source: trunk/LMDZ.GENERIC/libf/phystd/moistadj.F90 @ 1150

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07/08/2013 == JL

  • Water cycle in double precision (largescale+moistadj)
  • Improved wate rayleigh.
  • First step for rayleigh with variable species. Now, just need to change optcv.
  • changed some interpolation indices in callcorrk to limit dependency of OLR on the number of layers
File size: 11.2 KB
Line 
1subroutine moistadj(ngrid, nq, pt, pq, pdq, pplev, pplay, pdtmana, pdqmana, ptimestep, rneb)
2
3  use watercommon_h, only: T_h2O_ice_liq, RLVTT, RCPD, RCPV, Psat_water, Lcpdqsat_water
4  USE tracer_h
5
6  implicit none
7
8
9!=====================================================================
10!     
11!     Purpose
12!     -------
13!     Calculates moist convective adjustment by the method of Manabe.
14!     
15!     Authors
16!     -------
17!     Adapted from the LMDTERRE code by R. Wordsworth (2010)
18!     Original author Z. X. Li (1993)
19!     
20!=====================================================================
21
22#include "dimensions.h"
23#include "dimphys.h"
24#include "comcstfi.h"
25
26      INTEGER ngrid, nq
27
28      REAL pt(ngrid,nlayermx)            ! temperature (K)
29      REAL pq(ngrid,nlayermx,nq)       ! tracer (kg/kg)
30      REAL pdq(ngrid,nlayermx,nq)
31
32      REAL pdqmana(ngrid,nlayermx,nq)  ! tendency of tracers (kg/kg.s-1)
33      REAL pdtmana(ngrid,nlayermx)       ! temperature increment
34
35!     local variables
36      REAL zt(ngrid,nlayermx)      ! temperature (K)
37      REAL zq(ngrid,nlayermx)      ! humidite specifique (kg/kg)
38      REAL pplev(ngrid,nlayermx+1) ! pression a inter-couche (Pa)
39      REAL pplay(ngrid,nlayermx)   ! pression au milieu de couche (Pa)
40
41      REAL d_t(ngrid,nlayermx)     ! temperature increment
42      REAL d_q(ngrid,nlayermx)     ! incrementation pour vapeur d'eau
43      REAL d_ql(ngrid,nlayermx)    ! incrementation pour l'eau liquide
44      REAL rneb(ngrid,nlayermx) ! cloud fraction
45      REAL ptimestep
46
47!      REAL t_coup
48!      PARAMETER (t_coup=234.0)
49      REAL seuil_vap
50      PARAMETER (seuil_vap=1.0E-10)
51
52!     Local variables
53      INTEGER i, k, iq, nn
54      INTEGER, PARAMETER :: niter = 1
55      INTEGER k1, k1p, k2, k2p
56      LOGICAL itest(ngrid)
57      REAL delta_q(ngrid, nlayermx)
58      DOUBLE PRECISION :: cp_new_t(nlayermx), v_cptt(ngrid,nlayermx)
59      REAL cp_delta_t(nlayermx)
60      DOUBLE PRECISION :: v_cptj(nlayermx), v_cptjk1, v_ssig
61      REAL v_p, v_t, v_zqs,v_cptt2,v_pratio,v_dlnpsat
62      REAL zqs(ngrid,nlayermx), zdqs(ngrid,nlayermx),zpsat(ngrid,nlayermx),zdlnpsat(ngrid,nlayermx)
63      REAL zq1(ngrid), zq2(ngrid)
64      DOUBLE PRECISION :: gamcpdz(ngrid,2:nlayermx)
65      DOUBLE PRECISION :: zdp, zdpm
66
67      REAL zsat ! super-saturation
68      REAL zflo ! flotabilite
69
70      DOUBLE PRECISION :: local_q(ngrid,nlayermx),local_t(ngrid,nlayermx)
71
72      REAL zdelta, zcor, zcvm5
73
74      REAL dEtot, dqtot, masse ! conservation diagnostics
75      real dL1tot, dL2tot
76
77!     Indices of water vapour and water ice tracers
78      INTEGER,SAVE :: i_h2o=0  ! water vapour
79      INTEGER,SAVE :: i_ice=0  ! water ice
80
81      LOGICAL firstcall
82      SAVE firstcall
83
84      DATA firstcall /.TRUE./
85
86      IF (firstcall) THEN
87
88         i_h2o=igcm_h2o_vap
89         i_ice=igcm_h2o_ice
90       
91         write(*,*) "rain: i_ice=",i_ice
92         write(*,*) "      i_h2o=",i_h2o
93
94         firstcall = .FALSE.
95      ENDIF
96
97!     GCM -----> subroutine variables
98      zq(1:ngrid,1:nlayermx)    = pq(1:ngrid,1:nlayermx,i_h2o)+ pdq(1:ngrid,1:nlayermx,i_h2o)*ptimestep
99      zt(1:ngrid,1:nlayermx)    = pt(1:ngrid,1:nlayermx)
100      pdqmana(1:ngrid,1:nlayermx,1:nq)=0.0
101
102      DO k = 1, nlayermx
103       DO i = 1, ngrid
104         if(zq(i,k).lt.0.)then
105            zq(i,k)=0.0
106         endif
107       ENDDO
108      ENDDO
109     
110      local_q(1:ngrid,1:nlayermx) = zq(1:ngrid,1:nlayermx)
111      local_t(1:ngrid,1:nlayermx) = zt(1:ngrid,1:nlayermx)
112      rneb(1:ngrid,1:nlayermx) = 0.0
113      d_ql(1:ngrid,1:nlayermx) = 0.0
114      d_t(1:ngrid,1:nlayermx)  = 0.0
115      d_q(1:ngrid,1:nlayermx)  = 0.0
116
117!     Calculate v_cptt
118      DO k = 1, nlayermx
119         DO i = 1, ngrid
120            v_cptt(i,k) = RCPD * local_t(i,k)
121            v_t = MAX(local_t(i,k),15.)
122            v_p = pplay(i,k)
123
124            call Psat_water(v_t,v_p,zpsat(i,k),zqs(i,k))
125            call Lcpdqsat_water(v_t,v_p,zpsat(i,k),zqs(i,k),zdqs(i,k),zdlnpsat(i,k))
126         ENDDO
127      ENDDO
128
129!     Calculate Gamma * Cp * dz: (gamma is the critical gradient)
130      DO k = 2, nlayermx
131         DO i = 1, ngrid
132            zdp = pplev(i,k)-pplev(i,k+1)
133            zdpm = pplev(i,k-1)-pplev(i,k)
134!            gamcpdz(i,k) = ( ( R/RCPD /(zdpm+zdp) * (v_cptt(i,k-1)*zdpm + v_cptt(i,k)*zdp)          &
135!                +  RLVTT /(zdpm+zdp) * (zqs(i,k-1)*zdpm + zqs(i,k)*zdp) )                           &
136!               * (pplay(i,k-1)-pplay(i,k)) / pplev(i,k) )                                          &
137!                / (1.0+ (zdqs(i,k-1)*zdpm + zdqs(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp) )                   
138! general case where water is not a trace gas (JL13)
139            v_zqs     = (zqs(i,k-1)*zdpm + zqs(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp)
140            v_cptt2   = (v_cptt(i,k-1)*zdpm + v_cptt(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp)
141            v_pratio  = ((1.-zpsat(i,k-1)/pplay(i,k-1))*zdpm + (1.-zpsat(i,k)/pplay(i,k))*zdp)/(zdpm+zdp)
142            v_dlnpsat = (zdlnpsat(i,k-1)*zdpm + zdlnpsat(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp)
143            gamcpdz(i,k) = ( (R/RCPD*v_cptt2*(1.- v_zqs) + RLVTT*v_zqs) * (pplay(i,k-1)-pplay(i,k))/pplev(i,k) )  &
144                / (((1.- v_zqs) + v_zqs * RCPV/RCPD)*v_pratio + v_zqs  * v_dlnpsat)               
145         ENDDO
146      ENDDO
147
148!------------------------------------ modification of unstable profile
149      DO 9999 i = 1, ngrid
150
151      itest(i) = .FALSE.
152
153!        print*,'we in the loop'
154!        stop   
155
156      k1 = 0
157      k2 = 1
158
159  810 CONTINUE ! look for k1, the base of the column
160      k2 = k2 + 1
161      IF (k2 .GT. nlayermx) GOTO 9999
162      zflo = v_cptt(i,k2-1) - v_cptt(i,k2) - gamcpdz(i,k2)
163      zsat=(local_q(i,k2-1)-zqs(i,k2-1))*(pplev(i,k2-1)-pplev(i,k2))   &
164         +(local_q(i,k2)-zqs(i,k2))*(pplev(i,k2)-pplev(i,k2+1))
165
166      IF ( zflo.LE.0.0 .OR. zsat.LE.0.0 ) GOTO 810
167      k1 = k2 - 1
168      itest(i) = .TRUE.
169
170  820 CONTINUE !! look for k2, the top of the column
171      IF (k2 .EQ. nlayermx) GOTO 821
172      k2p = k2 + 1
173      zsat=zsat+(pplev(i,k2p)-pplev(i,k2p+1))*(local_q(i,k2p)-zqs(i,k2p))
174      zflo = v_cptt(i,k2p-1) - v_cptt(i,k2p) - gamcpdz(i,k2p)
175
176      IF (zflo.LE.0.0 .OR. zsat.LE.0.0) GOTO 821
177      k2 = k2p
178      GOTO 820
179  821 CONTINUE
180
181!------------------------------------------------------ local adjustment
182  830 CONTINUE ! actual adjustment
183    Do nn=1,niter
184      v_cptj(k1) = 0.0
185      zdp = pplev(i,k1)-pplev(i,k1+1)
186      v_cptjk1 = ( (1.0+zdqs(i,k1))*(v_cptt(i,k1)+v_cptj(k1)) + RLVTT*(local_q(i,k1)-zqs(i,k1)) ) * zdp
187      v_ssig = zdp * (1.0+zdqs(i,k1))
188
189      k1p = k1 + 1
190      DO k = k1p, k2
191         zdp = pplev(i,k)-pplev(i,k+1)
192         v_cptj(k) = v_cptj(k-1) + gamcpdz(i,k)
193         v_cptjk1 = v_cptjk1 + zdp * ( (1.0+zdqs(i, k))*(v_cptt(i,k)+v_cptj(k)) + RLVTT*(local_q(i,k)-zqs(i,k)) )       
194         v_ssig = v_ssig + zdp *(1.0+zdqs(i,k))
195      ENDDO
196
197
198      ! this right here is where the adjustment is done???
199      DO k = k1, k2
200         cp_new_t(k) = v_cptjk1/v_ssig - v_cptj(k)
201         cp_delta_t(k) = cp_new_t(k) - v_cptt(i,k)
202         v_cptt(i,k)=cp_new_t(k)
203         local_q(i,k) = zqs(i,k) + zdqs(i,k)*cp_delta_t(k)/RLVTT
204         local_t(i,k) = cp_new_t(k) / RCPD
205
206         v_t = MAX(local_t(i,k),15.)
207         v_p = pplay(i,k)
208         
209         call Psat_water(v_t,v_p,zpsat(i,k),zqs(i,k))
210         call Lcpdqsat_water(v_t,v_p,zpsat(i,k),zqs(i,k),zdqs(i,k),zdlnpsat(i,k))
211
212      ENDDO
213    Enddo ! nn=1,niter
214
215
216!--------------------------------------------------- sounding downwards
217!              -- we refine the prognostic variables in
218!              -- the layer about to be adjusted
219
220!      DO k = k1, k2
221!         v_cptt(i,k) = RCPD * local_t(i,k)
222!         v_t = local_t(i,k)
223!         v_p = pplay(i,k)
224!       
225!         call Psat_water(v_t,v_p,zpsat,zqs(i,k))
226!         call Lcpdqsat_water(v_t,v_p,zpsat,zqs(i,k),zdqs(i,k))
227!      ENDDO
228
229      DO k = 2, nlayermx
230         zdpm = pplev(i,k-1) - pplev(i,k)
231         zdp = pplev(i,k) - pplev(i,k+1)
232!         gamcpdz(i,k) = ( ( R/RCPD /(zdpm+zdp) * (v_cptt(i,k-1)*zdpm + v_cptt(i,k)*zdp)          &
233!             +  RLVTT /(zdpm+zdp) * (zqs(i,k-1)*zdpm + zqs(i,k)*zdp) )                           &
234!             * (pplay(i,k-1)-pplay(i,k)) / pplev(i,k) )                                          &
235!             / (1.0+ (zdqs(i,k-1)*zdpm + zdqs(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp) )                   
236! general case where water is not a trace gas (JL13)
237         v_zqs     = (zqs(i,k-1)*zdpm + zqs(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp)
238         v_cptt2   = (v_cptt(i,k-1)*zdpm + v_cptt(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp)
239         v_pratio  = ((1.-zpsat(i,k-1)/pplay(i,k-1))*zdpm + (1.-zpsat(i,k)/pplay(i,k))*zdp)/(zdpm+zdp)
240         v_dlnpsat = (zdlnpsat(i,k-1)*zdpm + zdlnpsat(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp)
241         gamcpdz(i,k) = ( (R/RCPD*v_cptt2*(1.- v_zqs) + RLVTT*v_zqs) * (pplay(i,k-1)-pplay(i,k))/pplev(i,k) )  &
242                / (((1.- v_zqs) + v_zqs * RCPV/RCPD)*v_pratio + v_zqs  * v_dlnpsat)               
243      ENDDO
244
245!     Test to see if we've reached the bottom
246
247      IF (k1 .EQ. 1) GOTO 841 ! yes we have!
248      zflo = v_cptt(i,k1-1) - v_cptt(i,k1) - gamcpdz(i,k1)
249      zsat=(local_q(i,k1-1)-zqs(i,k1-1))*(pplev(i,k1-1)-pplev(i,k1))   &
250        + (local_q(i,k1)-zqs(i,k1))*(pplev(i,k1)-pplev(i,k1+1))
251      IF (zflo.LE.0.0 .OR. zsat.LE.0.0) GOTO 841 ! yes we have!
252
253  840 CONTINUE
254      k1 = k1 - 1
255      IF (k1 .EQ. 1) GOTO 830 ! GOTO 820 (a tester, Z.X.Li, mars 1995)
256      zsat = zsat + (local_q(i,k1-1)-zqs(i,k1-1))               &
257                  *(pplev(i,k1-1)-pplev(i,k1))
258      zflo = v_cptt(i,k1-1) - v_cptt(i,k1) - gamcpdz(i,k1)
259      IF (zflo.GT.0.0 .AND. zsat.GT.0.0) THEN
260         GOTO 840
261      ELSE
262         GOTO 830 ! GOTO 820 (a tester, Z.X.Li, mars 1995)
263      ENDIF
264  841 CONTINUE
265
266      GOTO 810 ! look for other layers higher up
267
268 9999 CONTINUE ! loop over all the points
269
270!-----------------------------------------------------------------------
271! Determine the cloud fraction (hypothese: la nebulosite a lieu
272! a l'endroit ou la vapeur d'eau est diminuee par l'ajustement):
273
274      DO k = 1, nlayermx
275      DO i = 1, ngrid
276         IF (itest(i)) THEN
277         delta_q(i,k) = local_q(i,k) - zq(i,k)
278         IF (delta_q(i,k).LT.0.) rneb(i,k)  = 1.0
279         ENDIF
280      ENDDO
281      ENDDO
282
283! Distribuer l'eau condensee en eau liquide nuageuse (hypothese:
284! l'eau liquide est distribuee aux endroits ou la vapeur d'eau
285! diminue et d'une maniere proportionnelle a cet diminution):
286
287      DO i = 1, ngrid
288         IF (itest(i)) THEN
289         zq1(i) = 0.0
290         zq2(i) = 0.0
291         ENDIF
292      ENDDO
293      DO k = 1, nlayermx
294      DO i = 1, ngrid
295         IF (itest(i)) THEN
296         zdp = pplev(i,k)-pplev(i,k+1)
297         zq1(i) = zq1(i) - delta_q(i,k) * zdp
298         zq2(i) = zq2(i) - MIN(0.0, delta_q(i,k)) * zdp
299         ENDIF
300      ENDDO
301      ENDDO
302      DO k = 1, nlayermx
303      DO i = 1, ngrid
304         IF (itest(i)) THEN
305           IF (zq2(i).NE.0.0) d_ql(i,k) = - MIN(0.0,delta_q(i,k))*zq1(i)/zq2(i)
306         ENDIF
307      ENDDO
308      ENDDO
309
310      DO k = 1, nlayermx
311      DO i = 1, ngrid
312          local_q(i, k) = MAX(local_q(i, k), seuil_vap)
313      ENDDO
314      ENDDO
315
316      DO k = 1, nlayermx
317      DO i = 1, ngrid
318         d_t(i,k) = local_t(i,k) - zt(i,k)
319         d_q(i,k) = local_q(i,k) - zq(i,k)
320      ENDDO
321      ENDDO
322
323!     now subroutine -----> GCM variables
324      DO k = 1, nlayermx
325         DO i = 1, ngrid
326           
327            pdtmana(i,k)       = d_t(i,k)/ptimestep
328            pdqmana(i,k,i_h2o) = d_q(i,k)/ptimestep
329            pdqmana(i,k,i_ice) = d_ql(i,k)/ptimestep
330         
331         ENDDO
332      ENDDO
333
334
335      RETURN
336   END
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.