source: trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/co2condens_mod.F @ 2266

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Mars GCM:
Bug fix in the scavenging routine (missing initialisation of tendencies of
surface tracers) in co2condens.
EM

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Line 
1      MODULE co2condens_mod
2
3      IMPLICIT NONE
4
5      logical, save :: scavco2cond = .false. ! flag for using scavenging_by_co2
6     
7      CONTAINS
8
9      SUBROUTINE co2condens(ngrid,nlayer,nq,ptimestep,
10     $                  pcapcal,pplay,pplev,ptsrf,pt,
11     $                  pphi,pdt,pdu,pdv,pdtsrf,pu,pv,pq,pdq,
12     $                  piceco2,psolaralb,pemisurf,rdust,
13     $                  pdtc,pdtsrfc,pdpsrf,pduc,pdvc,pdqc,
14     $                  fluxsurf_sw,zls,
15     $                  zdqssed_co2,pcondicea_co2microp,
16     $                  zdtcloudco2,pdqsc)
17                                                   
18       use tracer_mod, only: noms, igcm_h2o_ice,
19     &                      igcm_dust_mass, igcm_dust_number,
20     &                      igcm_ccn_mass, igcm_ccn_number
21       use surfdat_h, only: emissiv, phisfi
22       use geometry_mod, only: latitude, ! grid point latitudes (rad)
23     &                         longitude_deg, latitude_deg
24       use planete_h, only: obliquit
25       use comcstfi_h, only: cpp, g, r, pi
26       
27#ifndef MESOSCALE
28       USE vertical_layers_mod, ONLY: ap, bp
29#endif
30       IMPLICIT NONE
31c=======================================================================
32c   subject:
33c   --------
34c   Condensation/sublimation of CO2 ice on the ground and in the
35c   atmosphere
36c   (Scheme described in Forget et al., Icarus, 1998)
37c
38c   author:   Francois Forget     1994-1996 ; updated 1996 -- 2018
39c   ------
40c             adapted to external CO2 ice clouds scheme by Deborah Bardet (2018) '
41c
42c=======================================================================
43c
44c    0.  Declarations :
45c    ------------------
46c
47      include "callkeys.h"
48
49c-----------------------------------------------------------------------
50c    Arguments :
51c    ---------
52      INTEGER,INTENT(IN) :: ngrid  ! number of atmospheric columns
53      INTEGER,INTENT(IN) :: nlayer ! number of vertical layers
54      INTEGER,INTENT(IN) :: nq  ! number of tracers
55
56      REAL,INTENT(IN) :: ptimestep ! physics timestep (s)
57      REAL,INTENT(IN) :: pcapcal(ngrid)
58      REAL,INTENT(IN) :: pplay(ngrid,nlayer) !mid-layer pressure (Pa)
59      REAL,INTENT(IN) :: pplev(ngrid,nlayer+1) ! inter-layer pressure (Pa)
60      REAL,INTENT(IN) :: ptsrf(ngrid) ! surface temperature (K)
61      REAL,INTENT(IN) :: pt(ngrid,nlayer) ! atmospheric temperature (K)
62      REAL,INTENT(IN) :: pphi(ngrid,nlayer) ! geopotential (m2.s-2)
63      REAL,INTENT(IN) :: pdt(ngrid,nlayer) ! tendency on temperature from
64                                           ! previous physical processes (K/s)
65      REAL,INTENT(IN) :: pdu(ngrid,nlayer) ! tendency on zonal wind (m/s2)
66                                           ! from previous physical processes
67      REAL,INTENT(IN) :: pdv(ngrid,nlayer) ! tendency on meridional wind (m/s2)
68                                           ! from previous physical processes
69      REAL,INTENT(IN) :: pdtsrf(ngrid) ! tendency on surface temperature from
70                                       ! previous physical processes (K/s)
71      REAL,INTENT(IN) :: pu(ngrid,nlayer) ! zonal wind (m/s)
72      REAL,INTENT(IN) :: pv(ngrid,nlayer) ! meridional wind (m/s)
73      REAL,INTENT(IN) :: pq(ngrid,nlayer,nq) ! tracers (../kg_air)
74      REAL,INTENT(IN) :: pdq(ngrid,nlayer,nq) ! tendency on tracers from
75                                              ! previous physical processes
76
77      REAL,INTENT(IN) :: zdqssed_co2(ngrid)  ! CO2 flux at the surface  (kg.m-2.s-1)
78      REAL,INTENT(IN) :: pcondicea_co2microp(ngrid,nlayer)! tendency due to CO2 condensation (kg/kg.s-1)
79      REAL,INTENT(IN) :: zdtcloudco2(ngrid,nlayer) ! tendency on temperature due to latent heat                 
80
81      REAL,INTENT(INOUT) :: piceco2(ngrid) ! CO2 ice on the surface (kg.m-2)
82      REAL,INTENT(INOUT) :: psolaralb(ngrid,2) ! albedo of the surface
83      REAL,INTENT(INOUT) :: pemisurf(ngrid) ! emissivity of the surface
84      REAL,INTENT(IN) :: rdust(ngrid,nlayer) ! dust effective radius
85     
86      ! tendencies due to CO2 condensation/sublimation:
87      REAL,INTENT(OUT) :: pdtc(ngrid,nlayer) ! tendency on temperature (K/s)
88      REAL,INTENT(OUT) :: pdtsrfc(ngrid) ! tendency on surface temperature (K/s)
89      REAL,INTENT(OUT) :: pdpsrf(ngrid) ! tendency on surface pressure (Pa/s)
90      REAL,INTENT(OUT) :: pduc(ngrid,nlayer) ! tendency on zonal wind (m.s-2)
91      REAL,INTENT(OUT) :: pdvc(ngrid,nlayer) ! tendency on meridional wind (m.s-2)
92      REAL,INTENT(OUT) :: pdqc(ngrid,nlayer,nq) ! tendency on tracers
93      REAL,INTENT(OUT) :: pdqsc(ngrid,nq) ! tendency on surface tracers
94     
95      ! added to calculate flux dependent albedo:
96      REAL,intent(in) :: fluxsurf_sw(ngrid,2)
97      real,intent(in) :: zls ! solar longitude (rad)
98
99c
100c    Local variables :
101c    -----------------
102
103      INTEGER i,j
104      INTEGER l,ig,iq,icap
105      REAL zt(ngrid,nlayer)
106      REAL zcpi
107      REAL ztcond (ngrid,nlayer+1) ! CO2 condensation temperature (atm)
108      REAL ztcondsol(ngrid) ! CO2 condensation temperature (surface)
109      REAL zdiceco2(ngrid)
110      REAL zcondicea(ngrid,nlayer) ! condensation rate in layer  l  (kg/m2/s)
111      REAL zcondices(ngrid) ! condensation rate on the ground (kg/m2/s)
112      REAL zfallice(ngrid,nlayer+1) ! amount of ice falling from layer l (kg/m2/s)
113      REAL zfallheat
114      REAL zmflux(nlayer+1)
115      REAL zu(nlayer),zv(nlayer)
116      REAL zqc(nlayer,nq),zq1(nlayer)
117      REAL ztsrf(ngrid)
118      REAL ztc(nlayer), ztm(nlayer+1)
119      REAL zum(nlayer+1) , zvm(nlayer+1)
120      REAL zqm(nlayer+1,nq),zqm1(nlayer+1)
121      REAL masse(nlayer),w(nlayer+1)
122      REAL Sm(nlayer),Smq(nlayer,nq),mixmas,qmix
123      REAL availco2
124      LOGICAL condsub(ngrid)
125
126      real :: emisref(ngrid)
127     
128      REAL zdq_scav(ngrid,nlayer,nq) ! tendancy due to scavenging by co2
129      REAL zq(ngrid,nlayer,nq)
130
131c variable speciale diagnostique
132      real tconda1(ngrid,nlayer)
133      real tconda2(ngrid,nlayer)
134c     REAL zdiceco2a(ngrid) ! for diagnostic only
135      real zdtsig (ngrid,nlayer)
136      real zdt (ngrid,nlayer)
137      real vmr_co2(ngrid,nlayer) ! co2 volume mixing ratio
138! improved_ztcond flag: If set to .true. (AND running with a 'co2' tracer)
139! then condensation temperature is computed using partial pressure of CO2
140      logical,parameter :: improved_ztcond=.true.
141
142c   local saved variables
143      integer,save :: ico2 ! index of CO2 tracer
144      real,save :: qco2,mmean
145      real,parameter :: latcond=5.9e5 ! (J/kg) Latent heat of solid CO2 ice
146      real,parameter :: tcond1mb=136.27 ! condensation temperature (K) at 1 mbar
147      real,parameter :: cpice=1000. ! (J.kg-1.K-1) specific heat of CO2 ice
148      REAL,SAVE :: acond,bcond,ccond
149      real,save :: m_co2, m_noco2, A , B
150
151      LOGICAL,SAVE :: firstcall = .true. !,firstcall2=.true.
152
153c D.BARDET: for debug
154      real ztc3D(ngrid,nlayer)
155      REAL ztm3D(ngrid,nlayer)
156      REAL zmflux3D(ngrid,nlayer)
157c----------------------------------------------------------------------
158
159c   Initialisation
160c   --------------
161c
162      ! AS: firstcall OK absolute
163      IF (firstcall) THEN
164         
165         bcond=1./tcond1mb
166         ccond=cpp/(g*latcond)
167         acond=r/latcond
168
169         firstcall=.false.
170         write(*,*) 'CO2condens: improved_ztcond=',improved_ztcond
171         PRINT*,'In co2condens:Tcond(P=1mb)=',tcond1mb,' Lcond=',latcond
172         PRINT*,'acond,bcond,ccond',acond,bcond,ccond
173
174         ico2=0
175
176         if (tracer) then
177c          Prepare Special treatment if one of the tracer is CO2 gas
178           do iq=1,nq
179             if (noms(iq).eq."co2") then
180                ico2=iq
181                m_co2 = 44.01E-3  ! CO2 molecular mass (kg/mol)   
182                m_noco2 = 33.37E-3  ! Non condensible mol mass (kg/mol)   
183c               Compute A and B coefficient use to compute
184c               mean molecular mass Mair defined by
185c               1/Mair = q(ico2)/m_co2 + (1-q(ico2))/m_noco2
186c               1/Mair = A*q(ico2) + B
187                A =(1/m_co2 - 1/m_noco2)
188                B=1/m_noco2
189             endif
190           enddo
191         end if
192      ENDIF ! of IF (firstcall)
193      zcpi=1./cpp
194
195c
196c======================================================================
197c    Calcul of CO2 condensation sublimation
198c    ============================================================
199
200c    Used variable :
201c       piceco2(ngrid)   :  amount of co2 ice on the ground (kg/m2)
202c       zcondicea(ngrid,l):  condensation rate in layer  l  (kg/m2/s)
203c       zcondices(ngrid):  condensation rate on the ground (kg/m2/s)
204c       zfallice(ngrid,l):amount of ice falling from layer l (kg/m2/s)
205c                           
206c       pdtc(ngrid,nlayer)  : dT/dt due to cond/sub
207c
208c
209c     Tendencies set to 0
210c     -------------------------------------
211      zcondicea(1:ngrid,1:nlayer) = 0.
212      zfallice(1:ngrid,1:nlayer+1) = 0.
213      pduc(1:ngrid,1:nlayer)  = 0
214      pdvc(1:ngrid,1:nlayer)  = 0
215      pdtc(1:ngrid,1:nlayer) = 0.
216      pdqsc(1:ngrid,1:nq) = 0
217         
218      pdqc(1:ngrid,1:nlayer,1:nq)  = 0
219
220      zcondices(1:ngrid) = 0.
221      pdtsrfc(1:ngrid) = 0.
222      pdpsrf(1:ngrid) = 0.
223      condsub(1:ngrid) = .false.
224      zdiceco2(1:ngrid) = 0.
225
226      zfallheat=0
227     
228      zdq_scav(:,:,:)=0.
229
230c     Update tendencies from previous processes
231c     -------------------------------------
232      DO l=1,nlayer
233         DO ig=1,ngrid
234            zt(ig,l)=pt(ig,l)+ pdt(ig,l)*ptimestep
235            do iq=1,nq
236             zq(ig,l,iq)=pq(ig,l,iq)+pdq(ig,l,iq)*ptimestep
237            enddo
238         ENDDO
239      ENDDO
240     
241c     *************************
242c     ATMOSPHERIC CONDENSATION
243c     *************************
244
245c     Compute CO2 Volume mixing ratio
246c     -------------------------------
247      if (improved_ztcond.and.(ico2.ne.0)) then
248         DO l=1,nlayer
249            DO ig=1,ngrid
250              qco2=pq(ig,l,ico2)+pdq(ig,l,ico2)*ptimestep
251c             Mean air molecular mass = 1/(q(ico2)/m_co2 + (1-q(ico2))/m_noco2)
252              mmean=1/(A*qco2 +B)
253              vmr_co2(ig,l) = qco2*mmean/m_co2
254            ENDDO
255         ENDDO
256      else
257         DO l=1,nlayer
258            DO ig=1,ngrid
259              vmr_co2(ig,l)=0.95
260            ENDDO
261         ENDDO
262      endif
263
264      IF (.NOT. co2clouds) then
265c     forecast of atmospheric temperature zt and frost temperature ztcond
266c     --------------------------------------------------------------------
267
268      DO l=1,nlayer
269         DO ig=1,ngrid
270!            ztcond(ig,l)=1./(bcond-acond*log(.0095*pplay(ig,l)))
271            if (pplay(ig,l).ge.1e-4) then
272              ztcond(ig,l)=
273     &         1./(bcond-acond*log(.01*vmr_co2(ig,l)*pplay(ig,l)))
274            else
275              ztcond(ig,l)=0.0 !mars Monica
276            endif
277         ENDDO
278      ENDDO
279
280      ztcond(:,nlayer+1)=ztcond(:,nlayer)
281 
282c      Condensation/sublimation in the atmosphere
283c      ------------------------------------------
284c      (calcul of zcondicea , zfallice and pdtc)
285c
286      DO l=nlayer , 1, -1
287         DO ig=1,ngrid
288           pdtc(ig,l)=0.
289           IF((zt(ig,l).LT.ztcond(ig,l)).or.(zfallice(ig,l+1).gt.0))THEN
290               condsub(ig)=.true.
291               IF (zfallice(ig,l+1).gt.0) then 
292                 zfallheat=zfallice(ig,l+1)*
293     &           (pphi(ig,l+1)-pphi(ig,l) +
294     &          cpice*(ztcond(ig,l+1)-ztcond(ig,l)))/latcond
295               ELSE
296                   zfallheat=0.
297               ENDIF
298               pdtc(ig,l)=(ztcond(ig,l) - zt(ig,l))/ptimestep
299               zcondicea(ig,l)=(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))
300     &                        *ccond*pdtc(ig,l)- zfallheat
301c              Case when the ice from above sublimes entirely
302c              """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
303               IF (zfallice(ig,l+1).lt.- zcondicea(ig,l)) then
304                  pdtc(ig,l)=(-zfallice(ig,l+1)+zfallheat)/
305     &              (ccond*(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1)))
306                  zcondicea(ig,l)= -zfallice(ig,l+1)
307               END IF
308
309               zfallice(ig,l) = zcondicea(ig,l)+zfallice(ig,l+1)
310            END IF
311         ENDDO
312      ENDDO
313     
314      if (scavco2cond) then
315        call scavenging_by_co2(ngrid,nlayer,nq,ptimestep,pplev,zq,
316     &                       rdust,zcondicea,zfallice,zdq_scav,pdqsc)
317      endif
318     
319      ELSE ! if co2 clouds
320        DO ig=1,ngrid
321         zfallice(ig,1) = zdqssed_co2(ig)
322        ENDDO
323        DO l=nlayer , 1, -1
324            DO ig=1,ngrid
325         zcondicea(ig,l) = pcondicea_co2microp(ig,l)*
326     &                        (pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1))/g
327            ENDDO
328        ENDDO
329 
330      ENDIF ! end of if co2clouds
331
332      call WRITEdiagfi(ngrid,"pdtc_atm",
333     &         "temperature tendency due to CO2 condensation",
334     &         " ",3,pdtc)
335     
336       call WRITEdiagfi(ngrid,"zcondicea",
337     &         "",
338     &         " ",3,zcondicea)         
339     
340       call WRITEdiagfi(ngrid,"zfallice",
341     &         "",
342     &         " ",2,zfallice(ngrid,1))
343     
344
345c     *************************
346c       SURFACE  CONDENSATION
347c     *************************
348
349c     forecast of ground temperature ztsrf and frost temperature ztcondsol
350c     --------------------------------------------------------------------
351      DO ig=1,ngrid
352         ztcondsol(ig)=
353     &          1./(bcond-acond*log(.01*vmr_co2(ig,1)*pplev(ig,1)))
354         ztsrf(ig) = ptsrf(ig) + pdtsrf(ig)*ptimestep
355      ENDDO
356
357c
358c      Condensation/sublimation on the ground
359c      --------------------------------------
360c      (compute zcondices and pdtsrfc)
361c
362      DO ig=1,ngrid
363         IF(latitude(ig).lt.0) THEN
364           ! Southern hemisphere
365            icap=2
366         ELSE
367           ! Northern hemisphere
368            icap=1
369         ENDIF
370       
371c
372c        Loop on where we have  condensation/ sublimation
373         IF ((ztsrf(ig) .LT. ztcondsol(ig)) .OR.   ! ground cond
374     $       (zfallice(ig,1).NE.0.) .OR.           ! falling snow
375     $      ((ztsrf(ig) .GT. ztcondsol(ig)) .AND.  ! ground sublim.
376     $      ((piceco2(ig)+zfallice(ig,1)*ptimestep) .NE. 0.))) THEN
377            condsub(ig) = .true.
378
379            IF (zfallice(ig,1).gt.0) then 
380                 zfallheat=zfallice(ig,1)*
381     &           (pphi(ig,1)- phisfi(ig) +
382     &           cpice*(ztcond(ig,1)-ztcondsol(ig)))/latcond
383            ELSE
384                 zfallheat=0.
385            ENDIF
386
387c           condensation or partial sublimation of CO2 ice
388c           """""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
389            zcondices(ig)=pcapcal(ig)*(ztcondsol(ig)-ztsrf(ig))
390     &      /(latcond*ptimestep)         - zfallheat
391            pdtsrfc(ig) = (ztcondsol(ig) - ztsrf(ig))/ptimestep
392            zdiceco2(ig) = zcondices(ig) + zfallice(ig,1)
393
394#ifdef MESOSCALE
395      print*, "not enough CO2 tracer in 1st layer to condense"
396      print*, ">>> to be implemented in the mesoscale case"
397      print*, "because this uses ap levels..."
398#else
399c           If there is not enough CO2 tracer in 1st layer to condense
400c           """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
401            IF(ico2.ne.0) then
402c              Available CO2 tracer in layer 1 at end of timestep (kg/m2)
403                availco2= pq(ig,1,ico2)*((ap(1)-ap(2))+
404     &          (bp(1)-bp(2))*(pplev(ig,1)/g-zdiceco2(ig)*ptimestep))
405
406               IF ((zcondices(ig) + zcondicea(ig,1))*ptimestep
407     &           .gt.availco2) then
408                   zcondices(ig) = availco2/ptimestep -zcondicea(ig,1)
409                   zdiceco2(ig) = zcondices(ig) + zfallice(ig,1)
410                   pdtsrfc(ig)=(latcond/pcapcal(ig))*
411     &                          (zcondices(ig)+zfallheat)
412               ENDIF
413            ENDIF
414#endif
415
416c           If the entire CO2 ice layer sublimes
417c           """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
418c           (including what has just condensed in the atmosphere)
419
420            IF((piceco2(ig)/ptimestep+zfallice(ig,1)).LE.
421     &          -zcondices(ig))THEN
422               zcondices(ig) = -piceco2(ig)/ptimestep - zfallice(ig,1)
423               pdtsrfc(ig)=(latcond/pcapcal(ig))*
424     &         (zcondices(ig)+zfallheat)
425               zdiceco2(ig) = zcondices(ig) + zfallice(ig,1)
426            END IF
427
428c           Changing CO2 ice amount and pressure :
429c           """"""""""""""""""""""""""""""""""""
430
431            piceco2(ig) = piceco2(ig) + zdiceco2(ig)*ptimestep
432            pdpsrf(ig) = -zdiceco2(ig)*g
433
434            IF(ABS(pdpsrf(ig)*ptimestep).GT.pplev(ig,1)) THEN
435               PRINT*,'STOP in condens'
436               PRINT*,'condensing more than total mass'
437               PRINT*,'Grid point ',ig
438               PRINT*,'Longitude(degrees): ',longitude_deg(ig)
439               PRINT*,'Latitude(degrees): ',latitude_deg(ig)
440               PRINT*,'Ps = ',pplev(ig,1)
441               PRINT*,'d Ps = ',pdpsrf(ig)
442               STOP
443            ENDIF
444         END IF ! if there is condensation/sublimation
445      ENDDO ! of DO ig=1,ngrid
446
447c  ********************************************************************
448c  Surface albedo and emissivity of the surface below the snow (emisref)
449c  ********************************************************************
450
451!     Check that amont of CO2 ice is not problematic
452      DO ig=1,ngrid
453           if(.not.piceco2(ig).ge.0.) THEN
454              if(piceco2(ig).le.-5.e-8) print*,
455     $         'WARNING co2condens piceco2(',ig,')=', piceco2(ig)
456               piceco2(ig)=0.
457           endif
458      ENDDO
459     
460!     Set albedo and emissivity of the surface
461!     ----------------------------------------
462      CALL albedocaps(zls,ngrid,piceco2,psolaralb,emisref)
463
464! set pemisurf() to emissiv when there is bare surface (needed for co2snow)
465      DO ig=1,ngrid
466        if (piceco2(ig).eq.0) then
467          pemisurf(ig)=emissiv
468        endif
469      ENDDO
470
471!         firstcall2=.false.
472c ***************************************************************
473c  Correction to account for redistribution between sigma or hybrid
474c  layers when changing surface pressure (and warming/cooling
475c  of the CO2 currently changing phase).
476c *************************************************************
477
478      DO ig=1,ngrid
479        if (condsub(ig)) then
480           do l=1,nlayer
481             ztc(l)  =zt(ig,l)   +pdtc(ig,l)  *ptimestep
482             zu(l)   =pu(ig,l)   +pdu( ig,l)  *ptimestep
483             zv(l)   =pv(ig,l)   +pdv( ig,l)  *ptimestep
484            do iq=1,nq
485             zqc(l,iq)=zq(ig,l,iq)+zdq_scav(ig,l,iq)*ptimestep ! zdq_scav=0 if watercloud=false
486            enddo
487           enddo
488
489c  Mass fluxes through the sigma levels (kg.m-2.s-1)  (>0 when up)
490c  """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""
491
492            zmflux(1) = -zcondices(ig)
493            DO l=1,nlayer
494             zmflux(l+1) = zmflux(l) -zcondicea(ig,l)
495#ifndef MESOSCALE
496     &        + (bp(l)-bp(l+1))*(zfallice(ig,1)-zmflux(1))
497c zmflux set to 0 if very low to avoid: top layer is disappearing in v1ld 
498          if (abs(zmflux(l+1)).lt.1E-13.OR.bp(l+1).eq.0.) zmflux(l+1)=0.
499#else
500          if (abs(zmflux(l+1)).lt.1E-13) zmflux(l+1)=0.
501#endif
502            END DO
503
504#ifdef MESOSCALE
505         print*,"absurd mass set because bp not available"
506         print*,"TO BE FIXED"
507#else
508c Mass of each layer at the end of timestep
509c -----------------------------------------
510            DO l=1,nlayer
511              masse(l)=( pplev(ig,l) - pplev(ig,l+1) + 
512     &                 (bp(l)-bp(l+1))*pdpsrf(ig)*ptimestep)/g
513            END DO
514#endif
515
516c  Corresponding fluxes for T,U,V,Q
517c  """"""""""""""""""""""""""""""""
518
519c           averaging operator for TRANSPORT 
520c           """"""""""""""""""""""""""""""""
521c           Value transfert at the surface interface when condensation
522c           sublimation:
523            ztm(1) = ztsrf(ig) + pdtsrfc(ig)*ptimestep
524            zum(1) = 0 
525            zvm(1) = 0 
526            do iq=1,nq
527              zqm(1,iq)=0. ! most tracer do not condense !
528            enddo
529c           Special case if one of the tracer is CO2 gas
530            if (ico2.ne.0) zqm(1,ico2)=1. ! flux is 100% CO2
531
532c           Van Leer scheme:
533            DO l=1,nlayer+1
534                w(l)=-zmflux(l)*ptimestep
535            END DO
536            call vl1d(nlayer,ztc,2.,masse,w,ztm)
537            call vl1d(nlayer,zu ,2.,masse,w,zum)
538            call vl1d(nlayer,zv ,2.,masse,w,zvm)
539            do iq=1,nq
540             do l=1,nlayer
541              zq1(l)=zqc(l,iq)
542             enddo
543             zqm1(1)=zqm(1,iq)
544             call vl1d(nlayer,zq1,2.,masse,w,zqm1)
545             do l=2,nlayer
546              zqc(l,iq)=zq1(l)
547              zqm(l,iq)=zqm1(l)
548             enddo
549            enddo
550
551c           Surface condensation affects low winds
552            if (zmflux(1).lt.0) then
553                zum(1)= zu(1) *  (w(1)/masse(1))
554                zvm(1)= zv(1) *  (w(1)/masse(1))
555                if (w(1).gt.masse(1)) then ! ensure numerical stability
556                  zum(1)= (zu(1)-zum(2))*masse(1)/w(1) + zum(2)
557                  zvm(1)= (zv(1)-zvm(2))*masse(1)/w(1) + zvm(2)
558                end if
559            end if
560                   
561            ztm(nlayer+1)= ztc(nlayer) ! should not be used, but...
562            zum(nlayer+1)= zu(nlayer)  ! should not be used, but...
563            zvm(nlayer+1)= zv(nlayer)  ! should not be used, but...
564            do iq=1,nq
565             zqm(nlayer+1,iq)= zqc(nlayer,iq)
566            enddo
567
568#ifdef MESOSCALE
569!!!! AS: This part must be commented in the mesoscale model
570!!!! AS: ... to avoid instabilities.
571!!!! AS: you have to compile with -DMESOSCALE to do so
572#else 
573c           Tendencies on T, U, V, Q
574c           """"""""""""""""""""""""
575            DO l=1,nlayer
576               IF(.not. co2clouds) THEN
577c             Tendencies on T
578                zdtsig(ig,l) = (1/masse(l)) *
579     &        ( zmflux(l)*(ztm(l) - ztc(l))
580     &        - zmflux(l+1)*(ztm(l+1) - ztc(l))
581     &        + zcondicea(ig,l)*(ztcond(ig,l)-ztc(l))  )
582               ELSE
583                zdtsig(ig,l) = (1/masse(l)) *
584     &        ( zmflux(l)*(ztm(l) - ztc(l))
585     &        - zmflux(l+1)*(ztm(l+1) - ztc(l)))               
586               ENDIF
587c D.BARDET: for diagnotics
588                zmflux3D(ig,l)=zmflux(l)
589                ztm3D(ig,l)=ztm(l)
590                ztc3D(ig,l)=ztc(l)
591               
592                pdtc(ig,l) =  pdtc(ig,l) + zdtsig(ig,l)
593
594c             Tendencies on U
595                pduc(ig,l)   = (1/masse(l)) *
596     &        ( zmflux(l)*(zum(l) - zu(l))
597     &        - zmflux(l+1)*(zum(l+1) - zu(l)) )
598
599
600c             Tendencies on V
601                pdvc(ig,l)   = (1/masse(l)) *
602     &        ( zmflux(l)*(zvm(l) - zv(l))
603     &        - zmflux(l+1)*(zvm(l+1) - zv(l)) )
604
605            END DO
606
607#endif
608
609c           Tendencies on Q
610            do iq=1,nq
611!              if (noms(iq).eq.'co2') then
612              if (iq.eq.ico2) then
613c               SPECIAL Case when the tracer IS CO2 :
614                DO l=1,nlayer
615                  pdqc(ig,l,iq)= (1/masse(l)) *
616     &           ( zmflux(l)*(zqm(l,iq) - zqc(l,iq))
617     &           - zmflux(l+1)*(zqm(l+1,iq) - zqc(l,iq))
618     &           + zcondicea(ig,l)*(zqc(l,iq)-1.) )
619                END DO
620              else
621                DO l=1,nlayer
622                  pdqc(ig,l,iq)= (1/masse(l)) *
623     &           ( zmflux(l)*(zqm(l,iq) - zqc(l,iq))
624     &           - zmflux(l+1)*(zqm(l+1,iq) - zqc(l,iq))
625     &           + zcondicea(ig,l)*zqc(l,iq) )
626     
627                  pdqc(ig,l,iq)=pdqc(ig,l,iq)+zdq_scav(ig,l,iq) ! zdq_scav=0 if watercloud=false
628                END DO
629              end if
630            enddo
631
632       end if ! if (condsub)
633      END DO  ! loop on ig
634
635c ***************************************************************
636c   CO2 snow / clouds scheme
637c ***************************************************************
638
639      call co2snow(ngrid,nlayer,ptimestep,emisref,condsub,pplev,
640     &        zcondicea,zcondices,zfallice,pemisurf)
641
642c ***************************************************************
643c Ecriture des diagnostiques
644c ***************************************************************
645
646c     DO l=1,nlayer
647c        DO ig=1,ngrid
648c         Taux de cond en kg.m-2.pa-1.s-1
649c          tconda1(ig,l)=zcondicea(ig,l)/(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))
650c          Taux de cond en kg.m-3.s-1
651c          tconda2(ig,l)=tconda1(ig,l)*pplay(ig,l)*g/(r*pt(ig,l))
652c        END DO
653c     END DO
654c     call WRITEDIAGFI(ngrid,'tconda1',
655c    &'Taux de condensation CO2 atmospherique /Pa',
656c    & 'kg.m-2.Pa-1.s-1',3,tconda1)
657c     call WRITEDIAGFI(ngrid,'tconda2',
658c    &'Taux de condensation CO2 atmospherique /m',
659c    & 'kg.m-3.s-1',3,tconda2)
660
661! output falling co2 ice in 1st layer:
662!      call WRITEDIAGFI(ngrid,'fallice',
663!     &'Precipitation of co2 ice',
664!     & 'kg.m-2.s-1',2,zfallice(1,1))
665
666#ifndef MESOSCALE
667! Extra special case for surface temperature tendency pdtsrfc:
668! we want to fix the south pole temperature to CO2 condensation temperature
669         if (caps.and.(obliquit.lt.27.)) then
670           ! check if last grid point is the south pole
671           if (abs(latitude(ngrid)-(-pi/2.)).lt.1.e-5) then
672           ! NB: Updated surface pressure, at grid point 'ngrid', is
673           !     ps(ngrid)=pplev(ngrid,1)+pdpsrf(ngrid)*ptimestep
674!             write(*,*) "co2condens: South pole: latitude(ngrid)=",
675!     &                                           latitude(ngrid)
676             ztcondsol(ngrid)=
677     &          1./(bcond-acond*log(.01*vmr_co2(ngrid,1)*
678     &                    (pplev(ngrid,1)+pdpsrf(ngrid)*ptimestep)))
679             pdtsrfc(ngrid)=(ztcondsol(ngrid)-ztsrf(ngrid))/ptimestep
680           endif
681         endif
682#endif
683
684      END SUBROUTINE co2condens
685
686
687
688c *****************************************************************
689      SUBROUTINE vl1d(nlayer,q,pente_max,masse,w,qm)
690c
691c   
692c     Operateur de moyenne inter-couche pour calcul de transport type
693c     Van-Leer " pseudo amont " dans la verticale
694c    q,w sont des arguments d'entree  pour le s-pg ....
695c    masse : masse de la couche Dp/g
696c    w : masse d'atm ``transferee'' a chaque pas de temps (kg.m-2)
697c    pente_max = 2 conseillee
698c
699c
700c   --------------------------------------------------------------------
701      IMPLICIT NONE
702
703c
704c
705c
706c   Arguments:
707c   ----------
708      integer nlayer
709      real masse(nlayer),pente_max
710      REAL q(nlayer),qm(nlayer+1)
711      REAL w(nlayer+1)
712c
713c      Local
714c   ---------
715c
716      INTEGER l
717c
718      real dzq(nlayer),dzqw(nlayer),adzqw(nlayer),dzqmax
719      real sigw, Mtot, MQtot
720      integer m
721c     integer ismax,ismin
722
723
724c    On oriente tout dans le sens de la pression
725c     W > 0 WHEN DOWN !!!!!!!!!!!!!
726
727      do l=2,nlayer
728            dzqw(l)=q(l-1)-q(l)
729            adzqw(l)=abs(dzqw(l))
730      enddo
731
732      do l=2,nlayer-1
733            if(dzqw(l)*dzqw(l+1).gt.0.) then
734                dzq(l)=0.5*(dzqw(l)+dzqw(l+1))
735            else
736                dzq(l)=0.
737            endif
738            dzqmax=pente_max*min(adzqw(l),adzqw(l+1))
739            dzq(l)=sign(min(abs(dzq(l)),dzqmax),dzq(l))
740      enddo
741
742         dzq(1)=0.
743         dzq(nlayer)=0.
744
745       do l = 1,nlayer-1
746
747c         Regular scheme (transfered mass < layer mass)
748c         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
749          if(w(l+1).gt.0. .and. w(l+1).le.masse(l+1)) then
750             sigw=w(l+1)/masse(l+1)
751             qm(l+1)=(q(l+1)+0.5*(1.-sigw)*dzq(l+1))
752          else if(w(l+1).le.0. .and. -w(l+1).le.masse(l)) then
753             sigw=w(l+1)/masse(l)
754             qm(l+1)=(q(l)-0.5*(1.+sigw)*dzq(l))
755
756c         Extended scheme (transfered mass > layer mass)
757c         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
758          else if(w(l+1).gt.0.) then
759             m=l+1
760             Mtot = masse(m)
761             MQtot = masse(m)*q(m)
762             do while ((m.lt.nlayer).and.(w(l+1).gt.(Mtot+masse(m+1))))
763                m=m+1
764                Mtot = Mtot + masse(m)
765                MQtot = MQtot + masse(m)*q(m)
766             end do
767             if (m.lt.nlayer) then
768                sigw=(w(l+1)-Mtot)/masse(m+1)
769                qm(l+1)= (1/w(l+1))*(MQtot + (w(l+1)-Mtot)*
770     &          (q(m+1)+0.5*(1.-sigw)*dzq(m+1)) )
771             else
772                w(l+1) = Mtot
773                qm(l+1) = Mqtot / Mtot
774                write(*,*) 'top layer is disapearing !'
775                stop
776             end if
777          else      ! if(w(l+1).lt.0)
778             m = l-1
779             Mtot = masse(m+1)
780             MQtot = masse(m+1)*q(m+1)
781             if (m.gt.0) then ! because some compilers will have problems
782                              ! evaluating masse(0)
783              do while ((m.gt.0).and.(-w(l+1).gt.(Mtot+masse(m))))
784                m=m-1
785                Mtot = Mtot + masse(m+1)
786                MQtot = MQtot + masse(m+1)*q(m+1)
787                if (m.eq.0) exit
788              end do
789             endif
790             if (m.gt.0) then
791                sigw=(w(l+1)+Mtot)/masse(m)
792                qm(l+1)= (-1/w(l+1))*(MQtot + (-w(l+1)-Mtot)*
793     &          (q(m)-0.5*(1.+sigw)*dzq(m))  )
794             else
795                qm(l+1)= (-1/w(l+1))*(MQtot + (-w(l+1)-Mtot)*qm(1))
796             end if   
797          end if
798       enddo
799
800c     boundary conditions (not used in co2condens !!)
801c         qm(nlayer+1)=0.
802c         if(w(1).gt.0.) then
803c            qm(1)=q(1)
804c         else
805c           qm(1)=0.
806c         end if
807
808      END SUBROUTINE vl1d
809         
810c *****************************************************************
811      SUBROUTINE scavenging_by_co2(ngrid,nlayer,nq,ptimestep,pplev,pq,
812     &                          rdust,pcondicea,pfallice,pdq_scav,pdqsc)
813                     
814c
815c   
816c     Calcul de la quantite de poussiere lessivee par les nuages de CO2
817c     
818c   --------------------------------------------------------------------
819      use tracer_mod, only: nqmx, igcm_h2o_vap, igcm_h2o_ice,
820     &                      igcm_dust_mass, igcm_dust_number,
821     &                      igcm_ccn_mass, igcm_ccn_number,
822     &                      rho_dust, nuice_sed, nuice_ref,r3n_q
823      use comcstfi_h, only: g
824     
825      IMPLICIT NONE
826      include "callkeys.h" ! for the flags water, microphys and freedust
827c
828c
829c   Arguments:
830      INTEGER,INTENT(IN) :: ngrid  ! number of atmospheric columns
831      INTEGER,INTENT(IN) :: nlayer ! number of vertical layers
832      INTEGER,INTENT(IN) :: nq  ! number of tracers
833      REAL,INTENT(IN) :: ptimestep ! physics timestep (s)
834      REAL,INTENT(IN) :: pplev(ngrid,nlayer+1) ! inter-layer pressure (Pa)
835      REAL,INTENT(IN) :: pq(ngrid,nlayer,nq)
836      REAL,INTENT(IN) :: rdust(ngrid,nlayer) ! dust effective radius
837      REAL,INTENT(IN) :: pcondicea(ngrid,nlayer) ! condensation rate in layer  l  (kg/m2/s)
838      REAL,INTENT(IN) :: pfallice(ngrid,nlayer+1) ! amount of ice falling from layer l (kg/m2/s)
839     
840      REAL,INTENT(OUT) :: pdq_scav(ngrid,nlayer,nq) ! tendancy due to scavenging by co2
841      REAL,INTENT(OUT) :: pdqsc(ngrid,nq) ! tendency on surface tracers
842     
843c   Locals:
844      INTEGER l,ig
845      REAL scav_ratio_dust, scav_ratio_wice ! ratio of the dust/water ice mass mixing ratios in condensing CO2 ice and in air
846      REAL scav_dust_mass(nlayer+1) ! dust flux (mass) scavenged towards the lower layer (kg/m2/s) (POSITIVE WHEN DOWNWARD)
847      REAL scav_dust_number(nlayer+1) ! dust flux (number) scavenged towards the lower layer (kg/m2/s) (POSITIVE WHEN DOWNWARD)
848      REAL scav_ccn_mass(nlayer+1) ! ccn flux (mass) scavenged towards the lower layer
849      REAL scav_ccn_number(nlayer+1) ! ccn flux (number) scavenged towards the lower layer
850      REAL scav_h2o_ice(nlayer+1) ! water ice flux (mass) scavenged towards the lower layer
851      REAL massl ! mass of the layer l at point ig (kg/m2)
852     
853c   Initialization:
854      scav_ratio_dust = 100 !1 !10 !100 !1000
855      scav_ratio_wice = scav_ratio_dust
856      pdq_scav(:,:,:)=0.
857     
858      DO ig=1,ngrid
859        scav_dust_mass(nlayer+1)=0.
860        scav_dust_number(nlayer+1)=0.
861        scav_ccn_mass(nlayer+1)=0.
862        scav_ccn_number(nlayer+1)=0.
863        scav_h2o_ice(nlayer+1)=0.
864       
865        DO l=nlayer , 1, -1
866         massl=(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))/g
867         IF(pcondicea(ig,l).GT.0.)THEN ! if CO2 condenses and traps dust/water ice
868           ! Calculation of the tendencies
869           if (freedust) then
870             pdq_scav(ig,l,igcm_dust_mass)=-pq(ig,l,igcm_dust_mass)
871     &                                     /ptimestep*(1-exp(
872     &              -scav_ratio_dust*pcondicea(ig,l)*ptimestep/massl))
873             
874             pdq_scav(ig,l,igcm_dust_number)=pdq_scav(ig,l,igcm_dust_mass)
875     &                                    *r3n_q/rdust(ig,l)
876           endif
877           if (freedust.AND.microphys) then
878             pdq_scav(ig,l,igcm_ccn_mass)=-pq(ig,l,igcm_ccn_mass)
879     &                                     /ptimestep*(1-exp(
880     &              -scav_ratio_wice*pcondicea(ig,l)*ptimestep/massl))
881             pdq_scav(ig,l,igcm_ccn_number)=pdq_scav(ig,l,igcm_ccn_mass)
882     &                                    *r3n_q/rdust(ig,l)
883           endif
884           if (water) then
885             pdq_scav(ig,l,igcm_h2o_ice)=-pq(ig,l,igcm_h2o_ice)
886     &                                     /ptimestep*(1-exp(
887     &              -scav_ratio_wice*pcondicea(ig,l)*ptimestep/massl))
888           endif
889     
890         ELSE IF(pcondicea(ig,l).LT.0.)THEN ! if CO2 sublimates and releases dust/water ice
891           ! Calculation of the tendencies
892           if (freedust) then
893             pdq_scav(ig,l,igcm_dust_mass)=-pcondicea(ig,l)/massl*
894     &                              scav_dust_mass(l+1)/pfallice(ig,l+1)
895           
896             pdq_scav(ig,l,igcm_dust_number)=-pcondicea(ig,l)/massl*
897     &                            scav_dust_number(l+1)/pfallice(ig,l+1)
898           endif
899           if (freedust.AND.microphys) then
900             pdq_scav(ig,l,igcm_ccn_mass)=-pcondicea(ig,l)/massl*
901     &                              scav_ccn_mass(l+1)/pfallice(ig,l+1)
902           
903             pdq_scav(ig,l,igcm_ccn_number)=-pcondicea(ig,l)/massl*
904     &                            scav_ccn_number(l+1)/pfallice(ig,l+1)
905           endif
906           if (water) then
907             pdq_scav(ig,l,igcm_h2o_ice)=-pcondicea(ig,l)/massl*
908     &                              scav_h2o_ice(l+1)/pfallice(ig,l+1)
909           endif
910 
911         END IF
912         ! Calculation of the scavenged dust/wice flux towards the lower layers
913         if (freedust) then
914           scav_dust_mass(l)=-pdq_scav(ig,l,igcm_dust_mass)*massl
915     &                     +scav_dust_mass(l+1)
916         
917           scav_dust_number(l)=-pdq_scav(ig,l,igcm_dust_number)*massl
918     &                     +scav_dust_number(l+1)
919         endif
920         if (freedust.AND.microphys) then
921           scav_ccn_mass(l)=-pdq_scav(ig,l,igcm_ccn_mass)*massl
922     &                     +scav_ccn_mass(l+1)
923         
924           scav_ccn_number(l)=-pdq_scav(ig,l,igcm_ccn_number)*massl
925     &                     +scav_dust_number(l+1)
926         endif
927         if (water) then
928           scav_h2o_ice(l)=-pdq_scav(ig,l,igcm_h2o_ice)*massl
929     &                     +scav_h2o_ice(l+1)
930         endif
931         
932       ENDDO
933       ! Calculation of the surface tendencies
934       pdqsc(ig,igcm_dust_mass)=0.
935       pdqsc(ig,igcm_dust_number)=0.
936       
937       if (freedust) then
938         pdqsc(ig,igcm_dust_mass)=pdqsc(ig,igcm_dust_mass)
939     &                           +scav_dust_mass(1)
940         pdqsc(ig,igcm_dust_number)=pdqsc(ig,igcm_dust_number)
941     &                             +scav_dust_number(1)
942       endif
943       if (freedust.AND.microphys) then
944         pdqsc(ig,igcm_dust_mass)=pdqsc(ig,igcm_dust_mass)
945     &                           +scav_ccn_mass(1)
946         pdqsc(ig,igcm_dust_number)=pdqsc(ig,igcm_dust_number)
947     &                             +scav_ccn_number(1)
948       endif
949       if (water) then
950         pdqsc(ig,igcm_h2o_ice)=scav_h2o_ice(1)
951       endif
952      ENDDO
953     
954      END SUBROUTINE scavenging_by_co2
955     
956      END MODULE co2condens_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.