source: trunk/LMDZ.GENERIC/libf/phystd/optci.F90 @ 1145

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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
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Line 
1subroutine optci(PLEV,TLEV,DTAUI,TAUCUMI,      &
2     QXIAER,QSIAER,GIAER,COSBI,WBARI,TAUAERO,  &
3     TMID,PMID,TAUGSURF,QVAR,MUVAR)
4
5  use radinc_h
6  use radcommon_h, only: gasi,tlimit,wrefVAR,Cmk,tgasref,pfgasref,wnoi,scalep,indi
7  use gases_h
8  implicit none
9
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  !==================================================================
29
30#include "comcstfi.h"
31#include "callkeys.h"
32
33
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)
43
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)
51
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)
57
58  real*8 taugsurf(L_NSPECTI,L_NGAUSS-1)
59  real*8 DCONT,DAERO
60  double precision wn_cont, p_cont, p_air, T_cont, dtemp, dtempc
61  double precision p_cross
62
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)
67
68  ! temporary variables for multiple aerosol calculation
69  real*8 atemp
70  real*8 btemp(L_NLAYRAD,L_NSPECTI)
71
72  ! variables for k in units m^-1
73  real*8 dz(L_LEVELS)
74  !real*8 rho !! see test below
75
76  integer igas, jgas
77
78  integer interm
79
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  !----------------------------------------------------------
92
93  !! AS: to save time in computing continuum (see bilinearbig)
94  IF (.not.ALLOCATED(indi)) THEN
95      ALLOCATE(indi(L_NSPECTI,ngasmx,ngasmx))
96      indi = -9999  ! this initial value means "to be calculated"
97  ENDIF
98
99  !=======================================================================
100  !     Determine the total gas opacity throughout the column, for each
101  !     spectral interval, NW, and each Gauss point, NG.
102
103  taugsurf(:,:) = 0.0
104  dpr(:)        = 0.0
105  lkcoef(:,:)   = 0.0
106
107  do K=2,L_LEVELS
108     DPR(k) = PLEV(K)-PLEV(K-1)
109
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     !----------------------------------------------------------
119
120     ! if we have continuum opacities, we need dz
121     if(kastprof)then
122        dz(k) = dpr(k)*(1000.0d0*8.3145d0/muvar(k))*TMID(K)/(g*PMID(K))
123        U(k)  = Cmk*DPR(k)*mugaz/muvar(k)
124     else
125        dz(k) = dpr(k)*R*TMID(K)/(g*PMID(K))*mugaz/muvar(k)
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
128     endif
129
130     call tpindex(PMID(K),TMID(K),QVAR(K),pfgasref,tgasref,WREFVAR, &
131          LCOEF,MT(K),MP(K),NVAR(K),WRATIO(K))
132
133     do LK=1,4
134        LKCOEF(K,LK) = LCOEF(LK)
135     end do
136  end do                    ! levels
137
138
139  do iaer=1,naerkind
140     DO NW=1,L_NSPECTI
141        do K=2,L_LEVELS
142           TAEROS(K,NW,IAER) = TAUAERO(K,IAER) * QXIAER(K,NW,IAER)
143        end do                    ! levels
144     END DO
145  end do
146
147  do NW=1,L_NSPECTI
148
149     do K=2,L_LEVELS
150
151! continuum absorption
152        DCONT = 0.0d0
153
154        if(continuum.and.(.not.graybody))then
155           ! include continua if necessary
156           wn_cont = dble(wnoi(nw))
157           T_cont  = dble(TMID(k))
158           do igas=1,ngasmx
159
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
165
166              dtemp=0.0d0
167              if(igas.eq.igas_N2)then
168
169                 interm = indi(nw,igas,igas)
170                 call interpolateN2N2(wn_cont,T_cont,p_cont,dtemp,.false.,interm)
171                 indi(nw,igas,igas) = interm
172
173              elseif(igas.eq.igas_H2)then
174
175                 ! first do self-induced absorption
176                 interm = indi(nw,igas,igas)
177                 call interpolateH2H2(wn_cont,T_cont,p_cont,dtemp,.false.,interm)
178                 indi(nw,igas,igas) = interm
179
180                 ! then cross-interactions with other gases
181                 do jgas=1,ngasmx
182                    p_cross = dble(PMID(k)*scalep*gfrac(jgas)*(1.-QVAR(k)))
183                    dtempc  = 0.0d0
184                    if(jgas.eq.igas_N2)then
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
188                    elseif(jgas.eq.igas_He)then
189                       interm = indi(nw,igas,jgas)
190                       call interpolateH2He(wn_cont,T_cont,p_cross,p_cont,dtempc,.false.,interm)
191                       indi(nw,igas,jgas) = interm
192                    endif
193                    dtemp = dtemp + dtempc
194                 enddo
195
196              elseif(igas.eq.igas_H2O.and.T_cont.gt.200.0)then
197
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
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
205                 endif
206
207              endif
208
209              DCONT = DCONT + dtemp
210
211           enddo
212
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
223
224           DCONT = DCONT*dz(k)
225
226        endif
227
228! aerosol absorption
229        DAERO=SUM(TAEROS(K,NW,1:naerkind))
230
231        do ng=1,L_NGAUSS-1
232
233           ! Now compute TAUGAS
234
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
238
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
245
246              KCOEF(1) = GASI(MT(K),MP(K),NVAR(K),NW,NG) + WRATIO(K)*     &
247                   (GASI(MT(K),MP(K),NVAR(K)+1,NW,NG) -                   &
248                   GASI(MT(K),MP(K),NVAR(K),NW,NG))
249
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))
253
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))
257
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))
261
262           endif
263
264           ! Interpolate the gaseous k-coefficients to the requested T,P values
265
266           ANS = LKCOEF(K,1)*KCOEF(1) + LKCOEF(K,2)*KCOEF(2) +            &
267                LKCOEF(K,3)*KCOEF(3) + LKCOEF(K,4)*KCOEF(4)
268
269           TAUGAS  = U(k)*ANS
270
271           TAUGSURF(NW,NG) = TAUGSURF(NW,NG) + TAUGAS + DCONT
272           DTAUKI(K,nw,ng) = TAUGAS    &
273                             + DCONT   & ! For parameterized continuum absorption
274                             + DAERO     ! For aerosol absorption
275
276        end do
277
278        ! Now fill in the "clear" part of the spectrum (NG = L_NGAUSS),
279        ! which holds continuum opacity only
280
281        NG              = L_NGAUSS
282        DTAUKI(K,nw,ng) = 0.d0      &
283                          + DCONT   & ! For parameterized continuum absorption
284                          + DAERO     ! For aerosol absorption
285
286     end do
287  end do
288
289  DTAUKI(L_LEVELS+1,1:L_NSPECTI,1:L_NGAUSS)=0.d0
290  !=======================================================================
291  !     Now the full treatment for the layers, where besides the opacity
292  !     we need to calculate the scattering albedo and asymmetry factors
293
294  do iaer=1,naerkind
295    DO NW=1,L_NSPECTI
296     DO K=2,L_LEVELS+1
297           TAUAEROLK(K,NW,IAER) = TAUAERO(K,IAER)*QSIAER(K,NW,IAER)
298     ENDDO
299    ENDDO
300  end do
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 
309
310  DO NW=1,L_NSPECTI
311     NG = L_NGAUSS
312     DO L=1,L_NLAYRAD
313
314        K              = 2*L+1
315        DTAUI(L,nw,ng) = DTAUKI(K,NW,NG) + DTAUKI(K+1,NW,NG)! + 1.e-50
316
317        atemp = 0.
318        if(DTAUI(L,NW,NG) .GT. 1.0D-9) then
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
324           WBARI(L,nw,ng) = btemp(L,nw)  / DTAUI(L,NW,NG)
325        else
326           WBARI(L,nw,ng) = 0.0D0
327           DTAUI(L,NW,NG) = 1.0D-9
328        endif
329
330        if(btemp(L,nw) .GT. 0.0d0) then
331           cosbi(L,NW,NG) = atemp/btemp(L,nw)
332        else
333           cosbi(L,NW,NG) = 0.0D0
334        end if
335
336     END DO ! L vertical loop
337
338     ! Now the other Gauss points, if needed.
339
340     DO NG=1,L_NGAUSS-1
341        IF(TAUGSURF(NW,NG) .gt. TLIMIT) THEN
342
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
347              if(DTAUI(L,NW,NG) .GT. 1.0D-9) then
348
349                 WBARI(L,nw,ng) = btemp(L,nw)  / DTAUI(L,NW,NG)
350
351              else
352                 WBARI(L,nw,ng) = 0.0D0
353                 DTAUI(L,NW,NG) = 1.0D-9
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
365  DO NG=1,L_NGAUSS       ! full gauss loop
366     DO NW=1,L_NSPECTI       
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)
385 
386!  print*,'WBARI'
387!  print*,WBARI
388!  print*,'DTAUI'
389!  print*,DTAUI
390!  call abort
391 
392
393  return
394
395
396end subroutine optci
397
398
399
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.