source: trunk/LMDZ.GENERIC/libf/phystd/aeropacity.F90 @ 2987

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Generic PCM:
More code tidying: turn aeropacity, aeroptproperties, gfluxi, gfluxv,
sfluxi and sfluxv into modules.
EM

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Line 
1module aeropacity_mod
2
3implicit none
4
5contains
6
7      Subroutine aeropacity(ngrid,nlayer,nq,pplay,pplev,pt, pq, &
8         aerosol,reffrad,nueffrad, QREFvis3d,QREFir3d,tau_col, &
9         cloudfrac,totcloudfrac,clearsky)
10
11       use radinc_h, only : L_TAUMAX,naerkind
12       use aerosol_mod, only: iaero_nlay, iaero_generic, &
13                              iaero_aurora, iaero_back2lay, iaero_co2, &
14                              iaero_dust, iaero_h2o, iaero_h2so4, &
15                              iaero_nh3, i_rgcs_ice, noaero, &
16                              iaero_venus1, iaero_venus2, iaero_venus2p, &
17                              iaero_venus3, iaero_venusUV
18       USE tracer_h, only: noms,rho_co2,rho_ice,rho_q,mmol
19       use comcstfi_mod, only: g, pi, mugaz, avocado
20       use geometry_mod, only: latitude
21       use callkeys_mod, only: aerofixco2,aerofixh2o,kastprof,cloudlvl, &
22                CLFvarying,CLFfixval,dusttau,                           &
23                pres_bottom_tropo,pres_top_tropo,obs_tau_col_tropo,     &
24                pres_bottom_strato,pres_top_strato,obs_tau_col_strato,  &
25                tau_nh3_cloud, pres_nh3_cloud,                          &
26                nlayaero, aeronlay_tauref, aeronlay_choice,             &
27                aeronlay_pbot, aeronlay_ptop, aeronlay_sclhght,         &
28                aerogeneric
29        use generic_tracer_index_mod, only: generic_tracer_index
30       implicit none
31
32!==================================================================
33!     
34!     Purpose
35!     -------
36!     Compute aerosol optical depth in each gridbox.
37!     
38!     Authors
39!     -------
40!     F. Forget
41!     F. Montmessin (water ice scheme)
42!     update J.-B. Madeleine (2008)
43!     dust removal, simplification by Robin Wordsworth (2009)
44!     Generic n-layer aerosol - J. Vatant d'Ollone (2020)
45!     Radiative Generic Condensable Species - Lucas Teinturier (2022)
46!
47!     Input
48!     -----
49!     ngrid             Number of horizontal gridpoints
50!     nlayer            Number of layers
51!     nq                Number of tracers
52!     pplev             Pressure (Pa) at each layer boundary
53!     pq                Aerosol mixing ratio
54!     reffrad(ngrid,nlayer,naerkind)         Aerosol effective radius
55!     QREFvis3d(ngrid,nlayer,naerkind) \ 3d extinction coefficients
56!     QREFir3d(ngrid,nlayer,naerkind)  / at reference wavelengths
57!
58!     Output
59!     ------
60!     aerosol            Aerosol optical depth in layer l, grid point ig
61!     tau_col            Total column optical depth at grid point ig
62!
63!=======================================================================
64
65      INTEGER,INTENT(IN) :: ngrid  ! number of atmospheric columns
66      INTEGER,INTENT(IN) :: nlayer ! number of atmospheric layers
67      INTEGER,INTENT(IN) :: nq     ! number of tracers
68      REAL,INTENT(IN) :: pplay(ngrid,nlayer) ! mid-layer pressure (Pa)
69      REAL,INTENT(IN) :: pplev(ngrid,nlayer+1) ! inter-layer pressure (Pa)
70      REAL,INTENT(IN) :: pq(ngrid,nlayer,nq) ! tracers (.../kg_of_air)
71      REAL,INTENT(IN) :: pt(ngrid,nlayer) ! mid-layer temperature (K)
72      REAL,INTENT(OUT) :: aerosol(ngrid,nlayer,naerkind) ! aerosol optical depth
73      REAL,INTENT(IN) :: reffrad(ngrid,nlayer,naerkind) ! aerosol effective radius
74      REAL,INTENT(IN) :: nueffrad(ngrid,nlayer,naerkind) ! aerosol effective variance
75      REAL,INTENT(IN) :: QREFvis3d(ngrid,nlayer,naerkind) ! extinction coefficient in the visible
76      REAL,INTENT(IN) :: QREFir3d(ngrid,nlayer,naerkind)
77      REAL,INTENT(OUT):: tau_col(ngrid) !column integrated visible optical depth
78      ! BENJAMIN MODIFS
79      real,intent(in) :: cloudfrac(ngrid,nlayer) ! cloud fraction
80      real,intent(out) :: totcloudfrac(ngrid) ! total cloud fraction
81      logical,intent(in) :: clearsky
82
83      real aerosol0, obs_tau_col_aurora, pm
84      real pcloud_deck, cloud_slope
85
86      real dp_strato(ngrid)
87      real dp_tropo(ngrid)
88      real dp_layer(ngrid)
89
90      INTEGER l,ig,iq,iaer,ia
91
92      LOGICAL,SAVE :: firstcall=.true.
93!$OMP THREADPRIVATE(firstcall)
94      REAL CBRT
95      EXTERNAL CBRT
96
97      INTEGER,SAVE :: i_co2ice=0      ! co2 ice
98      INTEGER,SAVE :: i_h2oice=0      ! water ice
99!$OMP THREADPRIVATE(i_co2ice,i_h2oice)
100      CHARACTER(LEN=20) :: tracername ! to temporarily store text
101
102      ! for fixed dust profiles
103      real topdust, expfactor, zp
104      REAL taudusttmp(ngrid) ! Temporary dust opacity used before scaling
105      REAL tauh2so4tmp(ngrid) ! Temporary h2so4 opacity used before scaling
106
107      real CLFtot
108      integer igen_ice,igen_vap ! to store the index of generic tracer
109      logical dummy_bool ! dummy boolean just in case we need one
110      ! integer i_rgcs_ice(aerogeneric)
111      !  for venus clouds
112      real      :: p_bot,p_top,h_bot,h_top,mode_dens,h_lay
113
114      ! identify tracers
115      IF (firstcall) THEN
116        ia =0
117        write(*,*) "Tracers found in aeropacity:"
118        do iq=1,nq
119          tracername=noms(iq)
120          if (tracername.eq."co2_ice") then
121            i_co2ice=iq
122          write(*,*) "i_co2ice=",i_co2ice
123
124          endif
125          if (tracername.eq."h2o_ice") then
126            i_h2oice=iq
127            write(*,*) "i_h2oice=",i_h2oice
128          endif
129        enddo
130
131        if (noaero) then
132          print*, "No active aerosols found in aeropacity"
133        else
134          print*, "If you would like to use aerosols, make sure any old"
135          print*, "start files are updated in newstart using the option"
136          print*, "q=0"
137          write(*,*) "Active aerosols found in aeropacity:"
138        endif
139
140        if ((iaero_co2.ne.0).and.(.not.noaero)) then
141          print*, 'iaero_co2=  ',iaero_co2
142        endif
143        if (iaero_h2o.ne.0) then
144          print*,'iaero_h2o=  ',iaero_h2o   
145        endif
146        if (iaero_dust.ne.0) then
147          print*,'iaero_dust= ',iaero_dust
148        endif
149        if (iaero_h2so4.ne.0) then
150          print*,'iaero_h2so4= ',iaero_h2so4
151        endif
152        if (iaero_back2lay.ne.0) then
153          print*,'iaero_back2lay= ',iaero_back2lay
154        endif
155        if (iaero_nh3.ne.0) then
156          print*,'iaero_nh3= ',iaero_nh3
157        endif
158        if (iaero_nlay(1).ne.0) then
159          print*,'iaero_nlay= ',iaero_nlay(:)
160        endif
161        if (iaero_aurora.ne.0) then
162          print*,'iaero_aurora= ',iaero_aurora
163        endif
164
165        if (iaero_venus1.ne.0) then
166          print*,'iaero_venus1= ',iaero_venus1
167        endif
168        if (iaero_venus2.ne.0) then
169          print*,'iaero_venus2= ',iaero_venus2
170        endif
171        if (iaero_venus2p.ne.0) then
172          print*,'iaero_venus2p= ',iaero_venus2p
173        endif
174        if (iaero_venus3.ne.0) then
175          print*,'iaero_venus3= ',iaero_venus3
176        endif
177        if (iaero_venusUV.ne.0) then
178          print*,'iaero_venusUV= ',iaero_venusUV
179        endif
180
181        if (aerogeneric .ne. 0) then
182          print*,"iaero_generic= ",iaero_generic(:)
183        endif
184        firstcall=.false.
185      ENDIF ! of IF (firstcall)
186
187
188!     ---------------------------------------------------------
189!==================================================================
190!    CO2 ice aerosols
191!==================================================================
192
193      if (iaero_co2.ne.0) then
194           iaer=iaero_co2
195!       1. Initialization
196            aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
197!       2. Opacity calculation
198            if (noaero) then ! aerosol set to zero
199             aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
200            elseif (aerofixco2.or.(i_co2ice.eq.0)) then !  CO2 ice cloud prescribed
201               aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=1.e-9
202               !aerosol(1:ngrid,12,iaer)=4.0 ! single cloud layer option
203            else
204               DO ig=1, ngrid
205                  DO l=1,nlayer-1 ! to stop the rad tran bug
206
207                     aerosol0 =                         &
208                          (  0.75 * QREFvis3d(ig,l,iaer) /        &
209                          ( rho_co2 * reffrad(ig,l,iaer) )  ) *   &
210                          ( pq(ig,l,i_co2ice) + 1.E-9 ) *         &
211                          ( pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1) ) / g
212                     aerosol0           = max(aerosol0,1.e-9)
213                     aerosol0           = min(aerosol0,L_TAUMAX)
214                     aerosol(ig,l,iaer) = aerosol0
215!                     aerosol(ig,l,iaer) = 0.0
216!                     print*, aerosol(ig,l,iaer)
217!        using cloud fraction
218!                     aerosol(ig,l,iaer) = -log(1 - CLF + CLF*exp(-aerosol0/CLF))
219!                     aerosol(ig,l,iaer) = min(aerosol(ig,l,iaer),L_TAUMAX)
220
221
222                  ENDDO
223               ENDDO
224            end if ! if fixed or varying
225      end if ! if CO2 aerosols   
226!==================================================================
227!     Water ice / liquid
228!==================================================================
229
230      if (iaero_h2o.ne.0) then
231           iaer=iaero_h2o
232!       1. Initialization
233            aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
234!       2. Opacity calculation
235            if (aerofixh2o.or.(i_h2oice.eq.0).or.clearsky) then
236               aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer) =1.e-9
237
238               ! put cloud at cloudlvl
239               if(kastprof.and.(cloudlvl.ne.0.0))then
240                  ig=1
241                  do l=1,nlayer
242                     if(int(cloudlvl).eq.l)then
243                     !if(cloudlvl.gt.(pplay(ig,l)/pplev(ig,1)))then
244                        print*,'Inserting cloud at level ',l
245                        !aerosol(ig,l,iaer)=10.0
246
247                        rho_ice=920.0
248
249                        ! the Kasting approximation
250                        aerosol(ig,l,iaer) =                      &
251                          (  0.75 * QREFvis3d(ig,l,iaer) /        &
252                          ( rho_ice * reffrad(ig,l,iaer) )  ) *   &
253                          !( pq(ig,l,i_h2oice) + 1.E-9 ) *         &
254                          ( 4.0e-4 + 1.E-9 ) *         &
255                          ( pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1) ) / g
256
257
258                        open(115,file='clouds.out',form='formatted')
259                        write(115,*) l,aerosol(ig,l,iaer)
260                        close(115)
261
262                        return
263                     endif
264                  end do
265
266                  call abort
267               endif
268
269            else
270
271               do ig=1, ngrid
272                  !do l=1,nlayer-1 ! to stop the rad tran bug
273                  do l=1,nlayer !JL18 if aerosols are present in the last layer we must account for them. Provides better upper boundary condition in the IR. They must however be put to zero in the sw (see optcv)
274                                ! same correction should b-probably be done for other aerosol types.
275                     aerosol(ig,l,iaer) =                                    & !modification by BC
276                          (  0.75 * QREFvis3d(ig,l,iaer) /        &
277                          ( rho_ice * reffrad(ig,l,iaer) )  ) *   &
278                          !  pq(ig,l,i_h2oice) *                   & !JL I dropped the +1e-9 here to have the same
279                          !( pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1) ) / g       !   opacity in the clearsky=true and the
280                                                                     !   clear=false/pq=0 case
281                          ( pq(ig,l,i_h2oice) + 1.E-9 ) *         & ! Doing this makes the code unstable, so I have restored it (RW)
282                          ( pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1) ) / g
283
284                  enddo
285               enddo
286
287               if(CLFvarying)then
288                  call totalcloudfrac(ngrid,nlayer,nq,cloudfrac,totcloudfrac,pplev,pq,aerosol(1,1,iaer))
289                  do ig=1, ngrid
290                     !do l=1,nlayer-1 ! to stop the rad tran bug
291                     do l=1,nlayer !JL18 if aerosols are present in the last layer we must account for them. Provides better upper boundary condition in the IR. They must however be put to zero in the sw (see optcv)
292                        CLFtot  = max(totcloudfrac(ig),0.01)
293                        aerosol(ig,l,iaer)=aerosol(ig,l,iaer)/CLFtot
294                        aerosol(ig,l,iaer) = max(aerosol(ig,l,iaer),1.e-9)
295                     enddo
296                  enddo
297               else
298                  do ig=1, ngrid
299                     !do l=1,nlayer-1 ! to stop the rad tran bug
300                     do l=1,nlayer !JL18 if aerosols are present in the last layer we must account for them. Provides better upper boundary condition in the IR. They must however be put to zero in the sw (see optcv)
301                        CLFtot  = CLFfixval
302                        aerosol(ig,l,iaer)=aerosol(ig,l,iaer)/CLFtot
303                        aerosol(ig,l,iaer) = max(aerosol(ig,l,iaer),1.e-9)
304                     enddo
305                  enddo
306              end if!(CLFvarying)
307            endif !(aerofixed.or.(i_h2oice.eq.0).or.clearsky)
308             
309      end if ! End if h2o aerosol
310
311!==================================================================
312!             Dust
313!==================================================================
314      if (iaero_dust.ne.0) then
315          iaer=iaero_dust
316!         1. Initialization
317          aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
318         
319          topdust=30.0 ! km  (used to be 10.0 km) LK
320
321!       2. Opacity calculation
322
323!           expfactor=0.
324           DO l=1,nlayer-1
325             DO ig=1,ngrid
326!             Typical mixing ratio profile
327
328                 zp=(pplev(ig,1)/pplay(ig,l))**(70./topdust)
329                 expfactor=max(exp(0.007*(1.-max(zp,1.))),1.e-3)
330
331!             Vertical scaling function
332              aerosol(ig,l,iaer)= (pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1)) &
333               *expfactor
334
335
336             ENDDO
337           ENDDO
338
339!          Rescaling each layer to reproduce the choosen (or assimilated)
340!          dust extinction opacity at visible reference wavelength, which
341!          is scaled to the surface pressure pplev(ig,1)
342
343            taudusttmp(1:ngrid)=0.
344              DO l=1,nlayer
345                DO ig=1,ngrid
346                   taudusttmp(ig) = taudusttmp(ig) &
347                          +  aerosol(ig,l,iaer)
348                ENDDO
349              ENDDO
350            DO l=1,nlayer-1
351               DO ig=1,ngrid
352                  aerosol(ig,l,iaer) = max(1E-20, &
353                          dusttau &
354                       *  pplev(ig,1) / pplev(ig,1) &
355                       *  aerosol(ig,l,iaer) &
356                       /  taudusttmp(ig))
357
358              ENDDO
359            ENDDO
360      end if ! If dust aerosol   
361
362!==================================================================
363!           H2SO4
364!==================================================================
365! added by LK
366      if (iaero_h2so4.ne.0) then
367         iaer=iaero_h2so4
368
369!       1. Initialization
370         aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
371
372
373!       2. Opacity calculation
374
375!           expfactor=0.
376         DO l=1,nlayer-1
377            DO ig=1,ngrid
378!              Typical mixing ratio profile
379
380               zp=(pplev(ig,1)/pplay(ig,l))**(70./30) !emulating topdust
381               expfactor=max(exp(0.007*(1.-max(zp,1.))),1.e-3)
382
383!             Vertical scaling function
384               aerosol(ig,l,iaer)= (pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))*expfactor
385
386            ENDDO
387         ENDDO
388         tauh2so4tmp(1:ngrid)=0.
389         DO l=1,nlayer
390            DO ig=1,ngrid
391               tauh2so4tmp(ig) = tauh2so4tmp(ig) + aerosol(ig,l,iaer)
392            ENDDO
393         ENDDO
394         DO l=1,nlayer-1
395            DO ig=1,ngrid
396               aerosol(ig,l,iaer) = max(1E-20, &
397                          1 &
398                       *  pplev(ig,1) / pplev(ig,1) &
399                       *  aerosol(ig,l,iaer) &
400                       /  tauh2so4tmp(ig))
401
402            ENDDO
403         ENDDO
404         
405! 1/700. is assuming a "sulfurtau" of 1
406! Sulfur aerosol routine to be improved.
407!                     aerosol0 =                         &
408!                          (  0.75 * QREFvis3d(ig,l,iaer) /        &
409!                          ( rho_h2so4 * reffrad(ig,l,iaer) )  ) *   &
410!                          ( pq(ig,l,i_h2so4) + 1.E-9 ) *         &
411!                          ( pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1) ) / g
412!                     aerosol0           = max(aerosol0,1.e-9)
413!                     aerosol0           = min(aerosol0,L_TAUMAX)
414!                     aerosol(ig,l,iaer) = aerosol0
415
416!                  ENDDO
417!               ENDDO
418      end if
419 
420           
421!     ---------------------------------------------------------
422!==================================================================
423!    Two-layer aerosols (unknown composition)
424!    S. Guerlet (2013) - Modif by J. Vatant d'Ollone (2020)
425!   
426!    This scheme is deprecated and left for retrocompatibility
427!    You should use the n-layer scheme below !
428!
429!==================================================================
430
431      if (iaero_back2lay .ne.0) then
432           iaer=iaero_back2lay
433!       1. Initialization
434            aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
435!       2. Opacity calculation
436
437
438!       JVO 20 : Modif to have each of the layers (strato and tropo) correctly normalized
439!                Otherwise we previously had the total optical depth correct but for each
440!                separately, so  it didn't match the input values + what's more normalizing
441!                to the sum was making them non-independent : eg changing tau_tropo was
442!                affecting stratopsheric values of optical depth ...
443!
444!                Note that the main consequence of the former version bug was (in most cases)
445!                to strongly underestimate the stratospheric optical depths compared to the
446!                required values, eg, with tau_tropo=10 and tau_strato=0.1, you actually ended
447!                with an actual tau_strato of 1E-4 ... !
448!
449!                NB : Because of the extra transition opacity if the layers are non contiguous,
450!                be aware that at the the bottom we have tau > tau_strato + tau_tropo
451
452         DO ig=1,ngrid
453          dp_tropo(ig)  = 0.D0
454          dp_strato(ig) = 0.D0
455          DO l=1,nlayer-1
456             aerosol(ig,l,iaer) = ( pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1) )
457             !! 1. below tropospheric layer: no aerosols
458             IF (pplev(ig,l) .gt. pres_bottom_tropo) THEN
459               aerosol(ig,l,iaer) = 0.D0
460             !! 2. tropo layer
461             ELSEIF (pplev(ig,l) .le. pres_bottom_tropo .and. pplev(ig,l) .ge. pres_top_tropo) THEN
462               dp_tropo(ig) = dp_tropo(ig) + aerosol(ig,l,iaer)
463             !! 3. linear transition
464             ! JVO 20 : This interpolation needs to be done AFTER we set strato and tropo (see below)
465             !! 4. strato layer
466             ELSEIF (pplev(ig,l) .le. pres_bottom_strato .and. pplev(ig,l) .ge. pres_top_strato) THEN
467               dp_strato(ig) = dp_strato(ig) + aerosol(ig,l,iaer)
468             !! 5. above strato layer: no aerosols
469             ELSEIF (pplev(ig,l) .lt. pres_top_strato) THEN
470               aerosol(ig,l,iaer) = 0.D0
471             ENDIF
472          ENDDO
473         ENDDO
474
475!       3. Re-normalize to the (input) observed (total) column (for each of the layers)
476
477         DO ig=1,ngrid
478          DO l=1,nlayer-1
479               IF (pplev(ig,l) .le. pres_bottom_tropo .and. pplev(ig,l) .ge. pres_top_tropo) THEN
480                 aerosol(ig,l,iaer) = obs_tau_col_tropo*aerosol(ig,l,iaer)/dp_tropo(ig)
481               ELSEIF (pplev(ig,l) .lt. pres_top_tropo .and. pplev(ig,l) .gt. pres_bottom_strato) THEN
482                 expfactor=log(pplev(ig,l)/pres_top_tropo)/log(pres_bottom_strato/pres_top_tropo)
483                 aerosol(ig,l,iaer) = (obs_tau_col_strato/dp_strato(ig))**expfactor     &
484                                    * (obs_tau_col_tropo/dp_tropo(ig))**(1.0-expfactor) &
485                                    * aerosol(ig,l,iaer)
486               ELSEIF (pplev(ig,l) .le. pres_bottom_strato .and. pplev(ig,l) .ge. pres_top_strato) THEN
487                 aerosol(ig,l,iaer) = obs_tau_col_strato*aerosol(ig,l,iaer)/dp_strato(ig)
488               ENDIF
489            ENDDO
490         ENDDO
491
492
493      end if ! if Two-layer aerosols 
494
495!==================================================================
496!    Saturn/Jupiter ammonia cloud = thin cloud (scale height 0.2 hard coded...)
497!    S. Guerlet (2013)
498!    JVO 20 : You should now use the generic n-layer scheme below
499!==================================================================
500
501      if (iaero_nh3 .ne.0) then
502           iaer=iaero_nh3
503!       1. Initialization
504            aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.D0
505!       2. Opacity calculation
506          DO ig=1,ngrid
507
508           DO l=1,nlayer-1
509            !! 1. below cloud layer: no opacity
510           
511            IF (pplev(ig,l) .gt. pres_nh3_cloud ) THEN
512            aerosol(ig,l,iaer) = 0.D0           
513
514             ELSEIF (pplev(ig,l) .le. pres_nh3_cloud ) THEN
515             cloud_slope=5. !!(hard-coded, correspond to scale height 0.2)
516             aerosol(ig,l,iaer) = ((pplev(ig,l)/pres_nh3_cloud)**(cloud_slope))*tau_nh3_cloud
517
518             ENDIF
519            ENDDO
520
521          END DO
522         
523!       3. Re-normalize to observed total column
524         dp_layer(:)=0.0
525         DO l=1,nlayer
526          DO ig=1,ngrid
527               dp_layer(ig) = dp_layer(ig) &
528                     + aerosol(ig,l,iaer)/tau_nh3_cloud
529            ENDDO
530         ENDDO
531
532         DO ig=1,ngrid
533           DO l=1,nlayer-1
534                aerosol(ig,l,iaer)=aerosol(ig,l,iaer)/dp_layer(ig)
535           ENDDO
536         ENDDO
537
538     end if ! if NH3 cloud 
539
540!=========================================================================================================
541!    Generic N-layers aerosols/clouds
542!    Author : J. Vatant d'Ollone (2020)
543!   
544!    Purpose: Replaces and extents the former buggy 2-layer scheme as well as hard-coded NH3 cloud
545!   
546!    + Each layer can have different optical properties, size of particle ...
547!    + Enables up to n=4 layers as we apparently cannot run with more scatterers (could be worth checking...)
548!    + You have different choices for vertical profile of the aerosol layers :
549!           * aeronlay_choice = 1 : Layer tau is spread between ptop and pbot following atm scale height.
550!           * aeronlay_choice = 2 : Layer tau follows its own scale height above cloud deck (pbot).
551!                                   In this case ptop is dummy and sclhght gives the ratio H_cl/H_atm.
552!           * aeronlay_choice = ... feel free to add more cases  !
553!    + Layers can overlap if needed (if you want a 'transition layer' as in the 2-scheme, just add it)
554!
555!=========================================================================================================
556
557      if (iaero_nlay(1) .ne.0) then
558
559        DO ia=1,nlayaero
560           iaer=iaero_nlay(ia)
561
562!          a. Initialization
563           aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.D0
564
565!          b. Opacity calculation
566           
567           ! Case 1 : Follows atmospheric scale height between boundaries pressures
568           ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
569           IF (aeronlay_choice(ia).eq.1) THEN
570
571             dp_layer(:)=0.D0
572             DO ig=1,ngrid
573               DO l=1,nlayer-1
574                 !! i. Opacity follows scale height
575                 IF ( pplev(ig,l).le.aeronlay_pbot(ia)   .AND.          &
576                      pplev(ig,l).ge.aeronlay_ptop(ia) ) THEN
577                   aerosol(ig,l,iaer) = ( pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1) )
578                   dp_layer(ig) = dp_layer(ig) + aerosol(ig,l,iaer)
579                 !! ii. Outside aerosol layer boundaries: no aerosols
580                 ELSE
581                   aerosol(ig,l,iaer) = 0.D0
582                 ENDIF
583               ENDDO
584             ENDDO
585             ! iii. Re-normalize to required total opacity
586             DO ig=1,ngrid
587               DO l=1,nlayer-1
588                 IF ( pplev(ig,l).le.aeronlay_pbot(ia)   .AND.          &
589                      pplev(ig,l).ge.aeronlay_ptop(ia) ) THEN
590                  aerosol(ig,l,iaer) = aerosol(ig,l,iaer) / dp_layer(ig) &
591                                     * aeronlay_tauref(ia)
592                 ENDIF
593               ENDDO
594             ENDDO
595
596           ! Case 2 : Follows input scale height
597           ! ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
598           ELSE IF (aeronlay_choice(ia).eq.2) THEN
599           
600             cloud_slope  = 1.D0/aeronlay_sclhght(ia)
601             pcloud_deck  = aeronlay_pbot(ia)
602             dp_layer(:)  = 0.D0
603
604             DO ig=1,ngrid
605               DO l=1,nlayer-1
606                 !! i. Below cloud layer: no opacity
607                 IF (pplev(ig,l) .gt. pcloud_deck) THEN
608                   aerosol(ig,l,iaer) = 0.D0           
609                 !! ii. Follows scale height above cloud deck
610                 ELSEIF (pplev(ig,l) .le. pcloud_deck) THEN
611                   aerosol(ig,l,iaer) = ((pplev(ig,l)/pcloud_deck)**(cloud_slope))
612                   dp_layer(ig) = dp_layer(ig) + aerosol(ig,l,iaer)
613                 ENDIF
614               ENDDO
615             ENDDO
616             ! iii. Re-normalize to required total opacity
617             DO ig=1,ngrid
618               DO l=1,nlayer-1
619                 IF (pplev(ig,l) .le. pcloud_deck) THEN
620                  aerosol(ig,l,iaer) = aerosol(ig,l,iaer) / dp_layer(ig) &
621                                     * aeronlay_tauref(ia)
622                 ENDIF
623               ENDDO
624             ENDDO
625
626           ENDIF ! aeronlay_choice
627
628          ENDDO ! loop on n aerosol layers
629
630      end if ! if N-layer aerosols
631 
632!==================================================================
633!    Jovian auroral aerosols (unknown composition) NON-GENERIC: vertical and meridional profile tuned to observations
634!    S. Guerlet (2015)
635!==================================================================
636
637
638      if (iaero_aurora .ne.0) then
639           iaer=iaero_aurora
640!       1. Initialization
641            aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.D0
642         pm = 2000. !!case study: maxi aerosols at 20 hPa
643!       2. Opacity calculation
644          DO ig=1,ngrid
645
646          !! Test Jupiter (based on Zhang et al 2013 observations, but a bit different), decembre 2015
647              DO l=1,nlayer
648                aerosol(ig,l,iaer) = (pplev(ig,l)/pm)**2 * exp(-(pplev(ig,l)/pm)**2)
649              ENDDO
650          ENDDO
651         
652 !       3. Meridional distribution, and re-normalize to observed total column
653         dp_layer(:)=0.D0
654         DO ig=1,ngrid
655          !!Jupiter
656          !!Hem sud:
657          IF (latitude(ig)*180.D0/pi .lt. -45.D0 .and. latitude(ig)*180.D0/pi .gt. -70.) THEN
658          obs_tau_col_aurora= 10.D0**(-0.06D0*latitude(ig)*180.D0/pi-3.4D0)
659          ELSEIF (latitude(ig)*180.D0/pi .lt. -37.D0 .and. latitude(ig)*180.D0/pi .ge. -45.) THEN
660          obs_tau_col_aurora= 10.D0**(-0.3D0*latitude(ig)*180.D0/pi-14.3D0)
661           ELSEIF (latitude(ig)*180./pi .le. -70. ) THEN
662          obs_tau_col_aurora= 10**(0.06*70.-3.4D0)
663          !!Hem Nord: 
664          ELSEIF (latitude(ig)*180.D0/pi .gt. 30.D0 .and. latitude(ig)*180.D0/pi .lt. 70.) THEN
665          obs_tau_col_aurora= 10.D0**(0.03D0*latitude(ig)*180.D0/pi-1.17D0) 
666          ELSEIF (latitude(ig)*180.D0/pi .gt. 22.D0 .and. latitude(ig)*180.D0/pi .le. 30.) THEN
667          obs_tau_col_aurora= 10.D0**(0.3D0*latitude(ig)*180.D0/pi-9.4D0) 
668          ELSEIF (latitude(ig)*180.D0/pi .ge. 70.) THEN
669          obs_tau_col_aurora= 10**(0.03*70.-1.17D0) 
670          ELSEIF (latitude(ig)*180.D0/pi .ge. -37. .and. latitude(ig)*180.D0/pi .le. 22.) THEN
671         obs_tau_col_aurora = 0.001D0    !!Jupiter: mini pas a zero
672          ENDIF
673
674          DO l=1,nlayer 
675               dp_layer(ig) = dp_layer(ig) + aerosol(ig,l,iaer)/obs_tau_col_aurora
676          ENDDO
677         ENDDO
678
679         DO ig=1,ngrid
680           DO l=1,nlayer-1
681                aerosol(ig,l,iaer)=aerosol(ig,l,iaer)/dp_layer(ig)
682           ENDDO
683         ENDDO
684
685
686      end if ! if Auroral aerosols 
687!===========================================================================
688!    Radiative Generic Condensable aerosols scheme
689!    Only used when we give aerogeneric != 0 in callphys.def
690!    Computes the generic aerosols' opacity in the same fashion as water of
691!    dust, using the QREFvis3d of the concerned specie
692!    Lucas Teinturier (2022)
693!===========================================================================
694      if (aerogeneric .ne. 0) then ! we enter the scheme
695        do ia=1,aerogeneric
696          iaer = iaero_generic(ia)
697          ! Initialization
698          aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer) = 0.D0
699          igen_ice = i_rgcs_ice(ia)
700          ! Let's loop on the horizontal and vertical grid
701          do ig=1,ngrid
702            do l=1,nlayer
703              aerosol(ig,l,iaer) = ( 0.75*QREFvis3d(ig,l,iaer)  / &
704                                  (rho_q(igen_ice) * reffrad(ig,l,iaer)) ) * &
705                                  (pq(ig,l,igen_ice)+1E-9 ) *                &
706                                  (pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1)) /g
707            enddo !l=1,nlayer
708          enddo !ig=1,ngrid
709        enddo !ia=1,aerogeneric
710      endif !aerogeneric .ne. 0
711
712!==================================================================
713!         Venus clouds (4 modes)
714!   S. Lebonnois (jan 2016)
715!==================================================================
716! distributions from Haus et al, 2013
717! mode             1      2      2p     3
718! r (microns)     0.30   1.05   1.40   3.65
719! sigma           1.56   1.29   1.23   1.28
720! reff (microns)  0.49   1.23   1.56   4.25
721! nueff           0.21   0.067  0.044  0.063
722! (nueff=exp(ln^2 sigma)-1)
723!
724! p_bot <=> zb ; p_top <=> zb+zc ; h_bot <=> Hlo ; h_top <=> Hup
725! p<p_top: N=No*(p/p_top)**(h_lay/h_top)      h_lay=RT/g  (in m)
726! p>p_bot: N=No*(p_bot/p)**(h_lay/h_bot)      R=8.31/mu (mu in kg/mol)
727! N is in m-3
728!
729! dTau = Qext*[pi*reff**2*exp(-3*ln(1+nueff))]*N*h_lay*(-dp)/p
730
731! Mode 1
732      if (iaero_venus1 .ne.0) then
733          iaer=iaero_venus1
734
735!       1. Initialization
736          aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
737          p_bot = 1.e5
738          p_top = 1.e4
739          h_bot = 1.0e3 ! m
740          h_top = 5.0e3
741         
742!       2. Opacity calculation
743
744          DO ig=1,ngrid
745           DO l=1,nlayer-1
746
747             h_lay=8.31*pt(ig,l)/(g*0.044)
748
749             !! 1. below 2e5 Pa: no aerosols
750             IF (pplay(ig,l) .gt. 2.e5) THEN
751               mode_dens = 0.
752
753             !! 2. cloud layer
754             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. 2.e5 .and. pplay(ig,l) .gt. p_bot) THEN
755               mode_dens = 1.81e8*(p_bot/pplay(ig,l))**(h_lay/h_bot)
756               
757             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. p_bot .and. pplay(ig,l) .gt. p_top) THEN
758               mode_dens = 1.81e8  ! m-3
759               
760             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. p_top .and. pplay(ig,l) .gt. 1.e2) THEN
761               mode_dens = 1.81e8*(pplay(ig,l)/p_top)**(h_lay/h_top)
762               
763             !! 3. above 1.e2 Pa: no aerosols
764             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. 1.e2) THEN
765               mode_dens = 0.
766             ENDIF
767
768             aerosol(ig,l,iaer) = QREFvis3d(ig,l,iaer)*                       &
769              pi*(reffrad(ig,l,iaer))**2*exp(-3.*log(1+nueffrad(ig,l,iaer)))* &
770              mode_dens*h_lay*(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))/pplay(ig,l)
771
772           ENDDO
773          ENDDO
774
775      end if ! mode 1
776
777! Mode 2
778      if (iaero_venus2 .ne.0) then
779          iaer=iaero_venus2
780
781!       1. Initialization
782          aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
783          p_bot = 1.1e4
784          p_top = 1.e4
785          h_bot = 3.0e3
786          h_top = 3.5e3
787         
788!       2. Opacity calculation
789
790          DO ig=1,ngrid
791           DO l=1,nlayer-1
792
793             h_lay=8.31*pt(ig,l)/(g*0.044)
794
795             !! 1. below 2e5 Pa: no aerosols
796             IF (pplay(ig,l) .gt. 2.e5) THEN
797               mode_dens = 0.
798
799             !! 2. cloud layer
800             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. 2.e5 .and. pplay(ig,l) .gt. p_bot) THEN
801               mode_dens = 1.00e8*(p_bot/pplay(ig,l))**(h_lay/h_bot)
802               
803             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. p_bot .and. pplay(ig,l) .gt. p_top) THEN
804               mode_dens = 1.00e8
805               
806             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. p_top .and. pplay(ig,l) .gt. 1.e2) THEN
807               mode_dens = 1.00e8*(pplay(ig,l)/p_top)**(h_lay/h_top)
808               
809             !! 3. above 1.e2 Pa: no aerosols
810             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. 1.e2) THEN
811               mode_dens = 0.
812             ENDIF
813
814             aerosol(ig,l,iaer) = QREFvis3d(ig,l,iaer)*                       &
815              pi*(reffrad(ig,l,iaer))**2*exp(-3.*log(1+nueffrad(ig,l,iaer)))* &
816              mode_dens*h_lay*(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))/pplay(ig,l)
817
818           ENDDO
819          ENDDO
820
821      end if ! mode 2
822
823! Mode 2p
824      if (iaero_venus2p .ne.0) then
825          iaer=iaero_venus2p
826
827!       1. Initialization
828          aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
829          p_bot = 1.e5
830          p_top = 2.3e4
831          h_bot = 0.1e3
832          h_top = 1.0e3
833         
834!       2. Opacity calculation
835
836          DO ig=1,ngrid
837           DO l=1,nlayer-1
838
839             h_lay=8.31*pt(ig,l)/(g*0.044)
840
841             !! 1. below 2e5 Pa: no aerosols
842             IF (pplay(ig,l) .gt. 2.e5) THEN
843               mode_dens = 0.
844
845             !! 2. cloud layer
846             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. 2.e5 .and. pplay(ig,l) .gt. p_bot) THEN
847               mode_dens = 5.00e7*(p_bot/pplay(ig,l))**(h_lay/h_bot)
848               
849             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. p_bot .and. pplay(ig,l) .gt. p_top) THEN
850               mode_dens = 5.00e7
851               
852             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. p_top .and. pplay(ig,l) .gt. 1.e2) THEN
853               mode_dens = 5.00e7*(pplay(ig,l)/p_top)**(h_lay/h_top)
854               
855             !! 3. above 1.e2 Pa: no aerosols
856             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. 1.e2) THEN
857               mode_dens = 0.
858             ENDIF
859
860             aerosol(ig,l,iaer) = QREFvis3d(ig,l,iaer)*                       &
861              pi*(reffrad(ig,l,iaer))**2*exp(-3.*log(1+nueffrad(ig,l,iaer)))* &
862              mode_dens*h_lay*(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))/pplay(ig,l)
863
864           ENDDO
865          ENDDO
866
867      end if ! mode 2p
868
869! Mode 3
870      if (iaero_venus3 .ne.0) then
871          iaer=iaero_venus3
872
873!       1. Initialization
874          aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
875          p_bot = 1.e5
876          p_top = 4.e4
877          h_bot = 0.5e3
878          h_top = 1.0e3
879         
880!       2. Opacity calculation
881
882          DO ig=1,ngrid
883           DO l=1,nlayer-1
884 
885              h_lay=8.31*pt(ig,l)/(g*0.044)
886
887             !! 1. below 2e5 Pa: no aerosols
888             IF (pplay(ig,l) .gt. 2.e5) THEN
889               mode_dens = 0.
890
891             !! 2. cloud layer
892             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. 2.e5 .and. pplay(ig,l) .gt. p_bot) THEN
893               mode_dens = 1.40e7*(p_bot/pplay(ig,l))**(h_lay/h_bot)
894               
895             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. p_bot .and. pplay(ig,l) .gt. p_top) THEN
896               mode_dens = 1.40e7
897               
898             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. p_top .and. pplay(ig,l) .gt. 1.e2) THEN
899               mode_dens = 1.40e7*(pplay(ig,l)/p_top)**(h_lay/h_top)
900               
901             !! 3. above 1.e2 Pa: no aerosols
902             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. 1.e2) THEN
903               mode_dens = 0.
904             ENDIF
905
906             aerosol(ig,l,iaer) = QREFvis3d(ig,l,iaer)*                       &
907              pi*(reffrad(ig,l,iaer))**2*exp(-3.*log(1+nueffrad(ig,l,iaer)))* &
908              mode_dens*h_lay*(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))/pplay(ig,l)
909
910           ENDDO
911          ENDDO
912
913      end if ! mode 3
914
915! UV absorber
916      if (iaero_venusUV .ne.0) then
917          iaer=iaero_venusUV
918
919!       1. Initialization
920          aerosol(1:ngrid,1:nlayer,iaer)=0.0
921          p_bot = 3.3e4  ! 58 km
922          p_top = 3.7e3 ! 70 km
923          h_bot = 1.0e3
924          h_top = 1.0e3
925         
926!       2. Opacity calculation
927
928          DO ig=1,ngrid
929           DO l=1,nlayer-1
930
931             h_lay=8.31*pt(ig,l)/(g*0.044)
932
933             !! 1. below 7e4 Pa: no aerosols
934             IF (pplay(ig,l) .gt. 7.e4) THEN
935               mode_dens = 0.
936
937             !! 2. cloud layer
938             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. 7.e4 .and. pplay(ig,l) .gt. p_bot) THEN
939               mode_dens = 1.00e7*(p_bot/pplay(ig,l))**(h_lay/h_bot)
940               
941             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. p_bot .and. pplay(ig,l) .gt. p_top) THEN
942               mode_dens = 1.00e7
943               
944             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. p_top .and. pplay(ig,l) .gt. 1.e3) THEN
945               mode_dens = 1.00e7*(pplay(ig,l)/p_top)**(h_lay/h_top)
946               
947             !! 3. above 1.e3 Pa: no aerosols
948             ELSEIF (pplay(ig,l) .le. 1.e3) THEN
949               mode_dens = 0.
950             ENDIF
951
952! normalized to 0.35 microns (peak of absorption)
953             aerosol(ig,l,iaer) = QREFvis3d(ig,l,iaer)*mode_dens
954
955           ENDDO
956          ENDDO
957
958!       3. Re-normalize to Haus et al 2015 total column optical depth
959         tau_col(:)=0.0
960         DO l=1,nlayer
961          DO ig=1,ngrid
962               tau_col(ig) = tau_col(ig) &
963                     + aerosol(ig,l,iaer)
964            ENDDO
965         ENDDO
966         DO ig=1,ngrid
967           DO l=1,nlayer-1
968                aerosol(ig,l,iaer)=aerosol(ig,l,iaer)*0.205/tau_col(ig)
969           ENDDO
970         ENDDO
971
972      end if ! UV absorber
973
974!==================================================================
975!     ig=10
976!      do l=1,nlayer
977!          print*,8.31*pt(ig,l)/(g*0.044),pplay(ig,l),aerosol(ig,l,1),aerosol(ig,l,2),aerosol(ig,l,3),aerosol(ig,l,4)
978!         print*,l,pplay(ig,l),aerosol(ig,l,5)
979!      enddo
980!      stop           
981!==================================================================
982
983
984! --------------------------------------------------------------------------
985! Column integrated visible optical depth in each point (used for diagnostic)
986
987      tau_col(:)=0.0
988      do iaer = 1, naerkind
989         do l=1,nlayer
990            do ig=1,ngrid
991               tau_col(ig) = tau_col(ig) + aerosol(ig,l,iaer)
992            end do
993         end do
994      end do
995
996      ! do ig=1,ngrid
997      !    do l=1,nlayer
998      !       do iaer = 1, naerkind
999      !          if(aerosol(ig,l,iaer).gt.1.e3)then
1000      !             print*,'WARNING: aerosol=',aerosol(ig,l,iaer)
1001      !             print*,'at ig=',ig,',  l=',l,', iaer=',iaer
1002      !             print*,'QREFvis3d=',QREFvis3d(ig,l,iaer)
1003      !             print*,'reffrad=',reffrad(ig,l,iaer)
1004      !          endif
1005      !       end do
1006      !    end do
1007      ! end do
1008
1009      ! do ig=1,ngrid
1010      !    if(tau_col(ig).gt.1.e3)then
1011      !       print*,'WARNING: tau_col=',tau_col(ig)
1012      !       print*,'at ig=',ig
1013      !       print*,'aerosol=',aerosol(ig,:,:)
1014      !       print*,'QREFvis3d=',QREFvis3d(ig,:,:)
1015      !       print*,'reffrad=',reffrad(ig,:,:)
1016      !    endif
1017      ! end do
1018
1019    end subroutine aeropacity
1020     
1021end module aeropacity_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.