| 1 |       module vdifc_mod | 
|---|
| 2 |        | 
|---|
| 3 |       implicit none | 
|---|
| 4 |        | 
|---|
| 5 |       contains | 
|---|
| 6 |        | 
|---|
| 7 |       subroutine vdifc(ngrid,nlay,nq,rnat,ppopsk,          | 
|---|
| 8 |      &     ptimestep,pcapcal,lecrit,                         | 
|---|
| 9 |      &     pplay,pplev,pzlay,pzlev,pz0, | 
|---|
| 10 |      &     pu,pv,ph,pq,ptsrf,pemis,pqsurf, | 
|---|
| 11 |      &     pdhfi,pdqfi,pfluxsrf, | 
|---|
| 12 |      &     pdudif,pdvdif,pdhdif,pdtsrf,sensibFlux,pq2, | 
|---|
| 13 |      &     pdqdif,pdqsdif) | 
|---|
| 14 |  | 
|---|
| 15 |       use watercommon_h, only : RLVTT, T_h2O_ice_liq, RCPD, mx_eau_sol  | 
|---|
| 16 |      &    ,Psat_water, Lcpdqsat_water | 
|---|
| 17 |       use radcommon_h, only : sigma | 
|---|
| 18 |       use surfdat_h, only: dryness | 
|---|
| 19 |       use tracer_h, only: igcm_h2o_vap, igcm_h2o_ice | 
|---|
| 20 |       use comcstfi_mod, only: g, r, cpp, rcp | 
|---|
| 21 |       use callkeys_mod, only: water,tracer,nosurf | 
|---|
| 22 |  | 
|---|
| 23 |       implicit none | 
|---|
| 24 |  | 
|---|
| 25 | !================================================================== | 
|---|
| 26 | !      | 
|---|
| 27 | !     Purpose | 
|---|
| 28 | !     ------- | 
|---|
| 29 | !     Turbulent diffusion (mixing) for pot. T, U, V and tracers | 
|---|
| 30 | !      | 
|---|
| 31 | !     Implicit scheme | 
|---|
| 32 | !     We start by adding to variables x the physical tendencies | 
|---|
| 33 | !     already computed. We resolve the equation: | 
|---|
| 34 | ! | 
|---|
| 35 | !     x(t+1) =  x(t) + dt * (dx/dt)phys(t)  +  dt * (dx/dt)difv(t+1) | 
|---|
| 36 | !      | 
|---|
| 37 | !     Authors | 
|---|
| 38 | !     -------  | 
|---|
| 39 | !     F. Hourdin, F. Forget, R. Fournier (199X) | 
|---|
| 40 | !     R. Wordsworth, B. Charnay (2010) | 
|---|
| 41 | !      | 
|---|
| 42 | !================================================================== | 
|---|
| 43 |  | 
|---|
| 44 | !----------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 45 | !     declarations | 
|---|
| 46 | !     ------------ | 
|---|
| 47 |  | 
|---|
| 48 |  | 
|---|
| 49 | !     arguments | 
|---|
| 50 | !     --------- | 
|---|
| 51 |       INTEGER,INTENT(IN) :: ngrid,nlay | 
|---|
| 52 |       REAL,INTENT(IN) :: ptimestep | 
|---|
| 53 |       REAL,INTENT(IN) :: pplay(ngrid,nlay),pplev(ngrid,nlay+1) | 
|---|
| 54 |       REAL,INTENT(IN) :: pzlay(ngrid,nlay),pzlev(ngrid,nlay+1) | 
|---|
| 55 |       REAL,INTENT(IN) :: pu(ngrid,nlay),pv(ngrid,nlay),ph(ngrid,nlay) | 
|---|
| 56 |       REAL,INTENT(IN) :: ptsrf(ngrid),pemis(ngrid) | 
|---|
| 57 |       REAL,INTENT(IN) :: pdhfi(ngrid,nlay) | 
|---|
| 58 |       REAL,INTENT(IN) :: pfluxsrf(ngrid) | 
|---|
| 59 |       REAL,INTENT(OUT) :: pdudif(ngrid,nlay),pdvdif(ngrid,nlay) | 
|---|
| 60 |       REAL,INTENT(OUT) :: pdhdif(ngrid,nlay) | 
|---|
| 61 |       REAL,INTENT(OUT) :: pdtsrf(ngrid),sensibFlux(ngrid) | 
|---|
| 62 |       REAL,INTENT(IN) :: pcapcal(ngrid) | 
|---|
| 63 |       REAL,INTENT(INOUT) :: pq2(ngrid,nlay+1) | 
|---|
| 64 |        | 
|---|
| 65 |       real,intent(in) :: rnat(ngrid)       | 
|---|
| 66 |  | 
|---|
| 67 | !     Arguments added for condensation | 
|---|
| 68 |       REAL,INTENT(IN) :: ppopsk(ngrid,nlay) | 
|---|
| 69 |       logical,intent(in) :: lecrit | 
|---|
| 70 |       REAL,INTENT(IN) :: pz0 | 
|---|
| 71 |  | 
|---|
| 72 | !     Tracers | 
|---|
| 73 | !     -------- | 
|---|
| 74 |       integer,intent(in) :: nq  | 
|---|
| 75 |       real,intent(in) :: pqsurf(ngrid,nq) | 
|---|
| 76 |       real,intent(in) :: pq(ngrid,nlay,nq), pdqfi(ngrid,nlay,nq)  | 
|---|
| 77 |       real,intent(out) :: pdqdif(ngrid,nlay,nq)  | 
|---|
| 78 |       real,intent(out) :: pdqsdif(ngrid,nq)  | 
|---|
| 79 |        | 
|---|
| 80 | !     local | 
|---|
| 81 | !     ----- | 
|---|
| 82 |       integer ilev,ig,ilay,nlev | 
|---|
| 83 |  | 
|---|
| 84 |       REAL z4st,zdplanck(ngrid) | 
|---|
| 85 |       REAL zkv(ngrid,nlay+1),zkh(ngrid,nlay+1) | 
|---|
| 86 |       REAL zcdv(ngrid),zcdh(ngrid) | 
|---|
| 87 |       REAL zcdv_true(ngrid),zcdh_true(ngrid) | 
|---|
| 88 |       REAL zu(ngrid,nlay),zv(ngrid,nlay) | 
|---|
| 89 |       REAL zh(ngrid,nlay) | 
|---|
| 90 |       REAL ztsrf2(ngrid) | 
|---|
| 91 |       REAL z1(ngrid),z2(ngrid) | 
|---|
| 92 |       REAL za(ngrid,nlay),zb(ngrid,nlay) | 
|---|
| 93 |       REAL zb0(ngrid,nlay) | 
|---|
| 94 |       REAL zc(ngrid,nlay),zd(ngrid,nlay) | 
|---|
| 95 |       REAL zcst1 | 
|---|
| 96 |       REAL zu2!, a | 
|---|
| 97 |       REAL zcq(ngrid,nlay),zdq(ngrid,nlay) | 
|---|
| 98 |       REAL evap(ngrid) | 
|---|
| 99 |       REAL zcq0(ngrid),zdq0(ngrid) | 
|---|
| 100 |       REAL zx_alf1(ngrid),zx_alf2(ngrid) | 
|---|
| 101 |  | 
|---|
| 102 |       LOGICAL firstcall | 
|---|
| 103 |       SAVE firstcall | 
|---|
| 104 | !$OMP THREADPRIVATE(firstcall) | 
|---|
| 105 |        | 
|---|
| 106 | !     variables added for CO2 condensation | 
|---|
| 107 | !     ------------------------------------ | 
|---|
| 108 |       REAL hh                   !, zhcond(ngrid,nlay) | 
|---|
| 109 | !     REAL latcond,tcond1mb | 
|---|
| 110 | !     REAL acond,bcond | 
|---|
| 111 | !     SAVE acond,bcond | 
|---|
| 112 | !!$OMP THREADPRIVATE(acond,bcond) | 
|---|
| 113 | !     DATA latcond,tcond1mb/5.9e5,136.27/ | 
|---|
| 114 |  | 
|---|
| 115 | !     Tracers | 
|---|
| 116 | !     ------- | 
|---|
| 117 |       INTEGER iq | 
|---|
| 118 |       REAL zq(ngrid,nlay,nq) | 
|---|
| 119 |       REAL zq1temp(ngrid) | 
|---|
| 120 |       REAL rho(ngrid)         ! near-surface air density | 
|---|
| 121 |       DATA firstcall/.true./ | 
|---|
| 122 |       REAL kmixmin | 
|---|
| 123 |  | 
|---|
| 124 | !     Variables added for implicit latent heat inclusion | 
|---|
| 125 | !     -------------------------------------------------- | 
|---|
| 126 |       real dqsat(ngrid),psat_temp,qsat(ngrid),psat(ngrid) | 
|---|
| 127 |  | 
|---|
| 128 |       integer ivap, iice ! also make liq for clarity on surface... | 
|---|
| 129 |       save ivap, iice | 
|---|
| 130 | !$OMP THREADPRIVATE(ivap,iice) | 
|---|
| 131 |  | 
|---|
| 132 |       real, parameter :: karman=0.4 | 
|---|
| 133 |       real cd0, roughratio | 
|---|
| 134 |  | 
|---|
| 135 |       logical forceWC | 
|---|
| 136 |       real masse, Wtot, Wdiff | 
|---|
| 137 |  | 
|---|
| 138 |       real dqsdif_total(ngrid)  | 
|---|
| 139 |       real zq0(ngrid)  | 
|---|
| 140 |  | 
|---|
| 141 |       forceWC=.true. | 
|---|
| 142 | !      forceWC=.false. | 
|---|
| 143 |  | 
|---|
| 144 |  | 
|---|
| 145 | !     Coherence test | 
|---|
| 146 | !     -------------- | 
|---|
| 147 |  | 
|---|
| 148 |       IF (firstcall) THEN | 
|---|
| 149 | !     To compute: Tcond= 1./(bcond-acond*log(.0095*p)) (p in pascal) | 
|---|
| 150 | !     bcond=1./tcond1mb | 
|---|
| 151 | !     acond=r/latcond | 
|---|
| 152 | !     PRINT*,'In vdifc: Tcond(P=1mb)=',tcond1mb,' Lcond=',latcond | 
|---|
| 153 | !     PRINT*,'          acond,bcond',acond,bcond | 
|---|
| 154 |  | 
|---|
| 155 |          if(water)then | 
|---|
| 156 | !                iliq=igcm_h2o_vap | 
|---|
| 157 |                 ivap=igcm_h2o_vap | 
|---|
| 158 |                 iice=igcm_h2o_ice ! simply to make the code legible                | 
|---|
| 159 |                                   ! to be generalised later | 
|---|
| 160 |          endif | 
|---|
| 161 |  | 
|---|
| 162 |          firstcall=.false. | 
|---|
| 163 |       ENDIF | 
|---|
| 164 |  | 
|---|
| 165 | !----------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 166 | !     1. Initialisation | 
|---|
| 167 | !     ----------------- | 
|---|
| 168 |  | 
|---|
| 169 |       nlev=nlay+1 | 
|---|
| 170 |  | 
|---|
| 171 | !     Calculate rho*dz and dt*rho/dz=dt*rho**2 g/dp | 
|---|
| 172 | !     with rho=p/RT=p/ (R Theta) (p/ps)**kappa | 
|---|
| 173 | !     --------------------------------------------- | 
|---|
| 174 |  | 
|---|
| 175 |       DO ilay=1,nlay | 
|---|
| 176 |          DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 177 |             za(ig,ilay)=(pplev(ig,ilay)-pplev(ig,ilay+1))/g | 
|---|
| 178 |          ENDDO | 
|---|
| 179 |       ENDDO | 
|---|
| 180 |  | 
|---|
| 181 |       zcst1=4.*g*ptimestep/(R*R) | 
|---|
| 182 |       DO ilev=2,nlev-1 | 
|---|
| 183 |          DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 184 |             zb0(ig,ilev)=pplev(ig,ilev)* | 
|---|
| 185 |      s           (pplev(ig,1)/pplev(ig,ilev))**rcp / | 
|---|
| 186 |      s           (ph(ig,ilev-1)+ph(ig,ilev)) | 
|---|
| 187 |             zb0(ig,ilev)=zcst1*zb0(ig,ilev)*zb0(ig,ilev)/ | 
|---|
| 188 |      s           (pplay(ig,ilev-1)-pplay(ig,ilev)) | 
|---|
| 189 |          ENDDO | 
|---|
| 190 |       ENDDO | 
|---|
| 191 |       DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 192 |          zb0(ig,1)=ptimestep*pplev(ig,1)/(R*ptsrf(ig)) | 
|---|
| 193 |       ENDDO | 
|---|
| 194 |  | 
|---|
| 195 |       dqsdif_total(:)=0.0 | 
|---|
| 196 |  | 
|---|
| 197 | !----------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 198 | !     2. Add the physical tendencies computed so far | 
|---|
| 199 | !     ---------------------------------------------- | 
|---|
| 200 |  | 
|---|
| 201 |       DO ilev=1,nlay | 
|---|
| 202 |          DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 203 |             zu(ig,ilev)=pu(ig,ilev) | 
|---|
| 204 |             zv(ig,ilev)=pv(ig,ilev) | 
|---|
| 205 |             zh(ig,ilev)=ph(ig,ilev)+pdhfi(ig,ilev)*ptimestep | 
|---|
| 206 |          ENDDO | 
|---|
| 207 |       ENDDO | 
|---|
| 208 |       if(tracer) then | 
|---|
| 209 |          DO iq =1, nq | 
|---|
| 210 |             DO ilev=1,nlay | 
|---|
| 211 |                DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 212 |                   zq(ig,ilev,iq)=pq(ig,ilev,iq) +  | 
|---|
| 213 |      &                 pdqfi(ig,ilev,iq)*ptimestep | 
|---|
| 214 |                ENDDO | 
|---|
| 215 |             ENDDO | 
|---|
| 216 |          ENDDO | 
|---|
| 217 |       end if | 
|---|
| 218 |  | 
|---|
| 219 | !----------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 220 | !     3. Turbulence scheme | 
|---|
| 221 | !     -------------------- | 
|---|
| 222 | ! | 
|---|
| 223 | !     Source of turbulent kinetic energy at the surface | 
|---|
| 224 | !     -------------------------------------------------  | 
|---|
| 225 | !     Formula is Cd_0 = (karman / log[1+z1/z0])^2 | 
|---|
| 226 |  | 
|---|
| 227 |       DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 228 |          roughratio = 1.E+0 + pzlay(ig,1)/pz0 | 
|---|
| 229 |          cd0 = karman/log(roughratio) | 
|---|
| 230 |          cd0 = cd0*cd0 | 
|---|
| 231 |          zcdv_true(ig) = cd0 | 
|---|
| 232 |          zcdh_true(ig) = cd0 | 
|---|
| 233 |          if (nosurf) then | 
|---|
| 234 |              zcdv_true(ig) = 0.   !! disable sensible momentum flux | 
|---|
| 235 |              zcdh_true(ig) = 0.   !! disable sensible heat flux | 
|---|
| 236 |          endif | 
|---|
| 237 |       ENDDO | 
|---|
| 238 |  | 
|---|
| 239 |       DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 240 |          zu2=pu(ig,1)*pu(ig,1)+pv(ig,1)*pv(ig,1) | 
|---|
| 241 |          zcdv(ig)=zcdv_true(ig)*sqrt(zu2) | 
|---|
| 242 |          zcdh(ig)=zcdh_true(ig)*sqrt(zu2) | 
|---|
| 243 |       ENDDO | 
|---|
| 244 |  | 
|---|
| 245 | !     Turbulent diffusion coefficients in the boundary layer | 
|---|
| 246 | !     ------------------------------------------------------  | 
|---|
| 247 |  | 
|---|
| 248 |       call vdif_kc(ngrid,nlay,nq,ptimestep,g,pzlev,pzlay | 
|---|
| 249 |      &     ,pu,pv,pq,ph,zcdv_true | 
|---|
| 250 |      &     ,pq2,zkv,zkh) | 
|---|
| 251 |  | 
|---|
| 252 | !     Adding eddy mixing to mimic 3D general circulation in 1D | 
|---|
| 253 | !     R. Wordsworth & F. Forget (2010) | 
|---|
| 254 |       if ((ngrid.eq.1)) then | 
|---|
| 255 |          kmixmin = 1.0e-2       ! minimum eddy mix coeff in 1D | 
|---|
| 256 |          do ilev=1,nlay | 
|---|
| 257 |             do ig=1,ngrid | 
|---|
| 258 |                !zkh(ig,ilev) = 1.0 | 
|---|
| 259 |                zkh(ig,ilev) = max(kmixmin,zkh(ig,ilev)) | 
|---|
| 260 |                zkv(ig,ilev) = max(kmixmin,zkv(ig,ilev)) | 
|---|
| 261 |             end do | 
|---|
| 262 |          end do | 
|---|
| 263 |       end if | 
|---|
| 264 |  | 
|---|
| 265 | !----------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 266 | !     4. Implicit inversion of u | 
|---|
| 267 | !     -------------------------- | 
|---|
| 268 |  | 
|---|
| 269 | !     u(t+1) =  u(t) + dt * {(du/dt)phys}(t)  +  dt * {(du/dt)difv}(t+1) | 
|---|
| 270 | !     avec | 
|---|
| 271 | !     /zu/ = u(t) + dt * {(du/dt)phys}(t)   (voir paragraphe 2.) | 
|---|
| 272 | !     et | 
|---|
| 273 | !     dt * {(du/dt)difv}(t+1) = dt * {(d/dz)[ Ku (du/dz) ]}(t+1) | 
|---|
| 274 | !     donc les entrees sont /zcdv/ pour la condition a la limite sol | 
|---|
| 275 | !     et /zkv/ = Ku | 
|---|
| 276 |        | 
|---|
| 277 |       CALL multipl((nlay-1)*ngrid,zkv(1,2),zb0(1,2),zb(1,2)) | 
|---|
| 278 |       CALL multipl(ngrid,zcdv,zb0,zb) | 
|---|
| 279 |  | 
|---|
| 280 |       DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 281 |          z1(ig)=1./(za(ig,nlay)+zb(ig,nlay)) | 
|---|
| 282 |          zc(ig,nlay)=za(ig,nlay)*zu(ig,nlay)*z1(ig) | 
|---|
| 283 |          zd(ig,nlay)=zb(ig,nlay)*z1(ig) | 
|---|
| 284 |       ENDDO | 
|---|
| 285 |  | 
|---|
| 286 |       DO ilay=nlay-1,1,-1 | 
|---|
| 287 |          DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 288 |             z1(ig)=1./(za(ig,ilay)+zb(ig,ilay)+ | 
|---|
| 289 |      $           zb(ig,ilay+1)*(1.-zd(ig,ilay+1))) | 
|---|
| 290 |             zc(ig,ilay)=(za(ig,ilay)*zu(ig,ilay)+ | 
|---|
| 291 |      $           zb(ig,ilay+1)*zc(ig,ilay+1))*z1(ig) | 
|---|
| 292 |             zd(ig,ilay)=zb(ig,ilay)*z1(ig) | 
|---|
| 293 |          ENDDO | 
|---|
| 294 |       ENDDO | 
|---|
| 295 |  | 
|---|
| 296 |       DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 297 |          zu(ig,1)=zc(ig,1) | 
|---|
| 298 |       ENDDO | 
|---|
| 299 |       DO ilay=2,nlay | 
|---|
| 300 |          DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 301 |             zu(ig,ilay)=zc(ig,ilay)+zd(ig,ilay)*zu(ig,ilay-1) | 
|---|
| 302 |          ENDDO | 
|---|
| 303 |       ENDDO | 
|---|
| 304 |  | 
|---|
| 305 | !----------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 306 | !     5. Implicit inversion of v | 
|---|
| 307 | !     -------------------------- | 
|---|
| 308 |  | 
|---|
| 309 | !     v(t+1) =  v(t) + dt * {(dv/dt)phys}(t)  +  dt * {(dv/dt)difv}(t+1) | 
|---|
| 310 | !     avec | 
|---|
| 311 | !     /zv/ = v(t) + dt * {(dv/dt)phys}(t)   (voir paragraphe 2.) | 
|---|
| 312 | !     et | 
|---|
| 313 | !     dt * {(dv/dt)difv}(t+1) = dt * {(d/dz)[ Kv (dv/dz) ]}(t+1) | 
|---|
| 314 | !     donc les entrees sont /zcdv/ pour la condition a la limite sol | 
|---|
| 315 | !     et /zkv/ = Kv | 
|---|
| 316 |  | 
|---|
| 317 |       DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 318 |          z1(ig)=1./(za(ig,nlay)+zb(ig,nlay)) | 
|---|
| 319 |          zc(ig,nlay)=za(ig,nlay)*zv(ig,nlay)*z1(ig) | 
|---|
| 320 |          zd(ig,nlay)=zb(ig,nlay)*z1(ig) | 
|---|
| 321 |       ENDDO | 
|---|
| 322 |  | 
|---|
| 323 |       DO ilay=nlay-1,1,-1 | 
|---|
| 324 |          DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 325 |             z1(ig)=1./(za(ig,ilay)+zb(ig,ilay)+ | 
|---|
| 326 |      $           zb(ig,ilay+1)*(1.-zd(ig,ilay+1))) | 
|---|
| 327 |             zc(ig,ilay)=(za(ig,ilay)*zv(ig,ilay)+ | 
|---|
| 328 |      $           zb(ig,ilay+1)*zc(ig,ilay+1))*z1(ig) | 
|---|
| 329 |             zd(ig,ilay)=zb(ig,ilay)*z1(ig) | 
|---|
| 330 |          ENDDO | 
|---|
| 331 |       ENDDO | 
|---|
| 332 |  | 
|---|
| 333 |       DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 334 |          zv(ig,1)=zc(ig,1) | 
|---|
| 335 |       ENDDO | 
|---|
| 336 |       DO ilay=2,nlay | 
|---|
| 337 |          DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 338 |             zv(ig,ilay)=zc(ig,ilay)+zd(ig,ilay)*zv(ig,ilay-1) | 
|---|
| 339 |          ENDDO | 
|---|
| 340 |       ENDDO | 
|---|
| 341 |  | 
|---|
| 342 | !---------------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 343 | !     6. Implicit inversion of h, not forgetting the coupling with the ground | 
|---|
| 344 |  | 
|---|
| 345 | !     h(t+1) =  h(t) + dt * {(dh/dt)phys}(t)  +  dt * {(dh/dt)difv}(t+1) | 
|---|
| 346 | !     avec | 
|---|
| 347 | !     /zh/ = h(t) + dt * {(dh/dt)phys}(t)   (voir paragraphe 2.) | 
|---|
| 348 | !     et | 
|---|
| 349 | !     dt * {(dh/dt)difv}(t+1) = dt * {(d/dz)[ Kh (dh/dz) ]}(t+1) | 
|---|
| 350 | !     donc les entrees sont /zcdh/ pour la condition de raccord au sol | 
|---|
| 351 | !     et /zkh/ = Kh | 
|---|
| 352 |  | 
|---|
| 353 | !     Using the wind modified by friction for lifting and sublimation | 
|---|
| 354 | !     --------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 355 |          DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 356 |             zu2      = zu(ig,1)*zu(ig,1)+zv(ig,1)*zv(ig,1) | 
|---|
| 357 |             zcdv(ig) = zcdv_true(ig)*sqrt(zu2) | 
|---|
| 358 |             zcdh(ig) = zcdh_true(ig)*sqrt(zu2) | 
|---|
| 359 |          ENDDO | 
|---|
| 360 |  | 
|---|
| 361 |       CALL multipl((nlay-1)*ngrid,zkh(1,2),zb0(1,2),zb(1,2)) | 
|---|
| 362 |       CALL multipl(ngrid,zcdh,zb0,zb) | 
|---|
| 363 |  | 
|---|
| 364 |       DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 365 |          z1(ig)=1./(za(ig,nlay)+zb(ig,nlay)) | 
|---|
| 366 |          zc(ig,nlay)=za(ig,nlay)*zh(ig,nlay)*z1(ig) | 
|---|
| 367 |          zd(ig,nlay)=zb(ig,nlay)*z1(ig) | 
|---|
| 368 |       ENDDO | 
|---|
| 369 |  | 
|---|
| 370 |       DO ilay=nlay-1,2,-1 | 
|---|
| 371 |          DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 372 |             z1(ig)=1./(za(ig,ilay)+zb(ig,ilay)+ | 
|---|
| 373 |      &           zb(ig,ilay+1)*(1.-zd(ig,ilay+1))) | 
|---|
| 374 |             zc(ig,ilay)=(za(ig,ilay)*zh(ig,ilay)+ | 
|---|
| 375 |      &           zb(ig,ilay+1)*zc(ig,ilay+1))*z1(ig) | 
|---|
| 376 |             zd(ig,ilay)=zb(ig,ilay)*z1(ig) | 
|---|
| 377 |          ENDDO | 
|---|
| 378 |       ENDDO | 
|---|
| 379 |  | 
|---|
| 380 |       DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 381 |          z1(ig)=1./(za(ig,1)+zb(ig,1)+ | 
|---|
| 382 |      &        zb(ig,2)*(1.-zd(ig,2))) | 
|---|
| 383 |          zc(ig,1)=(za(ig,1)*zh(ig,1)+ | 
|---|
| 384 |      &        zb(ig,2)*zc(ig,2))*z1(ig) | 
|---|
| 385 |          zd(ig,1)=zb(ig,1)*z1(ig) | 
|---|
| 386 |       ENDDO | 
|---|
| 387 |  | 
|---|
| 388 | !     Calculate (d Planck / dT) at the interface temperature | 
|---|
| 389 | !     ------------------------------------------------------ | 
|---|
| 390 |  | 
|---|
| 391 |       z4st=4.0*sigma*ptimestep | 
|---|
| 392 |       DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 393 |          zdplanck(ig)=z4st*pemis(ig)*ptsrf(ig)*ptsrf(ig)*ptsrf(ig) | 
|---|
| 394 |       ENDDO | 
|---|
| 395 |  | 
|---|
| 396 | !     Calculate temperature tendency at the interface (dry case) | 
|---|
| 397 | !     ---------------------------------------------------------- | 
|---|
| 398 | !     Sum of fluxes at interface at time t + \delta t gives change in T: | 
|---|
| 399 | !       radiative fluxes | 
|---|
| 400 | !       turbulent convective (sensible) heat flux | 
|---|
| 401 | !       flux (if any) from subsurface | 
|---|
| 402 |  | 
|---|
| 403 |       if(.not.water) then | 
|---|
| 404 |  | 
|---|
| 405 |          DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 406 |  | 
|---|
| 407 |             z1(ig) = pcapcal(ig)*ptsrf(ig) + cpp*zb(ig,1)*zc(ig,1) | 
|---|
| 408 |      &           + zdplanck(ig)*ptsrf(ig) + pfluxsrf(ig)*ptimestep | 
|---|
| 409 |             z2(ig) = pcapcal(ig) + cpp*zb(ig,1)*(1.-zd(ig,1))  | 
|---|
| 410 |      &           +zdplanck(ig) | 
|---|
| 411 |             ztsrf2(ig) = z1(ig) / z2(ig) | 
|---|
| 412 |             pdtsrf(ig) = (ztsrf2(ig) - ptsrf(ig))/ptimestep | 
|---|
| 413 |             zh(ig,1)   = zc(ig,1) + zd(ig,1)*ztsrf2(ig) | 
|---|
| 414 |          ENDDO | 
|---|
| 415 |  | 
|---|
| 416 | !     Recalculate temperature to top of atmosphere, starting from ground | 
|---|
| 417 | !     ------------------------------------------------------------------ | 
|---|
| 418 |  | 
|---|
| 419 |          DO ilay=2,nlay | 
|---|
| 420 |             DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 421 |                hh = zh(ig,ilay-1) | 
|---|
| 422 |                zh(ig,ilay)=zc(ig,ilay)+zd(ig,ilay)*hh | 
|---|
| 423 |             ENDDO | 
|---|
| 424 |          ENDDO | 
|---|
| 425 |  | 
|---|
| 426 |       endif                     ! not water | 
|---|
| 427 |  | 
|---|
| 428 | !----------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 429 | !     TRACERS (no vapour) | 
|---|
| 430 | !     ------- | 
|---|
| 431 |  | 
|---|
| 432 |       if(tracer) then | 
|---|
| 433 |  | 
|---|
| 434 | !     Calculate vertical flux from the bottom to the first layer (dust) | 
|---|
| 435 | !     ----------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 436 |          do ig=1,ngrid   | 
|---|
| 437 |             rho(ig) = zb0(ig,1) /ptimestep | 
|---|
| 438 |          end do | 
|---|
| 439 |  | 
|---|
| 440 |          pdqsdif(1:ngrid,1:nq)=0 | 
|---|
| 441 |  | 
|---|
| 442 | !     Implicit inversion of q | 
|---|
| 443 | !     ----------------------- | 
|---|
| 444 |          do iq=1,nq  | 
|---|
| 445 |  | 
|---|
| 446 |             if (iq.ne.igcm_h2o_vap) then | 
|---|
| 447 |  | 
|---|
| 448 |                DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 449 |                   z1(ig)=1./(za(ig,nlay)+zb(ig,nlay)) | 
|---|
| 450 |                   zcq(ig,nlay)=za(ig,nlay)*zq(ig,nlay,iq)*z1(ig) | 
|---|
| 451 |                   zdq(ig,nlay)=zb(ig,nlay)*z1(ig) | 
|---|
| 452 |                ENDDO  | 
|---|
| 453 |              | 
|---|
| 454 |                DO ilay=nlay-1,2,-1 | 
|---|
| 455 |                   DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 456 |                      z1(ig)=1./(za(ig,ilay)+zb(ig,ilay)+ | 
|---|
| 457 |      &                    zb(ig,ilay+1)*(1.-zdq(ig,ilay+1))) | 
|---|
| 458 |                      zcq(ig,ilay)=(za(ig,ilay)*zq(ig,ilay,iq)+ | 
|---|
| 459 |      &                    zb(ig,ilay+1)*zcq(ig,ilay+1))*z1(ig) | 
|---|
| 460 |                      zdq(ig,ilay)=zb(ig,ilay)*z1(ig) | 
|---|
| 461 |                   ENDDO | 
|---|
| 462 |                ENDDO | 
|---|
| 463 |  | 
|---|
| 464 |                if ((water).and.(iq.eq.iice)) then | 
|---|
| 465 |                   ! special case for water ice tracer: do not include | 
|---|
| 466 |                   ! h2o ice tracer from surface (which is set when handling | 
|---|
| 467 |                   ! h2o vapour case (see further down). | 
|---|
| 468 |                   ! zb(ig,1)=0 if iq ne ivap | 
|---|
| 469 |                   DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 470 |                      z1(ig)=1./(za(ig,1)+ | 
|---|
| 471 |      &                    zb(ig,2)*(1.-zdq(ig,2))) | 
|---|
| 472 |                      zcq(ig,1)=(za(ig,1)*zq(ig,1,iq)+ | 
|---|
| 473 |      &                    zb(ig,2)*zcq(ig,2))*z1(ig) | 
|---|
| 474 |                   ENDDO | 
|---|
| 475 |                else             ! general case | 
|---|
| 476 |                   DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 477 |                      z1(ig)=1./(za(ig,1)+ | 
|---|
| 478 |      &                    zb(ig,2)*(1.-zdq(ig,2))) | 
|---|
| 479 |                      zcq(ig,1)=(za(ig,1)*zq(ig,1,iq)+ | 
|---|
| 480 |      &                    zb(ig,2)*zcq(ig,2) | 
|---|
| 481 |      &                    +(-pdqsdif(ig,iq))*ptimestep)*z1(ig) | 
|---|
| 482 |                           ! tracer flux from surface | 
|---|
| 483 |                           ! currently pdqsdif always zero here, | 
|---|
| 484 |                           ! so last line is superfluous | 
|---|
| 485 |                   enddo | 
|---|
| 486 |                endif            ! of if (water.and.(iq.eq.igcm_h2o_ice)) | 
|---|
| 487 |  | 
|---|
| 488 |  | 
|---|
| 489 | !     Starting upward calculations for simple tracer mixing (e.g., dust) | 
|---|
| 490 |                do ig=1,ngrid | 
|---|
| 491 |                   zq(ig,1,iq)=zcq(ig,1) | 
|---|
| 492 |                end do | 
|---|
| 493 |  | 
|---|
| 494 |                do ilay=2,nlay | 
|---|
| 495 |                   do ig=1,ngrid | 
|---|
| 496 |                      zq(ig,ilay,iq)=zcq(ig,ilay)+ | 
|---|
| 497 |      $                    zdq(ig,ilay)*zq(ig,ilay-1,iq) | 
|---|
| 498 |                   end do | 
|---|
| 499 |                end do | 
|---|
| 500 |  | 
|---|
| 501 |             endif               ! if (iq.ne.igcm_h2o_vap) | 
|---|
| 502 |  | 
|---|
| 503 | !     Calculate temperature tendency including latent heat term | 
|---|
| 504 | !     and assuming an infinite source of water on the ground | 
|---|
| 505 | !     ------------------------------------------------------------------ | 
|---|
| 506 |  | 
|---|
| 507 |             if (water.and.(iq.eq.igcm_h2o_vap)) then  | 
|---|
| 508 |              | 
|---|
| 509 |                ! compute evaporation efficiency | 
|---|
| 510 |                do ig = 1, ngrid | 
|---|
| 511 |                   if(nint(rnat(ig)).eq.1)then | 
|---|
| 512 |                      dryness(ig)=pqsurf(ig,ivap)+pqsurf(ig,iice)  | 
|---|
| 513 |                      dryness(ig)=MIN(1.,2*dryness(ig)/mx_eau_sol) | 
|---|
| 514 |                      dryness(ig)=MAX(0.,dryness(ig)) | 
|---|
| 515 |                   endif | 
|---|
| 516 |                enddo | 
|---|
| 517 |  | 
|---|
| 518 |                do ig=1,ngrid | 
|---|
| 519 |                 ! Calculate the value of qsat at the surface (water) | 
|---|
| 520 |                 call Psat_water(ptsrf(ig),pplev(ig,1),psat(ig),qsat(ig)) | 
|---|
| 521 |                 call Lcpdqsat_water(ptsrf(ig),pplev(ig,1),psat(ig), | 
|---|
| 522 |      &             qsat(ig),dqsat(ig),psat_temp) | 
|---|
| 523 |                 dqsat(ig)=dqsat(ig)*RCPD/RLVTT | 
|---|
| 524 |                enddo | 
|---|
| 525 |  | 
|---|
| 526 | ! coefficients for q | 
|---|
| 527 |  | 
|---|
| 528 |                do ig=1,ngrid | 
|---|
| 529 |                   z1(ig)=1./(za(ig,nlay)+zb(ig,nlay)) | 
|---|
| 530 |                   zcq(ig,nlay)=za(ig,nlay)*zq(ig,nlay,iq)*z1(ig) | 
|---|
| 531 |                   zdq(ig,nlay)=zb(ig,nlay)*z1(ig) | 
|---|
| 532 |                enddo  | 
|---|
| 533 |              | 
|---|
| 534 |                do ilay=nlay-1,2,-1 | 
|---|
| 535 |                   do ig=1,ngrid | 
|---|
| 536 |                      z1(ig)=1./(za(ig,ilay)+zb(ig,ilay)+ | 
|---|
| 537 |      $                    zb(ig,ilay+1)*(1.-zdq(ig,ilay+1))) | 
|---|
| 538 |                      zcq(ig,ilay)=(za(ig,ilay)*zq(ig,ilay,iq)+ | 
|---|
| 539 |      $                    zb(ig,ilay+1)*zcq(ig,ilay+1))*z1(ig) | 
|---|
| 540 |                      zdq(ig,ilay)=zb(ig,ilay)*z1(ig) | 
|---|
| 541 |                   enddo | 
|---|
| 542 |                enddo | 
|---|
| 543 |  | 
|---|
| 544 |                do ig=1,ngrid | 
|---|
| 545 |                   z1(ig)=1./(za(ig,1)+zb(ig,1)*dryness(ig)+ | 
|---|
| 546 |      $                 zb(ig,2)*(1.-zdq(ig,2))) | 
|---|
| 547 |                   zcq(ig,1)=(za(ig,1)*zq(ig,1,iq)+ | 
|---|
| 548 |      $                 zb(ig,2)*zcq(ig,2))*z1(ig) | 
|---|
| 549 |                   zdq(ig,1)=dryness(ig)*zb(ig,1)*z1(ig) | 
|---|
| 550 |                enddo | 
|---|
| 551 |  | 
|---|
| 552 | ! calculation of h0 and h1 | 
|---|
| 553 |                do ig=1,ngrid | 
|---|
| 554 |                   zdq0(ig) = dqsat(ig) | 
|---|
| 555 |                   zcq0(ig) = qsat(ig)-dqsat(ig)*ptsrf(ig) | 
|---|
| 556 |  | 
|---|
| 557 |                   z1(ig) = pcapcal(ig)*ptsrf(ig) +cpp*zb(ig,1)*zc(ig,1) | 
|---|
| 558 |      &                 + zdplanck(ig)*ptsrf(ig) + pfluxsrf(ig)*ptimestep  | 
|---|
| 559 |      &                 +  zb(ig,1)*dryness(ig)*RLVTT* | 
|---|
| 560 |      &                 ((zdq(ig,1)-1.0)*zcq0(ig)+zcq(ig,1)) | 
|---|
| 561 |  | 
|---|
| 562 |                   z2(ig) = pcapcal(ig) + cpp*zb(ig,1)*(1.-zd(ig,1)) | 
|---|
| 563 |      &                 +zdplanck(ig) | 
|---|
| 564 |      &                 +zb(ig,1)*dryness(ig)*RLVTT*zdq0(ig)* | 
|---|
| 565 |      &                 (1.0-zdq(ig,1)) | 
|---|
| 566 |  | 
|---|
| 567 |                   ztsrf2(ig) = z1(ig) / z2(ig) | 
|---|
| 568 |                   pdtsrf(ig) = (ztsrf2(ig) - ptsrf(ig))/ptimestep | 
|---|
| 569 |                   zh(ig,1)   = zc(ig,1) + zd(ig,1)*ztsrf2(ig) | 
|---|
| 570 |                enddo | 
|---|
| 571 |  | 
|---|
| 572 | ! calculation of qs and q1 | 
|---|
| 573 |                do ig=1,ngrid | 
|---|
| 574 |                   zq0(ig)     = zcq0(ig)+zdq0(ig)*ztsrf2(ig) | 
|---|
| 575 |                   zq(ig,1,iq) = zcq(ig,1)+zdq(ig,1)*zq0(ig) | 
|---|
| 576 |                enddo | 
|---|
| 577 |  | 
|---|
| 578 | ! calculation of evaporation               | 
|---|
| 579 |                do ig=1,ngrid  | 
|---|
| 580 |                   evap(ig)= zb(ig,1)*dryness(ig)*(zq(ig,1,ivap)-zq0(ig)) | 
|---|
| 581 |                   dqsdif_total(ig)=evap(ig) | 
|---|
| 582 |                enddo | 
|---|
| 583 |  | 
|---|
| 584 | ! recalculate temperature and q(vap) to top of atmosphere, starting from ground | 
|---|
| 585 |                do ilay=2,nlay | 
|---|
| 586 |                   do ig=1,ngrid | 
|---|
| 587 |                      zq(ig,ilay,iq)=zcq(ig,ilay) | 
|---|
| 588 |      &                    +zdq(ig,ilay)*zq(ig,ilay-1,iq) | 
|---|
| 589 |                      zh(ig,ilay)=zc(ig,ilay)+zd(ig,ilay)*zh(ig,ilay-1) | 
|---|
| 590 |                   end do | 
|---|
| 591 |                end do | 
|---|
| 592 |  | 
|---|
| 593 |                do ig=1,ngrid | 
|---|
| 594 |  | 
|---|
| 595 | !     -------------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 596 | !     On the ocean, if T > 0 C then the vapour tendency must replace the ice one | 
|---|
| 597 | !     The surface vapour tracer is actually liquid. To make things difficult. | 
|---|
| 598 |  | 
|---|
| 599 |                   if (nint(rnat(ig)).eq.0) then ! unfrozen ocean | 
|---|
| 600 |                       | 
|---|
| 601 |                      pdqsdif(ig,ivap)=dqsdif_total(ig)/ptimestep | 
|---|
| 602 |                      pdqsdif(ig,iice)=0.0 | 
|---|
| 603 |  | 
|---|
| 604 |  | 
|---|
| 605 |                   elseif (nint(rnat(ig)).eq.1) then ! (continent) | 
|---|
| 606 |  | 
|---|
| 607 | !     -------------------------------------------------------- | 
|---|
| 608 | !     Now check if we've taken too much water from the surface | 
|---|
| 609 | !     This can only occur on the continent  | 
|---|
| 610 |  | 
|---|
| 611 | !     If water is evaporating / subliming, we take it from ice before liquid | 
|---|
| 612 | !     -- is this valid?? | 
|---|
| 613 |                      if(dqsdif_total(ig).lt.0)then | 
|---|
| 614 |                         pdqsdif(ig,iice)=dqsdif_total(ig)/ptimestep | 
|---|
| 615 |                         pdqsdif(ig,iice)=max(-pqsurf(ig,iice)/ptimestep | 
|---|
| 616 |      &                       ,pdqsdif(ig,iice)) | 
|---|
| 617 |                      endif | 
|---|
| 618 |                      ! sublimation only greater than qsurf(ice) | 
|---|
| 619 |                      ! ---------------------------------------- | 
|---|
| 620 |                      ! we just convert some liquid to vapour too | 
|---|
| 621 |                      ! if latent heats are the same, no big deal | 
|---|
| 622 |                      if (-dqsdif_total(ig).gt.pqsurf(ig,iice))then             | 
|---|
| 623 |                        pdqsdif(ig,iice) = -pqsurf(ig,iice)/ptimestep ! removes all the ice! | 
|---|
| 624 |                        pdqsdif(ig,ivap) = dqsdif_total(ig)/ptimestep | 
|---|
| 625 |      &                       - pdqsdif(ig,iice) ! take the remainder from the liquid instead | 
|---|
| 626 |                        pdqsdif(ig,ivap) = max(-pqsurf(ig,ivap)/ptimestep | 
|---|
| 627 |      &                       ,pdqsdif(ig,ivap)) | 
|---|
| 628 |                     endif | 
|---|
| 629 |  | 
|---|
| 630 |                  endif          ! if (rnat.ne.1) | 
|---|
| 631 |  | 
|---|
| 632 | !     If water vapour is condensing, we must decide whether it forms ice or liquid. | 
|---|
| 633 |                  if(dqsdif_total(ig).gt.0)then ! a bug was here! | 
|---|
| 634 |                     if(ztsrf2(ig).gt.T_h2O_ice_liq)then | 
|---|
| 635 |                        pdqsdif(ig,iice)=0.0 | 
|---|
| 636 |                        pdqsdif(ig,ivap)=dqsdif_total(ig)/ptimestep | 
|---|
| 637 |                     else | 
|---|
| 638 |                        pdqsdif(ig,iice)=dqsdif_total(ig)/ptimestep | 
|---|
| 639 |                        pdqsdif(ig,ivap)=0.0 | 
|---|
| 640 |                     endif | 
|---|
| 641 |                  endif | 
|---|
| 642 |  | 
|---|
| 643 |               end do            ! of DO ig=1,ngrid | 
|---|
| 644 |            endif                ! if (water et iq=ivap) | 
|---|
| 645 |         end do                  ! of do iq=1,nq | 
|---|
| 646 |       endif                     ! traceur | 
|---|
| 647 |  | 
|---|
| 648 |  | 
|---|
| 649 | !----------------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 650 | !     8. Final calculation of the vertical diffusion tendencies | 
|---|
| 651 | !     ----------------------------------------------------------------- | 
|---|
| 652 |  | 
|---|
| 653 |       do ilev = 1, nlay | 
|---|
| 654 |          do ig=1,ngrid | 
|---|
| 655 |             pdudif(ig,ilev)=(zu(ig,ilev)- | 
|---|
| 656 |      &           (pu(ig,ilev)))/ptimestep | 
|---|
| 657 |             pdvdif(ig,ilev)=(zv(ig,ilev)- | 
|---|
| 658 |      &           (pv(ig,ilev)))/ptimestep | 
|---|
| 659 |             hh = ph(ig,ilev)+pdhfi(ig,ilev)*ptimestep  | 
|---|
| 660 |  | 
|---|
| 661 |             pdhdif(ig,ilev)=( zh(ig,ilev)- hh )/ptimestep | 
|---|
| 662 |          enddo | 
|---|
| 663 |       enddo | 
|---|
| 664 |  | 
|---|
| 665 |       DO ig=1,ngrid  ! computing sensible heat flux (atm => surface) | 
|---|
| 666 |          sensibFlux(ig)=cpp*zb(ig,1)/ptimestep*(zh(ig,1)-ztsrf2(ig)) | 
|---|
| 667 |       ENDDO       | 
|---|
| 668 |  | 
|---|
| 669 |       if (tracer) then | 
|---|
| 670 |          do iq = 1, nq | 
|---|
| 671 |             do ilev = 1, nlay | 
|---|
| 672 |                do ig=1,ngrid | 
|---|
| 673 |                   pdqdif(ig,ilev,iq)=(zq(ig,ilev,iq)- | 
|---|
| 674 |      &           (pq(ig,ilev,iq)+pdqfi(ig,ilev,iq)*ptimestep))/ | 
|---|
| 675 |      &           ptimestep | 
|---|
| 676 |                enddo | 
|---|
| 677 |             enddo | 
|---|
| 678 |          enddo | 
|---|
| 679 |  | 
|---|
| 680 |          if(water.and.forceWC)then ! force water conservation in model | 
|---|
| 681 |                                    ! we calculate the difference and add it to the ground | 
|---|
| 682 |                                    ! this is ugly and should be improved in the future | 
|---|
| 683 |             do ig=1,ngrid | 
|---|
| 684 |                Wtot=0.0 | 
|---|
| 685 |                do ilay=1,nlay | 
|---|
| 686 |                   masse = (pplev(ig,ilay) - pplev(ig,ilay+1))/g | 
|---|
| 687 | !                  Wtot=Wtot+masse*(zq(ig,ilay,iice)- | 
|---|
| 688 | !     &                 (pq(ig,ilay,iice)+pdqfi(ig,ilay,iice)*ptimestep)) | 
|---|
| 689 |                   Wtot=Wtot+masse*(zq(ig,ilay,ivap)- | 
|---|
| 690 |      &                 (pq(ig,ilay,ivap)+pdqfi(ig,ilay,ivap)*ptimestep)) | 
|---|
| 691 |                enddo | 
|---|
| 692 |                Wdiff=Wtot/ptimestep+pdqsdif(ig,ivap)+pdqsdif(ig,iice) | 
|---|
| 693 |  | 
|---|
| 694 |                if(ztsrf2(ig).gt.T_h2O_ice_liq)then | 
|---|
| 695 |                   pdqsdif(ig,ivap)=pdqsdif(ig,ivap)-Wdiff | 
|---|
| 696 |                else | 
|---|
| 697 |                   pdqsdif(ig,iice)=pdqsdif(ig,iice)-Wdiff | 
|---|
| 698 |                endif | 
|---|
| 699 |             enddo | 
|---|
| 700 |  | 
|---|
| 701 |          endif | 
|---|
| 702 |  | 
|---|
| 703 |       endif  | 
|---|
| 704 |  | 
|---|
| 705 |       if(water)then | 
|---|
| 706 |       call writediagfi(ngrid,'beta','Dryness coefficient',' ',2,dryness) | 
|---|
| 707 |       endif | 
|---|
| 708 |  | 
|---|
| 709 |  | 
|---|
| 710 |       end subroutine vdifc | 
|---|
| 711 |  | 
|---|
| 712 |       end module vdifc_mod | 
|---|