source: trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/callsedim.F @ 1633

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Added modifications for CO2 clouds scheme in physiq_mod.F and added several routines and variables for CO2 microphysics. October 2016 Joachim Audouard

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RevLine 
[38]1      SUBROUTINE callsedim(ngrid,nlay, ptimestep,
[1005]2     &                pplev,zlev, zlay, pt, pdt, rdust, rice,
[358]3     &                rsedcloud,rhocloud,
[411]4     &                pq, pdqfi, pdqsed,pdqs_sed,nq,
[740]5     &                tau,tauscaling)
[520]6! to use  'getin'
[1036]7      USE ioipsl_getincom, only: getin
8      USE updaterad, only: updaterdust,updaterice_micro,updaterice_typ
9      USE tracer_mod, only: noms, igcm_dust_mass, igcm_dust_number,
10     &                      rho_dust, rho_q, radius, varian,
11     &                      igcm_ccn_mass, igcm_ccn_number,
[1617]12     &                      igcm_h2o_ice, nuice_sed, nuice_ref,
13     &                      igcm_ccnco2_mass, igcm_ccnco2_number,
14     &                      igcm_co2_ice
[1226]15      USE comcstfi_h
[38]16      IMPLICIT NONE
17
18c=======================================================================
19c      Sedimentation of the  Martian aerosols
20c      depending on their density and radius
21c
22c      F.Forget 1999
23c
24c      Modified by J.-B. Madeleine 2010: Now includes the doubleq
25c        technique in order to have only one call to callsedim in
26c        physiq.F.
27c
[1617]28c      Modified by J. Audouard 09/16: Now includes the co2clouds case
29c        If the co2 microphysics is on, then co2 theice & ccn tracers
30c        are being sedimented in the microtimestep (co2cloud.F), not
31c        in this routine.
32c
[38]33c=======================================================================
34
35c-----------------------------------------------------------------------
36c   declarations:
37c   -------------
[520]38     
[38]39#include "callkeys.h"
40
41c
42c   arguments:
43c   ----------
44
[1005]45      integer,intent(in) :: ngrid  ! number of horizontal grid points
46      integer,intent(in) :: nlay   ! number of atmospheric layers
47      real,intent(in) :: ptimestep ! physics time step (s)
48      real,intent(in) :: pplev(ngrid,nlay+1) ! pressure at inter-layers (Pa)
49      real,intent(in) :: zlev(ngrid,nlay+1) ! altitude at layer boundaries
50      real,intent(in) :: zlay(ngrid,nlay)   ! altitude at the middle of the layers
51      real,intent(in) :: pt(ngrid,nlay) ! temperature at mid-layer (K)
52      real,intent(in) :: pdt(ngrid,nlay) ! tendency on temperature, from
53                                         ! previous processes (K/s)
[38]54c    Aerosol radius provided by the water ice microphysical scheme:
[1005]55      real,intent(out) :: rdust(ngrid,nlay) ! Dust geometric mean radius (m)
56      real,intent(out) :: rice(ngrid,nlay)  ! H2O Ice geometric mean radius (m)
57c     Sedimentation radius of water ice
[1047]58      real,intent(in) :: rsedcloud(ngrid,nlay)
[1005]59c     Cloud density (kg.m-3)
[1047]60      real,intent(inout) :: rhocloud(ngrid,nlay)
[38]61c    Traceurs :
[1005]62      real,intent(in) :: pq(ngrid,nlay,nq)  ! tracers (kg/kg)
63      real,intent(in) :: pdqfi(ngrid,nlay,nq)  ! tendency before sedimentation (kg/kg.s-1)
64      real,intent(out) :: pdqsed(ngrid,nlay,nq) ! tendency due to sedimentation (kg/kg.s-1)
65      real,intent(out) :: pdqs_sed(ngrid,nq)    ! flux at surface (kg.m-2.s-1)
66      integer,intent(in) :: nq  ! number of tracers
67      real,intent(in) :: tau(ngrid,nlay) ! dust opacity
68      real,intent(in) :: tauscaling(ngrid)
[38]69     
70c   local:
71c   ------
72
73      INTEGER l,ig, iq
74
[1005]75      real zqi(ngrid,nlay,nq) ! to locally store tracers
76      real zt(ngrid,nlay) ! to locally store temperature
77      real masse (ngrid,nlay) ! Layer mass (kg.m-2)
78      real epaisseur (ngrid,nlay) ! Layer thickness (m)
79      real wq(ngrid,nlay+1) ! displaced tracer mass (kg.m-2)
80      real r0(ngrid,nlay) ! geometric mean radius used for
[358]81                                !   sedimentation (m)
[1005]82      real r0dust(ngrid,nlay) ! geometric mean radius used for
[358]83                                    !   dust (m)
[1005]84!      real r0ccn(ngrid,nlay)  ! geometric mean radius used for
[740]85!                                    !   CCNs (m)
[1005]86      real,save :: beta ! correction for the shape of the ice particles (cf. newsedim)
87
[411]88c     for ice radius computation
89      REAL Mo,No
90      REAl ccntyp
[38]91
[358]92
[411]93
[38]94c     Discrete size distributions (doubleq)
95c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
96c       1) Parameters used to represent the changes in fall
97c          velocity as a function of particle size;
[1005]98      integer ir
99      integer,parameter :: nr=12 !(nr=7) ! number of bins
100      real,save :: rd(nr)
101      real qr(ngrid,nlay,nr)
102      real,save :: rdi(nr+1)    ! extreme and intermediate radii
103      real Sq(ngrid,nlay)
104      real,parameter :: rdmin=1.e-8
105      real,parameter :: rdmax=30.e-6
106      real,parameter :: rdimin=1.e-8 ! 1.e-7
107      real,parameter :: rdimax=1.e-4
[38]108
109c       2) Second size distribution for the log-normal integration
110c          (the mass mixing ratio is computed for each radius)
111
[1005]112      integer iint
113      integer,parameter :: ninter=4 ! number of points between each rdi radii
114      real,save :: rr(ninter,nr)
[38]115      integer radpower
[358]116      real sigma0
[38]117
118c       3) Other local variables used in doubleq
119
[1005]120      INTEGER,SAVE :: idust_mass  ! index of tracer containing dust mass
121                                  !   mix. ratio
122      INTEGER,SAVE :: idust_number ! index of tracer containing dust number
123                                   !   mix. ratio
124      INTEGER,SAVE :: iccn_mass  ! index of tracer containing CCN mass
125                                 !   mix. ratio
126      INTEGER,SAVE :: iccn_number ! index of tracer containing CCN number
127                                  !   mix. ratio
[1617]128      INTEGER,SAVE :: iccnco2_number ! index of tracer containing CCN number
129      INTEGER,SAVE :: iccnco2_mass ! index of tracer containing CCN number
130      INTEGER,SAVE :: ico2_ice ! index of tracer containing CCN number
[38]131
[1617]132
[1005]133      LOGICAL,SAVE :: firstcall=.true.
[38]134
135c    ** un petit test de coherence
136c       --------------------------
137
138      IF (firstcall) THEN
[411]139         
[38]140c       Doubleq: initialization
141        IF (doubleq) THEN
142         do ir=1,nr
143             rd(ir)= rdmin*(rdmax/rdmin)**(float(ir-1)/float(nr-1))
144         end do
145         rdi(1)=rdimin
146         do ir=2,nr
147           rdi(ir)= sqrt(rd(ir-1)*rd(ir))
148         end do
149         rdi(nr+1)=rdimax
150
151         do ir=1,nr
152           do iint=1,ninter
153             rr(iint,ir)=
154     &        rdi(ir)*
155     &        (rdi(ir+1)/rdi(ir))**(float(iint-1)/float(ninter-1))
156c             write(*,*) rr(iint,ir)
157           end do
158         end do
159
160      ! identify tracers corresponding to mass mixing ratio and
161      ! number mixing ratio
162        idust_mass=0      ! dummy initialization
163        idust_number=0    ! dummy initialization
164
165        do iq=1,nq
166          if (noms(iq).eq."dust_mass") then
167            idust_mass=iq
[1005]168            write(*,*)"callsedim: idust_mass=",idust_mass
[38]169          endif
170          if (noms(iq).eq."dust_number") then
171            idust_number=iq
[1005]172            write(*,*)"callsedim: idust_number=",idust_number
[38]173          endif
174        enddo
175
176        ! check that we did find the tracers
177        if ((idust_mass.eq.0).or.(idust_number.eq.0)) then
178          write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
179          write(*,*) ' tracers for dust mass and number mixing'
180          write(*,*) ' ratio and doubleq is activated!'
181          stop
182        endif
183        ENDIF !of if (doubleq)
184
[740]185        IF (microphys) THEN
[358]186          iccn_mass=0
187          iccn_number=0
188          do iq=1,nq
189            if (noms(iq).eq."ccn_mass") then
190              iccn_mass=iq
[1005]191              write(*,*)"callsedim: iccn_mass=",iccn_mass
[358]192            endif
193            if (noms(iq).eq."ccn_number") then
194              iccn_number=iq
[1005]195              write(*,*)"callsedim: iccn_number=",iccn_number
[358]196            endif
197          enddo
198          ! check that we did find the tracers
199          if ((iccn_mass.eq.0).or.(iccn_number.eq.0)) then
200            write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
201            write(*,*) ' tracers for ccn mass and number mixing'
[740]202            write(*,*) ' ratio and microphys is activated!'
[358]203            stop
204          endif
[740]205        ENDIF !of if (microphys)
[358]206
[1617]207        IF (microphysco2) THEN
208          iccnco2_mass=0
209          iccnco2_number=0
210          ico2_ice=0
211          do iq=1,nq
212            if (noms(iq).eq."ccnco2_mass") then
213              iccnco2_mass=iq
214              write(*,*)"callsedim: iccnco2_mass=",iccnco2_mass
215            endif
216            if (noms(iq).eq."co2_ice") then
217              ico2_ice=iq
218              write(*,*)"callsedim: ico2_ice=",ico2_ice
219            endif
220            if (noms(iq).eq."ccnco2_number") then
221              iccnco2_number=iq
222              write(*,*)"callsedim: iccnco2_number=",iccnco2_number
223            endif
224          enddo
225          ! check that we did find the tracers
226          if ((iccnco2_mass.eq.0).or.(iccnco2_number.eq.0)) then
227            write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
228            write(*,*) ' tracers for ccn co2 mass and number mixing'
229            write(*,*) ' ratio and microphysco2 is activated!'
230            stop
231          endif
232       ENDIF                    !of if (microphysco2)
233
234
[626]235        IF (water) THEN
236         write(*,*) "correction for the shape of the ice particles ?"
237         beta=0.75 ! default value
238         call getin("ice_shape",beta)
239         write(*,*) " ice_shape = ",beta
240
241          write(*,*) "water_param nueff Sedimentation:", nuice_sed
242          IF (activice) THEN
243            write(*,*) "water_param nueff Radiative:", nuice_ref
244          ENDIF
245        ENDIF
[38]246     
247        firstcall=.false.
248      ENDIF ! of IF (firstcall)
249
250c-----------------------------------------------------------------------
251c    1. Initialization
252c    -----------------
253
[1005]254!      zqi(1:ngrid,1:nlay,1:nqmx) = 0.
255c     Update the mass mixing ratio and temperature with the tendencies coming
[38]256c       from other parameterizations:
257c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
[1005]258      zqi(1:ngrid,1:nlay,1:nq)=pq(1:ngrid,1:nlay,1:nq)
259     &                         +pdqfi(1:ngrid,1:nlay,1:nq)*ptimestep
260      zt(1:ngrid,1:nlay)=pt(1:ngrid,1:nlay)
261     &                         +pdt(1:ngrid,1:nlay)*ptimestep
[38]262
263
264c    Computing the different layer properties
265c    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
266c    Mass (kg.m-2), thickness(m), crossing time (s)  etc.
267
268      do  l=1,nlay
269        do ig=1, ngrid
270          masse(ig,l)=(pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1)) /g
271          epaisseur(ig,l)= zlev(ig,l+1) - zlev(ig,l)
272        end do
273      end do
274
275c =================================================================
[358]276c     Compute the geometric mean radius used for sedimentation
277
278      if (doubleq) then
279        do l=1,nlay
280          do ig=1, ngrid
[740]281     
282         call updaterdust(zqi(ig,l,igcm_dust_mass),
283     &                    zqi(ig,l,igcm_dust_number),r0dust(ig,l),
284     &                    tauscaling(ig))
285         
[358]286          end do
287        end do
288      endif
289
[740]290
[358]291c =================================================================
[38]292      do iq=1,nq
[1617]293        if(radius(iq).gt.1.e-9 .and.(iq.ne.ico2_ice) .and.
294     &        (iq .ne. iccnco2_mass) .and. (iq .ne.
295     &        iccnco2_number)) then   ! no sedim for gaz or CO2 clouds  (done in microtimestep)
[38]296
297c -----------------------------------------------------------------
298c         DOUBLEQ CASE
299c -----------------------------------------------------------------
[358]300          if ((doubleq.and.
[38]301     &        ((iq.eq.idust_mass).or.
[740]302     &         (iq.eq.idust_number)))) then
303     
[38]304c           Computing size distribution:
305c           ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
306
[520]307c            if ((iq.eq.idust_mass).or.(iq.eq.idust_number)) then
[358]308              do  l=1,nlay
309                do ig=1, ngrid
310                  r0(ig,l)=r0dust(ig,l)
311                end do
[38]312              end do
[358]313              sigma0 = varian
[38]314
315c        Computing mass mixing ratio for each particle size
316c        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
[358]317          IF ((iq.EQ.idust_mass).or.(iq.EQ.iccn_mass)) then
[38]318            radpower = 2
[520]319          ELSE  ! number
[38]320            radpower = -1
321          ENDIF
322          Sq(1:ngrid,1:nlay) = 0.
323          do ir=1,nr
324            do l=1,nlay
325              do ig=1,ngrid
326c                ****************
327c                Size distribution integration
328c                (Trapezoid Integration Method)
329                 qr(ig,l,ir)=0.5*(rr(2,ir)-rr(1,ir))*
330     &             (rr(1,ir)**radpower)*
[358]331     &             exp(-(log(rr(1,ir)/r0(ig,l)))**2/(2*sigma0**2))
[38]332                 do iint=2,ninter-1
333                   qr(ig,l,ir)=qr(ig,l,ir) +
334     &             0.5*(rr(iint+1,ir)-rr(iint-1,ir))*
335     &             (rr(iint,ir)**radpower)*
336     &             exp(-(log(rr(iint,ir)/r0(ig,l)))**2/
[358]337     &             (2*sigma0**2))
[38]338                 end do
339                 qr(ig,l,ir)=qr(ig,l,ir) +
340     &             0.5*(rr(ninter,ir)-rr(ninter-1,ir))*
341     &             (rr(ninter,ir)**radpower)*
342     &             exp(-(log(rr(ninter,ir)/r0(ig,l)))**2/
[358]343     &             (2*sigma0**2))
[38]344
345c                **************** old method (not recommended!)
346c                qr(ig,l,ir)=(rd(ir)**(5-3*iq))*
[358]347c    &           exp( -(log(rd(ir)/r0(ig,l)))**2 / (2*sigma0**2) )
[38]348c                ******************************
349
350                 Sq(ig,l)=Sq(ig,l)+qr(ig,l,ir)
351              enddo
352            enddo
353          enddo
354
355          do ir=1,nr
356            do l=1,nlay
357              do ig=1,ngrid
358                 qr(ig,l,ir) = zqi(ig,l,iq)*qr(ig,l,ir)/Sq(ig,l)
359              enddo
360            enddo
361          enddo
362
363c         Computing sedimentation for each tracer
364c         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
365
366          zqi(1:ngrid,1:nlay,iq) = 0.
367          pdqs_sed(1:ngrid,iq) = 0.
368
369          do ir=1,nr
[740]370         
[358]371               call newsedim(ngrid,nlay,1,1,ptimestep,
[1005]372     &         pplev,masse,epaisseur,zt,rd(ir),rho_dust,qr(1,1,ir),
[358]373     &         wq,0.5)
[38]374
375c            Tendencies
376c            ~~~~~~~~~~
377             do ig=1,ngrid
378               pdqs_sed(ig,iq) = pdqs_sed(ig,iq)
379     &                                + wq(ig,1)/ptimestep
380             end do
381             DO l = 1, nlay
382               DO ig=1,ngrid
383                 zqi(ig,l,iq)=zqi(ig,l,iq)+qr(ig,l,ir)
384               ENDDO
385             ENDDO
386          enddo ! of do ir=1,nr
387c -----------------------------------------------------------------
[626]388c         WATER CYCLE CASE
[38]389c -----------------------------------------------------------------
[626]390           else if ((iq .eq. iccn_mass) .or. (iq .eq. iccn_number)
391     &       .or. (iq .eq. igcm_h2o_ice)) then
392            if (microphys) then
393              ! water ice sedimentation
394              call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,ngrid*nlay,
[1005]395     &        ptimestep,pplev,masse,epaisseur,zt,rsedcloud,rhocloud,
[626]396     &        zqi(1,1,iq),wq,beta)
397            else
398              ! water ice sedimentation
399              call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,1,
[1005]400     &        ptimestep,pplev,masse,epaisseur,zt,rsedcloud,rho_q(iq),
[626]401     &        zqi(1,1,iq),wq,beta)
402            endif ! of if (microphys)
[38]403c           Tendencies
404c           ~~~~~~~~~~
[626]405            do ig=1,ngrid
406              pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
407            end do
[38]408c -----------------------------------------------------------------
409c         GENERAL CASE
410c -----------------------------------------------------------------
[626]411          else
[358]412            call newsedim(ngrid,nlay,1,1,ptimestep,
[1005]413     &      pplev,masse,epaisseur,zt,radius(iq),rho_q(iq),
[38]414     &      zqi(1,1,iq),wq,1.0)
415c           Tendencies
416c           ~~~~~~~~~~
417            do ig=1,ngrid
418              pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
419            end do
420          endif ! of if doubleq and if water
421c -----------------------------------------------------------------
422
[358]423c         Compute the final tendency:
424c         ---------------------------
[38]425          DO l = 1, nlay
426            DO ig=1,ngrid
427              pdqsed(ig,l,iq)=(zqi(ig,l,iq)-
428     $        (pq(ig,l,iq) + pdqfi(ig,l,iq)*ptimestep))/ptimestep
429            ENDDO
430          ENDDO
431
432        endif ! of if(radius(iq).gt.1.e-9)
433c =================================================================
434      enddo ! of do iq=1,nq
[1005]435
[358]436c     Update the dust particle size "rdust"
437c     -------------------------------------
[635]438      if (doubleq) then
439       DO l = 1, nlay
[358]440        DO ig=1,ngrid
[740]441       
442     
443         call updaterdust(zqi(ig,l,igcm_dust_mass),
444     &                    zqi(ig,l,igcm_dust_number),rdust(ig,l),
445     &                    tauscaling(ig))     
446
447         
[358]448        ENDDO
[635]449       ENDDO
450      endif ! of if (doubleq)
[411]451     
452c     Update the ice particle size "rice"
453c     -------------------------------------
[635]454      if (water) then
[740]455       IF(microphys) THEN
456       
457       
[626]458        DO l = 1, nlay
459          DO ig=1,ngrid
[740]460
461         call updaterice_micro(zqi(ig,l,igcm_h2o_ice),
462     &    zqi(ig,l,igcm_ccn_mass),zqi(ig,l,igcm_ccn_number),
463     &    tauscaling(ig),rice(ig,l),rhocloud(ig,l))
[626]464           
465          ENDDO
466        ENDDO
[740]467       
[635]468       ELSE
[740]469       
[626]470        DO l = 1, nlay
471          DO ig=1,ngrid
[740]472         
473            call updaterice_typ(zqi(ig,l,igcm_h2o_ice),
474     &                      tau(ig,1),zlay(ig,l),rice(ig,l))
475
[626]476          ENDDO
477        ENDDO
[740]478       ENDIF ! of IF(microphys)
[635]479      endif ! of if (water)
[358]480
[38]481      END
482
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.