
269                                                         snowncv
270! LOCAL VAR
271  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte , 2) ::                      &
272                                                              rh, &
273                                                              qs, &
274                                                          rslope, &
275                                                         rslope2, &
276                                                         rslope3, &
277                                                         rslopeb, &
278                                                         qrs_tmp, &
279                                                            falk, &
280                                                            fall, &
281                                                           work1
282  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::                         &
283                                                           falkc, &
284                                                           fallc, &
285                                                              xl, &
286                                                             cpm, &
287                                                          denfac, &
288                                                             xni, &
289                                                         denqrs1, &
290                                                         denqrs2, &
291                                                          denqci, &
292                                                          n0sfac, &
293                                                           work2, &
294                                                           workr, &
295                                                           works, &
296                                                          work1c, &
297                                                          work2c
298  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::                         &
299                                                         den_tmp, &
300                                                        delz_tmp
301  REAL, DIMENSION( its:ite ) ::                                   &
302                                                         delqrs1, &
303                                                         delqrs2, &
304                                                           delqi
305  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::                         &
306                                                           pigen, &
307                                                           pidep, &
308                                                           psdep, &
309                                                           praut, &
310                                                           psaut, &
311                                                           prevp, &
312                                                           psevp, &
313                                                           pracw, &
314                                                           psacw, &
315                                                           psaci, &
316                                                           pcond, &
317                                                           psmlt
318  INTEGER, DIMENSION( its:ite ) ::                                &
319                                                           mstep, &
320                                                           numdt
321  REAL, DIMENSION(its:ite) ::                             tstepsnow
322  REAL, DIMENSION(its:ite) ::                             rmstep
323  REAL dtcldden, rdelz, rdtcld
324  LOGICAL, DIMENSION( its:ite ) ::                        flgcld
325#define WSM_NO_CONDITIONAL_IN_VECTOR
326#ifdef WSM_NO_CONDITIONAL_IN_VECTOR
327  REAL, DIMENSION(its:ite) :: xal, xbl
328#endif
329  REAL  ::                                                        &
330            cpmcal, xlcal, diffus,                                &
331            viscos, xka, venfac, conden, diffac,                  &
332            x, y, z, a, b, c, d, e,                               &
333            qdt, holdrr, holdrs, supcol, supcolt, pvt,            &
334            coeres, supsat, dtcld, xmi, eacrs, satdt,             &
335            vt2i,vt2s,acrfac,                                     &
336            qimax, diameter, xni0, roqi0,                         &
337            fallsum, fallsum_qsi, xlwork2, factor, source,        &
338            value, xlf, pfrzdtc, pfrzdtr, supice,  holdc, holdci
339! variables for optimization
340  REAL, DIMENSION( its:ite )           ::                    tvec1
341  REAL ::                                                    temp
342  INTEGER :: i, j, k, mstepmax,                                   &
343            iprt, latd, lond, loop, loops, ifsat, n, idim, kdim
344! Temporaries used for inlining fpvs function
345  REAL  :: dldti, xb, xai, tr, xbi, xa, hvap, cvap, hsub, dldt, ttp
346  REAL  :: logtr
347!
348!=================================================================
349!   compute internal functions
350!
351      cpmcal(x) = cpd*(1.-max(x,qmin))+max(x,qmin)*cpv
352      xlcal(x) = xlv0-xlv1*(x-t0c)
353!----------------------------------------------------------------
354!     diffus: diffusion coefficient of the water vapor
355!     viscos: kinematic viscosity(m2s-1)
356!     diffus(x,y) = 8.794e-5 * exp(log(x)*(1.81)) / y        ! 8.794e-5*x**1.81/y
357!     viscos(x,y) = 1.496e-6 * (x*sqrt(x)) /(x+120.)/y  ! 1.496e-6*x**1.5/(x+120.)/y
358!     xka(x,y) = 1.414e3*viscos(x,y)*y
359!     diffac(a,b,c,d,e) = d*a*a/(xka(c,d)*rv*c*c)+1./(e*diffus(c,b))
360!     venfac(a,b,c) = exp(log((viscos(b,c)/diffus(b,a)))*((.3333333)))         &
361!                    /sqrt(viscos(b,c))*sqrt(sqrt(den0/c))
362!     conden(a,b,c,d,e) = (max(b,qmin)-c)/(1.+d*d/(rv*e)*c/(a*a))
363!
364!----------------------------------------------------------------
365      idim = ite-its+1
366      kdim = kte-kts+1
367!
368!----------------------------------------------------------------
369!     paddint 0 for negative values generated by dynamics
370!
371      do k = kts, kte
372        do i = its, ite
373          qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1),0.0)
374          qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1),0.0)
375          qci(i,k,2) = max(qci(i,k,2),0.0)
376          qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2),0.0)
377        enddo
378      enddo
379!
380!----------------------------------------------------------------
381!     latent heat for phase changes and heat capacity. neglect the
382!     changes during microphysical process calculation
383!     emanuel(1994)
384!
385      do k = kts, kte
386        do i = its, ite
387          cpm(i,k) = cpmcal(q(i,k))
388          xl(i,k) = xlcal(t(i,k))
389        enddo
390      enddo
391      do k = kts, kte
392        do i = its, ite
393          delz_tmp(i,k) = delz(i,k)
394          den_tmp(i,k) = den(i,k)
395        enddo
396      enddo
397!
398!----------------------------------------------------------------
399!    initialize the surface rain, snow
400!
401      do i = its, ite
402        rainncv(i) = 0.
403        if(PRESENT (snowncv) .AND. PRESENT (snow)) snowncv(i,lat) = 0.
404        sr(i) = 0.
405! new local array to catch step snow
406        tstepsnow(i) = 0.
407      enddo
408!
409!----------------------------------------------------------------
410!     compute the minor time steps.
411!
412      loops = max(nint(delt/dtcldcr),1)
413      dtcld = delt/loops
414      if(delt.le.dtcldcr) dtcld = delt
415!
416      do loop = 1,loops
417!
418!----------------------------------------------------------------
419!     initialize the large scale variables
420!
421      do i = its, ite
422        mstep(i) = 1
423        flgcld(i) = .true.
424      enddo
425!
426!     do k = kts, kte
427!       do i = its, ite
428!         denfac(i,k) = sqrt(den0/den(i,k))
429!       enddo
430!     enddo
431      do k = kts, kte
432        CALL VREC( tvec1(its), den(its,k), ite-its+1)
433        do i = its, ite
434          tvec1(i) = tvec1(i)*den0
435        enddo
436        CALL VSQRT( denfac(its,k), tvec1(its), ite-its+1)
437      enddo
438!
439! Inline expansion for fpvs
440!         qs(i,k,1) = fpvs(t(i,k),0,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
441!         qs(i,k,2) = fpvs(t(i,k),1,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
442      hsub = xls
443      hvap = xlv0
444      cvap = cpv
445      ttp=t0c+0.01
446      dldt=cvap-cliq
447      xa=-dldt/rv
448      xb=xa+hvap/(rv*ttp)
449      dldti=cvap-cice
450      xai=-dldti/rv
451      xbi=xai+hsub/(rv*ttp)
452! this is for compilers where the conditional inhibits vectorization
453#ifdef WSM_NO_CONDITIONAL_IN_VECTOR
454      do k = kts, kte
455        do i = its, ite
456          if(t(i,k).lt.ttp) then
457            xal(i) = xai
458            xbl(i) = xbi
459          else
460            xal(i) = xa
461            xbl(i) = xb
462          endif
463        enddo
464        do i = its, ite
465          tr=ttp/t(i,k)
466          logtr=log(tr)
467          qs(i,k,1)=psat*exp(logtr*(xa)+xb*(1.-tr))
468          qs(i,k,1) = min(qs(i,k,1),0.99*p(i,k))
469          qs(i,k,1) = ep2 * qs(i,k,1) / (p(i,k) - qs(i,k,1))
470          qs(i,k,1) = max(qs(i,k,1),qmin)
471          rh(i,k,1) = max(q(i,k) / qs(i,k,1),qmin)
472          qs(i,k,2)=psat*exp(logtr*(xal(i))+xbl(i)*(1.-tr))
473          qs(i,k,2) = min(qs(i,k,2),0.99*p(i,k))
474          qs(i,k,2) = ep2 * qs(i,k,2) / (p(i,k) - qs(i,k,2))
475          qs(i,k,2) = max(qs(i,k,2),qmin)
476          rh(i,k,2) = max(q(i,k) / qs(i,k,2),qmin)
477#else
478      do k = kts, kte
479        do i = its, ite
480          tr=ttp/t(i,k)
481          logtr=log(tr)
482          qs(i,k,1)=psat*exp(logtr*(xa)+xb*(1.-tr))
483          qs(i,k,1) = min(qs(i,k,1),0.99*p(i,k))
484          qs(i,k,1) = ep2 * qs(i,k,1) / (p(i,k) - qs(i,k,1))
485          qs(i,k,1) = max(qs(i,k,1),qmin)
486          rh(i,k,1) = max(q(i,k) / qs(i,k,1),qmin)
487          if(t(i,k).lt.ttp) then
488            qs(i,k,2)=psat*exp(logtr*(xai)+xbi*(1.-tr))
489          else
490            qs(i,k,2)=psat*exp(logtr*(xa)+xb*(1.-tr))
491          endif
492          qs(i,k,2) = min(qs(i,k,2),0.99*p(i,k))
493          qs(i,k,2) = ep2 * qs(i,k,2) / (p(i,k) - qs(i,k,2))
494          qs(i,k,2) = max(qs(i,k,2),qmin)
495          rh(i,k,2) = max(q(i,k) / qs(i,k,2),qmin)
496        enddo
497      enddo
498#endif
499        enddo
500      enddo
501!
502!----------------------------------------------------------------
503!     initialize the variables for microphysical physics
504!
505!
506      do k = kts, kte
507        do i = its, ite
508          prevp(i,k) = 0.
509          psdep(i,k) = 0.
510          praut(i,k) = 0.
511          psaut(i,k) = 0.
512          pracw(i,k) = 0.
513          psaci(i,k) = 0.
514          psacw(i,k) = 0.
515          pigen(i,k) = 0.
516          pidep(i,k) = 0.
517          pcond(i,k) = 0.
518          psmlt(i,k) = 0.
519          psevp(i,k) = 0.
520          falk(i,k,1) = 0.
521          falk(i,k,2) = 0.
522          fall(i,k,1) = 0.
523          fall(i,k,2) = 0.
524          fallc(i,k) = 0.
525          falkc(i,k) = 0.
526          xni(i,k) = 1.e3
527        enddo
528      enddo
529!-------------------------------------------------------------
530! Ni: ice crystal number concentraiton   [HDC 5c]
531!-------------------------------------------------------------
532      do k = kts, kte
533        do i = its, ite
534          temp = (den(i,k)*max(qci(i,k,2),qmin))
535          temp = sqrt(sqrt(temp*temp*temp))
536          xni(i,k) = min(max(5.38e7*temp,1.e3),1.e6)
537        enddo
538      enddo
539!
540!----------------------------------------------------------------
541!     compute the fallout term:
542!     first, vertical terminal velosity for minor loops
543!----------------------------------------------------------------
544      do k = kts, kte
545        do i = its, ite
546          qrs_tmp(i,k,1) = qrs(i,k,1)
547          qrs_tmp(i,k,2) = qrs(i,k,2)
548        enddo
549      enddo
550      call slope_wsm5(qrs_tmp,den_tmp,denfac,t,rslope,rslopeb,rslope2,rslope3, &
551                     work1,its,ite,kts,kte)
552!
553      do k = kte, kts, -1
554        do i = its, ite
555          workr(i,k) = work1(i,k,1)
556          works(i,k) = work1(i,k,2)
557          denqrs1(i,k) = den(i,k)*qrs(i,k,1)
558          denqrs2(i,k) = den(i,k)*qrs(i,k,2)
559          if(qrs(i,k,1).le.0.0) workr(i,k) = 0.0
560          if(qrs(i,k,2).le.0.0) works(i,k) = 0.0
561        enddo
562      enddo
563      call nislfv_rain_plm(idim,kdim,den_tmp,denfac,t,delz_tmp,workr,denqrs1,  &
564                           delqrs1,dtcld,1,1)
565      call nislfv_rain_plm(idim,kdim,den_tmp,denfac,t,delz_tmp,works,denqrs2,  &
566                           delqrs2,dtcld,2,1)
567      do k = kts, kte
568        do i = its, ite
569          qrs(i,k,1) = max(denqrs1(i,k)/den(i,k),0.)
570          qrs(i,k,2) = max(denqrs2(i,k)/den(i,k),0.)
571          fall(i,k,1) = denqrs1(i,k)*workr(i,k)/delz(i,k)
572          fall(i,k,2) = denqrs2(i,k)*works(i,k)/delz(i,k)
573        enddo
574      enddo
575      do i = its, ite
576        fall(i,1,1) = delqrs1(i)/delz(i,1)/dtcld
577        fall(i,1,2) = delqrs2(i)/delz(i,1)/dtcld
578      enddo
579      do k = kts, kte
580        do i = its, ite
581          qrs_tmp(i,k,1) = qrs(i,k,1)
582          qrs_tmp(i,k,2) = qrs(i,k,2)
583        enddo
584      enddo
585      call slope_wsm5(qrs_tmp,den_tmp,denfac,t,rslope,rslopeb,rslope2,rslope3, &
586                     work1,its,ite,kts,kte)
587      do k = kte, kts, -1
588        do i = its, ite
589          supcol = t0c-t(i,k)
590          n0sfac(i,k) = max(min(exp(alpha*supcol),n0smax/n0s),1.)
591          if(t(i,k).gt.t0c.and.qrs(i,k,2).gt.0.) then
592!----------------------------------------------------------------
593! psmlt: melting of snow [HL A33] [RH83 A25]
594!       (T>T0: S->R)
595!----------------------------------------------------------------
596            xlf = xlf0
597!           work2(i,k)= venfac(p(i,k),t(i,k),den(i,k))
598            work2(i,k)= (exp(log(((1.496e-6*((t(i,k))*sqrt(t(i,k)))        &
599                        /((t(i,k))+120.)/(den(i,k)))/(8.794e-5             &
600                        *exp(log(t(i,k))*(1.81))/p(i,k))))                 &
601                        *((.3333333)))/sqrt((1.496e-6*((t(i,k))            &
602                        *sqrt(t(i,k)))/((t(i,k))+120.)/(den(i,k))))        &
603                        *sqrt(sqrt(den0/(den(i,k)))))
604            coeres = rslope2(i,k,2)*sqrt(rslope(i,k,2)*rslopeb(i,k,2))
605            psmlt(i,k) = (1.414e3*(1.496e-6*((t(i,k))*sqrt(t(i,k)))        &
606                        /((t(i,k))+120.)/(den(i,k)) )*(den(i,k)))          &
607                        /xlf*(t0c-t(i,k))*pi/2.                            &
608                        *n0sfac(i,k)*(precs1*rslope2(i,k,2)+precs2         &
609                        *work2(i,k)*coeres)
610            psmlt(i,k) = min(max(psmlt(i,k)*dtcld/mstep(i),                &
611                        -qrs(i,k,2)/mstep(i)),0.)
612            qrs(i,k,2) = qrs(i,k,2) + psmlt(i,k)
613            qrs(i,k,1) = qrs(i,k,1) - psmlt(i,k)
614            t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*psmlt(i,k)
615          endif
616        enddo
617      enddo
618!---------------------------------------------------------------
619! Vice [ms-1] : fallout of ice crystal [HDC 5a]
620!---------------------------------------------------------------
621      do k = kte, kts, -1
622        do i = its, ite
623          if(qci(i,k,2).le.0.) then
624            work1c(i,k) = 0.
625          else
626            xmi = den(i,k)*qci(i,k,2)/xni(i,k)
627            diameter  = max(min(dicon * sqrt(xmi),dimax), 1.e-25)
628            work1c(i,k) = 1.49e4*exp(log(diameter)*(1.31))
629          endif
630        enddo
631      enddo
632!
633!  forward semi-laglangian scheme (JH), PCM (piecewise constant),  (linear)
634!
635      do k = kte, kts, -1
636        do i = its, ite
637          denqci(i,k) = den(i,k)*qci(i,k,2)
638        enddo
639      enddo
640      call nislfv_rain_plm(idim,kdim,den_tmp,denfac,t,delz_tmp,work1c,denqci,  &
641                           delqi,dtcld,1,0)
642      do k = kts, kte
643        do i = its, ite
644          qci(i,k,2) = max(denqci(i,k)/den(i,k),0.)
645        enddo
646      enddo
647      do i = its, ite
648        fallc(i,1) = delqi(i)/delz(i,1)/dtcld
649      enddo
650!
651!----------------------------------------------------------------
652!      rain (unit is mm/sec;kgm-2s-1: /1000*delt ===> m)==> mm for wrf
653!
654      do i = its, ite
655        fallsum = fall(i,1,1)+fall(i,1,2)+fallc(i,1)
656        fallsum_qsi = fall(i,1,2)+fallc(i,1)
657        if(fallsum.gt.0.) then
658          rainncv(i) = fallsum*delz(i,1)/denr*dtcld*1000. + rainncv(i)
659          rain(i) = fallsum*delz(i,1)/denr*dtcld*1000. + rain(i)
660        endif
661        if(fallsum_qsi.gt.0.) then
662          tstepsnow(i)   = fallsum_qsi*delz(i,kts)/denr*dtcld*1000.            &
663                           +tstepsnow(i)
664        IF ( PRESENT (snowncv) .AND. PRESENT (snow)) THEN
665          snowncv(i,lat) = fallsum_qsi*delz(i,kts)/denr*dtcld*1000.            &
666                           +snowncv(i,lat)   
667          snow(i,lat) = fallsum_qsi*delz(i,kts)/denr*dtcld*1000. + snow(i,lat)
668        ENDIF
669        endif
670!       if(fallsum.gt.0.)sr(i)=snowncv(i,lat)/(rainncv(i)+1.e-12)
671        if(fallsum.gt.0.)sr(i)=tstepsnow(i)/(rainncv(i)+1.e-12)
672      enddo
673!
674!---------------------------------------------------------------
675! pimlt: instantaneous melting of cloud ice [HL A47] [RH83 A28]
676!       (T>T0: I->C)
677!---------------------------------------------------------------
678      do k = kts, kte
679        do i = its, ite
680          supcol = t0c-t(i,k)
681          xlf = xls-xl(i,k)
682          if(supcol.lt.0.) xlf = xlf0
683          if(supcol.lt.0.and.qci(i,k,2).gt.0.) then
684            qci(i,k,1) = qci(i,k,1) + qci(i,k,2)
685            t(i,k) = t(i,k) - xlf/cpm(i,k)*qci(i,k,2)
686            qci(i,k,2) = 0.
687          endif
688!---------------------------------------------------------------
689! pihmf: homogeneous freezing of cloud water below -40c [HL A45]
690!        (T<-40C: C->I)
691!---------------------------------------------------------------
692          if(supcol.gt.40..and.qci(i,k,1).gt.0.) then
693            qci(i,k,2) = qci(i,k,2) + qci(i,k,1)
694            t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*qci(i,k,1)
695            qci(i,k,1) = 0.
696          endif
697!---------------------------------------------------------------
698! pihtf: heterogeneous freezing of cloud water [HL A44]
699!        (T0>T>-40C: C->I)
700!---------------------------------------------------------------
701          if(supcol.gt.0..and.qci(i,k,1).gt.0.) then
702            supcolt=min(supcol,50.)
703!           pfrzdtc = min(pfrz1*(exp(pfrz2*supcol)-1.)                         &
704!              *den(i,k)/denr/xncr*qci(i,k,1)**2*dtcld,qci(i,k,1))
705            pfrzdtc = min(pfrz1*(exp(pfrz2*supcolt)-1.)                        &
706            *den(i,k)/denr/xncr*qci(i,k,1)*qci(i,k,1)*dtcld,qci(i,k,1))
707            qci(i,k,2) = qci(i,k,2) + pfrzdtc
708            t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*pfrzdtc
709            qci(i,k,1) = qci(i,k,1)-pfrzdtc
710          endif
711!---------------------------------------------------------------
712! psfrz: freezing of rain water [HL A20] [LFO 45]
713!        (T<T0, R->S)
714!---------------------------------------------------------------
715          if(supcol.gt.0..and.qrs(i,k,1).gt.0.) then
716            supcolt=min(supcol,50.)
717!           pfrzdtr = min(20.*pi**2*pfrz1*n0r*denr/den(i,k)                    &
718!                 *(exp(pfrz2*supcol)-1.)*rslope(i,k,1)**7*dtcld,              &
719!                 qrs(i,k,1))
720            temp = rslope(i,k,1)
721            temp = temp*temp*temp*temp*temp*temp*temp
722            pfrzdtr = min(20.*(pi*pi)*pfrz1*n0r*denr/den(i,k)                  &
723                  *(exp(pfrz2*supcolt)-1.)*temp*dtcld,                         &
724                  qrs(i,k,1))
725            qrs(i,k,2) = qrs(i,k,2) + pfrzdtr
726            t(i,k) = t(i,k) + xlf/cpm(i,k)*pfrzdtr
727            qrs(i,k,1) = qrs(i,k,1)-pfrzdtr
728          endif
729        enddo
730      enddo
731!
732!----------------------------------------------------------------
733!     update the slope parameters for microphysics computation
734!
735      do k = kts, kte
736        do i = its, ite
737          qrs_tmp(i,k,1) = qrs(i,k,1)
738          qrs_tmp(i,k,2) = qrs(i,k,2)
739        enddo
740      enddo
741      call slope_wsm5(qrs_tmp,den_tmp,denfac,t,rslope,rslopeb,rslope2,rslope3, &
742                     work1,its,ite,kts,kte)
743!------------------------------------------------------------------
744!     work1:  the thermodynamic term in the denominator associated with
745!             heat conduction and vapor diffusion
746!             (ry88, y93, h85)
747!     work2: parameter associated with the ventilation effects(y93)
748!
749      do k = kts, kte
750        do i = its, ite
751!         work1(i,k,1) = diffac(xl(i,k),p(i,k),t(i,k),den(i,k),qs(i,k,1))
752          work1(i,k,1) = ((((den(i,k))*(xl(i,k))*(xl(i,k)))*((t(i,k))+120.)    &
753                       *(den(i,k)))/(1.414e3*(1.496e-6*((t(i,k))*sqrt(t(i,k))))&
754                       *(den(i,k))*(rv*(t(i,k))*(t(i,k)))))                    &
755                      +  p(i,k)/((qs(i,k,1))*(8.794e-5*exp(log(t(i,k))*(1.81))))
756!         work1(i,k,2) = diffac(xls,p(i,k),t(i,k),den(i,k),qs(i,k,2))
757          work1(i,k,2) = ((((den(i,k))*(xls)*(xls))*((t(i,k))+120.)*(den(i,k)))&
758                       /(1.414e3*(1.496e-6*((t(i,k))*sqrt(t(i,k))))*(den(i,k)) &
759                       *(rv*(t(i,k))*(t(i,k))))                                &
760                      + p(i,k)/(qs(i,k,2)*(8.794e-5*exp(log(t(i,k))*(1.81)))))
761!         work2(i,k) = venfac(p(i,k),t(i,k),den(i,k))
762          work2(i,k) = (exp(.3333333*log(((1.496e-6 * ((t(i,k))*sqrt(t(i,k)))) &
763                     *p(i,k))/(((t(i,k))+120.)*den(i,k)*(8.794e-5              &
764                     *exp(log(t(i,k))*(1.81))))))*sqrt(sqrt(den0/(den(i,k))))) &
765                      /sqrt((1.496e-6*((t(i,k))*sqrt(t(i,k))))                 &
766                      /(((t(i,k))+120.)*den(i,k)))
767        enddo
768      enddo
769!
770!===============================================================
771!
772! warm rain processes
773!
774! - follows the processes in RH83 and LFO except for autoconcersion
775!
776!===============================================================
777!
778      do k = kts, kte
779        do i = its, ite
780          supsat = max(q(i,k),qmin)-qs(i,k,1)
781          satdt = supsat/dtcld
782!---------------------------------------------------------------
783! praut: auto conversion rate from cloud to rain [HDC 16]
784!        (C->R)
785!---------------------------------------------------------------
786          if(qci(i,k,1).gt.qc0) then
787            praut(i,k) = qck1*exp(log(qci(i,k,1))*((7./3.)))
788            praut(i,k) = min(praut(i,k),qci(i,k,1)/dtcld)
789          endif
790!---------------------------------------------------------------
791! pracw: accretion of cloud water by rain [HL A40] [LFO 51]
792!        (C->R)
793!---------------------------------------------------------------
794          if(qrs(i,k,1).gt.qcrmin.and.qci(i,k,1).gt.qmin) then
795            pracw(i,k) = min(pacrr*rslope3(i,k,1)*rslopeb(i,k,1)               &
796                         *qci(i,k,1)*denfac(i,k),qci(i,k,1)/dtcld)
797          endif
798!---------------------------------------------------------------
799! prevp: evaporation/condensation rate of rain [HDC 14]
800!        (V->R or R->V)
801!---------------------------------------------------------------
802          if(qrs(i,k,1).gt.0.) then
803            coeres = rslope2(i,k,1)*sqrt(rslope(i,k,1)*rslopeb(i,k,1))
804            prevp(i,k) = (rh(i,k,1)-1.)*(precr1*rslope2(i,k,1)                 &
805                         +precr2*work2(i,k)*coeres)/work1(i,k,1)
806            if(prevp(i,k).lt.0.) then
807              prevp(i,k) = max(prevp(i,k),-qrs(i,k,1)/dtcld)
808              prevp(i,k) = max(prevp(i,k),satdt/2)
809            else
810              prevp(i,k) = min(prevp(i,k),satdt/2)
811            endif
812          endif
813        enddo
814      enddo
815!
816!===============================================================
817!
818! cold rain processes
819!
820! - follows the revised ice microphysics processes in HDC
821! - the processes same as in RH83 and RH84  and LFO behave
822!   following ice crystal hapits defined in HDC, inclduing
823!   intercept parameter for snow (n0s), ice crystal number
824!   concentration (ni), ice nuclei number concentration
825!   (n0i), ice diameter (d)
826!
827!===============================================================
828!
829      rdtcld = 1./dtcld
830      do k = kts, kte
831        do i = its, ite
832          supcol = t0c-t(i,k)
833          n0sfac(i,k) = max(min(exp(alpha*supcol),n0smax/n0s),1.)
834          supsat = max(q(i,k),qmin)-qs(i,k,2)
835          satdt = supsat/dtcld
836          ifsat = 0
837!-------------------------------------------------------------
838! Ni: ice crystal number concentraiton   [HDC 5c]
839!-------------------------------------------------------------
840!         xni(i,k) = min(max(5.38e7*(den(i,k)                                  &
841!                      *max(qci(i,k,2),qmin))**0.75,1.e3),1.e6)
842          temp = (den(i,k)*max(qci(i,k,2),qmin))
843          temp = sqrt(sqrt(temp*temp*temp))
844          xni(i,k) = min(max(5.38e7*temp,1.e3),1.e6)
845          eacrs = exp(0.07*(-supcol))
846!
847          if(supcol.gt.0) then
848            if(qrs(i,k,2).gt.qcrmin.and.qci(i,k,2).gt.qmin) then
849              xmi = den(i,k)*qci(i,k,2)/xni(i,k)
850              diameter  = min(dicon * sqrt(xmi),dimax)
851              vt2i = 1.49e4*diameter**1.31
852              vt2s = pvts*rslopeb(i,k,2)*denfac(i,k)
853!-------------------------------------------------------------
854! psaci: Accretion of cloud ice by rain [HDC 10]
855!        (T<T0: I->S)
856!-------------------------------------------------------------
857              acrfac = 2.*rslope3(i,k,2)+2.*diameter*rslope2(i,k,2)            &
858                      +diameter**2*rslope(i,k,2)
859              psaci(i,k) = pi*qci(i,k,2)*eacrs*n0s*n0sfac(i,k)                 &
860                           *abs(vt2s-vt2i)*acrfac/4.
861            endif
862          endif
863!-------------------------------------------------------------
864! psacw: Accretion of cloud water by snow  [HL A7] [LFO 24]
865!        (T<T0: C->S, and T>=T0: C->R)
866!-------------------------------------------------------------
867          if(qrs(i,k,2).gt.qcrmin.and.qci(i,k,1).gt.qmin) then
868            psacw(i,k) = min(pacrc*n0sfac(i,k)*rslope3(i,k,2)                  &
869                           *rslopeb(i,k,2)*qci(i,k,1)*denfac(i,k)              &
870!                          ,qci(i,k,1)/dtcld)
871                           ,qci(i,k,1)*rdtcld)
872          endif
873          if(supcol .gt. 0) then
874!-------------------------------------------------------------
875! pidep: Deposition/Sublimation rate of ice [HDC 9]
876!       (T<T0: V->I or I->V)
877!-------------------------------------------------------------
878            if(qci(i,k,2).gt.0.and.ifsat.ne.1) then
879              xmi = den(i,k)*qci(i,k,2)/xni(i,k)
880              diameter = dicon * sqrt(xmi)
881              pidep(i,k) = 4.*diameter*xni(i,k)*(rh(i,k,2)-1.)/work1(i,k,2)
882              supice = satdt-prevp(i,k)
883              if(pidep(i,k).lt.0.) then
884!               pidep(i,k) = max(max(pidep(i,k),satdt/2),supice)
885!               pidep(i,k) = max(pidep(i,k),-qci(i,k,2)/dtcld)
886                pidep(i,k) = max(max(pidep(i,k),satdt*.5),supice)
887                pidep(i,k) = max(pidep(i,k),-qci(i,k,2)*rdtcld)
888              else
889!               pidep(i,k) = min(min(pidep(i,k),satdt/2),supice)
890                pidep(i,k) = min(min(pidep(i,k),satdt*.5),supice)
891              endif
892              if(abs(prevp(i,k)+pidep(i,k)).ge.abs(satdt)) ifsat = 1
893            endif
894!-------------------------------------------------------------
895! psdep: deposition/sublimation rate of snow [HDC 14]
896!        (V->S or S->V)
897!-------------------------------------------------------------
898            if(qrs(i,k,2).gt.0..and.ifsat.ne.1) then
899              coeres = rslope2(i,k,2)*sqrt(rslope(i,k,2)*rslopeb(i,k,2))
900              psdep(i,k) = (rh(i,k,2)-1.)*n0sfac(i,k)                          &
901                           *(precs1*rslope2(i,k,2)+precs2                      &
902                           *work2(i,k)*coeres)/work1(i,k,2)
903              supice = satdt-prevp(i,k)-pidep(i,k)
904              if(psdep(i,k).lt.0.) then
905!               psdep(i,k) = max(psdep(i,k),-qrs(i,k,2)/dtcld)
906!               psdep(i,k) = max(max(psdep(i,k),satdt/2),supice)
907                psdep(i,k) = max(psdep(i,k),-qrs(i,k,2)*rdtcld)
908                psdep(i,k) = max(max(psdep(i,k),satdt*.5),supice)
909              else
910!             psdep(i,k) = min(min(psdep(i,k),satdt/2),supice)
911                psdep(i,k) = min(min(psdep(i,k),satdt*.5),supice)
912              endif
913              if(abs(prevp(i,k)+pidep(i,k)+psdep(i,k)).ge.abs(satdt))          &
914                ifsat = 1
915            endif
916!-------------------------------------------------------------
917! pigen: generation(nucleation) of ice from vapor [HL A50] [HDC 7-8]
918!       (T<T0: V->I)
919!-------------------------------------------------------------
920            if(supsat.gt.0.and.ifsat.ne.1) then
921              supice = satdt-prevp(i,k)-pidep(i,k)-psdep(i,k)
922              xni0 = 1.e3*exp(0.1*supcol)
923              roqi0 = 4.92e-11*exp(log(xni0)*(1.33))
924              pigen(i,k) = max(0.,(roqi0/den(i,k)-max(qci(i,k,2),0.))          &
925!                        /dtcld)
926                         *rdtcld)
927              pigen(i,k) = min(min(pigen(i,k),satdt),supice)
928            endif
929!
930!-------------------------------------------------------------
931! psaut: conversion(aggregation) of ice to snow [HDC 12]
932!       (T<T0: I->S)
933!-------------------------------------------------------------
934            if(qci(i,k,2).gt.0.) then
935              qimax = roqimax/den(i,k)
936!             psaut(i,k) = max(0.,(qci(i,k,2)-qimax)/dtcld)
937              psaut(i,k) = max(0.,(qci(i,k,2)-qimax)*rdtcld)
938            endif
939          endif
940!-------------------------------------------------------------
941! psevp: Evaporation of melting snow [HL A35] [RH83 A27]
942!       (T>T0: S->V)
943!-------------------------------------------------------------
944          if(supcol.lt.0.) then
945            if(qrs(i,k,2).gt.0..and.rh(i,k,1).lt.1.)                           &
946              psevp(i,k) = psdep(i,k)*work1(i,k,2)/work1(i,k,1)
947!              psevp(i,k) = min(max(psevp(i,k),-qrs(i,k,2)/dtcld),0.)
948              psevp(i,k) = min(max(psevp(i,k),-qrs(i,k,2)*rdtcld),0.)
949          endif
950        enddo
951      enddo
952!
953!
954!----------------------------------------------------------------
955!     check mass conservation of generation terms and feedback to the
956!     large scale
957!
958      do k = kts, kte
959        do i = its, ite
960          if(t(i,k).le.t0c) then
961!
962!     cloud water
963!
964            value = max(qmin,qci(i,k,1))
965            source = (praut(i,k)+pracw(i,k)+psacw(i,k))*dtcld
966            if (source.gt.value) then
967              factor = value/source
968              praut(i,k) = praut(i,k)*factor
969              pracw(i,k) = pracw(i,k)*factor
970              psacw(i,k) = psacw(i,k)*factor
971            endif
972!
973!     cloud ice
974!
975            value = max(qmin,qci(i,k,2))
976            source = (psaut(i,k)+psaci(i,k)-pigen(i,k)-pidep(i,k))*dtcld
977            if (source.gt.value) then
978              factor = value/source
979              psaut(i,k) = psaut(i,k)*factor
980              psaci(i,k) = psaci(i,k)*factor
981              pigen(i,k) = pigen(i,k)*factor
982              pidep(i,k) = pidep(i,k)*factor
983            endif
984!
985!     rain
986!
987!
988            value = max(qmin,qrs(i,k,1))
989            source = (-praut(i,k)-pracw(i,k)-prevp(i,k))*dtcld
990            if (source.gt.value) then
991              factor = value/source
992              praut(i,k) = praut(i,k)*factor
993              pracw(i,k) = pracw(i,k)*factor
994              prevp(i,k) = prevp(i,k)*factor
995            endif
996!
997!    snow
998!
999            value = max(qmin,qrs(i,k,2))
1000            source = (-psdep(i,k)-psaut(i,k)-psaci(i,k)-psacw(i,k))*dtcld 
1001            if (source.gt.value) then
1002              factor = value/source
1003              psdep(i,k) = psdep(i,k)*factor
1004              psaut(i,k) = psaut(i,k)*factor
1005              psaci(i,k) = psaci(i,k)*factor
1006              psacw(i,k) = psacw(i,k)*factor
1007            endif
1008!
1009            work2(i,k)=-(prevp(i,k)+psdep(i,k)+pigen(i,k)+pidep(i,k))
1010!     update
1011            q(i,k) = q(i,k)+work2(i,k)*dtcld
1012            qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1)-(praut(i,k)+pracw(i,k)                 &
1013                        +psacw(i,k))*dtcld,0.)
1014            qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)+(praut(i,k)+pracw(i,k)                 &
1015                        +prevp(i,k))*dtcld,0.)
1016            qci(i,k,2) = max(qci(i,k,2)-(psaut(i,k)+psaci(i,k)                 &
1017                        -pigen(i,k)-pidep(i,k))*dtcld,0.)
1018            qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)+(psdep(i,k)+psaut(i,k)                 &
1019                        +psaci(i,k)+psacw(i,k))*dtcld,0.)
1020            xlf = xls-xl(i,k)
1021            xlwork2 = -xls*(psdep(i,k)+pidep(i,k)+pigen(i,k))                  &
1022                      -xl(i,k)*prevp(i,k)-xlf*psacw(i,k)
1023            t(i,k) = t(i,k)-xlwork2/cpm(i,k)*dtcld
1024          else
1025!
1026!     cloud water
1027!
1028            value = max(qmin,qci(i,k,1))
1029            source=(praut(i,k)+pracw(i,k)+psacw(i,k))*dtcld
1030            if (source.gt.value) then
1031              factor = value/source
1032              praut(i,k) = praut(i,k)*factor
1033              pracw(i,k) = pracw(i,k)*factor
1034              psacw(i,k) = psacw(i,k)*factor
1035            endif
1036!
1037!     rain
1038!
1039            value = max(qmin,qrs(i,k,1))
1040            source = (-praut(i,k)-pracw(i,k)-prevp(i,k)-psacw(i,k))*dtcld
1041            if (source.gt.value) then
1042              factor = value/source
1043              praut(i,k) = praut(i,k)*factor
1044              pracw(i,k) = pracw(i,k)*factor
1045              prevp(i,k) = prevp(i,k)*factor
1046              psacw(i,k) = psacw(i,k)*factor
1047            endif 
1048!
1049!     snow
1050!
1051            value = max(qcrmin,qrs(i,k,2))
1052            source=(-psevp(i,k))*dtcld
1053            if (source.gt.value) then
1054              factor = value/source
1055              psevp(i,k) = psevp(i,k)*factor
1056            endif
1057            work2(i,k)=-(prevp(i,k)+psevp(i,k))
1058!     update
1059            q(i,k) = q(i,k)+work2(i,k)*dtcld
1060            qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1)-(praut(i,k)+pracw(i,k)                 &
1061                        +psacw(i,k))*dtcld,0.)
1062            qrs(i,k,1) = max(qrs(i,k,1)+(praut(i,k)+pracw(i,k)                 &
1063                        +prevp(i,k) +psacw(i,k))*dtcld,0.)
1064            qrs(i,k,2) = max(qrs(i,k,2)+psevp(i,k)*dtcld,0.)
1065            xlf = xls-xl(i,k)
1066            xlwork2 = -xl(i,k)*(prevp(i,k)+psevp(i,k))
1067            t(i,k) = t(i,k)-xlwork2/cpm(i,k)*dtcld
1068          endif
1069        enddo
1070      enddo
1071!
1072! Inline expansion for fpvs
1073!         qs(i,k,1) = fpvs(t(i,k),0,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
1074!         qs(i,k,2) = fpvs(t(i,k),1,rd,rv,cpv,cliq,cice,xlv0,xls,psat,t0c)
1075      hsub = xls
1076      hvap = xlv0
1077      cvap = cpv
1078      ttp=t0c+0.01
1079      dldt=cvap-cliq
1080      xa=-dldt/rv
1081      xb=xa+hvap/(rv*ttp)
1082      dldti=cvap-cice
1083      xai=-dldti/rv
1084      xbi=xai+hsub/(rv*ttp)
1085      do k = kts, kte
1086      do i = its, ite
1087          tr=ttp/t(i,k)
1088          logtr = log(tr)
1089          qs(i,k,1)=psat*exp(logtr*(xa)+xb*(1.-tr))
1090          qs(i,k,1) = min(qs(i,k,1),0.99*p(i,k))
1091          qs(i,k,1) = ep2 * qs(i,k,1) / (p(i,k) - qs(i,k,1))
1092          qs(i,k,1) = max(qs(i,k,1),qmin)
1093        enddo
1094      enddo
1095!
1096!----------------------------------------------------------------
1097!  pcond: condensational/evaporational rate of cloud water [HL A46] [RH83 A6]
1098!     if there exists additional water vapor condensated/if
1099!     evaporation of cloud water is not enough to remove subsaturation
1100!
1101      do k = kts, kte
1102        do i = its, ite
1103!         work1(i,k,1) = conden(t(i,k),q(i,k),qs(i,k,1),xl(i,k),cpm(i,k))
1104          work1(i,k,1) = ((max(q(i,k),qmin)-(qs(i,k,1)))/(1.+(xl(i,k))         &   
1105                        *(xl(i,k))/(rv*(cpm(i,k)))*(qs(i,k,1))                 &
1106                        /((t(i,k))*(t(i,k)))))
1107          work2(i,k) = qci(i,k,1)+work1(i,k,1)
1108          pcond(i,k) = min(max(work1(i,k,1)/dtcld,0.),max(q(i,k),0.)/dtcld)
1109          if(qci(i,k,1).gt.0..and.work1(i,k,1).lt.0.)                          &
1110            pcond(i,k) = max(work1(i,k,1),-qci(i,k,1))/dtcld
1111          q(i,k) = q(i,k)-pcond(i,k)*dtcld
1112          qci(i,k,1) = max(qci(i,k,1)+pcond(i,k)*dtcld,0.)
1113          t(i,k) = t(i,k)+pcond(i,k)*xl(i,k)/cpm(i,k)*dtcld
1114        enddo
1115      enddo
1116!
1117!
1118!----------------------------------------------------------------
1119!     padding for small values
1120!
1121      do k = kts, kte
1122        do i = its, ite
1123          if(qci(i,k,1).le.qmin) qci(i,k,1) = 0.0
1124          if(qci(i,k,2).le.qmin) qci(i,k,2) = 0.0
1125        enddo
1126      enddo
1127      enddo                  ! big loops
1128  END SUBROUTINE wsm52d
1129! ...................................................................
1130      REAL FUNCTION rgmma(x)
1131!-------------------------------------------------------------------
1132  IMPLICIT NONE
1133!-------------------------------------------------------------------
1134!     rgmma function:  use infinite product form
1135      REAL :: euler
1136      PARAMETER (euler=0.577215664901532)
1137      REAL :: x, y
1138      INTEGER :: i
1139      if(x.eq.1.)then
1140        rgmma=0.
1141          else
1142        rgmma=x*exp(euler*x)
1143        do i=1,10000
1144          y=float(i)
1145          rgmma=rgmma*(1.000+x/y)*exp(-x/y)
1146        enddo
1147        rgmma=1./rgmma
1148      endif
1149      END FUNCTION rgmma
1150!
1151!--------------------------------------------------------------------------
1152      REAL FUNCTION fpvs(t,ice,rd,rv,cvap,cliq,cice,hvap,hsub,psat,t0c)
1153!--------------------------------------------------------------------------
1154      IMPLICIT NONE
1155!--------------------------------------------------------------------------
1156      REAL t,rd,rv,cvap,cliq,cice,hvap,hsub,psat,t0c,dldt,xa,xb,dldti,         &
1157           xai,xbi,ttp,tr
1158      INTEGER ice
1159! - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
1160      ttp=t0c+0.01
1161      dldt=cvap-cliq
1162      xa=-dldt/rv
1163      xb=xa+hvap/(rv*ttp)
1164      dldti=cvap-cice
1165      xai=-dldti/rv
1166      xbi=xai+hsub/(rv*ttp)
1167      tr=ttp/t
1168      if(t.lt.ttp.and.ice.eq.1) then
1169        fpvs=psat*exp(log(tr)*(xai))*exp(xbi*(1.-tr))
1170      else
1171        fpvs=psat*exp(log(tr)*(xa))*exp(xb*(1.-tr))
1172      endif
1173! - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
1174      END FUNCTION fpvs
1175!-------------------------------------------------------------------
1176  SUBROUTINE wsm5init(den0,denr,dens,cl,cpv,allowed_to_read)
1177!-------------------------------------------------------------------
1178  IMPLICIT NONE
1179!-------------------------------------------------------------------
1180!.... constants which may not be tunable
1181   REAL, INTENT(IN) :: den0,denr,dens,cl,cpv
1182   LOGICAL, INTENT(IN) :: allowed_to_read
1183!
1184   pi = 4.*atan(1.)
1185   xlv1 = cl-cpv
1186!
1187   qc0  = 4./3.*pi*denr*r0**3*xncr/den0  ! 0.419e-3 -- .61e-3
1188   qck1 = .104*9.8*peaut/(xncr*denr)**(1./3.)/xmyu*den0**(4./3.) ! 7.03
1189!
1190   bvtr1 = 1.+bvtr
1191   bvtr2 = 2.5+.5*bvtr
1192   bvtr3 = 3.+bvtr
1193   bvtr4 = 4.+bvtr
1194   g1pbr = rgmma(bvtr1)
1195   g3pbr = rgmma(bvtr3)
1196   g4pbr = rgmma(bvtr4)            ! 17.837825
1197   g5pbro2 = rgmma(bvtr2)          ! 1.8273
1198   pvtr = avtr*g4pbr/6.
1199   eacrr = 1.0
1200   pacrr = pi*n0r*avtr*g3pbr*.25*eacrr
1201   precr1 = 2.*pi*n0r*.78
1202   precr2 = 2.*pi*n0r*.31*avtr**.5*g5pbro2
1203   xmmax = (dimax/dicon)**2
1204   roqimax = 2.08e22*dimax**8
1205!
1206   bvts1 = 1.+bvts
1207   bvts2 = 2.5+.5*bvts
1208   bvts3 = 3.+bvts
1209   bvts4 = 4.+bvts
1210   g1pbs = rgmma(bvts1)    !.8875
1211   g3pbs = rgmma(bvts3)
1212   g4pbs = rgmma(bvts4)    ! 12.0786
1213   g5pbso2 = rgmma(bvts2)
1214   pvts = avts*g4pbs/6.
1215   pacrs = pi*n0s*avts*g3pbs*.25
1216   precs1 = 4.*n0s*.65
1217   precs2 = 4.*n0s*.44*avts**.5*g5pbso2
1218   pidn0r =  pi*denr*n0r
1219   pidn0s =  pi*dens*n0s
1220   pacrc = pi*n0s*avts*g3pbs*.25*eacrc
1221!
1222   rslopermax = 1./lamdarmax
1223   rslopesmax = 1./lamdasmax
1224   rsloperbmax = rslopermax ** bvtr
1225   rslopesbmax = rslopesmax ** bvts
1226   rsloper2max = rslopermax * rslopermax
1227   rslopes2max = rslopesmax * rslopesmax
1228   rsloper3max = rsloper2max * rslopermax
1229   rslopes3max = rslopes2max * rslopesmax
1230!
1231  END SUBROUTINE wsm5init
1232!------------------------------------------------------------------------------
1233      subroutine slope_wsm5(qrs,den,denfac,t,rslope,rslopeb,rslope2,rslope3,   &
1234                            vt,its,ite,kts,kte)
1235  IMPLICIT NONE
1236  INTEGER       ::               its,ite, jts,jte, kts,kte
1237  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte,2) ::                                     &
1238                                                                          qrs, &
1239                                                                       rslope, &
1240                                                                      rslopeb, &
1241                                                                      rslope2, &
1242                                                                      rslope3, &
1243                                                                           vt
1244  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte) ::                                       &
1245                                                                          den, &
1246                                                                       denfac, &
1247                                                                            t
1248  REAL, PARAMETER  :: t0c = 273.15
1249  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::                                      &
1250                                                                       n0sfac
1251  REAL       ::  lamdar, lamdas,  x, y, z, supcol
1252  integer :: i, j, k
1253!----------------------------------------------------------------
1254!     size distributions: (x=mixing ratio, y=air density):
1255!     valid for mixing ratio > 1.e-9 kg/kg.
1256      lamdar(x,y)=   sqrt(sqrt(pidn0r/(x*y)))      ! (pidn0r/(x*y))**.25
1257      lamdas(x,y,z)= sqrt(sqrt(pidn0s*z/(x*y)))    ! (pidn0s*z/(x*y))**.25
1258!
1259      do k = kts, kte
1260        do i = its, ite
1261          supcol = t0c-t(i,k)
1262!---------------------------------------------------------------
1263! n0s: Intercept parameter for snow [m-4] [HDC 6]
1264!---------------------------------------------------------------
1265          n0sfac(i,k) = max(min(exp(alpha*supcol),n0smax/n0s),1.)
1266          if(qrs(i,k,1).le.qcrmin)then
1267            rslope(i,k,1) = rslopermax
1268            rslopeb(i,k,1) = rsloperbmax
1269            rslope2(i,k,1) = rsloper2max
1270            rslope3(i,k,1) = rsloper3max
1271          else
1272            rslope(i,k,1) = 1./lamdar(qrs(i,k,1),den(i,k))
1273            rslopeb(i,k,1) = exp(log(rslope(i,k,1))*(bvtr))
1274            rslope2(i,k,1) = rslope(i,k,1)*rslope(i,k,1)
1275            rslope3(i,k,1) = rslope2(i,k,1)*rslope(i,k,1)
1276          endif
1277          if(qrs(i,k,2).le.qcrmin)then
1278            rslope(i,k,2) = rslopesmax
1279            rslopeb(i,k,2) = rslopesbmax
1280            rslope2(i,k,2) = rslopes2max
1281            rslope3(i,k,2) = rslopes3max
1282          else
1283            rslope(i,k,2) = 1./lamdas(qrs(i,k,2),den(i,k),n0sfac(i,k))
1284            rslopeb(i,k,2) = exp(log(rslope(i,k,2))*(bvts))
1285            rslope2(i,k,2) = rslope(i,k,2)*rslope(i,k,2)
1286            rslope3(i,k,2) = rslope2(i,k,2)*rslope(i,k,2)
1287          endif
1288          vt(i,k,1) = pvtr*rslopeb(i,k,1)*denfac(i,k)
1289          vt(i,k,2) = pvts*rslopeb(i,k,2)*denfac(i,k)
1290          if(qrs(i,k,1).le.0.0) vt(i,k,1) = 0.0
1291          if(qrs(i,k,2).le.0.0) vt(i,k,2) = 0.0
1292        enddo
1293      enddo
1294  END subroutine slope_wsm5
1295!-----------------------------------------------------------------------------
1296      subroutine slope_rain(qrs,den,denfac,t,rslope,rslopeb,rslope2,rslope3,   &
1297                            vt,its,ite,kts,kte)
1298  IMPLICIT NONE
1299  INTEGER       ::               its,ite, jts,jte, kts,kte
1300  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte) ::                                       &
1301                                                                          qrs, &
1302                                                                       rslope, &
1303                                                                      rslopeb, &
1304                                                                      rslope2, &
1305                                                                      rslope3, &
1306                                                                           vt, &
1307                                                                          den, &
1308                                                                       denfac, &
1309                                                                            t
1310  REAL, PARAMETER  :: t0c = 273.15
1311  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::                                      &
1312                                                                       n0sfac
1313  REAL       ::  lamdar, x, y, z, supcol
1314  integer :: i, j, k
1315!----------------------------------------------------------------
1316!     size distributions: (x=mixing ratio, y=air density):
1317!     valid for mixing ratio > 1.e-9 kg/kg.
1318      lamdar(x,y)=   sqrt(sqrt(pidn0r/(x*y)))      ! (pidn0r/(x*y))**.25
1319!
1320      do k = kts, kte
1321        do i = its, ite
1322          if(qrs(i,k).le.qcrmin)then
1323            rslope(i,k) = rslopermax
1324            rslopeb(i,k) = rsloperbmax
1325            rslope2(i,k) = rsloper2max
1326            rslope3(i,k) = rsloper3max
1327          else
1328            rslope(i,k) = 1./lamdar(qrs(i,k),den(i,k))
1329            rslopeb(i,k) = rslope(i,k)**bvtr
1330            rslope2(i,k) = rslope(i,k)*rslope(i,k)
1331            rslope3(i,k) = rslope2(i,k)*rslope(i,k)
1332          endif
1333          vt(i,k) = pvtr*rslopeb(i,k)*denfac(i,k)
1334          if(qrs(i,k).le.0.0) vt(i,k) = 0.0
1335        enddo
1336      enddo
1337  END subroutine slope_rain
1338!------------------------------------------------------------------------------
1339      subroutine slope_snow(qrs,den,denfac,t,rslope,rslopeb,rslope2,rslope3,   &
1340                            vt,its,ite,kts,kte)
1341  IMPLICIT NONE
1342  INTEGER       ::               its,ite, jts,jte, kts,kte
1343  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte) ::                                       &
1344                                                                          qrs, &
1345                                                                       rslope, &
1346                                                                      rslopeb, &
1347                                                                      rslope2, &
1348                                                                      rslope3, &
1349                                                                           vt, &
1350                                                                          den, &
1351                                                                       denfac, &
1352                                                                            t
1353  REAL, PARAMETER  :: t0c = 273.15
1354  REAL, DIMENSION( its:ite , kts:kte ) ::                                      &
1355                                                                       n0sfac
1356  REAL       ::  lamdas, x, y, z, supcol
1357  integer :: i, j, k
1358!----------------------------------------------------------------
1359!     size distributions: (x=mixing ratio, y=air density):
1360!     valid for mixing ratio > 1.e-9 kg/kg.
1361      lamdas(x,y,z)= sqrt(sqrt(pidn0s*z/(x*y)))    ! (pidn0s*z/(x*y))**.25
1362!
1363      do k = kts, kte
1364        do i = its, ite
1365          supcol = t0c-t(i,k)
1366!---------------------------------------------------------------
1367! n0s: Intercept parameter for snow [m-4] [HDC 6]
1368!---------------------------------------------------------------
1369          n0sfac(i,k) = max(min(exp(alpha*supcol),n0smax/n0s),1.)
1370          if(qrs(i,k).le.qcrmin)then
1371            rslope(i,k) = rslopesmax
1372            rslopeb(i,k) = rslopesbmax
1373            rslope2(i,k) = rslopes2max
1374            rslope3(i,k) = rslopes3max
1375          else
1376            rslope(i,k) = 1./lamdas(qrs(i,k),den(i,k),n0sfac(i,k))
1377            rslopeb(i,k) = rslope(i,k)**bvts
1378            rslope2(i,k) = rslope(i,k)*rslope(i,k)
1379            rslope3(i,k) = rslope2(i,k)*rslope(i,k)
1380          endif
1381          vt(i,k) = pvts*rslopeb(i,k)*denfac(i,k)
1382          if(qrs(i,k).le.0.0) vt(i,k) = 0.0
1383        enddo
1384      enddo
1385  END subroutine slope_snow
1386!-------------------------------------------------------------------
1387      SUBROUTINE nislfv_rain_plm(im,km,denl,denfacl,tkl,dzl,wwl,rql,precip,dt,id,iter)
1388!-------------------------------------------------------------------
1389!
1390! for non-iteration semi-Lagrangain forward advection for cloud
1391! with mass conservation and positive definite advection
1392! 2nd order interpolation with monotonic piecewise linear method
1393! this routine is under assumption of decfl < 1 for semi_Lagrangian
1394!
1395! dzl    depth of model layer in meter
1396! wwl    terminal velocity at model layer m/s
1397! rql    cloud density*mixing ration
1398! precip precipitation
1399! dt     time step
1400! id     kind of precip: 0 test case; 1 raindrop  2: snow
1401! iter   how many time to guess mean terminal velocity: 0 pure forward.
1402!        0 : use departure wind for advection
1403!        1 : use mean wind for advection
1404!        > 1 : use mean wind after iter-1 iterations
1405!
1406! author: hann-ming henry juang <henry.juang@noaa.gov>
1407!         implemented by song-you hong
1408!
1409      implicit none
1410      integer  im,km,id
1411      real  dt
1412      real  dzl(im,km),wwl(im,km),rql(im,km),precip(im)
1413      real  denl(im,km),denfacl(im,km),tkl(im,km)
1414!
1415      integer  i,k,n,m,kk,kb,kt,iter
1416      real  tl,tl2,qql,dql,qqd
1417      real  th,th2,qqh,dqh
1418      real  zsum,qsum,dim,dip,c1,con1,fa1,fa2
1419      real  allold, allnew, zz, dzamin, cflmax, decfl
1420      real  dz(km), ww(km), qq(km), wd(km), wa(km), was(km)
1421      real  den(km), denfac(km), tk(km)
1422      real  wi(km+1), zi(km+1), za(km+1)
1423      real  qn(km), qr(km),tmp(km),tmp1(km),tmp2(km),tmp3(km)
1424      real  dza(km+1), qa(km+1), qmi(km+1), qpi(km+1)
1425!
1426      precip(:) = 0.0
1427!
1428      i_loop : do i=1,im
1429! -----------------------------------
1430      dz(:) = dzl(i,:)
1431      qq(:) = rql(i,:)
1432      ww(:) = wwl(i,:)
1433      den(:) = denl(i,:)
1434      denfac(:) = denfacl(i,:)
1435      tk(:) = tkl(i,:)
1436! skip for no precipitation for all layers
1437      allold = 0.0
1438      do k=1,km
1439        allold = allold + qq(k)
1440      enddo
1441      if(allold.le.0.0) then
1442        cycle i_loop
1443      endif
1444!
1445! compute interface values
1446      zi(1)=0.0
1447      do k=1,km
1448        zi(k+1) = zi(k)+dz(k)
1449      enddo
1450!
1451! save departure wind
1452      wd(:) = ww(:)
1453      n=1
1454 100  continue
1455! plm is 2nd order, we can use 2nd order wi or 3rd order wi
1456! 2nd order interpolation to get wi
1457      wi(1) = ww(1)
1458      wi(km+1) = ww(km)
1459      do k=2,km
1460        wi(k) = (ww(k)*dz(k-1)+ww(k-1)*dz(k))/(dz(k-1)+dz(k))
1461      enddo
1462! 3rd order interpolation to get wi
1463      fa1 = 9./16.
1464      fa2 = 1./16.
1465      wi(1) = ww(1)
1466      wi(2) = 0.5*(ww(2)+ww(1))
1467      do k=3,km-1
1468        wi(k) = fa1*(ww(k)+ww(k-1))-fa2*(ww(k+1)+ww(k-2))
1469      enddo
1470      wi(km) = 0.5*(ww(km)+ww(km-1))
1471      wi(km+1) = ww(km)
1472!
1473! terminate of top of raingroup
1474      do k=2,km
1475        if( ww(k).eq.0.0 ) wi(k)=ww(k-1)
1476      enddo
1477!
1478! diffusivity of wi
1479      con1 = 0.05
1480      do k=km,1,-1
1481        decfl = (wi(k+1)-wi(k))*dt/dz(k)
1482        if( decfl .gt. con1 ) then
1483          wi(k) = wi(k+1) - con1*dz(k)/dt
1484        endif
1485      enddo
1486! compute arrival point
1487      do k=1,km+1
1488        za(k) = zi(k) - wi(k)*dt
1489      enddo
1490!
1491      do k=1,km
1492        dza(k) = za(k+1)-za(k)
1493      enddo
1494      dza(km+1) = zi(km+1) - za(km+1)
1495!
1496! computer deformation at arrival point
1497      do k=1,km
1498        qa(k) = qq(k)*dz(k)/dza(k)
1499        qr(k) = qa(k)/den(k)
1500      enddo
1501      qa(km+1) = 0.0
1502!     call maxmin(km,1,qa,' arrival points ')
1503!
1504! compute arrival terminal velocity, and estimate mean terminal velocity
1505! then back to use mean terminal velocity
1506      if( n.le.iter ) then
1507        if (id.eq.1) then
1508          call slope_rain(qr,den,denfac,tk,tmp,tmp1,tmp2,tmp3,wa,1,1,1,km)
1509        else
1510          call slope_snow(qr,den,denfac,tk,tmp,tmp1,tmp2,tmp3,wa,1,1,1,km)
1511        endif
1512        if( n.ge.2 ) wa(1:km)=0.5*(wa(1:km)+was(1:km))
1513        do k=1,km
1514!#ifdef DEBUG
1515!        print*,' slope_wsm3 ',qr(k)*1000.,den(k),denfac(k),tk(k),tmp(k),tmp1(k),tmp2(k),ww(k),wa(k)
1516!#endif
1517! mean wind is average of departure and new arrival winds
1518          ww(k) = 0.5* ( wd(k)+wa(k) )
1519        enddo
1520        was(:) = wa(:)
1521        n=n+1
1522        go to 100
1523      endif
1524!
1525! estimate values at arrival cell interface with monotone
1526      do k=2,km
1527        dip=(qa(k+1)-qa(k))/(dza(k+1)+dza(k))
1528        dim=(qa(k)-qa(k-1))/(dza(k-1)+dza(k))
1529        if( dip*dim.le.0.0 ) then
1530          qmi(k)=qa(k)
1531          qpi(k)=qa(k)
1532        else
1533          qpi(k)=qa(k)+0.5*(dip+dim)*dza(k)
1534          qmi(k)=2.0*qa(k)-qpi(k)
1535          if( qpi(k).lt.0.0 .or. qmi(k).lt.0.0 ) then
1536            qpi(k) = qa(k)
1537            qmi(k) = qa(k)
1538          endif
1539        endif
1540      enddo
1541      qpi(1)=qa(1)
1542      qmi(1)=qa(1)
1543      qmi(km+1)=qa(km+1)
1544      qpi(km+1)=qa(km+1)
1545!
1546! interpolation to regular point
1547      qn = 0.0
1548      kb=1
1549      kt=1
1550      intp : do k=1,km
1551             kb=max(kb-1,1)
1552             kt=max(kt-1,1)
1553! find kb and kt
1554             if( zi(k).ge.za(km+1) ) then
1555               exit intp
1556             else
1557               find_kb : do kk=kb,km
1558                         if( zi(k).le.za(kk+1) ) then
1559                           kb = kk
1560                           exit find_kb
1561                         else
1562                           cycle find_kb
1563                         endif
1564               enddo find_kb
1565               find_kt : do kk=kt,km
1566                         if( zi(k+1).le.za(kk) ) then
1567                           kt = kk
1568                           exit find_kt
1569                         else
1570                           cycle find_kt
1571                         endif
1572               enddo find_kt
1573               kt = kt - 1
1574! compute q with piecewise constant method
1575               if( kt.eq.kb ) then
1576                 tl=(zi(k)-za(kb))/dza(kb)
1577                 th=(zi(k+1)-za(kb))/dza(kb)
1578                 tl2=tl*tl
1579                 th2=th*th
1580                 qqd=0.5*(qpi(kb)-qmi(kb))
1581                 qqh=qqd*th2+qmi(kb)*th
1582                 qql=qqd*tl2+qmi(kb)*tl
1583                 qn(k) = (qqh-qql)/(th-tl)
1584               else if( kt.gt.kb ) then
1585                 tl=(zi(k)-za(kb))/dza(kb)
1586                 tl2=tl*tl
1587                 qqd=0.5*(qpi(kb)-qmi(kb))
1588                 qql=qqd*tl2+qmi(kb)*tl
1589                 dql = qa(kb)-qql
1590                 zsum  = (1.-tl)*dza(kb)
1591                 qsum  = dql*dza(kb)
1592                 if( kt-kb.gt.1 ) then
1593                 do m=kb+1,kt-1
1594                   zsum = zsum + dza(m)
1595                   qsum = qsum + qa(m) * dza(m)
1596                 enddo
1597                 endif
1598                 th=(zi(k+1)-za(kt))/dza(kt)
1599                 th2=th*th
1600                 qqd=0.5*(qpi(kt)-qmi(kt))
1601                 dqh=qqd*th2+qmi(kt)*th
1602                 zsum  = zsum + th*dza(kt)
1603                 qsum  = qsum + dqh*dza(kt)
1604                 qn(k) = qsum/zsum
1605               endif
1606               cycle intp
1607             endif
1608!
1609       enddo intp
1610!
1611! rain out
1612      sum_precip: do k=1,km
1613                    if( za(k).lt.0.0 .and. za(k+1).lt.0.0 ) then
1614                      precip(i) = precip(i) + qa(k)*dza(k)
1615                      cycle sum_precip
1616                    else if ( za(k).lt.0.0 .and. za(k+1).ge.0.0 ) then
1617                      precip(i) = precip(i) + qa(k)*(0.0-za(k))
1618                      exit sum_precip
1619                    endif
1620                    exit sum_precip
1621      enddo sum_precip
1622!
1623! replace the new values
1624      rql(i,:) = qn(:)
1625!
1626! ----------------------------------
1627      enddo i_loop
1628!
1629  END SUBROUTINE nislfv_rain_plm
1630END MODULE module_mp_wsm5
1631#endif
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.