! ! $Id: fisrtilp.F90 1796 2013-07-18 08:32:32Z emillour $ ! ! SUBROUTINE fisrtilp(dtime,paprs,pplay,t,q,ptconv,ratqs, & d_t, d_q, d_ql, rneb, radliq, rain, snow, & pfrac_impa, pfrac_nucl, pfrac_1nucl, & frac_impa, frac_nucl, beta, & prfl, psfl, rhcl, zqta, fraca, & ztv, zpspsk, ztla, zthl, iflag_cldcon) ! USE dimphy IMPLICIT none !====================================================================== ! Auteur(s): Z.X. Li (LMD/CNRS) ! Date: le 20 mars 1995 ! Objet: condensation et precipitation stratiforme. ! schema de nuage !====================================================================== !====================================================================== !ym include "dimensions.h" !ym include "dimphy.h" include "YOMCST.h" include "tracstoke.h" include "fisrtilp.h" include "iniprint.h" ! ! Arguments: ! REAL dtime ! intervalle du temps (s) REAL paprs(klon,klev+1) ! pression a inter-couche REAL pplay(klon,klev) ! pression au milieu de couche REAL t(klon,klev) ! temperature (K) REAL q(klon,klev) ! humidite specifique (kg/kg) REAL d_t(klon,klev) ! incrementation de la temperature (K) REAL d_q(klon,klev) ! incrementation de la vapeur d'eau REAL d_ql(klon,klev) ! incrementation de l'eau liquide REAL rneb(klon,klev) ! fraction nuageuse REAL radliq(klon,klev) ! eau liquide utilisee dans rayonnements REAL rhcl(klon,klev) ! humidite relative en ciel clair REAL rain(klon) ! pluies (mm/s) REAL snow(klon) ! neige (mm/s) REAL prfl(klon,klev+1) ! flux d'eau precipitante aux interfaces (kg/m2/s) REAL psfl(klon,klev+1) ! flux d'eau precipitante aux interfaces (kg/m2/s) REAL ztv(klon,klev) REAL zqta(klon,klev),fraca(klon,klev) REAL sigma1(klon,klev),sigma2(klon,klev) REAL qltot(klon,klev),ctot(klon,klev) REAL zpspsk(klon,klev),ztla(klon,klev) REAL zthl(klon,klev) logical lognormale(klon) !AA ! Coeffients de fraction lessivee : pour OFF-LINE ! REAL pfrac_nucl(klon,klev) REAL pfrac_1nucl(klon,klev) REAL pfrac_impa(klon,klev) ! ! Fraction d'aerosols lessivee par impaction et par nucleation ! POur ON-LINE ! REAL frac_impa(klon,klev) REAL frac_nucl(klon,klev) real zct ,zcl !AA ! ! Options du programme: ! REAL seuil_neb ! un nuage existe vraiment au-dela PARAMETER (seuil_neb=0.001) INTEGER ninter ! sous-intervals pour la precipitation INTEGER ncoreczq INTEGER iflag_cldcon PARAMETER (ninter=5) LOGICAL evap_prec ! evaporation de la pluie PARAMETER (evap_prec=.TRUE.) REAL ratqs(klon,klev) ! determine la largeur de distribution de vapeur logical ptconv(klon,klev) ! determine la largeur de distribution de vapeur real zpdf_sig(klon),zpdf_k(klon),zpdf_delta(klon) real Zpdf_a(klon),zpdf_b(klon),zpdf_e1(klon),zpdf_e2(klon) real erf REAL qcloud(klon) ! LOGICAL cpartiel ! condensation partielle PARAMETER (cpartiel=.TRUE.) REAL t_coup PARAMETER (t_coup=234.0) ! ! Variables locales: ! INTEGER i, k, n, kk REAL zqs(klon), zdqs(klon), zdelta, zcor, zcvm5 REAL zrfl(klon), zrfln(klon), zqev, zqevt REAL zoliq(klon), zcond(klon), zq(klon), zqn(klon), zdelq REAL ztglace, zt(klon) INTEGER nexpo ! exponentiel pour glace/eau REAL zdz(klon),zrho(klon),ztot , zrhol(klon) REAL zchau ,zfroi ,zfice(klon),zneb(klon) ! LOGICAL appel1er SAVE appel1er !$OMP THREADPRIVATE(appel1er) ! !--------------------------------------------------------------- ! !AA Variables traceurs: !AA Provisoire !!! Parametres alpha du lessivage !AA A priori on a 4 scavenging # possibles ! REAL a_tr_sca(4) save a_tr_sca !$OMP THREADPRIVATE(a_tr_sca) ! ! Variables intermediaires ! REAL zalpha_tr REAL zfrac_lessi REAL zprec_cond(klon) !AA ! RomP >>> 15 nov 2012 REAL beta(klon,klev) ! taux de conversion de l'eau cond ! RomP <<< REAL zmair, zcpair, zcpeau ! Pour la conversion eau-neige REAL zlh_solid(klon), zm_solid !IM !ym INTEGER klevm1 !--------------------------------------------------------------- ! ! Fonctions en ligne: ! REAL fallvs,fallvc ! vitesse de chute pour crystaux de glace REAL zzz ! Lluis INTEGER lp include "YOETHF.h" include "FCTTRE.h" fallvc (zzz) = 3.29/2.0 * ((zzz)**0.16) * ffallv_con fallvs (zzz) = 3.29/2.0 * ((zzz)**0.16) * ffallv_lsc ! DATA appel1er /.TRUE./ !ym zdelq=0.0 ! Lluis lp = 449 if (prt_level>9)write(lunout,*)'NUAGES4 A. JAM' IF (appel1er) THEN ! WRITE(lunout,*) 'fisrtilp, ninter:', ninter WRITE(lunout,*) 'fisrtilp, evap_prec:', evap_prec WRITE(lunout,*) 'fisrtilp, cpartiel:', cpartiel IF (ABS(dtime/REAL(ninter)-360.0).GT.0.001) THEN WRITE(lunout,*) 'fisrtilp: Ce n est pas prevu, voir Z.X.Li', dtime WRITE(lunout,*) 'Je prefere un sous-intervalle de 6 minutes' ! CALL abort ENDIF appel1er = .FALSE. ! !AA initialiation provisoire a_tr_sca(1) = -0.5 a_tr_sca(2) = -0.5 a_tr_sca(3) = -0.5 a_tr_sca(4) = -0.5 ! !AA Initialisation a 1 des coefs des fractions lessivees ! !cdir collapse DO k = 1, klev DO i = 1, klon pfrac_nucl(i,k)=1. pfrac_1nucl(i,k)=1. pfrac_impa(i,k)=1. beta(i,k)=0. !RomP initialisation ENDDO ENDDO ENDIF ! test sur appel1er ! !MAf Initialisation a 0 de zoliq ! DO i = 1, klon ! zoliq(i)=0. ! ENDDO ! Determiner les nuages froids par leur temperature ! nexpo regle la raideur de la transition eau liquide / eau glace. ! ztglace = RTT - 15.0 nexpo = 6 !cc nexpo = 1 ! ! Initialiser les sorties: ! !cdir collapse DO k = 1, klev+1 DO i = 1, klon prfl(i,k) = 0.0 psfl(i,k) = 0.0 ENDDO ENDDO !cdir collapse DO k = 1, klev DO i = 1, klon d_t(i,k) = 0.0 d_q(i,k) = 0.0 d_ql(i,k) = 0.0 rneb(i,k) = 0.0 radliq(i,k) = 0.0 frac_nucl(i,k) = 1. frac_impa(i,k) = 1. ENDDO ENDDO DO i = 1, klon rain(i) = 0.0 snow(i) = 0.0 zoliq(i)=0. ! ENDDO ! ! Initialiser le flux de precipitation a zero ! ! DO i = 1, klon zrfl(i) = 0.0 zneb(i) = seuil_neb ENDDO ! ! !AA Pour plus de securite zalpha_tr = 0. zfrac_lessi = 0. !AA---------------------------------------------------------- ! ncoreczq=0 ! Boucle verticale (du haut vers le bas) ! !IM : klevm1 !ym klevm1=klev-1 DO k = klev, 1, -1 ! !AA---------------------------------------------------------- ! DO i = 1, klon zt(i)=t(i,k) zq(i)=q(i,k) ENDDO ! ! Calculer la varition de temp. de l'air du a la chaleur sensible ! transporter par la pluie. ! Il resterait a rajouter cet effet de la chaleur sensible sur les ! flux de surface, du a la diff. de temp. entre le 1er niveau et la ! surface. ! IF(k.LE.klevm1) THEN DO i = 1, klon !IM zmair=(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG zcpair=RCPD*(1.0+RVTMP2*zq(i)) zcpeau=RCPD*RVTMP2 zt(i) = ( (t(i,k+1)+d_t(i,k+1))*zrfl(i)*dtime*zcpeau & + zmair*zcpair*zt(i) ) & / (zmair*zcpair + zrfl(i)*dtime*zcpeau) ! C WRITE (6,*) 'cppluie ', zt(i)-(t(i,k+1)+d_t(i,k+1)) ENDDO ENDIF ! ! ! Calculer l'evaporation de la precipitation ! IF (evap_prec) THEN DO i = 1, klon IF (zrfl(i) .GT.0.) THEN IF (thermcep) THEN zdelta=MAX(0.,SIGN(1.,RTT-zt(i))) zqs(i)= R2ES*FOEEW(zt(i),zdelta)/pplay(i,k) zqs(i)=MIN(0.5,zqs(i)) zcor=1./(1.-RETV*zqs(i)) zqs(i)=zqs(i)*zcor ELSE IF (zt(i) .LT. t_coup) THEN zqs(i) = qsats(zt(i)) / pplay(i,k) ELSE zqs(i) = qsatl(zt(i)) / pplay(i,k) ENDIF ENDIF zqev = MAX (0.0, (zqs(i)-zq(i))*zneb(i) ) zqevt = coef_eva * (1.0-zq(i)/zqs(i)) * SQRT(zrfl(i)) & * (paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/pplay(i,k)*zt(i)*RD/RG zqevt = MAX(0.0,MIN(zqevt,zrfl(i))) & * RG*dtime/(paprs(i,k)-paprs(i,k+1)) zqev = MIN (zqev, zqevt) zrfln(i) = zrfl(i) - zqev*(paprs(i,k)-paprs(i,k+1)) & /RG/dtime ! pour la glace, on ré-évapore toute la précip dans la ! couche du dessous ! la glace venant de la couche du dessus est simplement ! dans la couche du dessous. IF (zt(i) .LT. t_coup.and.reevap_ice) zrfln(i)=0. zq(i) = zq(i) - (zrfln(i)-zrfl(i)) & * (RG/(paprs(i,k)-paprs(i,k+1)))*dtime zt(i) = zt(i) + (zrfln(i)-zrfl(i)) & * (RG/(paprs(i,k)-paprs(i,k+1)))*dtime & * RLVTT/RCPD/(1.0+RVTMP2*zq(i)) zrfl(i) = zrfln(i) ENDIF ENDDO ENDIF ! ! Calculer Qs et L/Cp*dQs/dT: ! IF (thermcep) THEN DO i = 1, klon zdelta = MAX(0.,SIGN(1.,RTT-zt(i))) zcvm5 = R5LES*RLVTT*(1.-zdelta) + R5IES*RLSTT*zdelta zcvm5 = zcvm5 /RCPD/(1.0+RVTMP2*zq(i)) zqs(i) = R2ES*FOEEW(zt(i),zdelta)/pplay(i,k) zqs(i) = MIN(0.5,zqs(i)) zcor = 1./(1.-RETV*zqs(i)) zqs(i) = zqs(i)*zcor zdqs(i) = FOEDE(zt(i),zdelta,zcvm5,zqs(i),zcor) ENDDO ELSE DO i = 1, klon IF (zt(i).LT.t_coup) THEN zqs(i) = qsats(zt(i))/pplay(i,k) zdqs(i) = dqsats(zt(i),zqs(i)) ELSE zqs(i) = qsatl(zt(i))/pplay(i,k) zdqs(i) = dqsatl(zt(i),zqs(i)) ENDIF ENDDO ENDIF ! ! Determiner la condensation partielle et calculer la quantite ! de l'eau condensee: ! IF (cpartiel) THEN ! print*,'Dans partiel k=',k ! ! Calcul de l'eau condensee et de la fraction nuageuse et de l'eau ! nuageuse a partir des PDF de Sandrine Bony. ! rneb : fraction nuageuse ! zqn : eau totale dans le nuage ! zcond : eau condensee moyenne dans la maille. ! on prend en compte le réchauffement qui diminue la partie ! condensee ! ! Version avec les raqts if (iflag_pdf.eq.0) then do i=1,klon zdelq = min(ratqs(i,k),0.99) * zq(i) rneb(i,k) = (zq(i)+zdelq-zqs(i)) / (2.0*zdelq) zqn(i) = (zq(i)+zdelq+zqs(i))/2.0 enddo else ! ! Version avec les nouvelles PDFs. do i=1,klon if(zq(i).lt.1.e-15) then ncoreczq=ncoreczq+1 zq(i)=1.e-15 endif enddo if (iflag_cldcon>=5) then call cloudth(klon,klev,k,ztv, & zq,zqta,fraca, & qcloud,ctot,zpspsk,paprs,ztla,zthl, & ratqs,zqs,t) do i=1,klon rneb(i,k)=ctot(i,k) zqn(i)=qcloud(i) enddo endif if (iflag_cldcon <= 4) then lognormale = .true. elseif (iflag_cldcon >= 6) then ! lognormale en l'absence des thermiques lognormale = fraca(:,k) < 1e-10 else ! Dans le cas iflag_cldcon=5, on prend systématiquement la ! bi-gaussienne lognormale = .false. end if do i=1,klon if (lognormale(i)) then zpdf_sig(i)=ratqs(i,k)*zq(i) zpdf_k(i)=-sqrt(log(1.+(zpdf_sig(i)/zq(i))**2)) zpdf_delta(i)=log(zq(i)/zqs(i)) zpdf_a(i)=zpdf_delta(i)/(zpdf_k(i)*sqrt(2.)) zpdf_b(i)=zpdf_k(i)/(2.*sqrt(2.)) zpdf_e1(i)=zpdf_a(i)-zpdf_b(i) zpdf_e1(i)=sign(min(abs(zpdf_e1(i)),5.),zpdf_e1(i)) zpdf_e1(i)=1.-erf(zpdf_e1(i)) zpdf_e2(i)=zpdf_a(i)+zpdf_b(i) zpdf_e2(i)=sign(min(abs(zpdf_e2(i)),5.),zpdf_e2(i)) zpdf_e2(i)=1.-erf(zpdf_e2(i)) endif enddo do i=1,klon if (lognormale(i)) then if (zpdf_e1(i).lt.1.e-10) then rneb(i,k)=0. zqn(i)=zqs(i) else rneb(i,k)=0.5*zpdf_e1(i) zqn(i)=zq(i)*zpdf_e2(i)/zpdf_e1(i) endif endif enddo endif ! iflag_pdf DO i=1,klon IF (rneb(i,k) .LE. 0.0) THEN zqn(i) = 0.0 rneb(i,k) = 0.0 zcond(i) = 0.0 rhcl(i,k)=zq(i)/zqs(i) ELSE IF (rneb(i,k) .GE. 1.0) THEN zqn(i) = zq(i) rneb(i,k) = 1.0 zcond(i) = MAX(0.0,zqn(i)-zqs(i))/(1+zdqs(i)) rhcl(i,k)=1.0 ELSE zcond(i) = MAX(0.0,zqn(i)-zqs(i))*rneb(i,k)/(1+zdqs(i)) rhcl(i,k)=(zqs(i)+zq(i)-zdelq)/2./zqs(i) ENDIF ENDDO ! do i=1,klon ! IF (rneb(i,k) .LE. 0.0) zqn(i) = 0.0 ! IF (rneb(i,k) .GE. 1.0) zqn(i) = zq(i) ! rneb(i,k) = MAX(0.0,MIN(1.0,rneb(i,k))) !c zcond(i) = MAX(0.0,zqn(i)-zqs(i))*rneb(i,k)/(1.+zdqs(i)) !c On ne divise pas par 1+zdqs pour forcer a avoir l'eau predite par !c la convection. !c ATTENTION !!! Il va falloir verifier tout ca. ! zcond(i) = MAX(0.0,zqn(i)-zqs(i))*rneb(i,k) !c print*,'ZDQS ',zdqs(i) !c--Olivier ! rhcl(i,k)=(zqs(i)+zq(i)-zdelq)/2./zqs(i) ! IF (rneb(i,k) .LE. 0.0) rhcl(i,k)=zq(i)/zqs(i) ! IF (rneb(i,k) .GE. 1.0) rhcl(i,k)=1.0 !c--fin ! ENDDO ELSE DO i = 1, klon IF (zq(i).GT.zqs(i)) THEN rneb(i,k) = 1.0 ELSE rneb(i,k) = 0.0 ENDIF zcond(i) = MAX(0.0,zq(i)-zqs(i))/(1.+zdqs(i)) ENDDO ENDIF ! DO i = 1, klon zq(i) = zq(i) - zcond(i) ! zt(i) = zt(i) + zcond(i) * RLVTT/RCPD zt(i) = zt(i) + zcond(i) * RLVTT/RCPD/(1.0+RVTMP2*zq(i)) ENDDO ! ! Partager l'eau condensee en precipitation et eau liquide nuageuse ! DO i = 1, klon IF (rneb(i,k).GT.0.0) THEN zoliq(i) = zcond(i) zrho(i) = pplay(i,k) / zt(i) / RD zdz(i) = (paprs(i,k)-paprs(i,k+1)) / (zrho(i)*RG) zfice(i) = 1.0 - (zt(i)-ztglace) / (273.13-ztglace) zfice(i) = MIN(MAX(zfice(i),0.0),1.0) zfice(i) = zfice(i)**nexpo zneb(i) = MAX(rneb(i,k), seuil_neb) radliq(i,k) = zoliq(i)/REAL(ninter+1) ENDIF ENDDO ! DO n = 1, ninter DO i = 1, klon IF (rneb(i,k).GT.0.0) THEN zrhol(i) = zrho(i) * zoliq(i) / zneb(i) IF (zneb(i).EQ.seuil_neb) THEN ztot = 0.0 ELSE ! quantite d'eau a eliminer: zchau ! meme chose pour la glace: zfroi if (ptconv(i,k)) then zcl =cld_lc_con zct =1./cld_tau_con zfroi = dtime/REAL(ninter)/zdz(i)*zoliq(i) & *fallvc(zrhol(i)) * zfice(i) else zcl =cld_lc_lsc zct =1./cld_tau_lsc zfroi = dtime/REAL(ninter)/zdz(i)*zoliq(i) & *fallvs(zrhol(i)) * zfice(i) endif zchau = zct *dtime/REAL(ninter) * zoliq(i) & *(1.0-EXP(-(zoliq(i)/zneb(i)/zcl )**2)) *(1.-zfice(i)) ztot = zchau + zfroi ztot = MAX(ztot ,0.0) ENDIF ztot = MIN(ztot,zoliq(i)) zoliq(i) = MAX(zoliq(i)-ztot , 0.0) radliq(i,k) = radliq(i,k) + zoliq(i)/REAL(ninter+1) ENDIF ENDDO ENDDO ! DO i = 1, klon IF (rneb(i,k).GT.0.0) THEN d_ql(i,k) = zoliq(i) zrfl(i) = zrfl(i)+ MAX(zcond(i)-zoliq(i),0.0) & * (paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/(RG*dtime) ENDIF IF (zt(i).LT.RTT) THEN psfl(i,k)=zrfl(i) ELSE prfl(i,k)=zrfl(i) ENDIF ENDDO ! ! Calculer les tendances de q et de t: ! DO i = 1, klon d_q(i,k) = zq(i) - q(i,k) d_t(i,k) = zt(i) - t(i,k) ENDDO ! !AA--------------- Calcul du lessivage stratiforme ------------- DO i = 1,klon ! if(zcond(i).gt.zoliq(i)+1.e-10) then beta(i,k) = (zcond(i)-zoliq(i))/zcond(i)/dtime else beta(i,k) = 0. endif zprec_cond(i) = MAX(zcond(i)-zoliq(i),0.0) & * (paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG IF (rneb(i,k).GT.0.0.and.zprec_cond(i).gt.0.) THEN !AA lessivage nucleation LMD5 dans la couche elle-meme if (t(i,k) .GE. ztglace) THEN zalpha_tr = a_tr_sca(3) else zalpha_tr = a_tr_sca(4) endif zfrac_lessi = 1. - EXP(zalpha_tr*zprec_cond(i)/zneb(i)) pfrac_nucl(i,k)=pfrac_nucl(i,k)*(1.-zneb(i)*zfrac_lessi) frac_nucl(i,k)= 1.-zneb(i)*zfrac_lessi ! ! nucleation avec un facteur -1 au lieu de -0.5 zfrac_lessi = 1. - EXP(-zprec_cond(i)/zneb(i)) pfrac_1nucl(i,k)=pfrac_1nucl(i,k)*(1.-zneb(i)*zfrac_lessi) ENDIF ! ENDDO ! boucle sur i ! !AA Lessivage par impaction dans les couches en-dessous DO kk = k-1, 1, -1 DO i = 1, klon IF (rneb(i,k).GT.0.0.and.zprec_cond(i).gt.0.) THEN if (t(i,kk) .GE. ztglace) THEN zalpha_tr = a_tr_sca(1) else zalpha_tr = a_tr_sca(2) endif zfrac_lessi = 1. - EXP(zalpha_tr*zprec_cond(i)/zneb(i)) pfrac_impa(i,kk)=pfrac_impa(i,kk)*(1.-zneb(i)*zfrac_lessi) frac_impa(i,kk)= 1.-zneb(i)*zfrac_lessi ENDIF ENDDO ENDDO ! !AA---------------------------------------------------------- ! FIN DE BOUCLE SUR K end DO ! !AA----------------------------------------------------------- ! ! Pluie ou neige au sol selon la temperature de la 1ere couche ! DO i = 1, klon IF ((t(i,1)+d_t(i,1)) .LT. RTT) THEN snow(i) = zrfl(i) zlh_solid(i) = RLSTT-RLVTT ELSE rain(i) = zrfl(i) zlh_solid(i) = 0. ENDIF ENDDO ! ! For energy conservation : when snow is present, the solification ! latent heat is considered. DO k = 1, klev DO i = 1, klon zcpair=RCPD*(1.0+RVTMP2*(q(i,k)+d_q(i,k))) zmair=(paprs(i,k)-paprs(i,k+1))/RG zm_solid = (prfl(i,k)-prfl(i,k+1)+psfl(i,k)-psfl(i,k+1))*dtime d_t(i,k) = d_t(i,k) + zlh_solid(i) *zm_solid / (zcpair*zmair) END DO END DO ! if (ncoreczq>0) then WRITE(lunout,*)'WARNING : ZQ dans fisrtilp ',ncoreczq,' val < 1.e-15.' endif END SUBROUTINE fisrtilp