source: trunk/LMDZ.MARS/libf/aeronomars/calchim_mod.F90 @ 2808

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LMDZ_MARS RV : Open_MP; Reading files in parallel for PHOTOCHEMISTRY parametrisation
(photochem = .true.)

File size: 38.4 KB
Line 
1MODULE calchim_mod
2
3  IMPLICIT NONE
4
5  INTEGER, SAVE :: ichemistry ! compute chemistry every ichemistry physics step
6  REAL,SAVE,ALLOCATABLE :: zdqchim(:,:,:) ! Tendancy on pq due to photochemistry
7  REAL,SAVE,ALLOCATABLE :: zdqschim(:,:) ! Tendancy on qsurf due to photochemistry
8
9!$OMP THREADPRIVATE(ichemistry,zdqchim,zdqschim)
10
11  CONTAINS
12
13      subroutine calchim(ngrid,nlayer,nq,                           &
14                         ptimestep,pplay,pplev,pt,pdt,dist_sol,mu0,         &
15                         zzlev,zzlay,zday,pq,pdq,dqchim,dqschim,dqcloud,    &
16                         dqscloud,tau,co2ice,                               &
17                         pu,pdu,pv,pdv,surfdust,surfice)
18
19      use tracer_mod, only: igcm_co2, igcm_co, igcm_o, igcm_o1d, igcm_o2, &
20                            igcm_o3, igcm_h, igcm_h2, igcm_oh, igcm_ho2,  &
21                            igcm_h2o2, igcm_ch4, igcm_n2, igcm_h2o_vap,   &
22                            igcm_no, igcm_n, igcm_no2, igcm_n2d,          &
23                            igcm_o2plus, igcm_co2plus, igcm_oplus,        &
24                            igcm_coplus, igcm_cplus, igcm_nplus,          &
25                            igcm_noplus, igcm_n2plus, igcm_hplus,         &
26                            igcm_hco2plus, igcm_hcoplus, igcm_h2oplus,    &
27                            igcm_h3oplus, igcm_ohplus, igcm_elec,         &
28                            igcm_hdo_vap, igcm_od, igcm_d, igcm_hd,       &
29                            igcm_do2, igcm_hdo2, mmol
30
31      use conc_mod, only: mmean ! mean molecular mass of the atmosphere
32      use comcstfi_h, only: pi
33      use photolysis_mod, only: init_photolysis, nphot
34      use iono_h, only: temp_elect
35      use wstats_mod, only: wstats
36
37      implicit none
38
39!=======================================================================
40!
41!   subject:
42!   --------
43!
44!  Prepare the call for the photochemical module, and send back the
45!  tendencies from photochemistry in the chemical species mass mixing ratios
46!
47!   Arguments:
48!   ----------
49!
50!  Input:
51!
52!    ptimestep              timestep (s)
53!    pplay(ngrid,nlayer)    Pressure at the middle of the layers (Pa)
54!    pplev(ngrid,nlayer+1)  Intermediate pressure levels (Pa)
55!    pt(ngrid,nlayer)       Temperature (K)
56!    pdt(ngrid,nlayer)      Temperature tendency (K)
57!    pu(ngrid,nlayer)       u component of the wind (ms-1)
58!    pdu(ngrid,nlayer)      u component tendency (K)
59!    pv(ngrid,nlayer)       v component of the wind (ms-1)
60!    pdv(ngrid,nlayer)      v component tendency (K)
61!    dist_sol               distance of the sun (AU)
62!    mu0(ngrid)             cos of solar zenith angle (=1 when sun at zenith)
63!    pq(ngrid,nlayer,nq)    advected fields, ie chemical species here
64!    pdq(ngrid,nlayer,nq)   previous tendencies on pq
65!    tau(ngrid)             dust optical depth
66!    co2ice(ngrid)          co2 ice surface layer (kg.m-2)
67!    surfdust(ngrid,nlayer) dust surface area (m2/m3)
68!    surfice(ngrid,nlayer)  ice surface area (m2/m3)
69!
70!  Output:
71!
72!    dqchim(ngrid,nlayer,nq) tendencies on pq due to chemistry
73!    dqschim(ngrid,nq)       tendencies on qsurf
74!
75!=======================================================================
76
77include "callkeys.h"
78
79!     input:
80
81      integer,intent(in) :: ngrid    ! number of atmospheric columns
82      integer,intent(in) :: nlayer   ! number of atmospheric layers
83      integer,intent(in) :: nq       ! number of tracers
84      real :: ptimestep
85      real :: pplay(ngrid,nlayer)    ! pressure at the middle of the layers
86      real :: zzlay(ngrid,nlayer)    ! pressure at the middle of the layers
87      real :: pplev(ngrid,nlayer+1)  ! intermediate pressure levels
88      real :: zzlev(ngrid,nlayer+1)  ! altitude at layer boundaries
89      real :: pt(ngrid,nlayer)       ! temperature
90      real :: pdt(ngrid,nlayer)      ! temperature tendency
91      real :: pu(ngrid,nlayer)       ! u component of the wind (m.s-1)
92      real :: pdu(ngrid,nlayer)      ! u component tendency
93      real :: pv(ngrid,nlayer)       ! v component of the wind (m.s-1)
94      real :: pdv(ngrid,nlayer)      ! v component tendency
95      real :: dist_sol               ! distance of the sun (AU)
96      real :: mu0(ngrid)             ! cos of solar zenith angle (=1 when sun at zenith)
97      real :: pq(ngrid,nlayer,nq)    ! tracers mass mixing ratio
98      real :: pdq(ngrid,nlayer,nq)   ! previous tendencies
99      real :: zday                   ! date (time since Ls=0, in martian days)
100      real :: tau(ngrid)             ! dust optical depth
101      real :: co2ice(ngrid)          ! co2 ice surface layer (kg.m-2)
102      real :: surfdust(ngrid,nlayer) ! dust surface area (m2/m3)
103      real :: surfice(ngrid,nlayer)  ! ice surface area (m2/m3)
104
105!     output:
106
107      real :: dqchim(ngrid,nlayer,nq)   ! tendencies on pq due to chemistry
108      real :: dqschim(ngrid,nq)         ! tendencies on qsurf
109      real :: dqcloud(ngrid,nlayer,nq)  ! tendencies on pq due to condensation
110      real :: dqscloud(ngrid,nq)        ! tendencies on qsurf
111
112!     local variables:
113
114      integer,save :: nbq                   ! number of tracers used in the chemistry
115      integer,allocatable,save :: niq(:)    ! array storing the indexes of the tracers
116      integer :: iloc(1)                    ! index of major species
117      integer :: ig,l,i,iq,iqmax
118      integer :: foundswitch, lswitch
119      integer,save :: chemthermod
120
121!$OMP THREADPRIVATE(nbq,niq,chemthermod)
122
123      integer,save :: i_co2  = 0
124      integer,save :: i_co   = 0
125      integer,save :: i_o    = 0
126      integer,save :: i_o1d  = 0
127      integer,save :: i_o2   = 0
128      integer,save :: i_o3   = 0
129      integer,save :: i_h    = 0
130      integer,save :: i_h2   = 0
131      integer,save :: i_oh   = 0
132      integer,save :: i_ho2  = 0
133      integer,save :: i_h2o2 = 0
134      integer,save :: i_ch4  = 0
135      integer,save :: i_n2   = 0
136      integer,save :: i_h2o  = 0
137      integer,save :: i_n    = 0
138      integer,save :: i_no   = 0
139      integer,save :: i_no2  = 0
140      integer,save :: i_n2d  = 0
141      integer,save :: i_co2plus=0
142      integer,save :: i_oplus=0
143      integer,save :: i_o2plus=0
144      integer,save :: i_coplus=0
145      integer,save :: i_cplus=0
146      integer,save :: i_nplus=0
147      integer,save :: i_noplus=0
148      integer,save :: i_n2plus=0
149      integer,save :: i_hplus=0
150      integer,save :: i_hco2plus=0
151      integer,save :: i_hcoplus=0
152      integer,save :: i_h2oplus=0
153      integer,save :: i_h3oplus=0
154      integer,save :: i_ohplus=0
155      integer,save :: i_elec=0
156      integer,save :: i_hdo=0
157      integer,save :: i_od=0
158      integer,save :: i_d=0
159      integer,save :: i_hd=0
160      integer,save :: i_do2=0
161      integer,save :: i_hdo2=0
162
163!$OMP THREADPRIVATE(i_co2,i_co,i_o,i_o1d,i_o2,i_o3,i_h,i_h2,i_oh,i_ho2,i_h2o2,i_ch4)
164!$OMP THREADPRIVATE(i_n2,i_h2o,i_n,i_no,i_no2,i_n2d,i_co2plus,i_oplus,i_o2plus,i_coplus,i_cplus,i_nplus)
165!$OMP THREADPRIVATE(i_noplus,i_n2plus,i_hplus,i_hco2plus,i_hcoplus,i_h2oplus,i_h3oplus,i_ohplus,i_elec,i_hdo,i_od,i_d,i_hd,i_do2,i_hdo2)
166
167      integer :: ig_vl1
168
169      integer :: nb_reaction_3_max     ! number of quadratic reactions
170      integer :: nb_reaction_4_max     ! number of bimolecular reactions
171      integer :: nquench               ! number of quenching + heterogeneous reactions
172      integer :: nphotion              ! number of photoionizations
173      integer :: nb_reaction_4_ion     ! quadratic reactions for ionosphere
174      integer :: nb_reaction_4_deut    ! quadratic reactions for deuterium chem
175      integer :: nb_phot_max           ! total number of photolysis+photoionizations+quenching reactions
176
177
178      real    :: latvl1, lonvl1
179      real    :: zq(ngrid,nlayer,nq)   ! pq+pdq*ptimestep before chemistry
180                                       ! new mole fraction after
181      real    :: zt(ngrid,nlayer)      ! temperature
182      real    :: zu(ngrid,nlayer)      ! u component of the wind
183      real    :: zv(ngrid,nlayer)      ! v component of the wind
184      real    :: taucol                ! dust optical depth at the surface
185      real    :: kb                    ! boltzmann constant
186
187      logical, save :: firstcall = .true.
188      logical, save :: depos       ! switch for dry deposition
189      logical, save :: ionchem     ! switch for ionospheric chemistry
190      logical, save :: deutchem    ! switch for deuterium chemistry
191      logical, save :: jonline     ! switch for online photodissociation rates or lookup table
192      logical, save :: unichim     ! only one unified chemical scheme at all
193                                   ! layers (default), or upper atmospheric
194                                   ! scheme in the thermosphere
195
196!$OMP THREADPRIVATE(firstcall,depos,ionchem,deutchem,jonline,unichim)
197
198!     for each column of atmosphere:
199
200      real :: zpress(nlayer)       ! Pressure (mbar)
201      real :: zdens(nlayer)        ! Density  (cm-3)
202      real :: ztemp(nlayer)        ! Temperature (K)
203      real :: ztelec(nlayer)       ! Electronic temperature (K)
204      real :: zlocal(nlayer)       ! Altitude (km)
205      real :: zycol(nlayer,nq)     ! Composition (mole fractions)
206      real :: zmmean(nlayer)       ! Mean molecular mass (g.mole-1)
207      real :: szacol               ! Solar zenith angle
208      real :: surfice1d(nlayer)    ! Ice surface area (cm2/cm3)
209      real :: surfdust1d(nlayer)   ! Dust surface area (cm2/cm3)
210      real :: jo3(nlayer)          ! Photodissociation rate O3->O1D (s-1)
211      real :: jh2o(nlayer)         ! Photodissociation rate H2O->H+OH (s-1)
212      real :: em_no(nlayer)        ! NO nightglow emission rate
213      real :: em_o2(nlayer)        ! O2 nightglow emission rate     
214
215      integer :: iter(nlayer)      ! Number of chemical iterations
216                                   ! within one physical timestep
217
218!     for output:
219
220      logical,save :: output        ! to issue calls to writediagfi and stats
221      real :: jo3_3d(ngrid,nlayer)  ! Photodissociation rate O3->O1D (s-1)
222      real :: jh2o_3d(ngrid,nlayer)  ! Photodissociation rate H2O->H+OH (s-1)
223      real :: emission_no(ngrid,nlayer) !NO emission rate
224      real :: emission_o2(ngrid,nlayer) !O2 emission rate
225      real :: iter_3d(ngrid,nlayer) ! Number of chemical iterations
226                                    !  within one physical timestep
227
228!$OMP THREADPRIVATE(output)
229
230!=======================================================================
231!     initialization of the chemistry (first call only)
232!=======================================================================
233
234      if (firstcall) then
235
236!=======================================================================
237!     main dashboard for the chemistry
238!=======================================================================
239
240        unichim = .true.     ! true : unified chemistry ! false : separate models in lower and upper atmosphere
241        jonline = .true.     ! true : on-line calculation of photodissociation rates ! false : lookup table
242        ionchem = .false.    ! switch for ionospheric chemistry
243        deutchem= .false.    ! switch for deuterium chemistry
244        depos   = .false.    ! switch for dry deposition
245        output  = .true.    ! true : triggers writing of specific outputs (photolysis rates, emission rates, etc)
246
247!         if (photochem) then
248!            if (jonline) then
249!               print*,'calchim: Read UV absorption cross-sections'
250!               call init_photolysis     ! on-line photolysis
251!            else
252!               print*,'calchim: Read photolysis lookup table'
253!               call read_phototable     ! off-line photolysis
254!            end if
255!         end if
256
257!         if(.not.unichim) then
258            !Read reaction rates from external file if the upper atmospheric
259            !chemistry is called
260!            call chemthermos_readini
261!         endif
262
263         ! find index of chemical tracers to use
264         allocate(niq(nq))
265         ! Listed here are all tracers that can go into photochemistry
266         nbq = 0 ! to count number of tracers
267         ! Species ALWAYS present if photochem=.T.
268         i_co2 = igcm_co2
269         if (i_co2 == 0) then
270            write(*,*) "calchim: Error; no CO2 tracer !!!"
271            call abort_physic("calchim","missing co2 tracer",1)
272         else
273            nbq = nbq + 1
274            niq(nbq) = i_co2
275         end if
276         i_co = igcm_co
277         if (i_co == 0) then
278            write(*,*) "calchim: Error; no CO tracer !!!"
279            call abort_physic("calchim","missing co tracer",1)
280         else
281            nbq = nbq + 1
282            niq(nbq) = i_co
283         end if
284         i_o = igcm_o
285         if (i_o == 0) then
286            write(*,*) "calchim: Error; no O tracer !!!"
287            call abort_physic("calchim","missing o tracer",1)
288         else
289            nbq = nbq + 1
290            niq(nbq) = i_o
291         end if
292         i_o1d = igcm_o1d
293         if (i_o1d == 0) then
294            write(*,*) "calchim: Error; no O1D tracer !!!"
295            call abort_physic("calchim","missing o1d tracer",1)
296         else
297            nbq = nbq + 1
298            niq(nbq) = i_o1d
299         end if
300         i_o2 = igcm_o2
301         if (i_o2 == 0) then
302            write(*,*) "calchim: Error; no O2 tracer !!!"
303            call abort_physic("calchim","missing o2 tracer",1)
304         else
305            nbq = nbq + 1
306            niq(nbq) = i_o2
307         end if
308         i_o3 = igcm_o3
309         if (i_o3 == 0) then
310            write(*,*) "calchim: Error; no O3 tracer !!!"
311            call abort_physic("calchim","missing o3 tracer",1)
312         else
313            nbq = nbq + 1
314            niq(nbq) = i_o3
315         end if
316         i_h = igcm_h
317         if (i_h == 0) then
318            write(*,*) "calchim: Error; no H tracer !!!"
319            call abort_physic("calchim","missing h tracer",1)
320         else
321            nbq = nbq + 1
322            niq(nbq) = i_h
323         end if
324         i_h2 = igcm_h2
325         if (i_h2 == 0) then
326            write(*,*) "calchim: Error; no H2 tracer !!!"
327            call abort_physic("calchim","missing h2 tracer",1)
328         else
329            nbq = nbq + 1
330            niq(nbq) = i_h2
331         end if
332         i_oh = igcm_oh
333         if (i_oh == 0) then
334            write(*,*) "calchim: Error; no OH tracer !!!"
335            call abort_physic("calchim","missing oh tracer",1)
336         else
337            nbq = nbq + 1
338            niq(nbq) = i_oh
339         end if
340         i_ho2 = igcm_ho2
341         if (i_ho2 == 0) then
342            write(*,*) "calchim: Error; no HO2 tracer !!!"
343            call abort_physic("calchim","missing ho2 tracer",1)
344         else
345            nbq = nbq + 1
346            niq(nbq) = i_ho2
347         end if
348         i_h2o2 = igcm_h2o2
349         if (i_h2o2 == 0) then
350            write(*,*) "calchim: Error; no H2O2 tracer !!!"
351            call abort_physic("calchim","missing h2o2 tracer",1)
352         else
353            nbq = nbq + 1
354            niq(nbq) = i_h2o2
355         end if
356         i_ch4 = igcm_ch4
357         if (i_ch4 == 0) then
358            write(*,*) "calchim: Error; no CH4 tracer !!!"
359            write(*,*) "CH4 will be ignored in the chemistry"
360         else
361            nbq = nbq + 1
362            niq(nbq) = i_ch4
363         end if
364         i_n2 = igcm_n2
365         if (i_n2 == 0) then
366            write(*,*) "calchim: Error; no N2 tracer !!!"
367            call abort_physic("calchim","missing n2 tracer",1)
368         else
369            nbq = nbq + 1
370            niq(nbq) = i_n2
371         end if
372         i_n = igcm_n
373         if (i_n == 0) then
374            if (photochem) then
375               write(*,*) "calchim: Error; no N tracer !!!"
376               call abort_physic("calchim","missing n tracer",1)
377            end if
378         else
379            nbq = nbq + 1
380            niq(nbq) = i_n
381         end if
382         i_n2d = igcm_n2d
383         if (i_n2d == 0) then
384            if (photochem) then
385               write(*,*) "calchim: Error; no N2D tracer !!!"
386               call abort_physic("calchim","missing n2d tracer",1)
387            end if
388         else
389            nbq = nbq + 1
390            niq(nbq) = i_n2d
391         end if
392         i_no = igcm_no
393         if (i_no == 0) then
394            if (photochem) then
395               write(*,*) "calchim: Error; no NO tracer !!!"
396               call abort_physic("calchim","missing no tracer",1)
397            end if
398         else
399            nbq = nbq + 1
400            niq(nbq) = i_no
401         end if
402         i_no2 = igcm_no2
403         if (i_no2 == 0) then
404            if (photochem) then
405               write(*,*) "calchim: Error; no NO2 tracer !!!"
406               call abort_physic("calchim","missing no2 tracer",1)
407            end if
408         else
409            nbq = nbq + 1
410            niq(nbq) = i_no2
411         end if
412         i_h2o = igcm_h2o_vap
413         if (i_h2o == 0) then
414            write(*,*) "calchim: Error; no water vapor tracer !!!"
415            call abort_physic("calchim","missing h2o_vap tracer",1)
416         else
417            nbq = nbq + 1
418            niq(nbq) = i_h2o
419         end if
420         i_hdo=igcm_hdo_vap
421         if (i_hdo == 0) then
422            write(*,*) "calchim: no HDO tracer !!!"
423!            call abort_physic("calchim","missing hdo_vap tracer",1)
424            write(*,*) "No deuterium chemistry considered"
425         else
426            nbq = nbq + 1
427            niq(nbq) = i_hdo
428            deutchem = .true.
429            write(*,*) "calchim: HDO tracer found in traceur.def"
430            write(*,*) "Deuterium chemistry included"
431         end if
432         i_od=igcm_od
433         if(deutchem) then
434            if (i_od == 0) then
435               write(*,*) "calchim: Error, no OD tracer !!!"
436               write(*,*) "OD is needed if HDO is in traceur.def"
437               call abort_physic("calchim","missing od tracer",1)
438            else
439               nbq = nbq + 1
440               niq(nbq) = i_od
441            end if
442         else
443            if (i_oplus /= 0) then
444               write(*,*) "calchim: Error: OD is present, but HDO is not!!!"
445               write(*,*) "Both must be in traceur.def if deuterium chemistry wanted"
446               call abort_physic("calchim","missing hdo tracer",1)
447            endif
448         endif
449         i_d=igcm_d
450         if(deutchem) then
451            if (i_d == 0) then
452               write(*,*) "calchim: Error, no D tracer !!!"
453               write(*,*) "D is needed if HDO is in traceur.def"
454               call abort_physic("calchim","missing d tracer",1)
455            else
456               nbq = nbq + 1
457               niq(nbq) = i_d
458            end if
459         else
460            if (i_d /= 0) then
461               write(*,*) "calchim: Error: D is present, but HDO is not!!!"
462               write(*,*) "Both must be in traceur.def if deuterium chemistry wanted"
463               call abort_physic("calchim","missing hdo tracer",1)
464            endif
465         endif
466         i_hd=igcm_hd
467         if(deutchem) then
468            if (i_hd == 0) then
469               write(*,*) "calchim: Error, no HD tracer !!!"
470               write(*,*) "HD is needed if HDO is in traceur.def"
471               call abort_physic("calchim","missing hd tracer",1)
472            else
473               nbq = nbq + 1
474               niq(nbq) = i_hd
475            end if
476         else
477            if (i_hd /= 0) then
478               write(*,*) "calchim: Error: HD is present, but HDO is not!!!"
479               write(*,*) "Both must be in traceur.def if deuterium chemistry wanted"
480               call abort_physic("calchim","missing hd tracer",1)
481            endif
482         endif
483         i_do2=igcm_do2
484         if(deutchem) then
485            if (i_do2 == 0) then
486               write(*,*) "calchim: Error, no DO2 tracer !!!"
487               write(*,*) "DO2 is needed if HDO is in traceur.def"
488               call abort_physic("calchim","missing do2 tracer",1)
489            else
490               nbq = nbq + 1
491               niq(nbq) = i_do2
492            end if
493         else
494            if (i_do2 /= 0) then
495               write(*,*) "calchim: Error: DO2 is present, but HDO is not!!!"
496               write(*,*) "Both must be in traceur.def if deuterium chemistry wanted"
497               call abort_physic("calchim","missing do2 tracer",1)
498            endif
499         endif
500         i_hdo2=igcm_hdo2
501         if(deutchem) then
502            if (i_hdo2 == 0) then
503               write(*,*) "calchim: Error, no HDO2 tracer !!!"
504               write(*,*) "HDO2 is needed if HDO is in traceur.def"
505               call abort_physic("calchim","missing hdo2 tracer",1)
506            else
507               nbq = nbq + 1
508               niq(nbq) = i_hdo2
509            end if
510         else
511            if (i_hdo2 /= 0) then
512               write(*,*) "calchim: Error: HDO2 is present, but HDO is not!!!"
513               write(*,*) "Both must be in traceur.def if deuterium chemistry wanted"
514               call abort_physic("calchim","missing hdo2 tracer",1)
515            endif
516         endif
517         i_o2plus = igcm_o2plus
518         if (i_o2plus == 0) then
519            write(*,*) "calchim: no O2+ tracer "
520            write(*,*) "Only neutral chemistry"
521         else
522            nbq = nbq + 1
523            niq(nbq) = i_o2plus
524            ionchem = .true.
525            write(*,*) "calchim: O2+ tracer found in traceur.def"
526            write(*,*) "Ion chemistry included"
527         end if
528         i_co2plus = igcm_co2plus
529         if(ionchem) then
530            if (i_co2plus == 0) then
531               write(*,*) "calchim: Error, no CO2+ tracer !!!"
532               write(*,*) "CO2+ is needed if O2+ is in traceur.def"
533               call abort_physic("calchim","missing co2plus tracer",1)
534            else
535               nbq = nbq + 1
536               niq(nbq) = i_co2plus
537            end if
538         else
539            if (i_co2plus /= 0) then
540               write(*,*) "calchim: Error: CO2+ is present, but O2+ is not!!!"
541               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
542               call abort_physic("calchim","missing o2plus tracer",1)
543            endif
544         endif
545         i_oplus=igcm_oplus
546         if(ionchem) then
547            if (i_oplus == 0) then
548               write(*,*) "calchim: Error, no O+ tracer !!!"
549               write(*,*) "O+ is needed if O2+ is in traceur.def"
550               call abort_physic("calchim","missing oplus tracer",1)
551            else
552               nbq = nbq + 1
553               niq(nbq) = i_oplus
554            end if
555         else
556            if (i_oplus /= 0) then
557               write(*,*) "calchim: Error: O+ is present, but O2+ is not!!!"
558               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
559               call abort_physic("calchim","missing o2plus tracer",1)
560            endif
561         endif
562         i_noplus=igcm_noplus
563         if(ionchem) then
564            if (i_noplus == 0) then
565               write(*,*) "calchim: Error, no NO+ tracer !!!"
566               write(*,*) "NO+ is needed if O2+ is in traceur.def"
567               call abort_physic("calchim","missing noplus tracer",1)
568            else
569               nbq = nbq + 1
570               niq(nbq) = i_noplus
571            end if
572         else
573            if (i_noplus /= 0) then
574               write(*,*) "calchim: Error: NO+ is present, but O2+ is not!!!"
575               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
576            endif
577         endif
578         i_coplus=igcm_coplus
579         if(ionchem) then
580            if (i_coplus == 0) then
581               write(*,*) "calchim: Error, no CO+ tracer !!!"
582               write(*,*) "CO+ is needed if O2+ is in traceur.def"
583               call abort_physic("calchim","missing coplus tracer",1)               
584            else
585               nbq = nbq + 1
586               niq(nbq) = i_coplus
587            end if
588         else
589            if (i_coplus /= 0) then
590               write(*,*) "calchim: Error: CO+ is present, but O2+ is not!!!"
591               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
592            endif
593         endif
594         i_cplus=igcm_cplus
595         if(ionchem) then
596            if (i_cplus == 0) then
597               write(*,*) "calchim: Error, no C+ tracer !!!"
598               write(*,*) "C+ is needed if O2+ is in traceur.def"
599               call abort_physic("calchim","missing cplus tracer",1)
600            else
601               nbq = nbq + 1
602               niq(nbq) = i_cplus
603            end if
604         else
605            if (i_cplus /= 0) then
606               write(*,*) "calchim: Error: C+ is present, but O2+ is not!!!"
607               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
608            endif
609         endif
610         i_n2plus=igcm_n2plus
611         if(ionchem) then
612            if (i_n2plus == 0) then
613               write(*,*) "calchim: Error, no N2+ tracer !!!"
614               write(*,*) "N2+ is needed if O2+ is in traceur.def"
615               call abort_physic("calchim","missing n2plus tracer",1)
616            else
617               nbq = nbq + 1
618               niq(nbq) = i_n2plus
619            end if
620         else
621            if (i_n2plus /= 0) then
622               write(*,*) "calchim: Error: N2+ is present, but O2+ is not!!!"
623               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
624            endif
625         endif
626         i_nplus=igcm_nplus
627         if(ionchem) then
628            if (i_nplus == 0) then
629               write(*,*) "calchim: Error, no N+ tracer !!!"
630               write(*,*) "N+ is needed if O2+ is in traceur.def"
631               call abort_physic("calchim","missing nplus tracer",1)
632            else
633               nbq = nbq + 1
634               niq(nbq) = i_nplus
635            end if
636         else
637            if (i_nplus /= 0) then
638               write(*,*) "calchim: Error: N+ is present, but O2+ is not!!!"
639               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
640            endif
641         endif
642         i_hplus=igcm_hplus
643         if(ionchem) then
644            if (i_hplus == 0) then
645               write(*,*) "calchim: Error, no H+ tracer !!!"
646               write(*,*) "H+ is needed if O2+ is in traceur.def"
647               call abort_physic("calchim","missing hplus tracer",1)
648            else
649               nbq = nbq + 1
650               niq(nbq) = i_hplus
651            end if
652         else
653            if (i_hplus /= 0) then
654               write(*,*) "calchim: Error: H+ is present, but O2+ is not!!!"
655               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
656            endif
657         endif
658         i_hco2plus=igcm_hco2plus
659         if(ionchem) then
660            if (i_hco2plus == 0) then
661               write(*,*) "calchim: Error, no HCO2+ tracer !!!"
662               write(*,*) "HCO2+ is needed if O2+ is in traceur.def"
663               call abort_physic("calchim","missing hco2plus tracer",1)
664            else
665               nbq = nbq + 1
666               niq(nbq) = i_hco2plus
667            end if
668         else
669            if (i_hco2plus /= 0) then
670               write(*,*) "calchim: Error: HCO2+ is present, but O2+ is not!!!"
671               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
672            endif
673         endif
674         i_hcoplus=igcm_hcoplus
675         if(ionchem) then
676            if (i_hcoplus == 0) then
677               write(*,*) "calchim: Error, no HCO+ tracer !!!"
678               write(*,*) "HCO+ is needed if O2+ is in traceur.def"
679               call abort_physic("calchim","missing hcoplus tracer",1)
680            else
681               nbq = nbq + 1
682               niq(nbq) = i_hcoplus
683            end if
684         else
685            if (i_hcoplus /= 0) then
686               write(*,*) "calchim: Error: HCO+ is present, but O2+ is not!!!"
687               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
688            endif
689         endif
690         i_h2oplus=igcm_h2oplus
691         if(ionchem) then
692            if (i_h2oplus == 0) then
693               write(*,*) "calchim: Error, no H2O+ tracer !!!"
694               write(*,*) "H2O+ is needed if O2+ is in traceur.def"
695               call abort_physic("calchim","missing h2oplus tracer",1)
696            else
697               nbq = nbq + 1
698               niq(nbq) = i_h2oplus
699            end if
700         else
701            if (i_h2oplus /= 0) then
702               write(*,*) "calchim: Error: H2O+ is present, but O2+ is not!!!"
703               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
704            endif
705         endif
706         i_h3oplus=igcm_h3oplus
707         if(ionchem) then
708            if (i_h3oplus == 0) then
709               write(*,*) "calchim: Error, no H3O+ tracer !!!"
710               write(*,*) "H3O+ is needed if O2+ is in traceur.def"
711               call abort_physic("calchim","missing h3oplus tracer",1)
712            else
713               nbq = nbq + 1
714               niq(nbq) = i_h3oplus
715            end if
716         else
717            if (i_h3oplus /= 0) then
718               write(*,*) "calchim: Error: H3O+ is present, but O2+ is not!!!"
719               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
720            endif
721         endif
722         i_ohplus=igcm_ohplus
723         if(ionchem) then
724            if (i_ohplus == 0) then
725               write(*,*) "calchim: Error, no OH+ tracer !!!"
726               write(*,*) "OH+ is needed if O2+ is in traceur.def"
727               call abort_physic("calchim","missing ohplus tracer",1)
728            else
729               nbq = nbq + 1
730               niq(nbq) = i_ohplus
731            end if
732         else
733            if (i_ohplus /= 0) then
734               write(*,*) "calchim: Error: OH+ is present, but O2+ is not!!!"
735               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
736            endif
737         endif
738         i_elec = igcm_elec
739         if(ionchem) then
740            if (i_elec == 0) then
741               write(*,*) "calchim: Error, no e- tracer !!!"
742               write(*,*) "e- is needed if O2+ is in traceur.def"
743               call abort_physic("calchim","missing elec tracer",1)
744            else
745               nbq = nbq + 1
746               niq(nbq) = i_elec
747            end if
748         else
749            if (i_elec /= 0) then
750               write(*,*) "calchim: Error: e- is present, but O2+ is not!!!"
751               write(*,*) "Both must be in traceur.def if ion chemistry wanted"
752            endif
753         endif
754         write(*,*) 'calchim: found nbq    = ',nbq,' tracers'
755
756         write(*,*) 'calchim: tracer indices=',niq(:)
757
758
759         if (photochem) then
760            if (jonline) then
761               print*,'calchim: Read UV absorption cross-sections'
762               !Add two photodissociations in deuterium chemistry included
763               if(deutchem) nphot = nphot + 2
764               call init_photolysis     ! on-line photolysis
765            else
766               print*,'calchim: Read photolysis lookup table'
767               call read_phototable     ! off-line photolysis
768            end if
769         end if
770
771         if(.not.unichim) then
772            !Read reaction rates from external file if the upper atmospheric
773            !chemistry is called
774            call chemthermos_readini
775         endif
776
777!         stop
778         firstcall = .false.
779      end if ! if (firstcall)
780
781! Initializations
782
783      zycol(:,:)    = 0.
784      dqchim(:,:,:) = 0.
785      dqschim(:,:)  = 0.
786
787      kb = 1.3806e-23
788
789!     latvl1= 22.27
790!     lonvl1= -47.94
791!     ig_vl1= 1+ int( (1.5-(latvl1-90.)*48./180.)  -2 )*64. +    &
792!             int(1.5+(lonvl1+180)*64./360.)
793
794!=======================================================================
795!     loop over grid
796!=======================================================================
797
798      do ig = 1,ngrid
799         
800         foundswitch = 0
801         do l = 1,nlayer
802            do i = 1,nbq
803               iq = niq(i) ! get tracer index
804               zq(ig,l,iq) = pq(ig,l,iq) + pdq(ig,l,iq)*ptimestep
805               zycol(l,iq) = zq(ig,l,iq)*mmean(ig,l)/mmol(iq)
806            end do
807            zt(ig,l)  = pt(ig,l) + pdt(ig,l)*ptimestep
808            zu(ig,l)  = pu(ig,l) + pdu(ig,l)*ptimestep
809            zv(ig,l)  = pv(ig,l) + pdv(ig,l)*ptimestep
810            zpress(l) = pplay(ig,l)/100.
811            ztemp(l)  = zt(ig,l)
812            zdens(l)  = zpress(l)/(kb*1.e4*ztemp(l))
813            zlocal(l) = zzlay(ig,l)/1000.
814            zmmean(l) = mmean(ig,l)
815            ztelec(l) = temp_elect(zlocal(l),ztemp(l),1)
816            !Electronic temperature. Index 1 -> Viking; Index 2-> MAVEN
817
818!           surfdust1d and surfice1d: conversion from m2/m3 to cm2/cm3
819
820            surfdust1d(l) = surfdust(ig,l)*1.e-2
821            surfice1d(l)  = surfice(ig,l)*1.e-2
822
823!           search for switch index between regions 
824
825            if (unichim) then
826               lswitch = nlayer + 1
827            else
828               if (foundswitch == 0 .and. pplay(ig,l) < 10.) then
829                  lswitch = l
830                  foundswitch = 1
831               end if
832            endif
833         end do ! of do l=1,nlayer
834
835         szacol = acos(mu0(ig))*180./pi
836         taucol = tau(ig)
837
838!=======================================================================
839!     call chemical subroutines
840!=======================================================================
841
842         if (photochem) then
843            ! set number of reactions, depending on ion chemistry or not
844            nb_reaction_4_ion  = 64
845            nb_reaction_4_deut = 35
846
847            !Default numbers if no ion and no deuterium chemistry included
848
849            nb_reaction_4_max = 31     ! set number of bimolecular reactions
850            nb_reaction_3_max = 6      ! set number of quadratic reactions
851            nquench           = 9      ! set number of quenching + heterogeneous
852            nphotion          = 0      ! set number of photoionizations
853
854            if (ionchem) then
855               nb_reaction_4_max = nb_reaction_4_max + nb_reaction_4_ion 
856               nphotion          = 18   ! set number of photoionizations
857            endif
858            if(deutchem) then
859               nb_reaction_4_max = nb_reaction_4_max + nb_reaction_4_deut 
860            end if
861
862!        nb_phot_max is the total number of processes that are treated
863!        numerically as a photolysis:
864
865            nb_phot_max = nphot + nphotion + nquench
866
867!        call main photochemistry routine
868
869            call photochemistry(nlayer,nq,nbq,ionchem,deutchem,           &
870                           nb_reaction_3_max,nb_reaction_4_max,nphot,     &
871                           nb_phot_max,nphotion,                          &
872                           jonline,ig,lswitch,zycol,szacol,ptimestep,     &
873                           zpress,zlocal,ztemp,ztelec,zdens,zmmean,       &
874                           dist_sol,zday,surfdust1d,surfice1d,            &
875                           jo3,jh2o,em_no,em_o2,taucol,iter)
876
877!        ozone photolysis, for output
878
879            do l = 1,nlayer
880               jo3_3d(ig,l) = jo3(l)
881               jh2o_3d(ig,l) = jh2o(l)
882               iter_3d(ig,l) = iter(l)
883            end do
884
885!        condensation of h2o2
886
887            call perosat(ngrid, nlayer, nq,                        &
888                         ig,ptimestep,pplev,pplay,                 &
889                         ztemp,zycol,dqcloud,dqscloud)
890
891!        case of separate photochemical model in the thermosphere
892
893            if (.not.unichim) then
894               chemthermod = 3   !C/O/H/N/ions
895               call chemthermos(ig,nlayer,lswitch,chemthermod,zycol,ztemp,&
896                    zdens,zpress,zlocal,szacol,ptimestep,zday,&
897                    em_no,em_o2)
898            end if
899
900            do l = 1,nlayer
901               emission_no(ig,l) = em_no(l)
902               emission_o2(ig,l) = em_o2(l)
903            end do
904         end if  ! photochem
905
906!        dry deposition
907
908         if (depos) then
909            call deposition(ngrid, nlayer, nq,                      &
910                            ig, ig_vl1, pplay, pplev, zzlay, zzlev, &
911                            zu, zv, zt, zycol, ptimestep, co2ice)
912         end if
913
914!=======================================================================
915!     tendencies
916!=======================================================================
917
918!     index of the most abundant species at each level
919
920!         major(:) = maxloc(zycol, dim = 2)
921
922!     tendency for the most abundant species = - sum of others
923
924         do l = 1,nlayer
925            iloc=maxloc(zycol(l,:))
926            iqmax=iloc(1)
927            do i = 1,nbq
928               iq = niq(i) ! get tracer index
929               if (iq /= iqmax) then
930                  dqchim(ig,l,iq) = (zycol(l,iq)*mmol(iq)/mmean(ig,l)  &
931                                   - zq(ig,l,iq))/ptimestep
932                  dqchim(ig,l,iqmax) = dqchim(ig,l,iqmax)              &
933                                     - dqchim(ig,l,iq)
934               end if
935            end do
936         end do ! of do l = 1,nlayer
937
938!=======================================================================
939!     end of loop over grid
940!=======================================================================
941
942      end do ! of do ig=1,ngrid
943
944!=======================================================================
945!     write outputs
946!=======================================================================
947
948! value of parameter 'output' to trigger writting of outputs
949! is set above at the declaration of the variable.
950
951      if (photochem .and. output) then
952         if (ngrid > 1) then
953            call writediagfi(ngrid,'jo3','j o3->o1d',    &
954                             's-1',3,jo3_3d(1,1))
955            call writediagfi(ngrid,'jh2o','jh2o',    &
956                             's-1',3,jh2o_3d(1,1))
957            call writediagfi(ngrid,'iter','iterations',  &
958                             ' ',3,iter_3d(1,1))
959
960!            if (.not. unichim) then
961               call writediagfi(ngrid,'emission_no',        &
962                    'NO nightglow emission rate','cm-3 s-1',3,emission_no)
963               call writediagfi(ngrid,'emission_o2',        &
964                    'O2 nightglow emission rate','cm-3 s-1',3,emission_o2)
965!            endif
966           
967               call wstats(ngrid,'jo3','j o3->o1d',       &
968                           's-1',3,jo3_3d(1,1))
969               call wstats(ngrid,'emission_no',           &
970                   'NO nightglow emission rate','cm-3 s-1',3,emission_no)
971               call wstats(ngrid,'emission_o2',           &
972                   'O2 nightglow emission rate','cm-3 s-1',3,emission_o2)
973               call wstats(ngrid,'mmean','mean molecular mass',       &
974                           'g.mole-1',3,mmean(1,1))
975         end if ! of if (ngrid.gt.1)
976      end if ! of if (output)
977
978      end subroutine calchim
979
980
981    subroutine ini_calchim_mod(ngrid,nlayer,nq)
982 
983      implicit none
984 
985      integer,intent(in) :: ngrid ! number of atmospheric columns
986      integer,intent(in) :: nlayer ! number of atmospheric layers
987      integer,intent(in) :: nq ! number of tracers
988
989      allocate(zdqchim(ngrid,nlayer,nq))
990      zdqchim(:,:,:)=0
991      allocate(zdqschim(ngrid,nq))
992      zdqschim(:,:)=0
993
994    end subroutine ini_calchim_mod
995
996
997    subroutine end_calchim_mod
998
999      implicit none
1000
1001      if (allocated(zdqchim))      deallocate(zdqchim)
1002      if (allocated(zdqschim))      deallocate(zdqschim)
1003
1004    end subroutine end_calchim_mod
1005
1006END MODULE calchim_mod
1007
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.