! ! $Header$ ! SUBROUTINE yamada4(ngrid,dt,g,rconst,plev,temp & & ,zlev,zlay,u,v,teta,cd,q2,km,kn,kq,ustar & & ,iflag_pbl) use dimphy IMPLICIT NONE #include "iniprint.h" !c....................................................................... !cym#include "dimensions.h" !cym#include "dimphy.h" !c....................................................................... !c !c dt : pas de temps !c g : g !c zlev : altitude a chaque niveau (interface inferieure de la couche !c de meme indice) !c zlay : altitude au centre de chaque couche !c u,v : vitesse au centre de chaque couche !c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) !c teta : temperature potentielle au centre de chaque couche !c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) !c cd : cdrag !c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) !c q2 : $q^2$ au bas de chaque couche !c (en entree : la valeur au debut du pas de temps) !c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) !c km : diffusivite turbulente de quantite de mouvement (au bas de chaque !c couche) !c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) !c kn : diffusivite turbulente des scalaires (au bas de chaque couche) !c (en sortie : la valeur a la fin du pas de temps) !c !c iflag_pbl doit valoir entre 6 et 9 !c l=6, on prend systematiquement une longueur d'equilibre !c iflag_pbl=6 : MY 2.0 !c iflag_pbl=7 : MY 2.0.Fournier !c iflag_pbl=8/9 : MY 2.5 !c iflag_pbl=8 with special obsolete treatments for convergence !c with Cmpi5 NPv3.1 simulations !c iflag_pbl=10/11 : New scheme M2 and N2 explicit and dissiptation exact !c iflag_pbl=12 = 11 with vertical diffusion off q2 !c !c 2013/04/01 (FH hourdin@lmd.jussieu.fr) !c Correction for very stable PBLs (iflag_pbl=10 and 11) !c iflag_pbl=8 converges numerically with NPv3.1 !c iflag_pbl=11 -> the model starts with NP from start files created by ce0l !c -> the model can run with longer time-steps. !c....................................................................... REAL dt,g,rconst real plev(klon,klev+1),temp(klon,klev) real ustar(klon) real kmin,qmin,pblhmin(klon),coriol(klon) REAL zlev(klon,klev+1) REAL zlay(klon,klev) REAL u(klon,klev) REAL v(klon,klev) REAL teta(klon,klev) REAL cd(klon) REAL q2(klon,klev+1),qpre REAL unsdz(klon,klev) REAL unsdzdec(klon,klev+1) REAL km(klon,klev+1) REAL kmpre(klon,klev+1),tmp2 REAL mpre(klon,klev+1) REAL kn(klon,klev+1) REAL kq(klon,klev+1) real ff(klon,klev+1),delta(klon,klev+1) real aa(klon,klev+1),aa0,aa1 integer iflag_pbl,ngrid integer nlay,nlev logical first integer ipas save first,ipas !cFH/IM data first,ipas/.true.,0/ data first,ipas/.false.,0/ !$OMP THREADPRIVATE( first,ipas) integer ig,k real ri,zrif,zalpha,zsm,zsn real rif(klon,klev+1),sm(klon,klev+1),alpha(klon,klev) real m2(klon,klev+1),dz(klon,klev+1),zq,n2(klon,klev+1) real dtetadz(klon,klev+1) real m2cstat,mcstat,kmcstat real l(klon,klev+1) real,allocatable,save :: l0(:) !$OMP THREADPRIVATE(l0) real sq(klon),sqz(klon),zz(klon,klev+1) integer iter real ric,rifc,b1,kap save ric,rifc,b1,kap data ric,rifc,b1,kap/0.195,0.191,16.6,0.4/ !$OMP THREADPRIVATE(ric,rifc,b1,kap) real frif,falpha,fsm real fl,zzz,zl0,zq2,zn2 real rino(klon,klev+1),smyam(klon,klev),styam(klon,klev) & & ,lyam(klon,klev),knyam(klon,klev) & & ,w2yam(klon,klev),t2yam(klon,klev) logical,save :: firstcall=.true. !$OMP THREADPRIVATE(firstcall) frif(ri)=0.6588*(ri+0.1776-sqrt(ri*ri-0.3221*ri+0.03156)) falpha(ri)=1.318*(0.2231-ri)/(0.2341-ri) fsm(ri)=1.96*(0.1912-ri)*(0.2341-ri)/((1.-ri)*(0.2231-ri)) fl(zzz,zl0,zq2,zn2)= & & max(min(l0(ig)*kap*zlev(ig,k)/(kap*zlev(ig,k)+l0(ig)) & & ,0.5*sqrt(q2(ig,k))/sqrt(max(n2(ig,k),1.e-10))) ,1.) nlay=klev nlev=klev+1 if (firstcall) then allocate(l0(klon)) firstcall=.false. endif if (.not.(iflag_pbl.ge.6.and.iflag_pbl.le.12)) then stop'probleme de coherence dans appel a MY' endif ipas=ipas+1 !c....................................................................... !c les increments verticaux !c....................................................................... !c !c!!!!! allerte !!!!!c !c!!!!! zlev n'est pas declare a nlev !!!!!c !c!!!!! ----> DO ig=1,ngrid zlev(ig,nlev)=zlay(ig,nlay) & & +( zlay(ig,nlay) - zlev(ig,nlev-1) ) ENDDO !c!!!!! <---- !c!!!!! allerte !!!!!c !c DO k=1,nlay DO ig=1,ngrid unsdz(ig,k)=1.E+0/(zlev(ig,k+1)-zlev(ig,k)) ENDDO ENDDO DO ig=1,ngrid unsdzdec(ig,1)=1.E+0/(zlay(ig,1)-zlev(ig,1)) ENDDO DO k=2,nlay DO ig=1,ngrid unsdzdec(ig,k)=1.E+0/(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) ENDDO ENDDO DO ig=1,ngrid unsdzdec(ig,nlay+1)=1.E+0/(zlev(ig,nlay+1)-zlay(ig,nlay)) ENDDO !c !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! Computing M^2, N^2, Richardson numbers, stability functions !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! do k=2,klev do ig=1,ngrid dz(ig,k)=zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1) m2(ig,k)=((u(ig,k)-u(ig,k-1))**2+(v(ig,k)-v(ig,k-1))**2) & & /(dz(ig,k)*dz(ig,k)) dtetadz(ig,k)=(teta(ig,k)-teta(ig,k-1))/dz(ig,k) n2(ig,k)=g*2.*dtetadz(ig,k)/(teta(ig,k-1)+teta(ig,k)) !c n2(ig,k)=0. ri=n2(ig,k)/max(m2(ig,k),1.e-10) if (ri.lt.ric) then rif(ig,k)=frif(ri) else rif(ig,k)=rifc endif if(rif(ig,k).lt.0.16) then alpha(ig,k)=falpha(rif(ig,k)) sm(ig,k)=fsm(rif(ig,k)) else alpha(ig,k)=1.12 sm(ig,k)=0.085 endif zz(ig,k)=b1*m2(ig,k)*(1.-rif(ig,k))*sm(ig,k) enddo enddo !c==================================================================== !c Computing the mixing length !c==================================================================== !c Mise a jour de l0 if (iflag_pbl==8.or.iflag_pbl==10) then !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! Iterative computation of l0 ! This version is kept for iflag_pbl only for convergence ! with NPv3.1 Cmip5 simulations !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! do ig=1,ngrid sq(ig)=1.e-10 sqz(ig)=1.e-10 enddo do k=2,klev-1 do ig=1,ngrid zq=sqrt(q2(ig,k)) sqz(ig)=sqz(ig)+zq*zlev(ig,k)*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) sq(ig)=sq(ig)+zq*(zlay(ig,k)-zlay(ig,k-1)) enddo enddo do ig=1,ngrid l0(ig)=0.2*sqz(ig)/sq(ig) enddo do k=2,klev do ig=1,ngrid l(ig,k)=fl(zlev(ig,k),l0(ig),q2(ig,k),n2(ig,k)) enddo enddo ! print*,'L0 cas 8 ou 10 ',l0 else !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! ! In all other case, the assymptotic mixing length l0 is imposed (100m) !!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!! l0(:)=150. do k=2,klev do ig=1,ngrid l(ig,k)=fl(zlev(ig,k),l0(ig),q2(ig,k),n2(ig,k)) enddo enddo ! print*,'L0 cas autres ',l0 endif !c==================================================================== !c Yamada 2.0 !c==================================================================== if (iflag_pbl.eq.6) then do k=2,klev q2(:,k)=l(:,k)**2*zz(:,k) enddo else if (iflag_pbl.eq.7) then !c==================================================================== !c Yamada 2.Fournier !c==================================================================== !c Calcul de l, km, au pas precedent do k=2,klev do ig=1,ngrid !c print*,'SMML=',sm(ig,k),l(ig,k) delta(ig,k)=q2(ig,k)/(l(ig,k)**2*sm(ig,k)) kmpre(ig,k)=l(ig,k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig,k) mpre(ig,k)=sqrt(m2(ig,k)) !c print*,'0L=',k,l(ig,k),delta(ig,k),km(ig,k) enddo enddo do k=2,klev-1 do ig=1,ngrid m2cstat=max(alpha(ig,k)*n2(ig,k)+delta(ig,k)/b1,1.e-12) mcstat=sqrt(m2cstat) !c print*,'M2 L=',k,mpre(ig,k),mcstat !c !c -----{puis on ecrit la valeur de q qui annule l'equation de m !c supposee en q3} !c IF (k.eq.2) THEN kmcstat=1.E+0 / mcstat & & *( unsdz(ig,k)*kmpre(ig,k+1) & & *mpre(ig,k+1) & & +unsdz(ig,k-1) & & *cd(ig) & & *( sqrt(u(ig,3)**2+v(ig,3)**2) & & -mcstat/unsdzdec(ig,k) & & -mpre(ig,k+1)/unsdzdec(ig,k+1) )**2) & & /( unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1) ) ELSE kmcstat=1.E+0 / mcstat & & *( unsdz(ig,k)*kmpre(ig,k+1) & & *mpre(ig,k+1) & & +unsdz(ig,k-1)*kmpre(ig,k-1) & & *mpre(ig,k-1) ) & & /( unsdz(ig,k)+unsdz(ig,k-1) ) ENDIF !c print*,'T2 L=',k,tmp2 tmp2=kmcstat & & /( sm(ig,k)/q2(ig,k) ) & & /l(ig,k) q2(ig,k)=max(tmp2,1.e-12)**(2./3.) !c print*,'Q2 L=',k,q2(ig,k) !c enddo enddo else if (iflag_pbl==8.or.iflag_pbl==9) then !c==================================================================== !c Yamada 2.5 a la Didi !c==================================================================== !c Calcul de l, km, au pas precedent do k=2,klev do ig=1,ngrid !c print*,'SMML=',sm(ig,k),l(ig,k) delta(ig,k)=q2(ig,k)/(l(ig,k)**2*sm(ig,k)) if (delta(ig,k).lt.1.e-20) then !c print*,'ATTENTION L=',k,' Delta=',delta(ig,k) delta(ig,k)=1.e-20 endif km(ig,k)=l(ig,k)*sqrt(q2(ig,k))*sm(ig,k) aa0= & & (m2(ig,k)-alpha(ig,k)*n2(ig,k)-delta(ig,k)/b1) aa1= & & (m2(ig,k)*(1.-rif(ig,k))-delta(ig,k)/b1) !c abder print*,'AA L=',k,aa0,aa1,aa1/max(m2(ig,k),1.e-20) aa(ig,k)=aa1*dt/(delta(ig,k)*l(ig,k)) !c print*,'0L=',k,l(ig,k),delta(ig,k),km(ig,k) qpre=sqrt(q2(ig,k)) ! if (iflag_pbl.eq.8 ) then if (aa(ig,k).gt.0.) then q2(ig,k)=(qpre+aa(ig,k)*qpre*qpre)**2 else q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 endif ! else ! iflag_pbl=9 ! if (aa(ig,k)*qpre.gt.0.9) then ! q2(ig,k)=(qpre*10.)**2 ! else ! q2(ig,k)=(qpre/(1.-aa(ig,k)*qpre))**2 ! endif ! endif q2(ig,k)=min(max(q2(ig,k),1.e-10),1.e4) !c print*,'Q2 L=',k,q2(ig,k),qpre*qpre enddo enddo else if (iflag_pbl>=10) then ! print*,'Schema mixte D' ! print*,'Longueur ',l(:,:) do k=2,klev-1 l(:,k)=max(l(:,k),1.) km(:,k)=l(:,k)*sqrt(q2(:,k))*sm(:,k) q2(:,k)=q2(:,k)+dt*km(:,k)*m2(:,k)*(1.-rif(:,k)) q2(:,k)=min(max(q2(:,k),1.e-10),1.e4) q2(:,k)=1./(1./sqrt(q2(:,k))+dt/(2*l(:,k)*b1)) q2(:,k)=q2(:,k)*q2(:,k) enddo else stop'Cas nom prevu dans yamada4' endif ! Fin du cas 8 !c print*,'OK8' !c==================================================================== !c Calcul des coefficients de m�ange !c==================================================================== do k=2,klev !c print*,'k=',k do ig=1,ngrid !cabde print*,'KML=',l(ig,k),q2(ig,k),sm(ig,k) zq=sqrt(q2(ig,k)) km(ig,k)=l(ig,k)*zq*sm(ig,k) kn(ig,k)=km(ig,k)*alpha(ig,k) kq(ig,k)=l(ig,k)*zq*0.2 !c print*,'KML=',km(ig,k),kn(ig,k) enddo enddo ! Transport diffusif vertical de la TKE. if (iflag_pbl.ge.12) then ! print*,'YAMADA VDIF' q2(:,1)=q2(:,2) call vdif_q2(dt,g,rconst,ngrid,plev,temp,kq,q2) endif !c Traitement des cas noctrunes avec l'introduction d'une longueur !c minilale. !c==================================================================== !c Traitement particulier pour les cas tres stables. !c D'apres Holtslag Boville. if (prt_level>1) THEN print*,'YAMADA4 0' endif !(prt_level>1) THEN do ig=1,ngrid coriol(ig)=1.e-4 pblhmin(ig)=0.07*ustar(ig)/max(abs(coriol(ig)),2.546e-5) enddo ! print*,'pblhmin ',pblhmin !CTest a remettre 21 11 02 !c test abd 13 05 02 if(0.eq.1) then if(1==1) then if(iflag_pbl==8.or.iflag_pbl==10) then do k=2,klev do ig=1,ngrid if (teta(ig,2).gt.teta(ig,1)) then qmin=ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))**2 kmin=kap*zlev(ig,k)*qmin else kmin=-1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. endif if (kn(ig,k).lt.kmin.or.km(ig,k).lt.kmin) then !c print*,'Seuil min Km K=',k,kmin,km(ig,k),kn(ig,k) !c s ,sqrt(q2(ig,k)),pblhmin(ig),qmin/sm(ig,k) kn(ig,k)=kmin km(ig,k)=kmin kq(ig,k)=kmin !c la longueur de melange est suposee etre l= kap z !c K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 q2(ig,k)=(qmin/sm(ig,k))**2 endif enddo enddo else do k=2,klev do ig=1,ngrid if (teta(ig,2).gt.teta(ig,1)) then qmin=ustar(ig)*(max(1.-zlev(ig,k)/pblhmin(ig),0.))**2 kmin=kap*zlev(ig,k)*qmin else kmin=-1. ! kmin n'est utilise que pour les SL stables. endif if (kn(ig,k).lt.kmin.or.km(ig,k).lt.kmin) then !c print*,'Seuil min Km K=',k,kmin,km(ig,k),kn(ig,k) !c s ,sqrt(q2(ig,k)),pblhmin(ig),qmin/sm(ig,k) kn(ig,k)=kmin km(ig,k)=kmin kq(ig,k)=kmin !c la longueur de melange est suposee etre l= kap z !c K=l q Sm d'ou q2=(K/l Sm)**2 sm(ig,k)=1. alpha(ig,k)=1. q2(ig,k)=min((qmin/sm(ig,k))**2,10.) zq=sqrt(q2(ig,k)) km(ig,k)=l(ig,k)*zq*sm(ig,k) kn(ig,k)=km(ig,k)*alpha(ig,k) kq(ig,k)=l(ig,k)*zq*0.2 endif enddo enddo endif endif if (prt_level>1) THEN print*,'YAMADA4 1' endif !(prt_level>1) THEN !c Diagnostique pour stokage if(1.eq.0)then rino=rif smyam(1:ngrid,1)=0. styam(1:ngrid,1)=0. lyam(1:ngrid,1)=0. knyam(1:ngrid,1)=0. w2yam(1:ngrid,1)=0. t2yam(1:ngrid,1)=0. smyam(1:ngrid,2:klev)=sm(1:ngrid,2:klev) styam(1:ngrid,2:klev)=sm(1:ngrid,2:klev)*alpha(1:ngrid,2:klev) lyam(1:ngrid,2:klev)=l(1:ngrid,2:klev) knyam(1:ngrid,2:klev)=kn(1:ngrid,2:klev) !c Estimations de w'2 et T'2 d'apres Abdela et McFarlane w2yam(1:ngrid,2:klev)=q2(1:ngrid,2:klev)*0.24 & & +lyam(1:ngrid,2:klev)*5.17*kn(1:ngrid,2:klev) & & *n2(1:ngrid,2:klev)/sqrt(q2(1:ngrid,2:klev)) t2yam(1:ngrid,2:klev)=9.1*kn(1:ngrid,2:klev) & & *dtetadz(1:ngrid,2:klev)**2 & & /sqrt(q2(1:ngrid,2:klev))*lyam(1:ngrid,2:klev) endif !c print*,'OKFIN' first=.false. return end SUBROUTINE vdif_q2(timestep,gravity,rconst,ngrid,plev,temp, & & kmy,q2) use dimphy IMPLICIT NONE !c....................................................................... #include "dimensions.h" !cccc#include "dimphy.h" !c....................................................................... !c !c dt : pas de temps real plev(klon,klev+1) real temp(klon,klev) real timestep real gravity,rconst real kstar(klon,klev+1),zz real kmy(klon,klev+1) real q2(klon,klev+1) real deltap(klon,klev+1) real denom(klon,klev+1),alpha(klon,klev+1),beta(klon,klev+1) integer ngrid integer i,k ! print*,'RD=',rconst do k=1,klev do i=1,ngrid !c test ! print*,'i,k',i,k ! print*,'temp(i,k)=',temp(i,k) ! print*,'(plev(i,k)-plev(i,k+1))=',plev(i,k),plev(i,k+1) zz=(plev(i,k)+plev(i,k+1))*gravity/(rconst*temp(i,k)) kstar(i,k)=0.125*(kmy(i,k+1)+kmy(i,k))*zz*zz & & /(plev(i,k)-plev(i,k+1))*timestep enddo enddo do k=2,klev do i=1,ngrid deltap(i,k)=0.5*(plev(i,k-1)-plev(i,k+1)) enddo enddo do i=1,ngrid deltap(i,1)=0.5*(plev(i,1)-plev(i,2)) deltap(i,klev+1)=0.5*(plev(i,klev)-plev(i,klev+1)) denom(i,klev+1)=deltap(i,klev+1)+kstar(i,klev) alpha(i,klev+1)=deltap(i,klev+1)*q2(i,klev+1)/denom(i,klev+1) beta(i,klev+1)=kstar(i,klev)/denom(i,klev+1) enddo do k=klev,2,-1 do i=1,ngrid denom(i,k)=deltap(i,k)+(1.-beta(i,k+1))* & & kstar(i,k)+kstar(i,k-1) !c correction d'un bug 10 01 2001 alpha(i,k)=(q2(i,k)*deltap(i,k) & & +kstar(i,k)*alpha(i,k+1))/denom(i,k) beta(i,k)=kstar(i,k-1)/denom(i,k) enddo enddo !c Si on recalcule q2(1) if(1.eq.0) then do i=1,ngrid denom(i,1)=deltap(i,1)+(1-beta(i,2))*kstar(i,1) q2(i,1)=(q2(i,1)*deltap(i,1) & & +kstar(i,1)*alpha(i,2))/denom(i,1) enddo endif !c sinon, on peut sauter cette boucle... do k=2,klev+1 do i=1,ngrid q2(i,k)=alpha(i,k)+beta(i,k)*q2(i,k-1) enddo enddo return end SUBROUTINE vdif_q2e(timestep,gravity,rconst,ngrid, & & plev,temp,kmy,q2) use dimphy IMPLICIT NONE !c....................................................................... #include "dimensions.h" !cccc#include "dimphy.h" !c....................................................................... !c !c dt : pas de temps real plev(klon,klev+1) real temp(klon,klev) real timestep real gravity,rconst real kstar(klon,klev+1),zz real kmy(klon,klev+1) real q2(klon,klev+1) real deltap(klon,klev+1) real denom(klon,klev+1),alpha(klon,klev+1),beta(klon,klev+1) integer ngrid integer i,k do k=1,klev do i=1,ngrid zz=(plev(i,k)+plev(i,k+1))*gravity/(rconst*temp(i,k)) kstar(i,k)=0.125*(kmy(i,k+1)+kmy(i,k))*zz*zz & & /(plev(i,k)-plev(i,k+1))*timestep enddo enddo do k=2,klev do i=1,ngrid deltap(i,k)=0.5*(plev(i,k-1)-plev(i,k+1)) enddo enddo do i=1,ngrid deltap(i,1)=0.5*(plev(i,1)-plev(i,2)) deltap(i,klev+1)=0.5*(plev(i,klev)-plev(i,klev+1)) enddo do k=klev,2,-1 do i=1,ngrid q2(i,k)=q2(i,k)+ & & ( kstar(i,k)*(q2(i,k+1)-q2(i,k)) & & -kstar(i,k-1)*(q2(i,k)-q2(i,k-1)) ) & & /deltap(i,k) enddo enddo do i=1,ngrid q2(i,1)=q2(i,1)+ & & ( kstar(i,1)*(q2(i,2)-q2(i,1)) & & ) & & /deltap(i,1) q2(i,klev+1)=q2(i,klev+1)+ & & ( & & -kstar(i,klev)*(q2(i,klev+1)-q2(i,klev)) ) & & /deltap(i,klev+1) enddo return end