source: trunk/LMDZ.GENERIC/libf/phystd/moistadj.F90 @ 937

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11/02/2013 == JL

  • Updated moist convection scheme to handle situations with a large water vapor content
  • Added a keyword to enable ocean runoff in callphys.def (activerunoff)


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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      REAL cp_new_t(nlayermx)
59      REAL cp_delta_t(nlayermx)
60      REAL v_cptj(nlayermx), v_cptjk1, v_ssig
61      REAL v_cptt(ngrid,nlayermx), 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      REAL gamcpdz(ngrid,2:nlayermx)
65      REAL zdp, zdpm
66
67      REAL zsat ! super-saturation
68      REAL zflo ! flotabilite
69
70      REAL 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./(1.+zpsat(i,k-1)/pplay(i,k-1)))*zdpm + (1./(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) = v_pratio*( (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_zqs * v_pratio * 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
213
214!          print*,'i,k,zqs,cpdT=',i,k,zqs(i,k),cp_delta_t(k)
215      ENDDO
216    Enddo ! nn=1,niter
217
218
219!--------------------------------------------------- sounding downwards
220!              -- we refine the prognostic variables in
221!              -- the layer about to be adjusted
222
223!      DO k = k1, k2
224!         v_cptt(i,k) = RCPD * local_t(i,k)
225!         v_t = local_t(i,k)
226!         v_p = pplay(i,k)
227!       
228!         call Psat_water(v_t,v_p,zpsat,zqs(i,k))
229!         call Lcpdqsat_water(v_t,v_p,zpsat,zqs(i,k),zdqs(i,k))
230!      ENDDO
231
232      DO k = 2, nlayermx
233         zdpm = pplev(i,k-1) - pplev(i,k)
234         zdp = pplev(i,k) - pplev(i,k+1)
235!         gamcpdz(i,k) = ( ( R/RCPD /(zdpm+zdp) * (v_cptt(i,k-1)*zdpm + v_cptt(i,k)*zdp)          &
236!             +  RLVTT /(zdpm+zdp) * (zqs(i,k-1)*zdpm + zqs(i,k)*zdp) )                           &
237!             * (pplay(i,k-1)-pplay(i,k)) / pplev(i,k) )                                          &
238!             / (1.0+ (zdqs(i,k-1)*zdpm + zdqs(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp) )                   
239! general case where water is not a trace gas (JL13)
240         v_zqs     = (zqs(i,k-1)*zdpm + zqs(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp)
241         v_cptt2   = (v_cptt(i,k-1)*zdpm + v_cptt(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp)
242         v_pratio  = ((1./(1.+zpsat(i,k-1)/pplay(i,k-1)))*zdpm + (1./(1.+zpsat(i,k)/pplay(i,k)))*zdp)/(zdpm+zdp)
243         v_dlnpsat = (zdlnpsat(i,k-1)*zdpm + zdlnpsat(i,k)*zdp)/(zdpm+zdp)
244         gamcpdz(i,k) = v_pratio*( (R/RCPD*v_cptt2*(1.- v_zqs) + RLVTT*v_zqs) * (pplay(i,k-1)-pplay(i,k))/pplev(i,k) )  &
245                / ((1.- v_zqs) + v_zqs * RCPV/RCPD + v_zqs * v_pratio * v_dlnpsat)                   
246      ENDDO
247
248!     Test to see if we've reached the bottom
249
250      IF (k1 .EQ. 1) GOTO 841 ! yes we have!
251      zflo = v_cptt(i,k1-1) - v_cptt(i,k1) - gamcpdz(i,k1)
252      zsat=(local_q(i,k1-1)-zqs(i,k1-1))*(pplev(i,k1-1)-pplev(i,k1))   &
253        + (local_q(i,k1)-zqs(i,k1))*(pplev(i,k1)-pplev(i,k1+1))
254      IF (zflo.LE.0.0 .OR. zsat.LE.0.0) GOTO 841 ! yes we have!
255
256  840 CONTINUE
257      k1 = k1 - 1
258      IF (k1 .EQ. 1) GOTO 830 ! GOTO 820 (a tester, Z.X.Li, mars 1995)
259      zsat = zsat + (local_q(i,k1-1)-zqs(i,k1-1))               &
260                  *(pplev(i,k1-1)-pplev(i,k1))
261      zflo = v_cptt(i,k1-1) - v_cptt(i,k1) - gamcpdz(i,k1)
262      IF (zflo.GT.0.0 .AND. zsat.GT.0.0) THEN
263         GOTO 840
264      ELSE
265         GOTO 830 ! GOTO 820 (a tester, Z.X.Li, mars 1995)
266      ENDIF
267  841 CONTINUE
268
269      GOTO 810 ! look for other layers higher up
270
271 9999 CONTINUE ! loop over all the points
272
273!      print*,'k1=',k1
274!      print*,'k2=',k2
275
276!      print*,'local_t=',local_t
277!      print*,'v_cptt=',v_cptt
278!      print*,'gamcpdz=',gamcpdz
279
280!-----------------------------------------------------------------------
281! Determine the cloud fraction (hypothese: la nebulosite a lieu
282! a l'endroit ou la vapeur d'eau est diminuee par l'ajustement):
283
284      DO k = 1, nlayermx
285      DO i = 1, ngrid
286         IF (itest(i)) THEN
287         delta_q(i,k) = local_q(i,k) - zq(i,k)
288         IF (delta_q(i,k).LT.0.) rneb(i,k)  = 1.0
289         ENDIF
290      ENDDO
291      ENDDO
292
293! Distribuer l'eau condensee en eau liquide nuageuse (hypothese:
294! l'eau liquide est distribuee aux endroits ou la vapeur d'eau
295! diminue et d'une maniere proportionnelle a cet diminution):
296
297      DO i = 1, ngrid
298         IF (itest(i)) THEN
299         zq1(i) = 0.0
300         zq2(i) = 0.0
301         ENDIF
302      ENDDO
303      DO k = 1, nlayermx
304      DO i = 1, ngrid
305         IF (itest(i)) THEN
306         zdp = pplev(i,k)-pplev(i,k+1)
307         zq1(i) = zq1(i) - delta_q(i,k) * zdp
308         zq2(i) = zq2(i) - MIN(0.0, delta_q(i,k)) * zdp
309         ENDIF
310      ENDDO
311      ENDDO
312      DO k = 1, nlayermx
313      DO i = 1, ngrid
314         IF (itest(i)) THEN
315           IF (zq2(i).NE.0.0) d_ql(i,k) = - MIN(0.0,delta_q(i,k))*zq1(i)/zq2(i)
316         ENDIF
317      ENDDO
318      ENDDO
319
320!      print*,'local_q BEFORE=',local_q
321
322      DO k = 1, nlayermx
323      DO i = 1, ngrid
324          local_q(i, k) = MAX(local_q(i, k), seuil_vap)
325      ENDDO
326      ENDDO
327
328      DO k = 1, nlayermx
329      DO i = 1, ngrid
330         d_t(i,k) = local_t(i,k) - zt(i,k)
331         d_q(i,k) = local_q(i,k) - zq(i,k)
332      ENDDO
333      ENDDO
334
335!     now subroutine -----> GCM variables
336      DO k = 1, nlayermx
337         DO i = 1, ngrid
338           
339            pdtmana(i,k)       = d_t(i,k)/ptimestep
340            pdqmana(i,k,i_h2o) = d_q(i,k)/ptimestep
341            pdqmana(i,k,i_ice) = d_ql(i,k)/ptimestep
342         
343         ENDDO
344      ENDDO
345
346
347      RETURN
348   END
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.