source: trunk/LMDZ.GENERIC/libf/phystd/optci.F90 @ 1351

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Latitude-dependent gravity field added. Option oblate = .true. in callphys.def, and three additional variables needed: J2, Rmean and MassPlanet?.

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RevLine 
[716]1subroutine optci(PLEV,TLEV,DTAUI,TAUCUMI,      &
2     QXIAER,QSIAER,GIAER,COSBI,WBARI,TAUAERO,  &
3     TMID,PMID,TAUGSURF,QVAR,MUVAR)
[135]4
[716]5  use radinc_h
[1194]6  use radcommon_h, only: gasi,tlimit,wrefVAR,Cmk,tgasref,pfgasref,wnoi,scalep,indi,glat_ig
[716]7  use gases_h
8  implicit none
[135]9
[716]10  !==================================================================
11  !     
12  !     Purpose
13  !     -------
14  !     Calculates longwave optical constants at each level. For each
15  !     layer and spectral interval in the IR it calculates WBAR, DTAU
16  !     and COSBAR. For each level it calculates TAU.
17  !     
18  !     TAUI(L,LW) is the cumulative optical depth at level L (or alternatively
19  !     at the *bottom* of layer L), LW is the spectral wavelength interval.
20  !     
21  !     TLEV(L) - Temperature at the layer boundary (i.e., level)
22  !     PLEV(L) - Pressure at the layer boundary (i.e., level)
23  !
24  !     Authors
25  !     -------
26  !     Adapted from the NASA Ames code by R. Wordsworth (2009)
27  !     
28  !==================================================================
[135]29
30#include "comcstfi.h"
31#include "callkeys.h"
32
33
[716]34  real*8 DTAUI(L_NLAYRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
35  real*8 DTAUKI(L_LEVELS+1,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
36  real*8 TAUI(L_NLEVRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
37  real*8 TAUCUMI(L_LEVELS,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
38  real*8 PLEV(L_LEVELS)
39  real*8 TLEV(L_LEVELS)
40  real*8 TMID(L_LEVELS), PMID(L_LEVELS)
41  real*8 COSBI(L_NLAYRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
42  real*8 WBARI(L_NLAYRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
[135]43
[716]44  ! for aerosols
45  real*8  QXIAER(L_LEVELS+1,L_NSPECTI,NAERKIND)
46  real*8  QSIAER(L_LEVELS+1,L_NSPECTI,NAERKIND)
47  real*8  GIAER(L_LEVELS+1,L_NSPECTI,NAERKIND)
48  real*8  TAUAERO(L_LEVELS+1,NAERKIND)
49  real*8  TAUAEROLK(L_LEVELS+1,L_NSPECTI,NAERKIND)
50  real*8  TAEROS(L_LEVELS,L_NSPECTI,NAERKIND)
[135]51
[716]52  integer L, NW, NG, K, LK, IAER
53  integer MT(L_LEVELS), MP(L_LEVELS), NP(L_LEVELS)
54  real*8  ANS, TAUGAS
55  real*8  DPR(L_LEVELS), U(L_LEVELS)
56  real*8  LCOEF(4), LKCOEF(L_LEVELS,4)
[135]57
[716]58  real*8 taugsurf(L_NSPECTI,L_NGAUSS-1)
[918]59  real*8 DCONT,DAERO
[716]60  double precision wn_cont, p_cont, p_air, T_cont, dtemp, dtempc
61  double precision p_cross
[135]62
[716]63  ! variable species mixing ratio variables
64  real*8  QVAR(L_LEVELS), WRATIO(L_LEVELS), MUVAR(L_LEVELS)
65  real*8  KCOEF(4)
66  integer NVAR(L_LEVELS)
[135]67
[716]68  ! temporary variables for multiple aerosol calculation
[918]69  real*8 atemp
70  real*8 btemp(L_NLAYRAD,L_NSPECTI)
[135]71
[716]72  ! variables for k in units m^-1
[873]73  real*8 dz(L_LEVELS)
74  !real*8 rho !! see test below
[135]75
[716]76  integer igas, jgas
[253]77
[873]78  integer interm
79
[716]80  !--- Kasting's CIA ----------------------------------------
81  !real*8, parameter :: Ci(L_NSPECTI)=[                         &
82  !     3.8E-5, 1.2E-5, 2.8E-6, 7.6E-7, 4.5E-7, 2.3E-7,    &
83  !     5.4E-7, 1.6E-6, 0.0,                               &
84  !     0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,            &
85  !     0.0, 4.0E-7, 4.0E-6, 1.4E-5,    &
86  !     1.0E-5, 1.2E-6, 2.0E-7, 5.0E-8, 3.0E-8, 0.0 ]
87  !real*8, parameter :: Ti(L_NSPECTI)=[ -2.2, -1.9,             &
88  !     -1.7, -1.7, -1.7, -1.7, -1.7, -1.7,                &
89  !     0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, &
90  !     -1.7,-1.7,-1.7,-1.7,-1.7,-1.7,-1.7, -1.7,0.0 ]
91  !----------------------------------------------------------
[253]92
[873]93  !! AS: to save time in computing continuum (see bilinearbig)
94  IF (.not.ALLOCATED(indi)) THEN
[878]95      ALLOCATE(indi(L_NSPECTI,ngasmx,ngasmx))
[873]96      indi = -9999  ! this initial value means "to be calculated"
97  ENDIF
98
[716]99  !=======================================================================
100  !     Determine the total gas opacity throughout the column, for each
101  !     spectral interval, NW, and each Gauss point, NG.
[135]102
[716]103  taugsurf(:,:) = 0.0
104  dpr(:)        = 0.0
105  lkcoef(:,:)   = 0.0
[135]106
[716]107  do K=2,L_LEVELS
108     DPR(k) = PLEV(K)-PLEV(K-1)
[135]109
[716]110     !--- Kasting's CIA ----------------------------------------
111     !dz(k)=dpr(k)*189.02*TMID(K)/(0.03720*PMID(K))
112     ! this is CO2 path length (in cm) as written by Francois
113     ! delta_z = delta_p * R_specific * T / (g * P)
114     ! But Kasting states that W is in units of _atmosphere_ cm
115     ! So we do
116     !dz(k)=dz(k)*(PMID(K)/1013.25)
117     !dz(k)=dz(k)/100.0 ! in m for SI calc
118     !----------------------------------------------------------
[135]119
[716]120     ! if we have continuum opacities, we need dz
121     if(kastprof)then
[961]122        dz(k) = dpr(k)*(1000.0d0*8.3145d0/muvar(k))*TMID(K)/(g*PMID(K))
[1016]123        U(k)  = Cmk*DPR(k)*mugaz/muvar(k)
[716]124     else
[1194]125        dz(k) = dpr(k)*R*TMID(K)/(glat_ig*PMID(K))*mugaz/muvar(k)
[1016]126        U(k)  = Cmk*DPR(k)*mugaz/muvar(k)     ! only Cmk line in optci.F 
127            !JL13 the mugaz/muvar factor takes into account water meanmolecular weight if water is present
[716]128     endif
[135]129
[716]130     call tpindex(PMID(K),TMID(K),QVAR(K),pfgasref,tgasref,WREFVAR, &
131          LCOEF,MT(K),MP(K),NVAR(K),WRATIO(K))
[135]132
[716]133     do LK=1,4
134        LKCOEF(K,LK) = LCOEF(LK)
135     end do
[918]136  end do                    ! levels
[253]137
[135]138
[918]139  do iaer=1,naerkind
[716]140     DO NW=1,L_NSPECTI
[918]141        do K=2,L_LEVELS
[716]142           TAEROS(K,NW,IAER) = TAUAERO(K,IAER) * QXIAER(K,NW,IAER)
[918]143        end do                    ! levels
[716]144     END DO
[918]145  end do
[135]146
[918]147  do NW=1,L_NSPECTI
[135]148
[918]149     do K=2,L_LEVELS
[873]150
[918]151! continuum absorption
[961]152        DCONT = 0.0d0
[135]153
[873]154        if(continuum.and.(.not.graybody))then
[716]155           ! include continua if necessary
156           wn_cont = dble(wnoi(nw))
157           T_cont  = dble(TMID(k))
158           do igas=1,ngasmx
[135]159
[716]160              if(gfrac(igas).eq.-1)then ! variable
161                 p_cont  = dble(PMID(k)*scalep*QVAR(k)) ! qvar = mol/mol
162              else
163                 p_cont  = dble(PMID(k)*scalep*gfrac(igas)*(1.-QVAR(k)))
164              endif
[253]165
[961]166              dtemp=0.0d0
[716]167              if(igas.eq.igas_N2)then
[305]168
[878]169                 interm = indi(nw,igas,igas)
170                 call interpolateN2N2(wn_cont,T_cont,p_cont,dtemp,.false.,interm)
171                 indi(nw,igas,igas) = interm
[253]172
[716]173              elseif(igas.eq.igas_H2)then
[253]174
[716]175                 ! first do self-induced absorption
[878]176                 interm = indi(nw,igas,igas)
[873]177                 call interpolateH2H2(wn_cont,T_cont,p_cont,dtemp,.false.,interm)
[878]178                 indi(nw,igas,igas) = interm
[253]179
[716]180                 ! then cross-interactions with other gases
181                 do jgas=1,ngasmx
182                    p_cross = dble(PMID(k)*scalep*gfrac(jgas)*(1.-QVAR(k)))
[961]183                    dtempc  = 0.0d0
[716]184                    if(jgas.eq.igas_N2)then
[878]185                       interm = indi(nw,igas,jgas)
186                       call interpolateN2H2(wn_cont,T_cont,p_cross,p_cont,dtempc,.false.,interm)
187                       indi(nw,igas,jgas) = interm
[716]188                    elseif(jgas.eq.igas_He)then
[878]189                       interm = indi(nw,igas,jgas)
[873]190                       call interpolateH2He(wn_cont,T_cont,p_cross,p_cont,dtempc,.false.,interm)
[878]191                       indi(nw,igas,jgas) = interm
[716]192                    endif
193                    dtemp = dtemp + dtempc
194                 enddo
[135]195
[716]196              elseif(igas.eq.igas_H2O.and.T_cont.gt.200.0)then
[135]197
[716]198                 p_air = dble(PMID(k)*scalep) - p_cont ! note assumes background is air!
199                 if(H2Ocont_simple)then
200                    call interpolateH2Ocont_PPC(wn_cont,T_cont,p_cont,p_air,dtemp,.false.)
201                 else
[878]202                    interm = indi(nw,igas,igas)
203                    call interpolateH2Ocont_CKD(wn_cont,T_cont,p_cont,p_air,dtemp,.false.,interm)
204                    indi(nw,igas,igas) = interm
[716]205                 endif
[135]206
[716]207              endif
[135]208
[716]209              DCONT = DCONT + dtemp
[135]210
[716]211           enddo
[135]212
[716]213           ! Oobleck test
214           !rho = PMID(k)*scalep / (TMID(k)*286.99)
215           !if(WNOI(nw).gt.300.0 .and. WNOI(nw).lt.500.0)then
216           !   DCONT = rho * 0.125 * 4.6e-4
217           !elseif(WNOI(nw).gt.500.0 .and. WNOI(nw).lt.700.0)then
218           !   DCONT = 1000*dpr(k) * 1.0 * 4.6e-4 / g
219           !   DCONT = rho * 1.0 * 4.6e-4
220           !elseif(WNOI(nw).gt.700.0 .and. WNOI(nw).lt.900.0)then
221           !   DCONT = rho * 0.125 * 4.6e-4
222           !endif
[135]223
[716]224           DCONT = DCONT*dz(k)
[135]225
[716]226        endif
[135]227
[918]228! aerosol absorption
229        DAERO=SUM(TAEROS(K,NW,1:naerkind))
[253]230
[716]231        do ng=1,L_NGAUSS-1
[135]232
[716]233           ! Now compute TAUGAS
[135]234
[716]235           ! Interpolate between water mixing ratios
236           ! WRATIO = 0.0 if the requested water amount is equal to, or outside the
237           ! the water data range
[253]238
[716]239           if(L_REFVAR.eq.1)then ! added by RW for special no variable case
240              KCOEF(1) = GASI(MT(K),MP(K),1,NW,NG)
241              KCOEF(2) = GASI(MT(K),MP(K)+1,1,NW,NG)
242              KCOEF(3) = GASI(MT(K)+1,MP(K)+1,1,NW,NG)
243              KCOEF(4) = GASI(MT(K)+1,MP(K),1,NW,NG)
244           else
[135]245
[716]246              KCOEF(1) = GASI(MT(K),MP(K),NVAR(K),NW,NG) + WRATIO(K)*     &
[873]247                   (GASI(MT(K),MP(K),NVAR(K)+1,NW,NG) -                   &
[716]248                   GASI(MT(K),MP(K),NVAR(K),NW,NG))
[135]249
[716]250              KCOEF(2) = GASI(MT(K),MP(K)+1,NVAR(K),NW,NG) + WRATIO(K)*   &
251                   (GASI(MT(K),MP(K)+1,NVAR(K)+1,NW,NG) -                 &
252                   GASI(MT(K),MP(K)+1,NVAR(K),NW,NG))
[135]253
[716]254              KCOEF(3) = GASI(MT(K)+1,MP(K)+1,NVAR(K),NW,NG) + WRATIO(K)* &
255                   (GASI(MT(K)+1,MP(K)+1,NVAR(K)+1,NW,NG) -               &
256                   GASI(MT(K)+1,MP(K)+1,NVAR(K),NW,NG))
[135]257
[716]258              KCOEF(4) = GASI(MT(K)+1,MP(K),NVAR(K),NW,NG) + WRATIO(K)*   &
259                   (GASI(MT(K)+1,MP(K),NVAR(K)+1,NW,NG) -                 &
260                   GASI(MT(K)+1,MP(K),NVAR(K),NW,NG))
[873]261
[716]262           endif
[135]263
[716]264           ! Interpolate the gaseous k-coefficients to the requested T,P values
[135]265
[716]266           ANS = LKCOEF(K,1)*KCOEF(1) + LKCOEF(K,2)*KCOEF(2) +            &
267                LKCOEF(K,3)*KCOEF(3) + LKCOEF(K,4)*KCOEF(4)
[135]268
[716]269           TAUGAS  = U(k)*ANS
[135]270
[716]271           TAUGSURF(NW,NG) = TAUGSURF(NW,NG) + TAUGAS + DCONT
[918]272           DTAUKI(K,nw,ng) = TAUGAS    &
273                             + DCONT   & ! For parameterized continuum absorption
274                             + DAERO     ! For aerosol absorption
[135]275
[716]276        end do
[135]277
[716]278        ! Now fill in the "clear" part of the spectrum (NG = L_NGAUSS),
279        ! which holds continuum opacity only
[135]280
[716]281        NG              = L_NGAUSS
[918]282        DTAUKI(K,nw,ng) = 0.d0      &
283                          + DCONT   & ! For parameterized continuum absorption
284                          + DAERO     ! For aerosol absorption
[135]285
[716]286     end do
287  end do
[135]288
[961]289  DTAUKI(L_LEVELS+1,1:L_NSPECTI,1:L_NGAUSS)=0.d0
[716]290  !=======================================================================
291  !     Now the full treatment for the layers, where besides the opacity
292  !     we need to calculate the scattering albedo and asymmetry factors
[135]293
[873]294  do iaer=1,naerkind
[918]295    DO NW=1,L_NSPECTI
[716]296     DO K=2,L_LEVELS+1
297           TAUAEROLK(K,NW,IAER) = TAUAERO(K,IAER)*QSIAER(K,NW,IAER)
298     ENDDO
[918]299    ENDDO
[873]300  end do
[918]301 
302  DO NW=1,L_NSPECTI
303     DO L=1,L_NLAYRAD
304        K              = 2*L+1
305        btemp(L,NW) = SUM(TAUAEROLK(K,NW,1:naerkind)) + SUM(TAUAEROLK(K+1,NW,1:naerkind))
306     END DO ! L vertical loop
307  END DO                    ! NW spectral loop
308 
[135]309
[716]310  DO NW=1,L_NSPECTI
311     NG = L_NGAUSS
312     DO L=1,L_NLAYRAD
[135]313
[716]314        K              = 2*L+1
315        DTAUI(L,nw,ng) = DTAUKI(K,NW,NG) + DTAUKI(K+1,NW,NG)! + 1.e-50
[135]316
[716]317        atemp = 0.
[961]318        if(DTAUI(L,NW,NG) .GT. 1.0D-9) then
[716]319           do iaer=1,naerkind
320              atemp = atemp +                                     &
321                   GIAER(K,NW,IAER)   * TAUAEROLK(K,NW,IAER) +    &
322                   GIAER(K+1,NW,IAER) * TAUAEROLK(K+1,NW,IAER)
323           end do
[918]324           WBARI(L,nw,ng) = btemp(L,nw)  / DTAUI(L,NW,NG)
[716]325        else
326           WBARI(L,nw,ng) = 0.0D0
[961]327           DTAUI(L,NW,NG) = 1.0D-9
[716]328        endif
[135]329
[961]330        if(btemp(L,nw) .GT. 0.0d0) then
[918]331           cosbi(L,NW,NG) = atemp/btemp(L,nw)
[716]332        else
333           cosbi(L,NW,NG) = 0.0D0
334        end if
[135]335
[716]336     END DO ! L vertical loop
[135]337
[716]338     ! Now the other Gauss points, if needed.
[135]339
[716]340     DO NG=1,L_NGAUSS-1
341        IF(TAUGSURF(NW,NG) .gt. TLIMIT) THEN
[135]342
[716]343           DO L=1,L_NLAYRAD
344              K              = 2*L+1
345              DTAUI(L,nw,ng) = DTAUKI(K,NW,NG)+DTAUKI(K+1,NW,NG)! + 1.e-50
346
[961]347              if(DTAUI(L,NW,NG) .GT. 1.0D-9) then
[716]348
[918]349                 WBARI(L,nw,ng) = btemp(L,nw)  / DTAUI(L,NW,NG)
[716]350
351              else
352                 WBARI(L,nw,ng) = 0.0D0
[961]353                 DTAUI(L,NW,NG) = 1.0D-9
[716]354              endif
355
356              cosbi(L,NW,NG) = cosbi(L,NW,L_NGAUSS)
357           END DO ! L vertical loop
358        END IF
359
360     END DO                 ! NG Gauss loop
361  END DO                    ! NW spectral loop
362
363  ! Total extinction optical depths
364
[918]365  DO NG=1,L_NGAUSS       ! full gauss loop
366     DO NW=1,L_NSPECTI       
[716]367        TAUCUMI(1,NW,NG)=0.0D0
368        DO K=2,L_LEVELS
369           TAUCUMI(K,NW,NG)=TAUCUMI(K-1,NW,NG)+DTAUKI(K,NW,NG)
370        END DO
371     END DO                 ! end full gauss loop
372  END DO
373
374  ! be aware when comparing with textbook results
375  ! (e.g. Pierrehumbert p. 218) that
376  ! taucumi does not take the <cos theta>=0.5 factor into
377  ! account. It is the optical depth for a vertically
378  ! ascending ray with angle theta = 0.
379
380  !open(127,file='taucum.out')
381  !do nw=1,L_NSPECTI
382  !   write(127,*) taucumi(L_LEVELS,nw,L_NGAUSS)
383  !enddo
384  !close(127)
[918]385 
386!  print*,'WBARI'
387!  print*,WBARI
388!  print*,'DTAUI'
389!  print*,DTAUI
390!  call abort
391 
[716]392
393  return
394
395
396end subroutine optci
397
398
399
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.