source: trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/callsedim_mod.F @ 2090

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Mars GCM:
Cosmetic/practical changes:

  • swmain and lwmain become modules swmain_mod, lwmain_mod
  • Addition of the intent in/out characteristics of variables in swmain_mod and lwmain_mod subroutines

Correction:

  • in callsedim_mod, declaration of variable tau(ngrid,nlay) corrected to tau(ngrid,naerkind)

MV

File size: 19.3 KB
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      USE dimradmars_mod, only: naerkind
25      IMPLICIT NONE
26
27c=======================================================================
28c      Sedimentation of the  Martian aerosols
29c      depending on their density and radius
30c
31c      F.Forget 1999
32c
33c      Modified by J.-B. Madeleine 2010: Now includes the doubleq
34c        technique in order to have only one call to callsedim in
35c        physiq.F.
36c
37c      Modified by J. Audouard 09/16: Now includes the co2clouds case
38c        If the co2 microphysics is on, then co2 theice & ccn tracers
39c        are being sedimented in the microtimestep (co2cloud.F), not
40c        in this routine.
41c
42c=======================================================================
43
44c-----------------------------------------------------------------------
45c   declarations:
46c   -------------
47     
48      include "callkeys.h"
49
50c
51c   arguments:
52c   ----------
53
54      integer,intent(in) :: ngrid  ! number of horizontal grid points
55      integer,intent(in) :: nlay   ! number of atmospheric layers
56      real,intent(in) :: ptimestep ! physics time step (s)
57      real,intent(in) :: pplev(ngrid,nlay+1) ! pressure at inter-layers (Pa)
58      real,intent(in) :: zlev(ngrid,nlay+1) ! altitude at layer boundaries
59      real,intent(in) :: zlay(ngrid,nlay)   ! altitude at the middle of the layers
60      real,intent(in) :: pt(ngrid,nlay) ! temperature at mid-layer (K)
61      real,intent(in) :: pdt(ngrid,nlay) ! tendency on temperature, from
62                                         ! previous processes (K/s)
63c    Aerosol radius provided by the water ice microphysical scheme:
64      real,intent(out) :: rdust(ngrid,nlay) ! Dust geometric mean radius (m)
65      real,intent(out) :: rstormdust(ngrid,nlay) ! Stormdust geometric mean radius (m)
66      real,intent(out) :: rice(ngrid,nlay)  ! H2O Ice geometric mean radius (m)
67c     Sedimentation radius of water ice
68      real,intent(in) :: rsedcloud(ngrid,nlay)
69c     Cloud density (kg.m-3)
70      real,intent(inout) :: rhocloud(ngrid,nlay)
71c    Traceurs :
72      real,intent(in) :: pq(ngrid,nlay,nq)  ! tracers (kg/kg)
73      real,intent(in) :: pdqfi(ngrid,nlay,nq)  ! tendency before sedimentation (kg/kg.s-1)
74      real,intent(out) :: pdqsed(ngrid,nlay,nq) ! tendency due to sedimentation (kg/kg.s-1)
75      real,intent(out) :: pdqs_sed(ngrid,nq)    ! flux at surface (kg.m-2.s-1)
76      integer,intent(in) :: nq  ! number of tracers
77      real,intent(in) :: tau(ngrid,naerkind) ! dust opacity
78      real,intent(in) :: tauscaling(ngrid)
79     
80c   local:
81c   ------
82
83      INTEGER l,ig, iq
84
85      real zqi(ngrid,nlay,nq) ! to locally store tracers
86      real zt(ngrid,nlay) ! to locally store temperature
87      real masse (ngrid,nlay) ! Layer mass (kg.m-2)
88      real epaisseur (ngrid,nlay) ! Layer thickness (m)
89      real wq(ngrid,nlay+1) ! displaced tracer mass (kg.m-2)
90      real r0(ngrid,nlay) ! geometric mean radius used for
91                                !   sedimentation (m)
92      real r0dust(ngrid,nlay) ! geometric mean radius used for
93                                    !   dust (m)
94      real r0stormdust(ngrid,nlay) ! Geometric mean radius used for stormdust (m)
95!                                    !   CCNs (m)
96      real,save :: beta ! correction for the shape of the ice particles (cf. newsedim)
97c     for ice radius computation
98      REAL Mo,No
99      REAl ccntyp
100
101
102
103c     Discrete size distributions (doubleq)
104c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
105c       1) Parameters used to represent the changes in fall
106c          velocity as a function of particle size;
107      integer ir
108      integer,parameter :: nr=12 !(nr=7) ! number of bins
109      real,save :: rd(nr)
110      real qr(ngrid,nlay,nr)
111      real,save :: rdi(nr+1)    ! extreme and intermediate radii
112      real Sq(ngrid,nlay)
113      real,parameter :: rdmin=1.e-8
114      real,parameter :: rdmax=30.e-6
115      real,parameter :: rdimin=1.e-8 ! 1.e-7
116      real,parameter :: rdimax=1.e-4
117
118c       2) Second size distribution for the log-normal integration
119c          (the mass mixing ratio is computed for each radius)
120
121      integer iint
122      integer,parameter :: ninter=4 ! number of points between each rdi radii
123      real,save :: rr(ninter,nr)
124      integer radpower
125      real sigma0
126
127c       3) Other local variables used in doubleq
128
129      INTEGER,SAVE :: idust_mass  ! index of tracer containing dust mass
130                                  !   mix. ratio
131      INTEGER,SAVE :: idust_number ! index of tracer containing dust number
132                                   !   mix. ratio
133      INTEGER,SAVE :: iccn_mass  ! index of tracer containing CCN mass
134                                 !   mix. ratio
135      INTEGER,SAVE :: iccn_number ! index of tracer containing CCN number
136                                  !   mix. ratio
137      INTEGER,SAVE :: istormdust_mass  !  index of tracer containing
138                                       !stormdust mass mix. ratio
139      INTEGER,SAVE :: istormdust_number !  index of tracer containing
140                                        !stormdust number mix. ratio                     
141      INTEGER,SAVE :: iccnco2_number ! index of tracer containing CCN number
142      INTEGER,SAVE :: iccnco2_mass ! index of tracer containing CCN number
143      INTEGER,SAVE :: ico2_ice ! index of tracer containing CCN number
144
145
146      LOGICAL,SAVE :: firstcall=.true.
147
148
149
150c    ** un petit test de coherence
151c       --------------------------
152      ! AS: firstcall OK absolute
153      IF (firstcall) THEN
154         
155c       Doubleq: initialization
156        IF (doubleq) THEN
157         do ir=1,nr
158             rd(ir)= rdmin*(rdmax/rdmin)**(float(ir-1)/float(nr-1))
159         end do
160         rdi(1)=rdimin
161         do ir=2,nr
162           rdi(ir)= sqrt(rd(ir-1)*rd(ir))
163         end do
164         rdi(nr+1)=rdimax
165
166         do ir=1,nr
167           do iint=1,ninter
168             rr(iint,ir)=
169     &        rdi(ir)*
170     &        (rdi(ir+1)/rdi(ir))**(float(iint-1)/float(ninter-1))
171c             write(*,*) rr(iint,ir)
172           end do
173         end do
174
175      ! identify tracers corresponding to mass mixing ratio and
176      ! number mixing ratio
177        idust_mass=0      ! dummy initialization
178        idust_number=0    ! dummy initialization
179
180        do iq=1,nq
181          if (noms(iq).eq."dust_mass") then
182            idust_mass=iq
183            write(*,*)"callsedim: idust_mass=",idust_mass
184          endif
185          if (noms(iq).eq."dust_number") then
186            idust_number=iq
187            write(*,*)"callsedim: idust_number=",idust_number
188          endif
189        enddo
190
191        ! check that we did find the tracers
192        if ((idust_mass.eq.0).or.(idust_number.eq.0)) then
193          write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
194          write(*,*) ' tracers for dust mass and number mixing'
195          write(*,*) ' ratio and doubleq is activated!'
196          stop
197        endif
198        ENDIF !of if (doubleq)
199
200        IF (microphys) THEN
201          iccn_mass=0
202          iccn_number=0
203          do iq=1,nq
204            if (noms(iq).eq."ccn_mass") then
205              iccn_mass=iq
206              write(*,*)"callsedim: iccn_mass=",iccn_mass
207            endif
208            if (noms(iq).eq."ccn_number") then
209              iccn_number=iq
210              write(*,*)"callsedim: iccn_number=",iccn_number
211            endif
212          enddo
213          ! check that we did find the tracers
214          if ((iccn_mass.eq.0).or.(iccn_number.eq.0)) then
215            write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
216            write(*,*) ' tracers for ccn mass and number mixing'
217            write(*,*) ' ratio and microphys is activated!'
218            stop
219          endif
220        ENDIF !of if (microphys)
221
222        IF (co2clouds) THEN
223          iccnco2_mass=0
224          iccnco2_number=0
225          ico2_ice=0
226          do iq=1,nq
227            if (noms(iq).eq."ccnco2_mass") then
228              iccnco2_mass=iq
229              write(*,*)"callsedim: iccnco2_mass=",iccnco2_mass
230            endif
231            if (noms(iq).eq."co2_ice") then
232              ico2_ice=iq
233              write(*,*)"callsedim: ico2_ice=",ico2_ice
234            endif
235            if (noms(iq).eq."ccnco2_number") then
236              iccnco2_number=iq
237              write(*,*)"callsedim: iccnco2_number=",iccnco2_number
238            endif
239          enddo
240          ! check that we did find the tracers
241          if ((iccnco2_mass.eq.0).or.(iccnco2_number.eq.0)) then
242            write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
243            write(*,*) ' tracers for ccn co2 mass and number mixing'
244            write(*,*) ' ratio and co2clouds are activated!'
245            stop
246          endif
247       ENDIF                    !of if (co2clouds)
248
249       IF (water) THEN
250         write(*,*) "correction for the shape of the ice particles ?"
251         beta=0.75 ! default value
252         call getin("ice_shape",beta)
253         write(*,*) " ice_shape = ",beta
254
255          write(*,*) "water_param nueff Sedimentation:", nuice_sed
256          IF (activice) THEN
257            write(*,*) "water_param nueff Radiative:", nuice_ref
258          ENDIF
259       ENDIF
260
261       IF (rdstorm) THEN ! identifying stormdust tracers for sedimentation
262           istormdust_mass=0      ! dummy initialization
263           istormdust_number=0    ! dummy initialization
264
265           do iq=1,nq
266             if (noms(iq).eq."stormdust_mass") then
267               istormdust_mass=iq
268               write(*,*)"callsedim: istormdust_mass=",istormdust_mass
269             endif
270             if (noms(iq).eq."stormdust_number") then
271               istormdust_number=iq
272               write(*,*)"callsedim: istormdust_number=",
273     &                                           istormdust_number
274             endif
275           enddo
276
277           ! check that we did find the tracers
278           if ((istormdust_mass.eq.0).or.(istormdust_number.eq.0)) then
279             write(*,*) 'callsedim: error! could not identify'
280             write(*,*) ' tracers for stormdust mass and number mixing'
281             write(*,*) ' ratio and rdstorm is activated!'
282             stop
283           endif
284       ENDIF !of if (rdstorm)
285     
286        firstcall=.false.
287      ENDIF ! of IF (firstcall)
288
289c-----------------------------------------------------------------------
290c    1. Initialization
291c    -----------------
292
293!      zqi(1:ngrid,1:nlay,1:nqmx) = 0.
294c     Update the mass mixing ratio and temperature with the tendencies coming
295c       from other parameterizations:
296c     ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
297      zqi(1:ngrid,1:nlay,1:nq)=pq(1:ngrid,1:nlay,1:nq)
298     &                         +pdqfi(1:ngrid,1:nlay,1:nq)*ptimestep
299      zt(1:ngrid,1:nlay)=pt(1:ngrid,1:nlay)
300     &                         +pdt(1:ngrid,1:nlay)*ptimestep
301
302c    Computing the different layer properties
303c    ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
304c    Mass (kg.m-2), thickness(m), crossing time (s)  etc.
305
306      do  l=1,nlay
307        do ig=1, ngrid
308          masse(ig,l)=(pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1)) /g
309          epaisseur(ig,l)= zlev(ig,l+1) - zlev(ig,l)
310        end do
311      end do
312
313c =================================================================
314c     Compute the geometric mean radius used for sedimentation
315
316      if (doubleq) then
317        do l=1,nlay
318          do ig=1, ngrid
319     
320         call updaterdust(zqi(ig,l,igcm_dust_mass),
321     &                    zqi(ig,l,igcm_dust_number),r0dust(ig,l),
322     &                    tauscaling(ig))
323         
324          end do
325        end do
326      endif
327      ! rocket dust storm
328      if (rdstorm) then
329        do l=1,nlay
330          do ig=1, ngrid
331     
332         call updaterdust(zqi(ig,l,igcm_stormdust_mass),
333     &               zqi(ig,l,igcm_stormdust_number),r0stormdust(ig,l),
334     &               tauscaling(ig))
335         
336          end do
337        end do
338      endif
339c =================================================================
340      do iq=1,nq
341        if(radius(iq).gt.1.e-9 .and.(iq.ne.ico2_ice) .and.
342     &        (iq .ne. iccnco2_mass) .and. (iq .ne.
343     &        iccnco2_number)) then   ! no sedim for gaz or CO2 clouds  (done in microtimestep)
344
345c -----------------------------------------------------------------
346c         DOUBLEQ CASE
347c -----------------------------------------------------------------
348          if ((doubleq.and.
349     &     ((iq.eq.idust_mass).or.(iq.eq.idust_number).or.
350     &     (iq.eq.istormdust_mass).or.(iq.eq.istormdust_number)))) then
351     
352c           Computing size distribution:
353c           ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
354
355            if ((iq.eq.idust_mass).or.(iq.eq.idust_number)) then
356              do  l=1,nlay
357                do ig=1, ngrid
358                  r0(ig,l)=r0dust(ig,l)
359                end do
360              end do
361            else if ((iq.eq.istormdust_mass).or.
362     &                                (iq.eq.istormdust_number)) then
363              do  l=1,nlay
364                do ig=1, ngrid
365                  r0(ig,l)=r0stormdust(ig,l)
366                end do
367              end do
368            endif
369            sigma0 = varian
370
371c        Computing mass mixing ratio for each particle size
372c        ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
373          IF ((iq.EQ.idust_mass).or.(iq.EQ.istormdust_mass)) then
374            radpower = 2
375          ELSE  ! number
376            radpower = -1
377          ENDIF
378          Sq(1:ngrid,1:nlay) = 0.
379          do ir=1,nr
380            do l=1,nlay
381              do ig=1,ngrid
382c                ****************
383c                Size distribution integration
384c                (Trapezoid Integration Method)
385                 qr(ig,l,ir)=0.5*(rr(2,ir)-rr(1,ir))*
386     &             (rr(1,ir)**radpower)*
387     &             exp(-(log(rr(1,ir)/r0(ig,l)))**2/(2*sigma0**2))
388                 do iint=2,ninter-1
389                   qr(ig,l,ir)=qr(ig,l,ir) +
390     &             0.5*(rr(iint+1,ir)-rr(iint-1,ir))*
391     &             (rr(iint,ir)**radpower)*
392     &             exp(-(log(rr(iint,ir)/r0(ig,l)))**2/
393     &             (2*sigma0**2))
394                 end do
395                 qr(ig,l,ir)=qr(ig,l,ir) +
396     &             0.5*(rr(ninter,ir)-rr(ninter-1,ir))*
397     &             (rr(ninter,ir)**radpower)*
398     &             exp(-(log(rr(ninter,ir)/r0(ig,l)))**2/
399     &             (2*sigma0**2))
400
401c                **************** old method (not recommended!)
402c                qr(ig,l,ir)=(rd(ir)**(5-3*iq))*
403c    &           exp( -(log(rd(ir)/r0(ig,l)))**2 / (2*sigma0**2) )
404c                ******************************
405
406                 Sq(ig,l)=Sq(ig,l)+qr(ig,l,ir)
407              enddo
408            enddo
409          enddo
410
411          do ir=1,nr
412            do l=1,nlay
413              do ig=1,ngrid
414                 qr(ig,l,ir) = zqi(ig,l,iq)*qr(ig,l,ir)/Sq(ig,l)
415              enddo
416            enddo
417          enddo
418
419c         Computing sedimentation for each tracer
420c         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
421
422          zqi(1:ngrid,1:nlay,iq) = 0.
423          pdqs_sed(1:ngrid,iq) = 0.
424
425          do ir=1,nr
426               call newsedim(ngrid,nlay,1,1,ptimestep,
427     &         pplev,masse,epaisseur,zt,rd(ir),(/rho_dust/),qr(1,1,ir),
428     &         wq,0.5)
429
430c            Tendencies
431c            ~~~~~~~~~~
432             do ig=1,ngrid
433               pdqs_sed(ig,iq) = pdqs_sed(ig,iq)
434     &                                + wq(ig,1)/ptimestep
435             end do
436             DO l = 1, nlay
437               DO ig=1,ngrid
438                 zqi(ig,l,iq)=zqi(ig,l,iq)+qr(ig,l,ir)
439               ENDDO
440             ENDDO           
441          enddo ! of do ir=1,nr
442c -----------------------------------------------------------------
443c         WATER CYCLE CASE
444c -----------------------------------------------------------------
445           else if ((iq .eq. iccn_mass) .or. (iq .eq. iccn_number)
446     &       .or. (iq .eq. igcm_h2o_ice)) then
447            if (microphys) then
448              ! water ice sedimentation
449              call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,ngrid*nlay,
450     &        ptimestep,pplev,masse,epaisseur,zt,rsedcloud,rhocloud,
451     &        zqi(1,1,iq),wq,beta)
452            else
453              ! water ice sedimentation
454              call newsedim(ngrid,nlay,ngrid*nlay,1,
455     &        ptimestep,pplev,masse,epaisseur,zt,rsedcloud,rho_q(iq),
456     &        zqi(1,1,iq),wq,beta)
457            endif ! of if (microphys)
458c           Tendencies
459c           ~~~~~~~~~~
460            do ig=1,ngrid
461              pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
462            end do
463c -----------------------------------------------------------------
464c         GENERAL CASE
465c -----------------------------------------------------------------
466          else
467            call newsedim(ngrid,nlay,1,1,ptimestep,
468     &      pplev,masse,epaisseur,zt,radius(iq),rho_q(iq),
469     &      zqi(1,1,iq),wq,1.0)
470c           Tendencies
471c           ~~~~~~~~~~
472            do ig=1,ngrid
473              pdqs_sed(ig,iq)=wq(ig,1)/ptimestep
474            end do
475          endif ! of if doubleq and if water
476c -----------------------------------------------------------------
477
478c         Compute the final tendency:
479c         ---------------------------
480          DO l = 1, nlay
481            DO ig=1,ngrid
482              pdqsed(ig,l,iq)=(zqi(ig,l,iq)-
483     $        (pq(ig,l,iq) + pdqfi(ig,l,iq)*ptimestep))/ptimestep
484            ENDDO
485          ENDDO
486
487        endif ! of if(radius(iq).gt.1.e-9)
488c =================================================================
489      enddo ! of do iq=1,nq
490
491c     Update the dust particle size "rdust"
492c     -------------------------------------
493      if (doubleq) then
494       DO l = 1, nlay
495        DO ig=1,ngrid
496       
497     
498         call updaterdust(zqi(ig,l,igcm_dust_mass),
499     &                    zqi(ig,l,igcm_dust_number),rdust(ig,l),
500     &                    tauscaling(ig))     
501
502         
503        ENDDO
504       ENDDO
505      endif ! of if (doubleq)
506
507      if (rdstorm) then
508       DO l = 1, nlay
509        DO ig=1,ngrid
510         call updaterdust(zqi(ig,l,igcm_stormdust_mass),
511     &                zqi(ig,l,igcm_stormdust_number),rstormdust(ig,l),
512     &                tauscaling(ig))   
513        ENDDO
514       ENDDO
515      endif ! of if (rdstorm)
516 
517c     Update the ice particle size "rice"
518c     -------------------------------------
519      if (water) then
520       IF(microphys) THEN
521       
522       
523        DO l = 1, nlay
524          DO ig=1,ngrid
525
526         call updaterice_micro(zqi(ig,l,igcm_h2o_ice),
527     &    zqi(ig,l,igcm_ccn_mass),zqi(ig,l,igcm_ccn_number),
528     &    tauscaling(ig),rice(ig,l),rhocloud(ig,l))
529           
530          ENDDO
531        ENDDO
532       
533       ELSE
534       
535        DO l = 1, nlay
536          DO ig=1,ngrid
537         
538            call updaterice_typ(zqi(ig,l,igcm_h2o_ice),
539     &                      tau(ig,1),zlay(ig,l),rice(ig,l))
540
541          ENDDO
542        ENDDO
543       ENDIF ! of IF(microphys)
544      endif ! of if (water)
545
546      END SUBROUTINE callsedim
547     
548      END MODULE callsedim_mod
549
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.