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

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Several new files added as part of the climate evolution model
(main program kcm.F90). Some general cleanup in physiq.F90 and
callcorrk.F90. Bugs in dust radiative transfer and H2 Rayleigh
scattering corrected.

File size: 11.4 KB
RevLine 
[135]1      subroutine optci(PLEV,TLEV,DTAUI,TAUCUMI,      &
2           QXIAER,QSIAER,GIAER,COSBI,WBARI,TAUAERO,  &
[305]3           TMID,PMID,TAUGSURF,QVAR,MUVAR)
[135]4
5      use radinc_h
[253]6      use radcommon_h, only: gasi, tlimit, wrefVAR, Cmk,tgasref,pfgasref,wnoi,scalep
[135]7      implicit none
8
9!==================================================================
10!     
11!     Purpose
12!     -------
13!     Calculates longwave optical constants at each level. For each
14!     layer and spectral interval in the IR it calculates WBAR, DTAU
15!     and COSBAR. For each level it calculates TAU.
16!     
17!     TAUI(L,LW) is the cumulative optical depth at level L (or alternatively
18!     at the *bottom* of layer L), LW is the spectral wavelength interval.
19!     
20!     TLEV(L) - Temperature at the layer boundary (i.e., level)
21!     PLEV(L) - Pressure at the layer boundary (i.e., level)
22!
23!     Authors
24!     -------
25!     Adapted from the NASA Ames code by R. Wordsworth (2009)
26!     
27!==================================================================
28
29
30#include "comcstfi.h"
31#include "callkeys.h"
[253]32#include "gases.h"
[135]33
34
35      real*8 DTAUI(L_NLAYRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
36      real*8 DTAUKI(L_LEVELS+1,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
37      real*8 TAUI(L_NLEVRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
38      real*8 TAUCUMI(L_LEVELS,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
39      real*8 PLEV(L_LEVELS)
40      real*8 TLEV(L_LEVELS)
41      real*8 TMID(L_LEVELS), PMID(L_LEVELS)
42      real*8 COSBI(L_NLAYRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
43      real*8 WBARI(L_NLAYRAD,L_NSPECTI,L_NGAUSS)
44
45!     For aerosols
46      real*8  QXIAER(L_LEVELS+1,L_NSPECTI,NAERKIND)
47      real*8  QSIAER(L_LEVELS+1,L_NSPECTI,NAERKIND)
48      real*8  GIAER(L_LEVELS+1,L_NSPECTI,NAERKIND)
49      real*8  TAUAERO(L_LEVELS+1,NAERKIND)
50      real*8  TAUAEROLK(L_LEVELS+1,L_NSPECTI,NAERKIND)
51      real*8  TAEROS(L_LEVELS,L_NSPECTI,NAERKIND)
52
53      integer L, NW, NG, K, LK, IAER
54      integer MT(L_LEVELS), MP(L_LEVELS), NP(L_LEVELS)
55      real*8  ANS, TAUGAS
56      real*8  DPR(L_LEVELS), U(L_LEVELS)
57      real*8  LCOEF(4), LKCOEF(L_LEVELS,4)
58
59      real*8 taugsurf(L_NSPECTI,L_NGAUSS-1)
[253]60      real*8 DCONT
[305]61      double precision wn_cont, p_cont, p_air, T_cont, dtemp
[135]62
[305]63!     Variable species mixing ratio variables
64      real*8  QVAR(L_LEVELS), WRATIO(L_LEVELS), MUVAR(L_LEVELS)
[135]65      real*8  KCOEF(4)
66      integer NVAR(L_LEVELS)
67
68!     temporary variables for multiple aerosol calculation
69      real*8 atemp, btemp
70
71!     variables for k in units m^-1
[253]72      real*8 rho, dz(L_LEVELS)
[135]73
[253]74      integer igas
75
76      !--- Kasting's CIA ----------------------------------------
77      !real*8, parameter :: Ci(L_NSPECTI)=[                         &
78      !     3.8E-5, 1.2E-5, 2.8E-6, 7.6E-7, 4.5E-7, 2.3E-7,    &
79      !     5.4E-7, 1.6E-6, 0.0,                               &
80      !     0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0,            &
81      !     0.0, 4.0E-7, 4.0E-6, 1.4E-5,    &
82      !     1.0E-5, 1.2E-6, 2.0E-7, 5.0E-8, 3.0E-8, 0.0 ]
83      !real*8, parameter :: Ti(L_NSPECTI)=[ -2.2, -1.9,             &
84      !     -1.7, -1.7, -1.7, -1.7, -1.7, -1.7,                &
85      !     0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, 0.0, &
86      !     -1.7,-1.7,-1.7,-1.7,-1.7,-1.7,-1.7, -1.7,0.0 ]
87      !----------------------------------------------------------
88
[135]89!=======================================================================
90!     Determine the total gas opacity throughout the column, for each
91!     spectral interval, NW, and each Gauss point, NG.
92
[253]93      taugsurf(:,:) = 0.0
94      dpr(:)        = 0.0
95      lkcoef(:,:)   = 0.0
[135]96
97      do K=2,L_LEVELS
98         DPR(k) = PLEV(K)-PLEV(K-1)
99
[253]100         !--- Kasting's CIA ----------------------------------------
101         !dz(k)=dpr(k)*189.02*TMID(K)/(0.03720*PMID(K))
102         ! this is CO2 path length (in cm) as written by Francois
103         ! delta_z = delta_p * R_specific * T / (g * P)
104         ! But Kasting states that W is in units of _atmosphere_ cm
105         ! So we do
106         !dz(k)=dz(k)*(PMID(K)/1013.25)
107         !dz(k)=dz(k)/100.0 ! in m for SI calc
108         !----------------------------------------------------------
[135]109
[253]110         ! if we have continuum opacities, we need dz
[305]111         if(kastprof)then
112            dz(k) = dpr(k)*(8314.5/muvar(k))*TMID(K)/(g*PMID(K))
113            U(k)  = (Cmk*mugaz/(muvar(k)))*DPR(k)
114         else
115            dz(k) = dpr(k)*R*TMID(K)/(g*PMID(K))
116            U(k)  = Cmk*DPR(k)    ! only Cmk line in optci.F
117         endif
[135]118
119         call tpindex(PMID(K),TMID(K),QVAR(K),pfgasref,tgasref,WREFVAR, &
120              LCOEF,MT(K),MP(K),NVAR(K),WRATIO(K))
[253]121         
[135]122         do LK=1,4
123            LKCOEF(K,LK) = LCOEF(LK)
124         end do
125
[253]126
[135]127         DO NW=1,L_NSPECTI
128            do iaer=1,naerkind
[253]129               TAEROS(K,NW,IAER) = TAUAERO(K,IAER) * QXIAER(K,NW,IAER)
[135]130            end do
131         END DO
132      end do                    ! levels
133
134      do K=2,L_LEVELS
135         do nw=1,L_NSPECTI
136 
[253]137            DCONT = 0.0 ! continuum absorption
[135]138
[305]139            ! include continua if necessary
140            wn_cont = dble(wnoi(nw))
141            T_cont  = dble(TMID(k))
[253]142            do igas=1,ngasmx
[135]143
[305]144               if(gfrac(igas).eq.-1)then ! variable
145                  p_cont  = dble(PMID(k)*scalep*QVAR(k)) ! qvar = mol/mol
146               else
147                  p_cont  = dble(PMID(k)*scalep*gfrac(igas)*(1.-QVAR(k)))
148               endif
[135]149
[305]150               dtemp=0.0
151               if(gnom(igas).eq.'H2_')then
152                  call interpolateH2H2(wn_cont,T_cont,p_cont,dtemp,.false.)
153               elseif(gnom(igas).eq.'H2O'.and.T_cont.gt.200.0)then
154                  p_air = dble(PMID(k)*scalep) - p_cont ! note assumes air!!
155                  call interpolateH2Ocont(wn_cont,T_cont,p_cont,p_air,dtemp,.false.)
[135]156
[305]157               endif
[253]158
[305]159               DCONT = DCONT + dtemp
[253]160
161            enddo
162
[305]163
164            DCONT = DCONT*dz(k)
165
[253]166            !--- Kasting's CIA ----------------------------------------
167            !DCO2   = dz(k)*Ci(nw)*(1.2859*PMID(k)/1000.0)*(TMID(k)/300.)**Ti(nw)
168            !DCO2 = 130*Ci(nw)*(pmid(k)/1013.25)**2*(tmid(k)/300.)**Ti(nw) * dz(k)
169            ! these two have been verified to give the same results
170            !----------------------------------------------------------
171
172
173            do ng=1,L_NGAUSS-1
174
[135]175!     Now compute TAUGAS
176
177!     Interpolate between water mixing ratios
178!     WRATIO = 0.0 if the requested water amount is equal to, or outside the
179!     the water data range
180
[253]181               if(L_REFVAR.eq.1)then ! added by RW for special no variable case
[135]182                  KCOEF(1) = GASI(MT(K),MP(K),1,NW,NG)
183                  KCOEF(2) = GASI(MT(K),MP(K)+1,1,NW,NG)
184                  KCOEF(3) = GASI(MT(K)+1,MP(K)+1,1,NW,NG)
185                  KCOEF(4) = GASI(MT(K)+1,MP(K),1,NW,NG)
186               else
187
[253]188                  KCOEF(1) = GASI(MT(K),MP(K),NVAR(K),NW,NG) + WRATIO(K)*     &
189                       (GASI(MT(K),MP(K),NVAR(K)+1,NW,NG) -                   &
190                       GASI(MT(K),MP(K),NVAR(K),NW,NG))
[135]191
[253]192                  KCOEF(2) = GASI(MT(K),MP(K)+1,NVAR(K),NW,NG) + WRATIO(K)*   &
193                       (GASI(MT(K),MP(K)+1,NVAR(K)+1,NW,NG) -                 &
194                       GASI(MT(K),MP(K)+1,NVAR(K),NW,NG))
[135]195
[253]196                  KCOEF(3) = GASI(MT(K)+1,MP(K)+1,NVAR(K),NW,NG) + WRATIO(K)* &
197                       (GASI(MT(K)+1,MP(K)+1,NVAR(K)+1,NW,NG) -               &
198                       GASI(MT(K)+1,MP(K)+1,NVAR(K),NW,NG))
[135]199
[253]200                  KCOEF(4) = GASI(MT(K)+1,MP(K),NVAR(K),NW,NG) + WRATIO(K)*   &
201                       (GASI(MT(K)+1,MP(K),NVAR(K)+1,NW,NG) -                 &
202                       GASI(MT(K)+1,MP(K),NVAR(K),NW,NG))
[135]203               endif
204
205!     Interpolate the gaseous k-coefficients to the requested T,P values
206
[253]207               ANS = LKCOEF(K,1)*KCOEF(1) + LKCOEF(K,2)*KCOEF(2) +            &
[135]208                    LKCOEF(K,3)*KCOEF(3) + LKCOEF(K,4)*KCOEF(4)
[253]209               
[135]210               TAUGAS  = U(k)*ANS
211
[305]212               if(graybody)then
213                  TAUGAS = 0.0
214                  DCONT  = U(k)*3.3e-26
215               endif
216
[253]217               TAUGSURF(NW,NG) = TAUGSURF(NW,NG) + TAUGAS + DCONT
218               !TAUGSURF(NW,NG) = TAUGSURF(NW,NG) + TAUGAS
[135]219
[253]220               DTAUKI(K,nw,ng) = TAUGAS + DCONT ! For parameterized continuum absorption
221
[135]222               do iaer=1,naerkind
[253]223                  DTAUKI(K,nw,ng) = DTAUKI(K,nw,ng) + TAEROS(K,NW,IAER)
224               end do ! a bug was here!
[135]225
226            end do
227
228!     Now fill in the "clear" part of the spectrum (NG = L_NGAUSS),
229!     which holds continuum opacity only
230
231            NG              = L_NGAUSS
[253]232            DTAUKI(K,nw,ng) = 0.0 + DCONT ! For parameterized continuum absorption
233
[135]234            do iaer=1,naerkind
[253]235               DTAUKI(K,nw,ng) = DTAUKI(K,nw,ng) +  TAEROS(K,NW,IAER)
236            end do ! a bug was here!
[135]237
238         end do
239      end do
240
241
242!=======================================================================
243!     Now the full treatment for the layers, where besides the opacity
244!     we need to calculate the scattering albedo and asymmetry factors
245
246      DO NW=1,L_NSPECTI
247         DO K=2,L_LEVELS+1
248            do iaer=1,naerkind
249               TAUAEROLK(K,NW,IAER) = TAUAERO(K,IAER)*QSIAER(K,NW,IAER)
250            end do
251         ENDDO
252      ENDDO
253
254      DO NW=1,L_NSPECTI
255         NG = L_NGAUSS
256         DO L=1,L_NLAYRAD
257
258            K              = 2*L+1
259            DTAUI(L,nw,ng) = DTAUKI(K,NW,NG) + DTAUKI(K+1,NW,NG)! + 1.e-50
260
261            atemp = 0.
262            btemp = 0.
263            if(DTAUI(L,NW,NG) .GT. 1.0E-9) then
264               do iaer=1,naerkind
265                  atemp = atemp +                                     &
266                      GIAER(K,NW,IAER)   * TAUAEROLK(K,NW,IAER) +    &
267                      GIAER(K+1,NW,IAER) * TAUAEROLK(K+1,NW,IAER)
268                  btemp = btemp + TAUAEROLK(K,NW,IAER) + TAUAEROLK(K+1,NW,IAER)
269!     *                    + 1.e-10
270               end do
271               WBARI(L,nw,ng) = btemp  / DTAUI(L,NW,NG)
272            else
273               WBARI(L,nw,ng) = 0.0D0
274               DTAUI(L,NW,NG) = 1.0E-9
275            endif
276
277            if(btemp .GT. 0.0) then
278               cosbi(L,NW,NG) = atemp/btemp
279            else
280               cosbi(L,NW,NG) = 0.0D0
281            end if
282
283         END DO ! L vertical loop
284
285!     Now the other Gauss points, if needed.
286
287         DO NG=1,L_NGAUSS-1
288            IF(TAUGSURF(NW,NG) .gt. TLIMIT) THEN
289
290               DO L=1,L_NLAYRAD
291                  K              = 2*L+1
292                  DTAUI(L,nw,ng) = DTAUKI(K,NW,NG)+DTAUKI(K+1,NW,NG)! + 1.e-50
293
294                  btemp = 0.
295                  if(DTAUI(L,NW,NG) .GT. 1.0E-9) then
296
297                     do iaer=1,naerkind
298                        btemp = btemp + TAUAEROLK(K,NW,IAER) + TAUAEROLK(K+1,NW,IAER)
299                     end do
300                     WBARI(L,nw,ng) = btemp  / DTAUI(L,NW,NG)
301
302                  else
303                     WBARI(L,nw,ng) = 0.0D0
304                     DTAUI(L,NW,NG) = 1.0E-9
305                  endif
306
307                  cosbi(L,NW,NG) = cosbi(L,NW,L_NGAUSS)
308               END DO ! L vertical loop
309            END IF
310           
311         END DO                 ! NG Gauss loop
312      END DO                    ! NW spectral loop
313
314!     Total extinction optical depths
315
316      DO NW=1,L_NSPECTI       
317         DO NG=1,L_NGAUSS       ! full gauss loop
318            TAUI(1,NW,NG)=0.0D0
319            DO L=1,L_NLAYRAD
320               TAUI(L+1,NW,NG)=TAUI(L,NW,NG)+DTAUI(L,NW,NG)
321            END DO
322
323            TAUCUMI(1,NW,NG)=0.0D0
324            DO K=2,L_LEVELS
325               TAUCUMI(K,NW,NG)=TAUCUMI(K-1,NW,NG)+DTAUKI(K,NW,NG)
326            END DO
327         END DO                 ! end full gauss loop
328      END DO
329
330      return
331
332
[305]333    end subroutine optci
[135]334
335
336
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.