source: trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/improvedCO2clouds.F @ 1619

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

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Line 
1      subroutine improvedCO2clouds(ngrid,nlay,ptimestep,
2     &             pplay,pt,pdt,
3     &             pq,pdq,pdqcloudco2,pdtcloudco2,
4     &             nq,tauscaling)
5! to use  'getin'
6      USE comcstfi_h
7      USE ioipsl_getincom
8      USE updaterad
9      use tracer_mod
10!, only: rho_ice_co2, nuiceco2_sed, igcm_co2,
11!     &                      rho_ice,igcm_h2o_ice, igcm_ccn_number,
12!     &                      igcm_co2_ice, igcm_dust_mass,
13!     &                      igcm_dust_number, igcm_ccnco2_mass,
14!    &                      igcm_ccnco2_number
15      use conc_mod, only: mmean
16      implicit none
17     
18     
19c------------------------------------------------------------------
20c  This routine is used to form CO2 clouds when a parcel of the GCM is
21c    saturated. It includes the ability to have supersaturation, a
22c    computation of the nucleation rates, growthrates and the
23c    scavenging of dust particles by clouds.
24c  It is worth noting that the amount of dust is computed using the
25c    dust optical depth computed in aeropacity.F. That's why
26c    the variable called "tauscaling" is used to convert
27c    pq(dust_mass) and pq(dust_number), which are relative
28c    quantities, to absolute and realistic quantities stored in zq.
29c    This has to be done to convert the inputs into absolute
30c    values, but also to convert the outputs back into relative
31c    values which are then used by the sedimentation and advection
32c    schemes.
33
34c  Authors of the water ice clouds microphysics
35c J.-B. Madeleine, based on the work by Franck Montmessin
36c           (October 2011)
37c           T. Navarro, debug,correction, new scheme (October-April 2011)
38c           A. Spiga, optimization (February 2012)
39c Adaptation for CO2 clouds by Joachim Audouard (09/16), based on the work
40c of Constantino Listowski
41c------------------------------------------------------------------
42!#include "dimensions.h"
43!#include "dimphys.h"
44#include "callkeys.h"
45!#include "tracer.h"
46!#include "comgeomfi.h"
47!#include "dimradmars.h"
48#include "microphys.h"
49!#include "microphysCO2.h"
50!#include "conc.h"
51c------------------------------------------------------------------
52c     Inputs:
53
54      INTEGER ngrid,nlay
55      integer nq                 ! nombre de traceurs
56      REAL ptimestep             ! pas de temps physique (s)
57      REAL pplay(ngrid,nlay)     ! pression au milieu des couches (Pa)
58           
59      REAL pt(ngrid,nlay)        ! temperature at the middle of the
60                                 !   layers (K)
61      REAL pdt(ngrid,nlay)       ! tendance temperature des autres
62                                 !   param.
63      REAL pq(ngrid,nlay,nq)     ! traceur (kg/kg)
64      REAL pdq(ngrid,nlay,nq)    ! tendance avant condensation
65                                 !   (kg/kg.s-1)
66      REAL tauscaling(ngrid)     ! Convertion factor for qdust and Ndust
67
68      real rice(ngrid,nlay)    ! Water Ice mass mean radius (m)
69                                ! used for nucleation of CO2 on ice-coated ccns
70
71c     Outputs:
72      REAL pdqcloudco2(ngrid,nlay,nq) ! tendance de la condensation
73                                   !   CO2 (kg/kg.s-1)
74      ! condensation si igcm_co2_ice
75      REAL pdtcloudco2(ngrid,nlay)    ! tendance temperature due
76                                   !   a la chaleur latente
77
78c------------------------------------------------------------------
79c     Local variables:
80
81      LOGICAL firstcall
82      DATA firstcall/.true./
83      SAVE firstcall
84
85      REAL*8   derf ! Error function
86      !external derf
87
88      !REAL*8   massflowrateCO2
89      !external massflowrateCO2
90     
91      INTEGER ig,l,i
92     
93      REAL zq(ngrid,nlay,nq)  ! local value of tracers
94      REAL zq0(ngrid,nlay,nq) ! local initial value of tracers
95      REAL zt(ngrid,nlay)       ! local value of temperature
96      REAL zqsat(ngrid,nlay)    ! saturation vapor pressure for CO2
97      REAL lw                         !Latent heat of sublimation (J.kg-1)
98      REAL l0,l1,l2,l3,l4
99      REAL cste
100      REAL dMice           ! mass of condensed ice
101      DOUBLE PRECISION sumcheck
102      DOUBLE PRECISION pco2     ! Co2 vapor partial pressure (Pa)
103      DOUBLE PRECISION satu ! Co2 vapor saturation ratio over ice
104      DOUBLE PRECISION Mo,No
105      DOUBLE PRECISION  Rn, Rm, dev2, n_derf, m_derf
106 
107!     Radius used by the microphysical scheme (m)
108      DOUBLE PRECISION n_aer(nbinco2_cld) ! number concentration volume-1 of particle/each size bin
109      DOUBLE PRECISION m_aer(nbinco2_cld) ! mass mixing ratio of particle/each size bin
110
111      DOUBLE PRECISION n_aer_h2oice(nbinco2_cld) ! Same - for CO2 nucleation
112      DOUBLE PRECISION m_aer_h2oice(nbinco2_cld) ! Same - for CO2 nucleation
113      DOUBLE PRECISION rad_h2oice(nbinco2_cld)
114
115c      REAL*8 sigco2      ! Co2-ice/air surface tension  (N.m)
116c      EXTERNAL sigco2
117
118      DOUBLE PRECISION dN,dM, dNh2o, dMh2o, dNN,dMM
119      DOUBLE PRECISION rate(nbinco2_cld)  ! nucleation rate
120      DOUBLE PRECISION rateh2o(nbinco2_cld)  ! nucleation rate
121      REAL seq
122
123      DOUBLE PRECISION riceco2(ngrid,nlay)      ! CO2Ice mean radius (m)
124                                   
125      REAL rhocloudco2(ngrid,nlay)  ! Cloud density (kg.m-3)
126      REAL rdust(ngrid,nlay) ! Dust geometric mean radius (m)
127
128c      REAL res      ! Resistance growth
129      DOUBLE PRECISION Ic_rice      ! Mass transfer rate CO2 ice crystal
130     
131
132c     Parameters of the size discretization
133c       used by the microphysical scheme
134      DOUBLE PRECISION, PARAMETER :: rmin_cld = 1.e-9 ! Minimum radius (m)
135      DOUBLE PRECISION, PARAMETER :: rmax_cld = 5.e-5 ! Maximum radius (m)
136      DOUBLE PRECISION, PARAMETER :: rbmin_cld =0.099e-9
137                                           ! Minimum boundary radius (m)
138      DOUBLE PRECISION, PARAMETER :: rbmax_cld = 1.e-2 ! Maximum boundary radius (m)
139      DOUBLE PRECISION vrat_cld ! Volume ratio
140      DOUBLE PRECISION rb_cldco2(nbinco2_cld+1) ! boundary values of each rad_cldco2 bin (m)
141      SAVE rb_cldco2
142     
143      DOUBLE PRECISION dr_cld(nbinco2_cld)   ! width of each rad_cldco2 bin (m)
144      DOUBLE PRECISION vol_cld(nbinco2_cld)  ! particle volume for each bin (m3)
145
146      DOUBLE PRECISION Proba,Masse_atm,drsurdt,reff
147      REAL sigma_iceco2 ! Variance of the ice and CCN distributions
148      SAVE sigma_iceco2
149
150
151     
152c----------------------------------     
153c TESTS
154
155      INTEGER countcells
156     
157      LOGICAL test_flag    ! flag for test/debuging outputs
158      SAVE    test_flag   
159
160
161      REAL satubf(ngrid,nlay),satuaf(ngrid,nlay)
162      REAL res_out(ngrid,nlay)
163 
164
165c------------------------------------------------------------------
166
167      IF (firstcall) THEN
168!=============================================================
169! 0. Definition of the size grid
170!=============================================================
171c       rad_cldco2 is the primary radius grid used for microphysics computation.
172c       The grid spacing is computed assuming a constant volume ratio
173c       between two consecutive bins; i.e. vrat_cld.
174c       vrat_cld is determined from the boundary values of the size grid:
175c       rmin_cld and rmax_cld.
176c       The rb_cldco2 array contains the boundary values of each rad_cldco2 bin.
177c       dr_cld is the width of each rad_cldco2 bin.
178
179c       Volume ratio between two adjacent bins
180   !     vrat_cld = log(rmax_cld/rmin_cld) / float(nbinco2_cld-1) *3.
181   !     vrat_cld = exp(vrat_cld)
182        vrat_cld = log(rmax_cld/rmin_cld) / float(nbinco2_cld-1) *3.
183        vrat_cld = exp(vrat_cld)
184c        write(*,*) "vrat_cld", vrat_cld
185
186        rb_cldco2(1)  = rbmin_cld
187        rad_cldco2(1) = rmin_cld
188        vol_cld(1) = 4./3. * dble(pi) * rmin_cld*rmin_cld*rmin_cld
189   !     vol_cld(1) = 4./3. * pi * rmin_cld*rmin_cld*rmin_cld
190
191        do i=1,nbinco2_cld-1
192          rad_cldco2(i+1)  = rad_cldco2(i) * vrat_cld**(1./3.)
193          vol_cld(i+1)  = vol_cld(i) * vrat_cld
194        enddo
195       
196        do i=1,nbinco2_cld
197          rb_cldco2(i+1)= ( (2.*vrat_cld) / (vrat_cld+1.) )**(1./3.) *
198     &      rad_cldco2(i)
199          dr_cld(i)  = rb_cldco2(i+1) - rb_cldco2(i)
200        enddo
201        rb_cldco2(nbinco2_cld+1) = rbmax_cld
202        dr_cld(nbinco2_cld)   = rb_cldco2(nbinco2_cld+1) -
203     &       rb_cldco2(nbinco2_cld)
204
205        print*, ' '
206        print*,'Microphysics co2: size bin information:'
207        print*,'i,rb_cldco2(i), rad_cldco2(i),dr_cld(i)'
208        print*,'-----------------------------------'
209        do i=1,nbinco2_cld
210          write(*,'(i3,3x,3(e12.6,4x))') i,rb_cldco2(i), rad_cldco2(i),
211     &      dr_cld(i)
212        enddo
213        write(*,'(i3,3x,e12.6)') nbinco2_cld+1,rb_cldco2(nbinco2_cld+1)
214        print*,'-----------------------------------'
215
216        do i=1,nbinco2_cld+1
217            rb_cldco2(i) = log(rb_cldco2(i))  !! we save that so that it is not computed
218                                         !! at each timestep and gridpoint
219        enddo
220
221c       Contact parameter of co2 ice on dst ( m=cos(theta) )
222c       ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
223c        mteta  = 0.952
224c        mtetaco2 = 0.952
225c        write(*,*) 'co2_param contact parameter:', mtetaco2
226
227c       Volume of a co2 molecule (m3)
228        vo1 = m0co2 / dble(rho_ice_co2) ! m0co2 et non mco2
229        vo1co2=vo1 ! AJOUT JA
230c       Variance of the ice and CCN distributions
231        sigma_iceco2 = sqrt(log(1.+nuiceco2_sed))
232       
233 
234c        write(*,*) 'Variance of ice & CCN distribs :', sigma_iceco2
235c        write(*,*) 'nuice for sedimentation:', nuiceco2_sed
236c        write(*,*) 'Volume of a co2 molecule:', vo1co2
237
238
239        test_flag = .false.
240        firstcall=.false.
241
242      END IF
243
244
245!=============================================================
246! 1. Initialisation
247!=============================================================
248      !cste = 4*pi*rho_ice*ptimestep !not used for co2
249
250      res_out(:,:) = 0
251      rice(:,:) = 1.e-11
252      riceco2(:,:) = 1.e-11
253
254c     Initialize the tendencies
255      pdqcloudco2(1:ngrid,1:nlay,1:nq)=0.
256      pdtcloudco2(1:ngrid,1:nlay)=0.
257     
258c pt temperature layer; pdt dT.s-1
259c pq traceur kg/kg; pdq tendance idem .s-1
260      zt(1:ngrid,1:nlay) =
261     &      pt(1:ngrid,1:nlay) +
262     &      pdt(1:ngrid,1:nlay) * ptimestep
263
264      zq(1:ngrid,1:nlay,1:nq) =
265     &      pq(1:ngrid,1:nlay,1:nq) +
266     &      pdq(1:ngrid,1:nlay,1:nq) * ptimestep
267     
268     
269      WHERE( zq(1:ngrid,1:nlay,1:nq) < 1.e-30 )
270     &       zq(1:ngrid,1:nlay,1:nq) = 1.e-30
271
272      zq0(1:ngrid,1:nlay,1:nq) = zq(1:ngrid,1:nlay,1:nq)
273     
274!=============================================================
275! 2. Compute saturation
276!=============================================================
277   
278
279      dev2 = 1. / ( sqrt(2.) * sigma_iceco2 )
280
281      call co2sat(ngrid*nlay,zt,pplay,zqsat) !zqsat is psat(co2)
282       
283      countcells = 0
284
285c Faire rice co2 update en n-1 puis a chaque microdt, mettre a jour riceco2
286   
287c     Main loop over the GCM's grid
288      DO l=1,nlay
289        DO ig=1,ngrid
290     
291         
292c       Get the partial pressure of co2 vapor and its saturation ratio
293           pco2 = zq(ig,l,igcm_co2) * (mmean(ig,l)/44.01) * pplay(ig,l)
294c        satu = zq(ig,l,igcm_co2) / zqsat(ig,l)
295           satu = pco2 / zqsat(ig,l)
296!=============================================================
297! 3. Nucleation
298!=============================================================
299
300c           call updaterccn(zq(ig,l,igcm_dust_mass),
301c     &          zq(ig,l,igcm_dust_number),rdust(ig,l),tauscaling(ig))
302
303           IF ( satu .ge. 1d0 ) THEN ! if there is condensation
304              write(*,*)
305              write(*,*) "l, pco2, satu= ",l,pco2,satu
306c              Masse_atm=mmean(ig,l)*1.e-3*pplay(ig,l)/rgp/zt(ig,l) !Kg par couche
307
308
309              call updaterccn(zq(ig,l,igcm_dust_mass),
310     &             zq(ig,l,igcm_dust_number),rdust(ig,l),tauscaling(ig))
311              write(*,*) "Improved, l,Rdust = ",l,rdust(ig,l)
312
313              rdust(ig,l)= zq(ig,l,igcm_dust_mass)
314     &             *0.75/pi/rho_dust
315     &             / zq(ig,l,igcm_dust_number)
316              rdust(ig,l)= rdust(ig,l)**(1./3.)
317              write(*,*) "Improved2, l,Rdust = ",l,rdust(ig,l)
318            rdust(ig,l)=max(1.e-9,rdust(ig,l))
319            rdust(ig,l)=min(2e-6,rdust(ig,l))
320              write(*,*) "Improved3, l,Rdust = ",l,rdust(ig,l)
321
322c       Expand the dust moments into a binned distribution
323              Mo = zq(ig,l,igcm_dust_mass)* tauscaling(ig)
324              No = zq(ig,l,igcm_dust_number)* tauscaling(ig)
325              write(*,*) "dust number, mass = ",
326     &             zq(ig,l,igcm_dust_number)* tauscaling(ig),
327     &             zq(ig,l,igcm_dust_mass)* tauscaling(ig)
328c              write(*,*) "No, Mo = ",No, Mo
329              Rn = rdust(ig,l)
330              Rn = -log(Rn)
331              Rm = Rn - 3. * sigma_iceco2*sigma_iceco2 
332              n_derf = erf( (rb_cldco2(1)+Rn) *dev2)
333              m_derf = erf( (rb_cldco2(1)+Rm) *dev2)
334     
335              do i = 1, nbinco2_cld
336                 n_aer(i) = -0.5 * No * n_derf !! this ith previously computed
337                 m_aer(i) = -0.5 * Mo * m_derf !! this ith previously computed
338                 n_derf = derf((rb_cldco2(i+1)+Rn) *dev2)
339                 m_derf = derf((rb_cldco2(i+1)+Rm) *dev2)
340                 n_aer(i) = n_aer(i) + 0.5 * No * n_derf
341                 m_aer(i) = m_aer(i) + 0.5 * Mo * m_derf
342c                 write(*,*) "i, rb_cldco2(i) = ",i, rb_cldco2(i),n_aer(i)
343             
344              enddo
345
346       
347              sumcheck = 0
348              do i = 1, nbinco2_cld
349                 sumcheck = sumcheck + n_aer(i)
350              enddo
351              sumcheck = abs(sumcheck/No - 1)
352              if ((sumcheck .gt. 1e-5).and. (1./Rn .gt. rmin_cld)) then
353                 print*, "WARNING, No sumcheck PROBLEM"
354                 print*, "sumcheck, No",sumcheck, No
355                 print*, "min radius, Rn, ig, l", rmin_cld, 1./Rn, ig, l
356                 print*, "Dust binned distribution", n_aer
357                 STOP
358              endif
359             
360              sumcheck = 0
361              do i = 1, nbinco2_cld
362                 sumcheck = sumcheck + m_aer(i)
363              enddo
364              sumcheck = abs(sumcheck/Mo - 1)
365              if ((sumcheck .gt. 1e-5) .and.  (1./Rn .gt. rmin_cld))
366     &             then
367                 print*, "WARNING, Mo sumcheck PROBLEM"
368                 print*, "sumcheck, Mo",sumcheck, Mo
369                 print*, "min radius, Rm, ig, l", rmin_cld, 1./Rm, ig,l
370                 print*, "Dust binned distribution", m_aer
371                 STOP
372              endif
373
374c       Expand the water ice moments into a binned distribution
375c       For now the radius grid's bound are same as for dust
376c       min=100 nm and max=10microns
377c       might need a change if rice (water) is large (but how large?) - listo
378
379              Mo = zq(ig,l,igcm_h2o_ice)* tauscaling(ig)   + 1.e-30
380              No = zq(ig,l,igcm_ccn_number)* tauscaling(ig) + 1.e-30
381              Rn = rice(ig,l)
382              Rn = -log(Rn)
383              Rm = Rn - 3. * sigma_iceco2*sigma_iceco2 
384              n_derf = erf( (rb_cldco2(1)+Rn) *dev2)
385              m_derf = erf( (rb_cldco2(1)+Rm) *dev2)
386              do i = 1, nbinco2_cld
387                 n_aer_h2oice(i) = -0.5 * No * n_derf !! this ith previously computed
388                 m_aer_h2oice(i) = -0.5 * Mo * m_derf !! this ith previously computed
389                 n_derf = derf( (rb_cldco2(i+1)+Rn) *dev2)
390                 m_derf = derf( (rb_cldco2(i+1)+Rm) *dev2)
391                 n_aer_h2oice(i) = n_aer(i) + 0.5 * No * n_derf ! vector not really needed - temp var - listo
392                 m_aer_h2oice(i) = m_aer(i) + 0.5 * Mo * m_derf ! vector not really needed - temp var
393                 rad_h2oice(i) = ((m_aer_h2oice(i)/rho_ice/
394     &                n_aer_h2oice(i) +   vol_cld(i)))
395     &                *0.75/pi**(1./3)
396c                 write(*,*) "before nuc, i,rad_h2o(i)= ",i,rad_h2oice(i)
397c     &                ,m_aer(i),n_aer(i)
398              enddo
399
400             
401           
402c       Get the rates of nucleation
403              call nucleaCO2(dble(pco2),zt(ig,l),dble(satu)
404     &             ,n_aer,rate,n_aer_h2oice
405     &             ,rad_h2oice,rateh2o)
406        ! regarder rateh20, et mettre = 0 si non nul pour le moment
407              dN = 0.
408              dM = 0.
409              dNh2o = 0.
410              dMh2o = 0.
411              do i = 1, nbinco2_cld
412          !n_aer(i) = n_aer(i)/( 1. + (rate(i)+rateh2o(i))*ptimestep)
413          !m_aer(i) = m_aer(i)/( 1. + (rate(i)+rateh2o(i))*ptimestep)
414                 Proba=1.0-dexp(-1.*ptimestep*rate(i))
415
416                     
417c                 dNh2o    = dNh2o + n_aer_h2oice(i) * rateh2o(i)
418c     &                * ptimestep
419c                 dMh2o    = dMh2o + m_aer_h2oice(i) * rateh2o(i)
420c     &                *ptimestep
421
422                 dN       = dN + n_aer(i) * Proba
423                 dM       = dM + m_aer(i) * Proba
424c                 write(*,*) "i, dNi, dN= ",i,n_aer(i)*Proba,dN
425              enddo
426             
427c              do i=1,nbinco2_cld
428c                 write(*,*) "i n_aer m_aer = ",i,n_aer(i),m_aer(i)
429c              enddo
430        ! dM  masse activée (kg) et dN nb particules par  kg d'air
431
432c       Update Dust particles
433c       For CO2 ice : no subtraction from dust (neither for water ice particles)
434!        zq(ig,l,igcm_dust_mass)   =
435!     &  zq(ig,l,igcm_dust_mass)   - dM/ tauscaling(ig) !max(tauscaling(ig),1.e-10)
436!        zq(ig,l,igcm_dust_number) =
437!     &  zq(ig,l,igcm_dust_number) - dN/ tauscaling(ig) !max(tauscaling(ig),1.e-10)
438c              write(*,*)  " nuclea dM = ",dM/tauscaling(ig),
439c     &             " nuclea dN = ", dN/tauscaling(ig)
440           
441              dNN= dN/tauscaling(ig)
442              dMM= dM/tauscaling(ig)
443
444              dNN=min(dNN,abs(zq0(ig,l,igcm_dust_number)))
445              dMM=min(dMM,zq0(ig,l,igcm_dust_mass))
446
447c       Update CCNs for CO2 crystals
448        ! WARNING dM dMh2o, interaction nuages eau-co2 -- h20 set to 0 for now
449              zq(ig,l,igcm_ccnco2_mass)   =
450     &             zq(ig,l,igcm_ccnco2_mass)   + dMM
451 
452              zq(ig,l,igcm_ccnco2_number) =
453     &             zq(ig,l,igcm_ccnco2_number) + dNN
454
455              zq(ig,l,igcm_dust_mass)   =
456     &             zq(ig,l,igcm_dust_mass)   - dMM
457              zq(ig,l,igcm_dust_number) =
458     &             zq(ig,l,igcm_dust_number) - dNN
459
460
461c + enlever les CCN a la distri de dust
462
463              write(*,*) "new dust_mass, number =",
464     &             zq(ig,l,igcm_dust_mass)* tauscaling(ig),
465     &             zq(ig,l,igcm_dust_number)*tauscaling(ig)
466              write(*,*) "new ccn mass, number =",
467     &             zq(ig,l,igcm_ccnco2_mass)* tauscaling(ig)
468     &             ,zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)*tauscaling(ig)
469           
470           ENDIF                ! of is satu >1
471!=============================================================
472! 4. Ice growth: scheme for radius evolution
473!=============================================================
474
475c We trigger crystal growth if and only if there is at least one nuclei (N>1).
476c Indeed, if we are supersaturated and still don't have at least one nuclei, we should better wait
477c to avoid unrealistic value for nuclei radius and so on for cases that remain negligible.
478c           IF ( zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)*tauscaling(ig).ge. 1.0) THEN
479
480           IF (zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)*tauscaling(ig) .ge. threshJA)
481     &          THEN            ! we trigger crystal growth
482
483              call updaterccn(zq(ig,l,igcm_dust_mass),
484     &             zq(ig,l,igcm_dust_number),rdust(ig,l),tauscaling(ig))
485              rdust(ig,l)= zq(ig,l,igcm_ccnco2_mass)
486     &             *0.75/pi/rho_dust
487     &             / zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)
488              rdust(ig,l)= rdust(ig,l)**(1./3.)
489           
490              rdust(ig,l)=max(1.e-10,rdust(ig,l))
491              rdust(ig,l)=min(2e-6,rdust(ig,l))
492             ! rdust(ig,l)=1.e-7
493
494              IF (zq(ig,l,igcm_ccnco2_mass) .lt. 0. .or.
495     &             zq(ig,l,igcm_ccnco2_number) .lt. 0. .or.
496     &             zq(ig,l,igcm_dust_mass) .lt. 0. .or.
497     &             zq(ig,l,igcm_dust_number) .lt. 0. ) THEN
498               
499                 write(*,*) "before growth CCN N,M = "         
500     &                ,zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)*tauscaling(ig)
501     &                ,zq(ig,l,igcm_ccnco2_mass)*tauscaling(ig)
502                 
503                 write(*,*) "before growth dust number mass = ",
504     &                zq(ig,l,igcm_dust_number)*tauscaling(ig),
505     &                zq(ig,l,igcm_dust_mass)*tauscaling(ig)           
506                 STOP
507              END IF
508           
509c              write(*,*) "reff dN = ",reff,dN
510c              reff=reff/dble(dN)
511c              if (zq(ig,l,igcm_co2_ice) .le. 1.e-20) then
512c                 riceco2(ig,l)=reff
513c              endif
514             
515c              write(*,*) "Rdust in improved = ",rdust(ig,l)
516             
517              riceco2(ig,l)=( zq(ig,l,igcm_co2_ice)*3.0/
518     &             (4.0*rho_ice_co2*pi*zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)
519     &             *tauscaling(ig)) +rdust(ig,l)*rdust(ig,l)
520     &             *rdust(ig,l) )**(1.0/3.0)
521
522          ! WATCH OUT: CO2 nuclei is supposed to be dust
523          ! only when deriving rhocloud (otherwise would need to keep info on  water embedded in co2) - listo
524              write(*,*) "Rdust before growth = ",rdust(ig,l)
525              write(*,*) "Riceco2 before growth = ",riceco2(ig,l)
526
527              call updaterice_microCO2(zq(ig,l,igcm_co2_ice),
528     &             zq(ig,l,igcm_ccnco2_mass),zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)
529     &             ,tauscaling(ig),riceco2(ig,l),rhocloudco2(ig,l))
530              write(*,*) "Riceco2 update before growth = ",riceco2(ig,l)
531
532              No   = zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)* tauscaling(ig)
533     &             + 1.e-30
534! No nb de particules de poussieres mis à l'échelle pour donner une opacité optique
535
536c       saturation at equilibrium
537c       rice should not be too small, otherwise seq value is not valid
538c              seq  = exp(2.*sigco2*mco2 / (rho_ice_co2*rgp*zt(ig,l)*
539c     &             max(riceco2(ig,l),1.e-7))) !Exponant sans unité OK
540
541ccccccc  Scheme of microphys. mass growth for CO2
542
543              call massflowrateCO2(pplay(ig,l),zt(ig,l),
544     &             satu,riceco2(ig,l),mmean(ig,l),Ic_rice) ! Mass transfer rate (kg/s) for a rice particle
545         ! Ic_rice mass flux kg.s-1 <0 si croissance !
546              drsurdt=-1.0/(4.0*pi*riceco2(ig,l)*
547     &             riceco2(ig,l)*rho_ice_co2)*Ic_rice
548              dMice =  No * Ic_rice * ptimestep ! Kg par kg d'air, <0 si croissance !           
549              write(*,*) "dMicev0 in improved = " , dMice
550
551             if (dMice .gt. 0) dMice = min(dMice,zq0(ig,l,igcm_co2_ice))
552             if (dMice .lt. 0) dMice = max(dMice,-1.*zq0(ig,l,igcm_co2))
553
554
555
556
557              riceco2(ig,l)=riceco2(ig,l)+drsurdt*ptimestep
558c              write(*,*) "riceco2+dr/dt = ", riceco2(ig,l)
559
560              write(*,*) "dMice in improved = " , dMice
561             
562             
563              zq(ig,l,igcm_co2_ice) = zq(ig,l,igcm_co2_ice)
564     &             -dMice
565              zq(ig,l,igcm_co2) = zq(ig,l,igcm_co2)+dMice
566c              write(*,*) "zq co2 ice = ", zq(ig,l,igcm_co2_ice)
567              countcells = countcells + 1
568       
569              riceco2(ig,l)=( zq(ig,l,igcm_co2_ice)*3.0/
570     &             (4.0*rho_ice_co2*pi*zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)
571     &             *tauscaling(ig)) +rdust(ig,l)*rdust(ig,l)
572     &             *rdust(ig,l) )**(1.0/3.0)
573              write(*,*) "new riceco2 = ",riceco2(ig,l)
574               
575              call updaterice_microCO2(zq(ig,l,igcm_co2_ice),
576     &             zq(ig,l,igcm_ccnco2_mass),zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)
577     &            ,tauscaling(ig),riceco2(ig,l),rhocloudco2(ig,l))
578              write(*,*) "new riceco2 updaterad= ",riceco2(ig,l)
579
580! latent heat release       
581
582              l0=595594.     
583              l1=903.111     
584              l2=-11.5959   
585              l3=0.0528288
586              l4=-0.000103183
587
588              lw = l0 + l1 * zt(ig,l) + l2 * zt(ig,l)**2 +
589     &             l3 * zt(ig,l)**3 + l4 * zt(ig,l)**4 !J.kg-1
590c              write(*,*) "CPP= ",cpp    ! = 744.5
591             
592              pdtcloudco2(ig,l)= dMice*lw/cpp/ptimestep ! kg par couche * J par kg /J par K / s = K par seconde
593             
594c              write(*,*) "pdtcloudco2 = ",pdtcloudco2(ig,l)
595             
596c Peut etre -1*dMice?
597
598
599          !deltaT par condens/subli. qui remplace le dT du CO2 du newcondens pré-constantino
600          !PDT should be in K/s.
601!=============================================================
602! 5. Dust cores released, tendancies, latent heat, etc ...
603!=============================================================
604
605c         If all the ice particles sublimate, all the condensation
606c         nuclei are released:
607
608c         !!! with CO2 ice nuclei: dust/H2O nuclei are not released because
609c         they were not subtracted to dust_number
610c         Their counter is just set to "0".
611c         (see end of section 3.) : On peut les enlever à dust
612
613c         interaction ho-co2 ici, dans la mise a jour des traceurs WARNING reflechir
614       
615
616           ENDIF                !of if Nccn>1   
617c           if (riceco2(ig,l) .lt. 1.e-9) then
618         
619            if (zq(ig,l,igcm_co2_ice).le.1.e-20 .or.
620     &             riceco2(ig,l) .lt. 1.e-9 .or. riceco2(ig,l)
621     &          .ge. 4.999e-4) then
622!     Reverser les ccn libérés dans les h2o ou dust?
623               
624c     c        ICI:   Co2 ice devient vapeur
625              zq(ig,l,igcm_co2) = zq(ig,l,igcm_co2)
626     &              + zq(ig,l,igcm_co2_ice)
627               
628               zq(ig,l,igcm_dust_mass) =
629     &              zq(ig,l,igcm_dust_mass)
630     &              + zq(ig,l,igcm_ccnco2_mass)
631               zq(ig,l,igcm_dust_number)
632     &              = zq(ig,l,igcm_dust_number)
633     &              + zq(ig,l,igcm_ccnco2_number)
634c     c           CCNs
635               zq(ig,l,igcm_ccnco2_mass) = 0.
636               zq(ig,l,igcm_ccnco2_number) =0.
637               zq(ig,l,igcm_co2_ice) = 0.
638               riceco2(ig,l)=0.
639            endif
640           
641c            write(*,*) "zq co2 end imp= ", zq(i g,l,igcm_co2_ice),satu
642
643       
644
645        ENDDO                   ! of ig loop
646      ENDDO                     ! of nlayer loop
647   
648     
649       ! Get cloud tendencies
650      pdqcloudco2(1:ngrid,1:nlay,igcm_co2) =
651     &     (zq(1:ngrid,1:nlay,igcm_co2) -
652     &     zq0(1:ngrid,1:nlay,igcm_co2))/ptimestep
653
654      pdqcloudco2(1:ngrid,1:nlay,igcm_co2_ice) =
655     &     (zq(1:ngrid,1:nlay,igcm_co2_ice) -
656     &     zq0(1:ngrid,1:nlay,igcm_co2_ice))/ptimestep
657c      do l=1,nlay
658c         write(*,*) "end imp",pdqcloudco2(1,l,igcm_co2),
659c     &        pdqcloudco2(1,l,igcm_co2_ice)
660c      enddo
661      pdqcloudco2(1:ngrid,1:nlay,igcm_ccnco2_mass) =
662     &     (zq(1:ngrid,1:nlay,igcm_ccnco2_mass) -
663     &     zq0(1:ngrid,1:nlay,igcm_ccnco2_mass))/ptimestep
664
665      pdqcloudco2(1:ngrid,1:nlay,igcm_ccnco2_number) =
666     &     (zq(1:ngrid,1:nlay,igcm_ccnco2_number) -
667     &     zq0(1:ngrid,1:nlay,igcm_ccnco2_number))/ptimestep
668     
669 
670      if (scavenging) then
671         
672         pdqcloudco2(1:ngrid,1:nlay,igcm_dust_mass) =
673     &        (zq(1:ngrid,1:nlay,igcm_dust_mass) -
674     &        zq0(1:ngrid,1:nlay,igcm_dust_mass))/ptimestep
675         pdqcloudco2(1:ngrid,1:nlay,igcm_dust_number) =
676     &        (zq(1:ngrid,1:nlay,igcm_dust_number) -
677     &        zq0(1:ngrid,1:nlay,igcm_dust_number))/ptimestep
678      endif   
679     
680c      call WRITEdiagfi(ngrid,"Improvedb","co2 traceur","kg/kg",1,
681c     &    zq0(1,:,igcm_co2_ice) )
682   
683c      call WRITEdiagfi(ngrid,"Improveda","co2 traceur","kg/kg",1,
684c     &    zq(1,:,igcm_co2_ice) )
685     
686   
687         
688         
689c     call WRITEdiagfi(ngrid,"satuco2","satu co2 in improved","kg/kg",1,
690c     &     satu)
691
692     
693!!!!!!!!!!!!!! TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS
694!!!!!!!!!!!!!! TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS
695!!!!!!!!!!!!!! TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS
696      IF (test_flag) then
697     
698!       error2d(:) = 0.
699       DO l=1,nlay
700       DO ig=1,ngrid
701!         error2d(ig) = max(abs(error_out(ig,l)),error2d(ig))
702          satubf(ig,l) = zq0(ig,l,igcm_co2)/zqsat(ig,l)   ! att. if zqsat=mmr or psat
703          satuaf(ig,l) = zq(ig,l,igcm_co2)/zqsat(ig,l)
704       ENDDO
705       ENDDO
706
707       write(*,*) 'count is ',countcells, ' i.e. ',
708     &      countcells*100/(nlay*ngrid), '% for microphys computation'
709
710!      IF (ngrid.ne.1) THEN ! 3D
711!         call WRITEDIAGFI(ngrid,"satu","ratio saturation","",3,
712!     &                    satu_out)
713!         call WRITEDIAGFI(ngrid,"dM","ccn variation","kg/kg",3,
714!     &                    dM_out)
715!         call WRITEDIAGFI(ngrid,"dN","ccn variation","#",3,
716!     &                    dN_out)
717!         call WRITEDIAGFI(ngrid,"error","dichotomy max error","%",2,
718!     &                    error2d)
719!         call WRITEDIAGFI(ngrid,"zqsat","zqsat","kg",3,
720!     &                    zqsat)
721!      ENDIF
722
723!      IF (ngrid.eq.1) THEN ! 1D
724!         call WRITEDIAGFI(ngrid,"error","incertitude sur glace","%",1,
725!     &                    error_out)
726!         call WRITEdiagfi(ngrid,"resist","resistance","s/m2",1,
727!     &                    res_out)
728         call WRITEdiagfi(ngrid,"satu_bf","satu before","kg/kg",1,
729     &                    satubf)
730         call WRITEdiagfi(ngrid,"satu_af","satu after","kg/kg",1,
731     &                    satuaf)
732         call WRITEdiagfi(ngrid,"vapbf","CO2vap before","kg/kg",1,
733     &                    zq0(1,1,igcm_co2))
734         call WRITEdiagfi(ngrid,"vapaf","CO2vap after","kg/kg",1,
735     &                    zq(1,1,igcm_co2))
736         call WRITEdiagfi(ngrid,"icebf","CO2ice before","kg/kg",1,
737     &                    zq0(1,1,igcm_co2_ice))
738         call WRITEdiagfi(ngrid,"iceaf","CO2ice after","kg/kg",1,
739     &                    zq(1,1,igcm_co2_ice))
740         call WRITEdiagfi(ngrid,"ccnbf","ccn before","/kg",1,
741     &                    zq0(1,1,igcm_ccnco2_number))
742         call WRITEdiagfi(ngrid,"ccnaf","ccn after","/kg",1,
743     &                    zq(1,1,igcm_ccnco2_number))
744c         call WRITEDIAGFI(ngrid,"growthrate","growth rate","m^2/s",1,
745c     &                    gr_out)
746c         call WRITEDIAGFI(ngrid,"nuclearate","nucleation rate","",1,
747c     &                    rate_out)
748c         call WRITEDIAGFI(ngrid,"dM","ccn variation","kg",1,
749c     &                    dM_out)
750c         call WRITEDIAGFI(ngrid,"dN","ccn variation","#",1,
751c     &                    dN_out)
752c         call WRITEdiagfi(ngrid,"zqsat","p vap sat","kg/kg",1,
753c     &                    zqsat)
754!         call WRITEDIAGFI(ngrid,"satu","ratio saturation","",1,
755!     &                    satu_out)
756!         call WRITEDIAGFI(ngrid,"rdust_sca","rdust","m",1,
757!     &                    rdust)
758!         call WRITEDIAGFI(ngrid,"rsedcloud","rsedcloud","m",1,
759!     &                    rsedcloud)
760!         call WRITEDIAGFI(ngrid,"rhocloud","rhocloud","kg.m-3",1,
761!     &                    rhocloud)
762!      ENDIF
763     
764      ENDIF ! endif test_flag
765!!!!!!!!!!!!!! TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS
766!!!!!!!!!!!!!! TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS
767!!!!!!!!!!!!!! TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS TESTS OUTPUTS
768   
769      return
770      end
771     
772     
773     
774cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc     
775cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc     
776c The so -called "phi" function is such as phi(r) - phi(r0) = t - t0
777c It is an analytical solution to the ice radius growth equation,
778c with the approximation of a constant 'reduced' cunningham correction factor
779c (lambda in growthrate.F) taken at radius req instead of rice   
780cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc     
781cccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccccc
782
783c      subroutine phi(rice,req,coeff1,coeff2,time)
784c     
785c      implicit none
786c     
787c      ! inputs
788c      real rice ! ice radius
789c      real req  ! ice radius at equilibirum
790c      real coeff1  ! coeff for the log
791c      real coeff2  ! coeff for the arctan
792c
793c      ! output     
794c      real time
795c     
796c      !local
797c      real var
798c     
799c      ! 1.73205 is sqrt(3)
800c     
801c      var = max(
802c     &  abs(rice-req) / sqrt(rice*rice + rice*req  + req*req),1e-30)
803c           
804c       time =
805c     &   coeff1 *
806c     &   log( var )
807c     & + coeff2 * 1.73205 *
808c     &   atan( (2*rice+req) / (1.73205*req) )
809c     
810c      return
811c      end
812     
813     
814     
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.