source: trunk/LMDZ.GENERIC/libf/phystd/moistadj.F90 @ 374

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Generic GCM

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EM+RW

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Line 
1subroutine moistadj(t, pq, pplev, pplay, dtmana, dqmana, ptimestep, rneb)
2
3  use watercommon_h, only: To, RLVTT, RCPD
4
5  implicit none
6
7
8!=====================================================================
9!     
10!     Purpose
11!     -------
12!     Calculates moist convective adjustment by the method of Manabe.
13!     
14!     Authors
15!     -------
16!     Adapted from the LMDTERRE code by R. Wordsworth (2010)
17!     Original author Z. X. Li (1993)
18!     
19!=====================================================================
20
21#include "dimensions.h"
22#include "dimphys.h"
23#include "tracer.h"
24#include "comcstfi.h"
25
26!     Pre-arguments (for universal model)
27      real pq(ngridmx,nlayermx,nqmx)       ! tracer (kg/kg)
28      REAL pdq(ngridmx,nlayermx,nqmx)
29
30      real dqmana(ngridmx,nlayermx,nqmx)   ! tendency of tracers (kg/kg.s-1)
31      REAL dtmana(ngridmx,nlayermx)        ! temperature increment
32
33!     Arguments
34      REAL t(ngridmx,nlayermx)       ! temperature (K)
35      REAL q(ngridmx,nlayermx)       ! humidite specifique (kg/kg)
36      REAL pplev(ngridmx,nlayermx+1) ! pression a inter-couche (Pa)
37      REAL pplay(ngridmx,nlayermx)   ! pression au milieu de couche (Pa)
38
39      REAL d_t(ngridmx,nlayermx)     ! temperature increment
40      REAL d_q(ngridmx,nlayermx)     ! incrementation pour vapeur d'eau
41      REAL d_ql(ngridmx,nlayermx)    ! incrementation pour l'eau liquide
42      REAL rneb(ngridmx,nlayermx) ! cloud fraction
43      REAL ptimestep
44
45!      REAL t_coup
46!      PARAMETER (t_coup=234.0)
47      REAL seuil_vap
48      PARAMETER (seuil_vap=1.0E-10)
49
50!     Local variables
51      INTEGER i, k, iq
52      INTEGER k1, k1p, k2, k2p
53      LOGICAL itest(ngridmx)
54      REAL delta_q(ngridmx, nlayermx)
55      REAL cp_new_t(nlayermx)
56      REAL cp_delta_t(nlayermx)
57      REAL new_qb(nlayermx)
58      REAL v_cptj(nlayermx), v_cptjk1, v_ssig
59      REAL v_cptt(ngridmx,nlayermx), v_p, v_t
60      REAL v_qs(ngridmx,nlayermx), v_qsd(ngridmx,nlayermx)
61      REAL zq1(ngridmx), zq2(ngridmx)
62      REAL gamcpdz(ngridmx,2:nlayermx)
63      REAL zdp, zdpm
64
65      REAL zsat ! super-saturation
66      REAL zflo ! flotabilite
67
68      REAL local_q(ngridmx,nlayermx),local_t(ngridmx,nlayermx)
69
70      REAL zdelta, zcor, zcvm5
71
72      REAL dEtot, dqtot, masse ! conservation diagnostics
73      real dL1tot, dL2tot
74
75!     Indices of water vapour and water ice tracers
76      INTEGER,SAVE :: i_h2o=0  ! water vapour
77      INTEGER,SAVE :: i_ice=0  ! water ice
78
79      LOGICAL firstcall
80      SAVE firstcall
81
82      DATA firstcall /.TRUE./
83
84      IF (firstcall) THEN
85
86         i_h2o=igcm_h2o_vap
87         i_ice=igcm_h2o_ice
88       
89         write(*,*) "rain: i_ice=",i_ice
90         write(*,*) "      i_h2o=",i_h2o
91
92         firstcall = .FALSE.
93      ENDIF
94
95!     GCM -----> subroutine variables
96      DO k = 1, nlayermx
97      DO i = 1, ngridmx
98
99         q(i,k)    = pq(i,k,i_h2o)
100
101         if(q(i,k).lt.0.)then
102            q(i,k)=0.0
103         endif
104         DO iq = 1, nqmx
105            dqmana(i,k,iq)=0.0
106         ENDDO
107      ENDDO
108      ENDDO
109
110      DO k = 1, nlayermx
111         DO i = 1, ngridmx
112            local_q(i,k) = q(i,k)
113            local_t(i,k) = t(i,k)
114            rneb(i,k) = 0.0
115            d_ql(i,k) = 0.0
116            d_t(i,k)  = 0.0
117            d_q(i,k)  = 0.0
118         ENDDO
119         new_qb(k)=0.0
120      ENDDO
121
122!     Calculate v_cptt
123      DO k = 1, nlayermx
124         DO i = 1, ngridmx
125            v_cptt(i,k) = RCPD * local_t(i,k)
126         ENDDO
127      ENDDO
128
129      DO k = 1, nlayermx
130         DO i = 1, ngridmx
131            v_cptt(i,k) = RCPD * local_t(i,k)
132            v_t = local_t(i,k)
133            v_p = pplay(i,k)
134
135            call watersat(v_t,v_p,v_qs(i,k))
136            call watersat_grad(v_t,v_qs(i,k),v_qsd(i,k))
137         ENDDO
138      ENDDO
139
140!     TEST: RH DIAGNOSTIC
141!      DO k = 1, nlayermx
142!         DO i = 1, ngridmx
143!            v_t = local_t(i,k)
144!            IF (v_t.LT.To) THEN
145!               print*,'RHs=',q(i,k) / v_qs(i,k)
146!            ELSE
147!               print*,'RHl=',q(i,k) / v_qs(i,k)
148!            ENDIF
149!         ENDDO
150!      ENDDO
151
152!     Calculate Gamma * Cp * dz: (gamma is the critical gradient)
153      DO k = 2, nlayermx
154         DO i = 1, ngridmx
155            zdp = pplev(i,k)-pplev(i,k+1)
156            zdpm = pplev(i,k-1)-pplev(i,k)
157!         gamcpdz(i,k) = ( ( RD/RCPD /(zdpm+zdp) *
158            gamcpdz(i,k) = ( ( R/RCPD /(zdpm+zdp) *             &
159                (v_cptt(i,k-1)*zdpm + v_cptt(i,k)*zdp)          &
160                +RLVTT /(zdpm+zdp) *                            &
161                (v_qs(i,k-1)*zdpm + v_qs(i,k)*zdp)              &
162                )* (pplay(i,k-1)-pplay(i,k)) / pplev(i,k) )     &
163                / (1.0+(v_qsd(i,k-1)*zdpm+                      &
164                v_qsd(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp) )                   
165         ENDDO
166      ENDDO
167
168!------------------------------------ modification of unstable profile
169      DO 9999 i = 1, ngridmx
170      itest(i) = .FALSE.
171
172!        print*,'we in the loop'
173!        stop   
174
175      k1 = 0
176      k2 = 1
177
178  810 CONTINUE ! look for k1, the base of the column
179      k2 = k2 + 1
180      IF (k2 .GT. nlayermx) GOTO 9999
181      zflo = v_cptt(i,k2-1) - v_cptt(i,k2) - gamcpdz(i,k2)
182      zsat=(local_q(i,k2-1)-v_qs(i,k2-1))*(pplev(i,k2-1)-pplev(i,k2))   &
183         +(local_q(i,k2)-v_qs(i,k2))*(pplev(i,k2)-pplev(i,k2+1))
184
185      IF ( zflo.LE.0.0 .OR. zsat.LE.0.0 ) GOTO 810
186      k1 = k2 - 1
187      itest(i) = .TRUE.
188
189  820 CONTINUE !! look for k2, the top of the column
190      IF (k2 .EQ. nlayermx) GOTO 821
191      k2p = k2 + 1
192      zsat=zsat+(pplev(i,k2p)-pplev(i,k2p+1))*(local_q(i,k2p)-v_qs(i,k2p))
193      zflo = v_cptt(i,k2p-1) - v_cptt(i,k2p) - gamcpdz(i,k2p)
194
195      IF (zflo.LE.0.0 .OR. zsat.LE.0.0) GOTO 821
196      k2 = k2p
197      GOTO 820
198  821 CONTINUE
199
200!------------------------------------------------------ local adjustment
201  830 CONTINUE ! actual adjustment
202      v_cptj(k1) = 0.0
203      zdp = pplev(i,k1)-pplev(i,k1+1)
204      v_cptjk1 = ( (1.0+v_qsd(i,k1))*(v_cptt(i,k1)+v_cptj(k1))        &
205                    + RLVTT*(local_q(i,k1)-v_qs(i,k1)) ) * zdp
206      v_ssig = zdp * (1.0+v_qsd(i,k1))
207
208      k1p = k1 + 1
209      DO k = k1p, k2
210         zdp = pplev(i,k)-pplev(i,k+1)
211         v_cptj(k) = v_cptj(k-1) + gamcpdz(i,k)
212         v_cptjk1 = v_cptjk1 + zdp                                    &
213                  * ( (1.0+v_qsd(i, k))*(v_cptt(i,k)+v_cptj(k))       &
214                    + RLVTT*(local_q(i,k)-v_qs(i,k)) )       
215         v_ssig = v_ssig + zdp *(1.0+v_qsd(i,k))
216      ENDDO
217
218
219      ! this right here is where the adjustment is done???
220      DO k = k1, k2
221         cp_new_t(k) = v_cptjk1/v_ssig - v_cptj(k)
222         cp_delta_t(k) = cp_new_t(k) - v_cptt(i,k)
223         new_qb(k) = v_qs(i,k) + v_qsd(i,k)*cp_delta_t(k)/RLVTT
224         local_q(i,k) = new_qb(k)
225         local_t(i,k) = cp_new_t(k) / RCPD
226
227!          print*,'v_qs in loop=',v_qs
228!          print*,'v_qsd in loop=',v_qsd
229!          print*,'new_qb in loop=',new_qb
230!          print*,'cp_delta_t in loop=',cp_delta_t
231      ENDDO
232
233
234!--------------------------------------------------- sounding downwards
235!              -- we refine the prognostic variables in
236!              -- the layer about to be adjusted
237
238      DO k = k1, k2
239         v_cptt(i,k) = RCPD * local_t(i,k)
240         v_t = local_t(i,k)
241         v_p = pplay(i,k)
242
243!           IF (v_t.LT.t_coup) THEN
244!              v_qs(i,k) = qsats(v_t) / v_p
245!              v_qsd(i,k) = dqsats(v_t,v_qs(i,k))
246!           ELSE
247!              v_qs(i,k) = qsatl(v_t) / v_p
248!              v_qsd(i,k) = dqsatl(v_t,v_qs(i,k))
249!           ENDIF
250
251         call watersat(v_t,v_p,v_qs(i,k))
252         call watersat_grad(v_t,v_qs(i,k),v_qsd(i,k))
253
254      ENDDO
255      DO k = 2, nlayermx
256         zdpm = pplev(i,k-1) - pplev(i,k)
257         zdp = pplev(i,k) - pplev(i,k+1)
258!         gamcpdz(i,k) = ( ( RD/RCPD /(zdpm+zdp) *
259         gamcpdz(i,k) = ( ( R/RCPD /(zdpm+zdp) *                       &
260                           (v_cptt(i,k-1)*zdpm+v_cptt(i,k)*zdp)        &
261                          +RLVTT /(zdpm+zdp) *                         &
262                           (v_qs(i,k-1)*zdpm+v_qs(i,k)*zdp)             &
263                         )* (pplay(i,k-1)-pplay(i,k)) / pplev(i,k) )    &
264                     / (1.0+(v_qsd(i,k-1)*zdpm+v_qsd(i,k)*zdp)         &
265                           /(zdpm+zdp) )
266      ENDDO
267
268!     Test to see if we've reached the bottom
269
270      IF (k1 .EQ. 1) GOTO 841 ! yes we have!
271      zflo = v_cptt(i,k1-1) - v_cptt(i,k1) - gamcpdz(i,k1)
272      zsat=(local_q(i,k1-1)-v_qs(i,k1-1))*(pplev(i,k1-1)-pplev(i,k1))   &
273        + (local_q(i,k1)-v_qs(i,k1))*(pplev(i,k1)-pplev(i,k1+1))
274      IF (zflo.LE.0.0 .OR. zsat.LE.0.0) GOTO 841 ! yes we have!
275
276  840 CONTINUE
277      k1 = k1 - 1
278      IF (k1 .EQ. 1) GOTO 830 ! GOTO 820 (a tester, Z.X.Li, mars 1995)
279      zsat = zsat + (local_q(i,k1-1)-v_qs(i,k1-1))               &
280                  *(pplev(i,k1-1)-pplev(i,k1))
281      zflo = v_cptt(i,k1-1) - v_cptt(i,k1) - gamcpdz(i,k1)
282      IF (zflo.GT.0.0 .AND. zsat.GT.0.0) THEN
283         GOTO 840
284      ELSE
285         GOTO 830 ! GOTO 820 (a tester, Z.X.Li, mars 1995)
286      ENDIF
287  841 CONTINUE
288
289      GOTO 810 ! look for other layers higher up
290
291 9999 CONTINUE ! loop over all the points
292
293!      print*,'k1=',k1
294!      print*,'k2=',k2
295
296!      print*,'local_t=',local_t
297!      print*,'v_cptt=',v_cptt
298!      print*,'gamcpdz=',gamcpdz
299
300!-----------------------------------------------------------------------
301! Determine the cloud fraction (hypothese: la nebulosite a lieu
302! a l'endroit ou la vapeur d'eau est diminuee par l'ajustement):
303
304      DO k = 1, nlayermx
305      DO i = 1, ngridmx
306         IF (itest(i)) THEN
307         delta_q(i,k) = local_q(i,k) - q(i,k)
308         IF (delta_q(i,k).LT.0.) rneb(i,k)  = 1.0
309         ENDIF
310      ENDDO
311      ENDDO
312
313! Distribuer l'eau condensee en eau liquide nuageuse (hypothese:
314! l'eau liquide est distribuee aux endroits ou la vapeur d'eau
315! diminue et d'une maniere proportionnelle a cet diminution):
316
317      DO i = 1, ngridmx
318         IF (itest(i)) THEN
319         zq1(i) = 0.0
320         zq2(i) = 0.0
321         ENDIF
322      ENDDO
323      DO k = 1, nlayermx
324      DO i = 1, ngridmx
325         IF (itest(i)) THEN
326         zdp = pplev(i,k)-pplev(i,k+1)
327         zq1(i) = zq1(i) - delta_q(i,k) * zdp
328         zq2(i) = zq2(i) - MIN(0.0, delta_q(i,k)) * zdp
329         ENDIF
330      ENDDO
331      ENDDO
332      DO k = 1, nlayermx
333      DO i = 1, ngridmx
334         IF (itest(i)) THEN
335         IF (zq2(i).NE.0.0) &
336           d_ql(i,k) = - MIN(0.0,delta_q(i,k))*zq1(i)/zq2(i)
337         ENDIF
338      ENDDO
339      ENDDO
340
341!      print*,'local_q BEFORE=',local_q
342
343      DO k = 1, nlayermx
344      DO i = 1, ngridmx
345          local_q(i, k) = MAX(local_q(i, k), seuil_vap)
346      ENDDO
347      ENDDO
348
349      DO k = 1, nlayermx
350      DO i = 1, ngridmx
351         d_t(i,k) = local_t(i,k) - t(i,k)
352         d_q(i,k) = local_q(i,k) - q(i,k)
353      ENDDO
354      ENDDO
355
356!     now subroutine -----> GCM variables
357      DO k = 1, nlayermx
358         DO i = 1, ngridmx
359           
360            dtmana(i,k)       = d_t(i,k)/ptimestep
361            dqmana(i,k,i_h2o) = d_q(i,k)/ptimestep
362            dqmana(i,k,i_ice) = d_ql(i,k)/ptimestep
363         
364         ENDDO
365      ENDDO
366
367!      print*,'IN MANABE:'
368!      print*,'pplev=',pplev
369!      print*,'t=',t
370!      print*,'d_t=',d_t
371!      print*,'d_q=',d_q
372!      print*,'local_q=',local_q
373!      print*,'q=',q
374!      print*,'v_qs(i,k)=',v_qs
375!      print*,'v_qsd(i,k)=',v_qsd
376!      print*,'cp_delta_t(k)=',cp_delta_t
377
378!      print*,'d_ql=',d_ql
379!      print*,'delta_q=',delta_q
380!      print*,'zq1=',zq1
381!      print*,'zq2=',zq2
382!!      print*,'i_h2o=',i_h2o
383!      print*,'i_ice=',i_ice
384!
385!      print*,'IN MANABE:'
386!      print*,'d_q=',d_q
387!      print*,'d_ql=',d_ql
388!      print*,'dtmana=',d_t
389!     stop
390!      print*,'gamcpdz at end=',gamcpdz
391      !  stop   
392
393!     Some conservation diagnostics...
394!      dEtot=0.0
395!      dL1tot=0.0
396!      dL2tot=0.0
397!      dqtot=0.0
398!      masse=0.0
399!      DO k = 1, nlayermx
400!         DO i = 1, ngridmx
401!
402!            masse = (pplev(i,k) - pplev(i,k+1))/g
403!
404!            dEtot  = dEtot  + cpp*d_t(i,k)*masse
405!            dL1tot = dL1tot + RLVTT*d_ql(i,k)*masse
406!            dL2tot = dL2tot + RLVTT*d_q(i,k)*masse ! is this line necessary?
407!
408!            dqtot = dqtot + (d_q(i,k) + d_ql(i,k))*masse
409!
410!         ENDDO
411!      ENDDO
412
413!        print*,'In manabe energy change=',dEtot
414!        print*,'In manabe condense energy change 1 =',dL1tot
415!        print*,'In manabe condense energy change 2 =',dL2tot
416!        print*,'In manabe water change=',dqtot
417
418      RETURN
419   END
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.