source: trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/callsedim_mod.F @ 1974

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Mars GCM:
Integration of the detached dust layer parametrizations (rocket dust storm, slope wind lifting, CW, and dust injection scheme, DB).
Still experimental, default behaviour (rdstorm=.false., dustinjection=0) identical to previous revision.
NB: Updated newstart requires an updated "surface.nc" containing the "hmons" field.
EM+MV

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Line 
1      MODULE callsedim_mod
2
3      IMPLICIT NONE
4
5      CONTAINS
6
7      SUBROUTINE callsedim(ngrid,nlay,ptimestep,
8     &                pplev,zlev,zlay,pt,pdt,rdust,rstormdust,rice,
9     &                rsedcloud,rhocloud,
10     &                pq,pdqfi,pdqsed,pdqs_sed,nq,
11     &                tau,tauscaling)
12
13      USE ioipsl_getincom, only: getin
14      USE updaterad, only: updaterdust,updaterice_micro,updaterice_typ
15      USE tracer_mod, only: noms, igcm_dust_mass, igcm_dust_number,
16     &                      rho_dust, rho_q, radius, varian,
17     &                      igcm_ccn_mass, igcm_ccn_number,
18     &                      igcm_h2o_ice, nuice_sed, nuice_ref,
19     &                      igcm_ccnco2_mass,igcm_ccnco2_number,
20     &                      igcm_co2_ice, igcm_stormdust_mass,
21     &                      igcm_stormdust_number
22      USE newsedim_mod, ONLY: newsedim
23      USE comcstfi_h, ONLY: g
24      IMPLICIT NONE
25
26c=======================================================================
27c      Sedimentation of the  Martian aerosols
28c      depending on their density and radius
29c
30c      F.Forget 1999
31c
32c      Modified by J.-B. Madeleine 2010: Now includes the doubleq
33c        technique in order to have only one call to callsedim in
34c        physiq.F.
35c
36c      Modified by J. Audouard 09/16: Now includes the co2clouds case
37c        If the co2 microphysics is on, then co2 theice & ccn tracers
38c        are being sedimented in the microtimestep (co2cloud.F), not
39c        in this routine.
40c
41c=======================================================================
42
43c-----------------------------------------------------------------------
44c   declarations:
45c   -------------
46     
47      include "callkeys.h"
48
49c
50c   arguments:
51c   ----------
52
53      integer,intent(in) :: ngrid  ! number of horizontal grid points
54      integer,intent(in) :: nlay   ! number of atmospheric layers
55      real,intent(in) :: ptimestep ! physics time step (s)
56      real,intent(in) :: pplev(ngrid,nlay+1) ! pressure at inter-layers (Pa)
57      real,intent(in) :: zlev(ngrid,nlay+1) ! altitude at layer boundaries
58      real,intent(in) :: zlay(ngrid,nlay)   ! altitude at the middle of the layers
59      real,intent(in) :: pt(ngrid,nlay) ! temperature at mid-layer (K)
60      real,intent(in) :: pdt(ngrid,nlay) ! tendency on temperature, from
61                                         ! previous processes (K/s)
62c    Aerosol radius provided by the water ice microphysical scheme:
63      real,intent(out) :: rdust(ngrid,nlay) ! Dust geometric mean radius (m)
64      real,intent(out) :: rstormdust(ngrid,nlay) ! Stormdust geometric mean radius (m)
65      real,intent(out) :: rice(ngrid,nlay)  ! H2O Ice geometric mean radius (m)
66c     Sedimentation radius of water ice
67      real,intent(in) :: rsedcloud(ngrid,nlay)
68c     Cloud density (kg.m-3)
69      real,intent(inout) :: rhocloud(ngrid,nlay)
70c    Traceurs :
71      real,intent(in) :: pq(ngrid,nlay,nq)  ! tracers (kg/kg)
72      real,intent(in) :: pdqfi(ngrid,nlay,nq)  ! tendency before sedimentation (kg/kg.s-1)
73      real,intent(out) :: pdqsed(ngrid,nlay,nq) ! tendency due to sedimentation (kg/kg.s-1)
74      real,intent(out) :: pdqs_sed(ngrid,nq)    ! flux at surface (kg.m-2.s-1)
75      integer,intent(in) :: nq  ! number of tracers
76      real,intent(in) :: tau(ngrid,nlay) ! dust opacity
77      real,intent(in) :: tauscaling(ngrid)
78     
79c   local:
80c   ------
81
82      INTEGER l,ig, iq
83
84      real zqi(ngrid,nlay,nq) ! to locally store tracers
85      real zt(ngrid,nlay) ! to locally store temperature
86      real masse (ngrid,nlay) ! Layer mass (kg.m-2)
87      real epaisseur (ngrid,nlay) ! Layer thickness (m)
88      real wq(ngrid,nlay+1) ! displaced tracer mass (kg.m-2)
89      real r0(ngrid,nlay) ! geometric mean radius used for
90                                !   sedimentation (m)
91      real r0dust(ngrid,nlay) ! geometric mean radius used for
92                                    !   dust (m)
93      real r0stormdust(ngrid,nlay) ! Geometric mean radius used for stormdust (m)
94!                                    !   CCNs (m)
95      real,save :: beta ! correction for the shape of the ice particles (cf. newsedim)
96c     for ice radius computation
97      REAL Mo,No
98      REAl ccntyp
99
100
101
102c     Discrete size distributions (doubleq)
103c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
104c       1) Parameters used to represent the changes in fall
105c          velocity as a function of particle size;
106      integer ir
107      integer,parameter :: nr=12 !(nr=7) ! number of bins
108      real,save :: rd(nr)
109      real qr(ngrid,nlay,nr)
110      real,save :: rdi(nr+1)    ! extreme and intermediate radii
111      real Sq(ngrid,nlay)
112      real,parameter :: rdmin=1.e-8
113      real,parameter :: rdmax=30.e-6
114      real,parameter :: rdimin=1.e-8 ! 1.e-7
115      real,parameter :: rdimax=1.e-4
116
117c       2) Second size distribution for the log-normal integration
118c          (the mass mixing ratio is computed for each radius)
119
120      integer iint
121      integer,parameter :: ninter=4 ! number of points between each rdi radii
122      real,save :: rr(ninter,nr)
123      integer radpower
124      real sigma0
125
126c       3) Other local variables used in doubleq
127
128      INTEGER,SAVE :: idust_mass  ! index of tracer containing dust mass
129                                  !   mix. ratio
130      INTEGER,SAVE :: idust_number ! index of tracer containing dust number
131                                   !   mix. ratio
132      INTEGER,SAVE :: iccn_mass  ! index of tracer containing CCN mass
133                                 !   mix. ratio
134      INTEGER,SAVE :: iccn_number ! index of tracer containing CCN number
135                                  !   mix. ratio
136      INTEGER,SAVE :: istormdust_mass  !  index of tracer containing
137                                       !stormdust mass mix. ratio
138      INTEGER,SAVE :: istormdust_number !  index of tracer containing
139                                        !stormdust number mix. ratio                     
140      INTEGER,SAVE :: iccnco2_number ! index of tracer containing CCN number
141      INTEGER,SAVE :: iccnco2_mass ! index of tracer containing CCN number
142      INTEGER,SAVE :: ico2_ice ! index of tracer containing CCN number
143
144
145      LOGICAL,SAVE :: firstcall=.true.
146
147
148
149c    ** un petit test de coherence
150c       --------------------------
151      ! AS: firstcall OK absolute
152      IF (firstcall) THEN
153         
154c       Doubleq: initialization
155        IF (doubleq) THEN
156         do ir=1,nr
157             rd(ir)= rdmin*(rdmax/rdmin)**(float(ir-1)/float(nr-1))
158         end do
159         rdi(1)=rdimin
160         do ir=2,nr
161           rdi(ir)= sqrt(rd(ir-1)*rd(ir))
162         end do
163         rdi(nr+1)=rdimax
164
165         do ir=1,nr
166           do iint=1,ninter
167             rr(iint,ir)=
168     &        rdi(ir)*
169     &        (rdi(ir+1)/rdi(ir))**(float(iint-1)/float(ninter-1))
170c             write(*,*) rr(iint,ir)
171           end do
172         end do
173
174      ! identify tracers corresponding to mass mixing ratio and
175      ! number mixing ratio
176        idust_mass=0      ! dummy initialization
177        idust_number=0    ! dummy initialization
178
179        do iq=1,nq
180          if (noms(iq).eq."dust_mass") then
181            idust_mass=iq
182            write(*,*)"callsedim: idust_mass=",idust_mass
183          endif
184          if (noms(iq).eq."dust_number") then
185            idust_number=iq
186            write(*,*)"callsedim: idust_number=",idust_number
187          endif
188        enddo
189
190        ! check that we did find the tracers
191        if ((idust_mass.eq.0).or.(idust_number.eq.0)) then
192          write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
193          write(*,*) ' tracers for dust mass and number mixing'
194          write(*,*) ' ratio and doubleq is activated!'
195          stop
196        endif
197        ENDIF !of if (doubleq)
198
199        IF (microphys) THEN
200          iccn_mass=0
201          iccn_number=0
202          do iq=1,nq
203            if (noms(iq).eq."ccn_mass") then
204              iccn_mass=iq
205              write(*,*)"callsedim: iccn_mass=",iccn_mass
206            endif
207            if (noms(iq).eq."ccn_number") then
208              iccn_number=iq
209              write(*,*)"callsedim: iccn_number=",iccn_number
210            endif
211          enddo
212          ! check that we did find the tracers
213          if ((iccn_mass.eq.0).or.(iccn_number.eq.0)) then
214            write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
215            write(*,*) ' tracers for ccn mass and number mixing'
216            write(*,*) ' ratio and microphys is activated!'
217            stop
218          endif
219        ENDIF !of if (microphys)
220
221        IF (co2clouds) THEN
222          iccnco2_mass=0
223          iccnco2_number=0
224          ico2_ice=0
225          do iq=1,nq
226            if (noms(iq).eq."ccnco2_mass") then
227              iccnco2_mass=iq
228              write(*,*)"callsedim: iccnco2_mass=",iccnco2_mass
229            endif
230            if (noms(iq).eq."co2_ice") then
231              ico2_ice=iq
232              write(*,*)"callsedim: ico2_ice=",ico2_ice
233            endif
234            if (noms(iq).eq."ccnco2_number") then
235              iccnco2_number=iq
236              write(*,*)"callsedim: iccnco2_number=",iccnco2_number
237            endif
238          enddo
239          ! check that we did find the tracers
240          if ((iccnco2_mass.eq.0).or.(iccnco2_number.eq.0)) then
241            write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
242            write(*,*) ' tracers for ccn co2 mass and number mixing'
243            write(*,*) ' ratio and co2clouds are activated!'
244            stop
245          endif
246       ENDIF                    !of if (co2clouds)
247
248       IF (water) THEN
249         write(*,*) "correction for the shape of the ice particles ?"
250         beta=0.75 ! default value
251         call getin("ice_shape",beta)
252         write(*,*) " ice_shape = ",beta
253
254          write(*,*) "water_param nueff Sedimentation:", nuice_sed
255          IF (activice) THEN
256            write(*,*) "water_param nueff Radiative:", nuice_ref
257          ENDIF
258       ENDIF
259
260       IF (rdstorm) THEN ! identifying stormdust tracers for sedimentation
261           istormdust_mass=0      ! dummy initialization
262           istormdust_number=0    ! dummy initialization
263
264           do iq=1,nq
265             if (noms(iq).eq."stormdust_mass") then
266               istormdust_mass=iq
267               write(*,*)"callsedim: istormdust_mass=",istormdust_mass
268             endif
269             if (noms(iq).eq."stormdust_number") then
270               istormdust_number=iq
271               write(*,*)"callsedim: istormdust_number=",
272     &                                           istormdust_number
273             endif
274           enddo
275
276           ! check that we did find the tracers
277           if ((istormdust_mass.eq.0).or.(istormdust_number.eq.0)) then
278             write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
279             write(*,*) ' tracers for stormdust mass and number mixing'
280             write(*,*) ' ratio and rdstorm is activated!'
281             stop
282           endif
283       ENDIF !of if (rdstorm)
284     
285        firstcall=.false.
286      ENDIF ! of IF (firstcall)
287
288c-----------------------------------------------------------------------
289c    1. Initialization
290c    -----------------
291
292!      zqi(1:ngrid,1:nlay,1:nqmx) = 0.
293c     Update the mass mixing ratio and temperature with the tendencies coming
294c       from other parameterizations:
295c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
296      zqi(1:ngrid,1:nlay,1:nq)=pq(1:ngrid,1:nlay,1:nq)
297     &                         +pdqfi(1:ngrid,1:nlay,1:nq)*ptimestep
298      zt(1:ngrid,1:nlay)=pt(1:ngrid,1:nlay)
299     &                         +pdt(1:ngrid,1:nlay)*ptimestep
300
301c    Computing the different layer properties
302c    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
303c    Mass (kg.m-2), thickness(m), crossing time (s)  etc.
304
305      do  l=1,nlay
306        do ig=1, ngrid
307          masse(ig,l)=(pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1)) /g
308          epaisseur(ig,l)= zlev(ig,l+1) - zlev(ig,l)
309        end do
310      end do
311
312c =================================================================
313c     Compute the geometric mean radius used for sedimentation
314
315      if (doubleq) then
316        do l=1,nlay
317          do ig=1, ngrid
318     
319         call updaterdust(zqi(ig,l,igcm_dust_mass),
320     &                    zqi(ig,l,igcm_dust_number),r0dust(ig,l),
321     &                    tauscaling(ig))
322         
323          end do
324        end do
325      endif
326      ! rocket dust storm
327      if (rdstorm) then
328        do l=1,nlay
329          do ig=1, ngrid
330     
331         call updaterdust(zqi(ig,l,igcm_stormdust_mass),
332     &               zqi(ig,l,igcm_stormdust_number),r0stormdust(ig,l),
333     &               tauscaling(ig))
334         
335          end do
336        end do
337      endif
338c =================================================================
339      do iq=1,nq
340        if(radius(iq).gt.1.e-9 .and.(iq.ne.ico2_ice) .and.
341     &        (iq .ne. iccnco2_mass) .and. (iq .ne.
342     &        iccnco2_number)) then   ! no sedim for gaz or CO2 clouds  (done in microtimestep)
343
344c -----------------------------------------------------------------
345c         DOUBLEQ CASE
346c -----------------------------------------------------------------
347          if ((doubleq.and.
348     &     ((iq.eq.idust_mass).or.(iq.eq.idust_number).or.
349     &     (iq.eq.istormdust_mass).or.(iq.eq.istormdust_number)))) then
350     
351c           Computing size distribution:
352c           ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
353
354            if ((iq.eq.idust_mass).or.(iq.eq.idust_number)) then
355              do  l=1,nlay
356                do ig=1, ngrid
357                  r0(ig,l)=r0dust(ig,l)
358                end do
359              end do
360            else if ((iq.eq.istormdust_mass).or.
361     &                                (iq.eq.istormdust_number)) then
362              do  l=1,nlay
363                do ig=1, ngrid
364                  r0(ig,l)=r0stormdust(ig,l)
365                end do
366              end do
367            endif
368            sigma0 = varian
369
370c        Computing mass mixing ratio for each particle size
371c        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
372          IF ((iq.EQ.idust_mass).or.(iq.EQ.istormdust_mass)) then
373            radpower = 2
374          ELSE  ! number
375            radpower = -1
376          ENDIF
377          Sq(1:ngrid,1:nlay) = 0.
378          do ir=1,nr
379            do l=1,nlay
380              do ig=1,ngrid
381c                ****************
382c                Size distribution integration
383c                (Trapezoid Integration Method)
384                 qr(ig,l,ir)=0.5*(rr(2,ir)-rr(1,ir))*
385     &             (rr(1,ir)**radpower)*
386     &             exp(-(log(rr(1,ir)/r0(ig,l)))**2/(2*sigma0**2))
387                 do iint=2,ninter-1
388                   qr(ig,l,ir)=qr(ig,l,ir) +
389     &             0.5*(rr(iint+1,ir)-rr(iint-1,ir))*
390     &             (rr(iint,ir)**radpower)*
391     &             exp(-(log(rr(iint,ir)/r0(ig,l)))**2/
392     &             (2*sigma0**2))
393                 end do
394                 qr(ig,l,ir)=qr(ig,l,ir) +
395     &             0.5*(rr(ninter,ir)-rr(ninter-1,ir))*
396     &             (rr(ninter,ir)**radpower)*
397     &             exp(-(log(rr(ninter,ir)/r0(ig,l)))**2/
398     &             (2*sigma0**2))
399
400c                **************** old method (not recommended!)
401c                qr(ig,l,ir)=(rd(ir)**(5-3*iq))*
402c    &           exp( -(log(rd(ir)/r0(ig,l)))**2 / (2*sigma0**2) )
403c                ******************************
404
405                 Sq(ig,l)=Sq(ig,l)+qr(ig,l,ir)
406              enddo
407            enddo
408          enddo
409
410          do ir=1,nr
411            do l=1,nlay
412              do ig=1,ngrid
413                 qr(ig,l,ir) = zqi(ig,l,iq)*qr(ig,l,ir)/Sq(ig,l)
414              enddo
415            enddo
416          enddo
417
418c         Computing sedimentation for each tracer
419c         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
420
421          zqi(1:ngrid,1:nlay,iq) = 0.
422          pdqs_sed(1:ngrid,iq) = 0.
423
424          do ir=1,nr
425               call newsedim(ngrid,nlay,1,1,ptimestep,
426     &         pplev,masse,epaisseur,zt,rd(ir),(/rho_dust/),qr(1,1,ir),
427     &         wq,0.5)
428
429c            Tendencies
430c            ~~~~~~~~~~
431             do ig=1,ngrid
432               pdqs_sed(ig,iq) = pdqs_sed(ig,iq)
433     &                                + wq(ig,1)/ptimestep
434             end do
435             DO l = 1, nlay
436               DO ig=1,ngrid
437                 zqi(ig,l,iq)=zqi(ig,l,iq)+qr(ig,l,ir)
438               ENDDO
439             ENDDO           
440          enddo ! of do ir=1,nr
441c -----------------------------------------------------------------
442c         WATER CYCLE CASE
443c -----------------------------------------------------------------
444           else if ((iq .eq. iccn_mass) .or. (iq .eq. iccn_number)
445     &       .or. (iq .eq. igcm_h2o_ice)) then
446            if (microphys) then
447              ! water ice sedimentation
448              call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,ngrid*nlay,
449     &        ptimestep,pplev,masse,epaisseur,zt,rsedcloud,rhocloud,
450     &        zqi(1,1,iq),wq,beta)
451            else
452              ! water ice sedimentation
453              call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,1,
454     &        ptimestep,pplev,masse,epaisseur,zt,rsedcloud,rho_q(iq),
455     &        zqi(1,1,iq),wq,beta)
456            endif ! of if (microphys)
457c           Tendencies
458c           ~~~~~~~~~~
459            do ig=1,ngrid
460              pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
461            end do
462c -----------------------------------------------------------------
463c         GENERAL CASE
464c -----------------------------------------------------------------
465          else
466            call newsedim(ngrid,nlay,1,1,ptimestep,
467     &      pplev,masse,epaisseur,zt,radius(iq),rho_q(iq),
468     &      zqi(1,1,iq),wq,1.0)
469c           Tendencies
470c           ~~~~~~~~~~
471            do ig=1,ngrid
472              pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
473            end do
474          endif ! of if doubleq and if water
475c -----------------------------------------------------------------
476
477c         Compute the final tendency:
478c         ---------------------------
479          DO l = 1, nlay
480            DO ig=1,ngrid
481              pdqsed(ig,l,iq)=(zqi(ig,l,iq)-
482     $        (pq(ig,l,iq) + pdqfi(ig,l,iq)*ptimestep))/ptimestep
483            ENDDO
484          ENDDO
485
486        endif ! of if(radius(iq).gt.1.e-9)
487c =================================================================
488      enddo ! of do iq=1,nq
489
490c     Update the dust particle size "rdust"
491c     -------------------------------------
492      if (doubleq) then
493       DO l = 1, nlay
494        DO ig=1,ngrid
495       
496     
497         call updaterdust(zqi(ig,l,igcm_dust_mass),
498     &                    zqi(ig,l,igcm_dust_number),rdust(ig,l),
499     &                    tauscaling(ig))     
500
501         
502        ENDDO
503       ENDDO
504      endif ! of if (doubleq)
505
506      if (rdstorm) then
507       DO l = 1, nlay
508        DO ig=1,ngrid
509         call updaterdust(zqi(ig,l,igcm_stormdust_mass),
510     &                zqi(ig,l,igcm_stormdust_number),rstormdust(ig,l),
511     &                tauscaling(ig))   
512        ENDDO
513       ENDDO
514      endif ! of if (rdstorm)
515 
516c     Update the ice particle size "rice"
517c     -------------------------------------
518      if (water) then
519       IF(microphys) THEN
520       
521       
522        DO l = 1, nlay
523          DO ig=1,ngrid
524
525         call updaterice_micro(zqi(ig,l,igcm_h2o_ice),
526     &    zqi(ig,l,igcm_ccn_mass),zqi(ig,l,igcm_ccn_number),
527     &    tauscaling(ig),rice(ig,l),rhocloud(ig,l))
528           
529          ENDDO
530        ENDDO
531       
532       ELSE
533       
534        DO l = 1, nlay
535          DO ig=1,ngrid
536         
537            call updaterice_typ(zqi(ig,l,igcm_h2o_ice),
538     &                      tau(ig,1),zlay(ig,l),rice(ig,l))
539
540          ENDDO
541        ENDDO
542       ENDIF ! of IF(microphys)
543      endif ! of if (water)
544
545      END SUBROUTINE callsedim
546     
547      END MODULE callsedim_mod
548
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.