source: trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/callsedim.F @ 414

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changed scavenging in improvedclouds.F, updated ice radius in callsedim.F and commented outputs in suaer.F90 & aeropacity.F

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RevLine 
[38]1      SUBROUTINE callsedim(ngrid,nlay, ptimestep,
[411]2     &                pplev,zlev, zlay, pt, rdust, rice,
[358]3     &                rsedcloud,rhocloud,
[411]4     &                pq, pdqfi, pdqsed,pdqs_sed,nq,
5     &                tau, tauscaling)
[38]6      IMPLICIT NONE
7
8c=======================================================================
9c      Sedimentation of the  Martian aerosols
10c      depending on their density and radius
11c
12c      F.Forget 1999
13c
14c      Modified by J.-B. Madeleine 2010: Now includes the doubleq
15c        technique in order to have only one call to callsedim in
16c        physiq.F.
17c
18c=======================================================================
19
20c-----------------------------------------------------------------------
21c   declarations:
22c   -------------
23
24#include "dimensions.h"
25#include "dimphys.h"
26#include "comcstfi.h"
27#include "tracer.h"
28#include "callkeys.h"
29
30c
31c   arguments:
32c   ----------
33
34      INTEGER ngrid              ! number of horizontal grid points
35      INTEGER nlay               ! number of atmospheric layers
36      REAL ptimestep             ! physics time step (s)
37      REAL pplev(ngrid,nlay+1)   ! pressure at inter-layers (Pa)
38      REAL pt(ngrid,nlay)        ! temperature at mid-layer (K)
39      REAL zlev(ngrid,nlay+1)    ! altitude at layer boundaries
40c    Aerosol radius provided by the water ice microphysical scheme:
41      REAL rdust(ngrid,nlay)     ! Dust geometric mean radius (m)
42      REAL rice(ngrid,nlay)      ! Ice geometric mean radius (m)
43
44c    Traceurs :
45      integer nq             ! number of tracers
46      real pq(ngrid,nlay,nq)  ! tracers (kg/kg)
47      real pdqfi(ngrid,nlay,nq)  ! tendency before sedimentation (kg/kg.s-1)
48      real pdqsed(ngrid,nlay,nq) ! tendency due to sedimentation (kg/kg.s-1)
49      real pdqs_sed(ngrid,nq)    ! flux at surface (kg.m-2.s-1)
50     
51c   local:
52c   ------
53
54      REAL CBRT
55      EXTERNAL CBRT
56
57      INTEGER l,ig, iq
58
59      real zqi(ngridmx,nlayermx,nqmx) ! to locally store tracers
60      real masse (ngridmx,nlayermx) ! Layer mass (kg.m-2)
61      real epaisseur (ngridmx,nlayermx) ! Layer thickness (m)
62      real wq(ngridmx,nlayermx+1) ! displaced tracer mass (kg.m-2)
[358]63      real r0(ngridmx,nlayermx) ! geometric mean radius used for
64                                !   sedimentation (m)
65      real r0dust(ngridmx,nlayermx) ! geometric mean radius used for
66                                    !   dust (m)
67      real r0ccn(ngridmx,nlayermx)  ! geometric mean radius used for
68                                    !   CCNs (m)
[38]69c     Sedimentation radius of water ice
[358]70      real rsedcloud(ngridmx,nlayermx)
71c     Cloud density (kg.m-3)
72      real rhocloud(ngridmx,nlayermx)
[411]73     
74c     for ice radius computation
75      REAL ccn_factor
76      REAL Mo,No
77      REAL tau(ngrid,nlay), tauscaling(ngrid)
78      REAL zlay(ngrid,nlay)   ! altitude at the middle of the layers
79      REAl ccntyp
[38]80
[358]81
[411]82
[38]83c     Discrete size distributions (doubleq)
84c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
85c       1) Parameters used to represent the changes in fall
86c          velocity as a function of particle size;
87      integer nr,ir
88      parameter (nr=12) !(nr=7) ! number of bins
89      real rd(nr),qr(ngridmx,nlayermx,nr)
90      real rdi(nr+1)    ! extreme and intermediate radii
91      real Sq(ngridmx,nlayermx)
92      real rdmin,rdmax,rdimin,rdimax
93      data rdmin/1.e-8/ !/1.e-7/
94      data rdmax/30.e-6/
95      data rdimin/1.e-10/
96      data rdimax/1e-4/
97      save rd, rdi
98
99c       2) Second size distribution for the log-normal integration
100c          (the mass mixing ratio is computed for each radius)
101
102      integer ninter, iint
103      parameter (ninter=4)  ! nombre de point entre chaque rayon rdi
104      real rr(ninter,nr)
105      save rr
106      integer radpower
[358]107      real sigma0
[38]108
109c       3) Other local variables used in doubleq
110
111      INTEGER idust_mass   ! index of tracer containing dust mass
112                           !   mix. ratio
113      INTEGER idust_number ! index of tracer containing dust number
114                           !   mix. ratio
[358]115      INTEGER iccn_mass    ! index of tracer containing CCN mass
116                           !   mix. ratio
117      INTEGER iccn_number  ! index of tracer containing CCN number
118                           !   mix. ratio
[38]119      SAVE idust_mass,idust_number
[358]120      SAVE iccn_mass,iccn_number
[38]121
122c     Firstcall:
123
124      LOGICAL firstcall
125      SAVE firstcall
126      DATA firstcall/.true./
127
128c    ** un petit test de coherence
129c       --------------------------
130
131      IF (firstcall) THEN
[411]132         
[38]133         IF(ngrid.NE.ngridmx) THEN
134            PRINT*,'STOP dans callsedim'
135            PRINT*,'probleme de dimensions :'
136            PRINT*,'ngrid  =',ngrid
137            PRINT*,'ngridmx  =',ngridmx
138            STOP
139         ENDIF
140
141c       Doubleq: initialization
142        IF (doubleq) THEN
143         do ir=1,nr
144             rd(ir)= rdmin*(rdmax/rdmin)**(float(ir-1)/float(nr-1))
145         end do
146         rdi(1)=rdimin
147         do ir=2,nr
148           rdi(ir)= sqrt(rd(ir-1)*rd(ir))
149         end do
150         rdi(nr+1)=rdimax
151
152         do ir=1,nr
153           do iint=1,ninter
154             rr(iint,ir)=
155     &        rdi(ir)*
156     &        (rdi(ir+1)/rdi(ir))**(float(iint-1)/float(ninter-1))
157c             write(*,*) rr(iint,ir)
158           end do
159         end do
160
161      ! identify tracers corresponding to mass mixing ratio and
162      ! number mixing ratio
163        idust_mass=0      ! dummy initialization
164        idust_number=0    ! dummy initialization
165
166        do iq=1,nq
167          if (noms(iq).eq."dust_mass") then
168            idust_mass=iq
169          endif
170          if (noms(iq).eq."dust_number") then
171            idust_number=iq
172          endif
173        enddo
174
175        ! check that we did find the tracers
176        if ((idust_mass.eq.0).or.(idust_number.eq.0)) then
177          write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
178          write(*,*) ' tracers for dust mass and number mixing'
179          write(*,*) ' ratio and doubleq is activated!'
180          stop
181        endif
182        ENDIF !of if (doubleq)
183
[358]184        IF (scavenging) THEN
185          iccn_mass=0
186          iccn_number=0
187          do iq=1,nq
188            if (noms(iq).eq."ccn_mass") then
189              iccn_mass=iq
190            endif
191            if (noms(iq).eq."ccn_number") then
192              iccn_number=iq
193            endif
194          enddo
195          ! check that we did find the tracers
196          if ((iccn_mass.eq.0).or.(iccn_number.eq.0)) then
197            write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
198            write(*,*) ' tracers for ccn mass and number mixing'
199            write(*,*) ' ratio and scavenging is activated!'
200            stop
201          endif
[411]202        ELSE
203          write(*,*) "water_param CCN reduc. fac. ", ccn_factor
204          write(*,*) "Careful: only used when microphys=F, otherwise"
205          write(*,*) "  the contact parameter is used instead;"
[358]206        ENDIF !of if (scavenging)
207
[38]208        IF (water) THEN
209          write(*,*) "water_param nueff Sedimentation:", nuice_sed
210          IF (activice) THEN
211            write(*,*) "water_param nueff Radiative:", nuice_ref
212          ENDIF
213        ENDIF
214     
215        firstcall=.false.
216      ENDIF ! of IF (firstcall)
217
218c-----------------------------------------------------------------------
219c    1. Initialization
220c    -----------------
221
222      zqi(1:ngrid,1:nlay,1:nqmx) = 0.
223c     Updating the mass mixing ratio with the tendencies coming
224c       from other parameterizations:
225c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
226
227      do iq=1,nq
228        do l=1,nlay
229          do ig=1,ngrid
230            zqi(ig,l,iq)=pq(ig,l,iq)+pdqfi(ig,l,iq)*ptimestep
231          enddo
232        enddo
233      enddo
234
235c    Computing the different layer properties
236c    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
237c    Mass (kg.m-2), thickness(m), crossing time (s)  etc.
238
239      do  l=1,nlay
240        do ig=1, ngrid
241          masse(ig,l)=(pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1)) /g
242          epaisseur(ig,l)= zlev(ig,l+1) - zlev(ig,l)
243        end do
244      end do
245
246c =================================================================
[358]247c     Compute the geometric mean radius used for sedimentation
248
249      if (doubleq) then
250        do l=1,nlay
251          do ig=1, ngrid
252            r0dust(ig,l) =
253     &        CBRT(r3n_q*zqi(ig,l,idust_mass)/
254     &        max(zqi(ig,l,idust_number),0.01))
255            r0dust(ig,l)=min(max(r0dust(ig,l),1.e-10),500.e-6)
256          end do
257        end do
258      endif
259      if (scavenging) then
260        do l=1,nlay
261          do ig=1, ngrid
262            r0ccn(ig,l) = rsedcloud(ig,l)/(1.+nuice_sed)**4.5
263          end do
264        end do
265      endif
266
267c =================================================================
[38]268      do iq=1,nq
269        if(radius(iq).gt.1.e-9) then   ! no sedim for gaz
270
271c -----------------------------------------------------------------
272c         DOUBLEQ CASE
273c -----------------------------------------------------------------
[358]274          if ((doubleq.and.
[38]275     &        ((iq.eq.idust_mass).or.
[358]276     &         (iq.eq.idust_number))).or.
277     &        (scavenging.and.
278     &        ((iq.eq.iccn_mass).or.
279     &        (iq.eq.iccn_number)))) then
[38]280
281c           Computing size distribution:
282c           ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
283
[358]284            if ((iq.eq.idust_mass).or.(iq.eq.idust_number)) then
285              do  l=1,nlay
286                do ig=1, ngrid
287                  r0(ig,l)=r0dust(ig,l)
288                end do
[38]289              end do
[358]290              sigma0 = varian
291            else
292              do  l=1,nlay
293                do ig=1, ngrid
294                  r0(ig,l)=r0ccn(ig,l)
295                end do
296              end do
297              sigma0 = sqrt(log(1.+nuice_sed))
298            endif
[38]299
300c        Computing mass mixing ratio for each particle size
301c        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
[358]302          IF ((iq.EQ.idust_mass).or.(iq.EQ.iccn_mass)) then
[38]303            radpower = 2
304          ELSE
305            radpower = -1
306          ENDIF
307          Sq(1:ngrid,1:nlay) = 0.
308          do ir=1,nr
309            do l=1,nlay
310              do ig=1,ngrid
311c                ****************
312c                Size distribution integration
313c                (Trapezoid Integration Method)
314                 qr(ig,l,ir)=0.5*(rr(2,ir)-rr(1,ir))*
315     &             (rr(1,ir)**radpower)*
[358]316     &             exp(-(log(rr(1,ir)/r0(ig,l)))**2/(2*sigma0**2))
[38]317                 do iint=2,ninter-1
318                   qr(ig,l,ir)=qr(ig,l,ir) +
319     &             0.5*(rr(iint+1,ir)-rr(iint-1,ir))*
320     &             (rr(iint,ir)**radpower)*
321     &             exp(-(log(rr(iint,ir)/r0(ig,l)))**2/
[358]322     &             (2*sigma0**2))
[38]323                 end do
324                 qr(ig,l,ir)=qr(ig,l,ir) +
325     &             0.5*(rr(ninter,ir)-rr(ninter-1,ir))*
326     &             (rr(ninter,ir)**radpower)*
327     &             exp(-(log(rr(ninter,ir)/r0(ig,l)))**2/
[358]328     &             (2*sigma0**2))
[38]329
330c                **************** old method (not recommended!)
331c                qr(ig,l,ir)=(rd(ir)**(5-3*iq))*
[358]332c    &           exp( -(log(rd(ir)/r0(ig,l)))**2 / (2*sigma0**2) )
[38]333c                ******************************
334
335                 Sq(ig,l)=Sq(ig,l)+qr(ig,l,ir)
336              enddo
337            enddo
338          enddo
339
340          do ir=1,nr
341            do l=1,nlay
342              do ig=1,ngrid
343                 qr(ig,l,ir) = zqi(ig,l,iq)*qr(ig,l,ir)/Sq(ig,l)
344              enddo
345            enddo
346          enddo
347
348c         Computing sedimentation for each tracer
349c         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
350
351          zqi(1:ngrid,1:nlay,iq) = 0.
352          pdqs_sed(1:ngrid,iq) = 0.
353
354          do ir=1,nr
[358]355             IF ((iq.EQ.idust_mass).or.(iq.EQ.idust_number)) then
356               call newsedim(ngrid,nlay,1,1,ptimestep,
357     &         pplev,masse,epaisseur,pt,rd(ir),rho_dust,qr(1,1,ir),
358     &         wq,0.5)
359             ELSE
360               call newsedim(ngrid,nlay,1,ngrid*nlay,ptimestep,
361     &         pplev,masse,epaisseur,pt,rd(ir),rhocloud,qr(1,1,ir),
362     &         wq,1.0)
363             ENDIF
[38]364
365c            Tendencies
366c            ~~~~~~~~~~
367             do ig=1,ngrid
368               pdqs_sed(ig,iq) = pdqs_sed(ig,iq)
369     &                                + wq(ig,1)/ptimestep
370             end do
371             DO l = 1, nlay
372               DO ig=1,ngrid
373                 zqi(ig,l,iq)=zqi(ig,l,iq)+qr(ig,l,ir)
374               ENDDO
375             ENDDO
376          enddo ! of do ir=1,nr
377c -----------------------------------------------------------------
378c         WATER CYCLE CASE
379c -----------------------------------------------------------------
380          else if (water.and.(iq.eq.igcm_h2o_ice)) then
[358]381            if (microphys) then
[411]382              call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,ngrid*nlay,
383     &        ptimestep,pplev,masse,epaisseur,pt,rsedcloud,rhocloud,
384     &        zqi(1,1,iq),wq,1.0)
[358]385            else
[411]386              call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,1,
387     &        ptimestep,pplev,masse,epaisseur,pt,rsedcloud,rho_q(iq),
388     &        zqi(1,1,iq),wq,1.0)
[358]389            endif ! of if (microphys)
[38]390c           Tendencies
391c           ~~~~~~~~~~
392            do ig=1,ngrid
393              pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
394            end do
395c -----------------------------------------------------------------
396c         GENERAL CASE
397c -----------------------------------------------------------------
398          else
[358]399            call newsedim(ngrid,nlay,1,1,ptimestep,
[38]400     &      pplev,masse,epaisseur,pt,radius(iq),rho_q(iq),
401     &      zqi(1,1,iq),wq,1.0)
402c           Tendencies
403c           ~~~~~~~~~~
404            do ig=1,ngrid
405              pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
406            end do
407          endif ! of if doubleq and if water
408c -----------------------------------------------------------------
409
[358]410c         Compute the final tendency:
411c         ---------------------------
[38]412          DO l = 1, nlay
413            DO ig=1,ngrid
414              pdqsed(ig,l,iq)=(zqi(ig,l,iq)-
415     $        (pq(ig,l,iq) + pdqfi(ig,l,iq)*ptimestep))/ptimestep
416            ENDDO
417          ENDDO
418
419        endif ! of if(radius(iq).gt.1.e-9)
420c =================================================================
421      enddo ! of do iq=1,nq
422 
[358]423c     Update the dust particle size "rdust"
424c     -------------------------------------
425      DO l = 1, nlay
426        DO ig=1,ngrid
427          rdust(ig,l)=
428     &      CBRT(r3n_q*zqi(ig,l,idust_mass)/
429     &      max(zqi(ig,l,idust_number),0.01))
430          rdust(ig,l)=min(max(rdust(ig,l),1.e-10),500.e-6)
431        ENDDO
432      ENDDO
[411]433     
434c     Update the ice particle size "rice"
435c     -------------------------------------
436      IF(scavenging) THEN
437        DO l = 1, nlay
438          DO ig=1,ngrid
439            Mo   = zqi(ig,l,igcm_h2o_ice) +
440     &             zqi(ig,l,iccn_mass)* tauscaling(ig) + 1.e-30
441            No   = zqi(ig,l,iccn_number)* tauscaling(ig)+ 1.e-30
442            rhocloud(ig,l) = zqi(ig,l,igcm_h2o_ice) / Mo * rho_ice
443     &                       +zqi(ig,l,iccn_mass)* tauscaling(ig)
444     &                        / Mo * rho_dust
445            rhocloud(ig,l) =
446     &         min(max(rhocloud(ig,l),rho_ice),rho_dust)
447            rice(ig,l) =
448     &        ( Mo / No * 0.75 / pi / rhocloud(ig,l) ) **(1./3.)
449           if ((Mo.lt.1.e-20) .or. (No.le.1)) rice(ig,l) = 1.e-8
450c           print*, "Mice,Mo, No",zqi(ig,l,igcm_h2o_ice),Mo, No
451c           print*, "rice, rho apres", rice(ig,l), rhocloud(ig,l)
452           
453          ENDDO
454        ENDDO
455      ELSE
456        DO l = 1, nlay
457          DO ig=1,ngrid
458            ccntyp =
459     &     1.3e+8*max(tau(ig,1),0.001)/0.1*exp(-zlay(ig,l)/10000.)
460            ccntyp = ccntyp /ccn_factor
461            rice(ig,l)=max( CBRT ( (zqi(ig,l,igcm_h2o_ice)/rho_ice
462     &      +ccntyp*(4./3.)*pi*rdust(ig,l)**3.)
463     &      /(ccntyp*4./3.*pi) ), rdust(ig,l))     
464          ENDDO
465        ENDDO
466      ENDIF
[358]467
[38]468      RETURN
469      END
470
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.