source: trunk/LMDZ.MARS/libf/phymars/rocketduststorm_mod.F90 @ 2789

Last change on this file since 2789 was 2685, checked in by emillour, 3 years ago

Mars GCM:
Add possibility to output either upward or downward SW flux at the surface
and top of atmosphere from physiq. Required adding some output arguments
to callradite.
EM

File size: 31.4 KB
RevLine 
[1974]1      MODULE rocketduststorm_mod
2
3      IMPLICIT NONE
4
5      REAL, SAVE, ALLOCATABLE :: dustliftday(:) ! dust lifting rate (s-1)
[2584]6
7!$OMP THREADPRIVATE(dustliftday)
[1974]8     
9      CONTAINS
10
11!=======================================================================
12! ROCKET DUST STORM - vertical transport and detrainment
13!=======================================================================
[2079]14! calculation of the vertical flux
[2201]15! call of van_leer : Van Leer transport scheme of the dust tracers
[2079]16! detrainement of stormdust in the background dust
[1974]17! -----------------------------------------------------------------------
[2079]18! Authors: M. Vals; C. Wang; F. Forget; T. Bertrand
[1974]19! Institution: Laboratoire de Meteorologie Dynamique (LMD) Paris, France
20! -----------------------------------------------------------------------
21
22      SUBROUTINE rocketduststorm(ngrid,nlayer,nq,ptime,ptimestep,      &
23                                 pq,pdqfi,pt,pdtfi,pplev,pplay,pzlev,  &
24                                 pzlay,pdtsw,pdtlw,                    &
25!             input for radiative transfer
26                                 clearatm,icount,zday,zls,             &
27                                 tsurf,igout,totstormfract,            &
[2417]28                                 tauscaling,dust_rad_adjust,           &
[2643]29                                 IRtoVIScoef,                          &
[1974]30!             input sub-grid scale cloud
31                                 clearsky,totcloudfrac,                &
[2199]32!             input sub-grid scale topography
[2628]33                                 nohmons,                              &
[2079]34!             output
[2246]35                                 pdqrds,wrad,dsodust,dsords,dsotop,    &
[2415]36                                 tau_pref_scenario,tau_pref_gcm)
[1974]37
[2079]38      USE tracer_mod, only: igcm_stormdust_mass,igcm_stormdust_number &
[1974]39                            ,igcm_dust_mass,igcm_dust_number          &
40                            ,rho_dust
41      USE comcstfi_h, only: r,g,cpp,rcp
[2079]42      USE dimradmars_mod, only: albedo,naerkind
43      USE comsaison_h, only: dist_sol,mu0,fract
44      USE surfdat_h, only: emis,co2ice,zmea, zstd, zsig, hmons
[2226]45      USE callradite_mod, only: callradite
[2079]46      IMPLICIT NONE
[1974]47
[2160]48      include "callkeys.h"
49
[1974]50!--------------------------------------------------------
51! Input Variables
52!--------------------------------------------------------
53
54      INTEGER, INTENT(IN) :: ngrid ! number of horizontal grid points
55      INTEGER, INTENT(IN) :: nlayer ! number of vertical grid points
56      INTEGER, INTENT(IN) :: nq ! number of tracer species
57      REAL, INTENT(IN) :: ptime
58      REAL, INTENT(IN) :: ptimestep
59
60      REAL, INTENT(IN) :: pq(ngrid,nlayer,nq) ! advected field nq
61      REAL, INTENT(IN) :: pdqfi(ngrid,nlayer,nq)! tendancy field pq
62      REAL, INTENT(IN) :: pt(ngrid,nlayer)      ! temperature at mid-layer (K)
63      REAL, INTENT(IN) :: pdtfi(ngrid,nlayer)   ! tendancy temperature at mid-layer (K)
64
65      REAL, INTENT(IN) :: pplay(ngrid,nlayer)     ! pressure at middle of the layers
66      REAL, INTENT(IN) :: pplev(ngrid,nlayer+1) ! pressure at intermediate levels
67      REAL, INTENT(IN) :: pzlay(ngrid,nlayer)     ! altitude at the middle of the layers
68      REAL, INTENT(IN) :: pzlev(ngrid,nlayer+1)   ! altitude at layer boundaries
69
70      REAL, INTENT(IN) :: pdtsw(ngrid,nlayer)     ! (K/s) env
71      REAL, INTENT(IN) :: pdtlw(ngrid,nlayer)     ! (K/s) env
72
73!     input for second radiative transfer
[2079]74      LOGICAL, INTENT(IN) :: clearatm
[1974]75      INTEGER, INTENT(INOUT) :: icount
[2079]76      REAL, INTENT(IN) :: zday
77      REAL, INTENT(IN) :: zls
78      REAL, INTENT(IN) :: tsurf(ngrid)
79      INTEGER, INTENT(IN) :: igout
80      REAL, INTENT(IN) :: totstormfract(ngrid)
[2226]81      REAL, INTENT(INOUT) :: tauscaling(ngrid)
[2643]82      REAL,INTENT(INOUT) :: dust_rad_adjust(ngrid)                             
83      REAL,INTENT(INOUT) :: IRtoVIScoef(ngrid) ! NB: not modified by this call to callradite,
84                                               ! the OUT is just here because callradite needs it
[2079]85     
[2628]86!     subgrid scale water ice clouds
[1974]87      logical, intent(in) :: clearsky
[2199]88      real, intent(in) :: totcloudfrac(ngrid)
89
[2628]90!     subgrid scale topography
[2199]91      LOGICAL, INTENT(IN) :: nohmons
[1974]92 
93!--------------------------------------------------------
94! Output Variables
95!--------------------------------------------------------
96
97      REAL, INTENT(OUT) :: pdqrds(ngrid,nlayer,nq) ! tendancy field for dust when detraining
[2079]98      REAL, INTENT(OUT) :: wrad(ngrid,nlayer+1)   ! vertical speed within the rocket dust storm
[2415]99      REAL, INTENT(OUT) :: dsodust(ngrid,nlayer) ! density scaled opacity of env. dust
100      REAL, INTENT(OUT) :: dsords(ngrid,nlayer) ! density scaled opacity of storm dust
101      REAL, INTENT(OUT) :: dsotop(ngrid,nlayer) ! density scaled opacity of topmons dust
102      REAL,INTENT(OUT) :: tau_pref_scenario(ngrid) ! prescribed dust column
103                                               ! visible opacity at odpref
104      REAL,INTENT(OUT) :: tau_pref_gcm(ngrid) ! dust column visible opacity at
105                                              ! odpref in the GCM
[1974]106!--------------------------------------------------------
107! Local variables
108!--------------------------------------------------------
[2201]109      INTEGER l,ig,iq,ll
[2079]110!     local variables from callradite.F       
[1974]111      REAL zdtlw1(ngrid,nlayer)    ! (K/s) storm
112      REAL zdtsw1(ngrid,nlayer)    ! (K/s) storm
113      REAL zt(ngrid,nlayer)        ! actual temperature at mid-layer (K)
[2091]114      REAL zdtvert(ngrid,nlayer)   ! dT/dz , lapse rate
115      REAL ztlev(ngrid,nlayer)     ! temperature at intermediate levels l+1/2 without last level
[1974]116
[2079]117      REAL zdtlw1_lev(nlayer),zdtsw1_lev(nlayer) ! rad. heating rate at intermediate levels l+1/2 for stormdust
118      REAL zdtlw_lev(nlayer),zdtsw_lev(nlayer)   ! rad. heating rate at intermediate levels l+1/2 for background dust
[1974]119
[2079]120      REAL zq_stormdust_mass(ngrid,nlayer) ! intermediate tracer stormdust mass
121      REAL zq_stormdust_number(ngrid,nlayer) ! intermediate tracer stormdust number
122      REAL zq_dust_mass(ngrid,nlayer)           ! intermediate tracer dust mass
123      REAL zq_dust_number(ngrid,nlayer)         ! intermediate tracer dust number
[1974]124
[2079]125      REAL mr_stormdust_mass(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (stormdust mass)
126      REAL mr_stormdust_number(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (stormdust number)
127      REAL mr_dust_mass(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (dust mass)
128      REAL mr_dust_number(ngrid,nlayer) ! intermediate mixing ratio to calculate van leer transport with the "real" concentration (sdust number)
129                   
130      REAL dqvl_stormdust_mass(ngrid,nlayer)    ! tendancy of vertical transport (stormdust mass)
131      REAL dqvl_stormdust_number(ngrid,nlayer)  ! tendancy of vertical transport (stormdust number)
132      REAL dqvl_dust_mass(ngrid,nlayer)    ! tendancy of vertical transport (dust mass)
133      REAL dqvl_dust_number(ngrid,nlayer)  ! tendancy of vertical transport (dust number)
134      REAL dqdet_stormdust_mass(ngrid,nlayer)   ! tendancy of detrainement (stormdust mass)
135      REAL dqdet_stormdust_number(ngrid,nlayer) ! tendancy of detrainement (stormdust number)
[1974]136
[2090]137      REAL masse_col(nlayer)     ! mass of atmosphere (kg/m2)
[1974]138      REAL zq(ngrid,nlayer,nq)   ! updated tracers
139     
[2090]140      REAL w(ngrid,nlayer)          ! air mass flux (calculated with the vertical wind velocity profile) used as input in Van Leer (kgair/m2)
141      REAL wqmass(ngrid,nlayer+1)   ! tracer (dust_mass) mass flux in Van Leer (kg/m2)
142      REAL wqnumber(ngrid,nlayer+1) ! tracer (dust_number) mass flux in Van Leer (kg/m2)
[1974]143
[2079]144      LOGICAL storm(ngrid)    ! true when there is a dust storm (if the opacity is high): trigger the rocket dust storm scheme
[2160]145      REAL detrain(ngrid,nlayer)  ! coefficient for detrainment : % of stormdust detrained
[2079]146      INTEGER scheme(ngrid)   ! triggered scheme
147           
148      REAL,PARAMETER:: coefmin =0.025 ! 0<coefmin<1 Minimum fraction of stormdust detrained 
[2201]149      REAL,PARAMETER:: wmin =0.25 ! stormdust detrainment if wrad < wmin 
[2079]150      REAL,PARAMETER:: wmax =10.   ! maximum vertical velocity of the rocket dust storms (m/s)
[2201]151
152!     subtimestep
153      INTEGER tsub
154      INTEGER nsubtimestep    !number of subtimestep when calling van_leer
155      REAL subtimestep        !ptimestep/nsubtimestep
156      REAL dtmax              !considered time needed for dust to cross one layer
157      REAL,PARAMETER:: secu=3.!3.      !coefficient on wspeed to avoid dust crossing many layers during subtimestep
158
[2079]159!     diagnostics
160      REAL lapserate(ngrid,nlayer)
161      REAL deltahr(ngrid,nlayer+1)
[1974]162   
[2079]163      LOGICAL,SAVE :: firstcall=.true.
[2616]164     
165!$OMP THREADPRIVATE(firstcall)
[2079]166
167!     variables for the radiative transfer
[1974]168      REAL  fluxsurf_lw1(ngrid)
[2685]169      REAL  fluxsurf_dn_sw1(ngrid,2),fluxsurf_up_sw1(ngrid,2)
[1974]170      REAL  fluxtop_lw1(ngrid)
[2685]171      REAL  fluxtop_dn_sw1(ngrid,2),fluxtop_up_sw1(ngrid,2)
[1974]172      REAL  tau(ngrid,naerkind)
173      REAL  aerosol(ngrid,nlayer,naerkind)
174      REAL  taucloudtes(ngrid)
175      REAL  rdust(ngrid,nlayer)
176      REAL  rstormdust(ngrid,nlayer)
[2199]177      REAL  rtopdust(ngrid,nlayer)
[1974]178      REAL  rice(ngrid,nlayer)
179      REAL  nuice(ngrid,nlayer)
[2459]180      DOUBLE PRECISION  riceco2(ngrid,nlayer)
[2448]181      REAL  nuiceco2(ngrid,nlayer)
[1974]182
183      ! **********************************************************************
184      ! **********************************************************************
[2079]185      ! Rocket dust storm parametrization to reproduce the detached dust layers
186      ! during the dust storm season:
[1974]187      !     The radiative warming due to the presence of storm dust is
188      !     balanced by the adiabatic cooling. The tracer "storm dust" 
189      !     is transported by the upward/downward flow.
190      ! **********************************************************************
191      ! **********************************************************************     
192      !!    1. Radiative transfer in storm dust
193      !!    2. Compute vertical velocity for storm dust
[2079]194      !!      case 1 storm = false: nothing to do
195      !!      case 2 rocket dust storm (storm=true)
196      !!    3. Vertical transport (Van Leer)
[1974]197      !!    4. Detrainment
198      ! **********************************************************************
199      ! **********************************************************************
200
201     
202      ! **********************************************************************
[2079]203      ! Initializations
[1974]204      ! **********************************************************************
205      storm(:)=.false.
206      pdqrds(:,:,:) = 0.
[2079]207      mr_dust_mass(:,:)=0.
208      mr_dust_number(:,:)=0.
209      mr_stormdust_mass(:,:)=0.
210      mr_stormdust_number(:,:)=0.
211      dqvl_dust_mass(:,:)=0.
212      dqvl_dust_number(:,:)=0.
213      dqvl_stormdust_mass(:,:)=0.
214      dqvl_stormdust_number(:,:)=0.
215      dqdet_stormdust_mass(:,:)=0.
216      dqdet_stormdust_number(:,:)=0.
217      wrad(:,:)=0.
[2090]218      w(:,:)=0.
219      wqmass(:,:)=0.
220      wqnumber(:,:)=0.
[2091]221      zdtvert(:,:)=0.
[1974]222      lapserate(:,:)=0.
223      deltahr(:,:)=0.
224      scheme(:)=0
[2160]225      detrain(:,:)=1.
[2083]226
[1974]227      !! no update for the stormdust tracer and temperature fields
228      !! because previous callradite was for background dust
229      zq(1:ngrid,1:nlayer,1:nq)=pq(1:ngrid,1:nlayer,1:nq)
230      zt(1:ngrid,1:nlayer)=pt(1:ngrid,1:nlayer)
231
232
[2079]233      zq_dust_mass(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_dust_mass)
234      zq_dust_number(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_dust_number)
235      zq_stormdust_mass(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_stormdust_mass)
236      zq_stormdust_number(1:ngrid,1:nlayer)=zq(1:ngrid,1:nlayer,igcm_stormdust_number)
237
238      ! *********************************************************************
239      ! 0. Check if there is a storm
240      ! *********************************************************************
241      DO ig=1,ngrid
[1974]242        storm(ig)=.false.
[2079]243        DO l=1,nlayer
244          IF (zq(ig,l,igcm_stormdust_mass) &
245          .gt. zq(ig,l,igcm_dust_mass)*(1.E-4)) THEN
[1974]246            storm(ig)=.true.
[2079]247            EXIT
248          ENDIF
249        ENDDO     
250      ENDDO
[1974]251     
252      ! *********************************************************************
253      ! 1. Call the second radiative transfer for stormdust, obtain the extra heating
254      ! *********************************************************************
[2199]255      CALL callradite(icount,ngrid,nlayer,nq,zday,zls,pq,albedo,          &
256                 emis,mu0,pplev,pplay,pt,tsurf,fract,dist_sol,igout,      &
[2685]257                 zdtlw1,zdtsw1,fluxsurf_lw1,fluxsurf_dn_sw1,fluxsurf_up_sw1, &
258                 fluxtop_lw1,fluxtop_dn_sw1,fluxtop_up_sw1, &
259                 tau_pref_scenario,tau_pref_gcm, &
[2643]260                 tau,aerosol,dsodust,tauscaling,dust_rad_adjust,IRtoVIScoef, &
[2448]261                 taucloudtes,rdust,rice,nuice,riceco2,nuiceco2,co2ice,rstormdust,rtopdust, &
[2628]262                 totstormfract,clearatm,dsords,dsotop,nohmons,&
[1974]263                 clearsky,totcloudfrac)
264
265      ! **********************************************************************
266      ! 2. Compute vertical velocity for storm dust
[2079]267      ! **********************************************************************
[1974]268        !! **********************************************************************
[2079]269        !! 2.1 Nothing to do when no storm
270        !!             no storm
271        DO ig=1,ngrid       
272          IF (.NOT.(storm(ig))) then
273            scheme(ig)=1
274            cycle
275          ENDIF ! IF (storm(ig))
276        ENDDO ! DO ig=1,ngrid                 
[1974]277       
[2079]278        !! **********************************************************************
279        !! 2.2 Calculation of the extra heating : computing heating rates
280        !! gradient at boundaries of each layer, start from surface
281        DO ig=1,ngrid
[2091]282          IF (storm(ig)) THEN
283
284            scheme(ig)=2
[1974]285     
[2091]286            !! computing heating rates gradient at boundraies of each layer
287            !! start from surface
288            zdtlw1_lev(1)=0.
289            zdtsw1_lev(1)=0.
290            zdtlw_lev(1)=0.
291            zdtsw_lev(1)=0.
292            ztlev(ig,1)=zt(ig,1)
[1974]293
[2091]294            DO l=1,nlayer-1
295              !! Calculation for the dust storm fraction
296              zdtlw1_lev(l+1)=(zdtlw1(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+ &
297                           zdtlw1(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /  &
298                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
299           
300              zdtsw1_lev(l+1)=(zdtsw1(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+ &
301                           zdtsw1(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /  &
302                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
303              !! Calculation for the background dust fraction
304              zdtlw_lev(l+1)=(pdtlw(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+   &
305                           pdtlw(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /   &
306                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
[2079]307           
[2091]308              zdtsw_lev(l+1)=(pdtsw(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+   &
309                           pdtsw(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /   &
310                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
[2079]311           
[2091]312              ztlev(ig,l+1)=(zt(ig,l)*(pzlay(ig,l+1)-pzlev(ig,l+1))+          &
313                           zt(ig,l+1)*(pzlev(ig,l+1)-pzlay(ig,l)))  /      &
314                              (pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
[2201]315            ENDDO ! DO l=1,nlayer-1
[1974]316
[2201]317            !! This is the env. lapse rate
318            zdtvert(ig,1)=0.
319            DO l=1,nlayer-1
320              zdtvert(ig,l+1)=(ztlev(ig,l+1)-ztlev(ig,l))/(pzlay(ig,l+1)-pzlay(ig,l))
321              lapserate(ig,l+1)=zdtvert(ig,l+1)
322            ENDDO
323
[2091]324            !! **********************************************************************
325            !! 2.3 Calculation of the vertical velocity : extra heating
326            !! balanced by adiabatic cooling
327           
[2079]328            DO l=1,nlayer
329              deltahr(ig,l)=(zdtlw1_lev(l)+zdtsw1_lev(l))  &
330                                          -(zdtlw_lev(l)+zdtsw_lev(l))
331              wrad(ig,l)=-deltahr(ig,l)/(g/cpp+   &
[2091]332                                         max(zdtvert(ig,l),-0.99*g/cpp))       
[2079]333              !! Limit vertical wind in case of lapse rate close to adiabatic
334              wrad(ig,l)=max(wrad(ig,l),-wmax)
335              wrad(ig,l)=min(wrad(ig,l),wmax)
336            ENDDO
[2091]337
[2079]338          ENDIF ! IF (storm(ig))
339        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
[1974]340
341      ! **********************************************************************
342      ! 3. Vertical transport
343      ! **********************************************************************
[2079]344        !! **********************************************************************
345        !! 3.1 Transport of background dust + storm dust (concentrated)
346        DO ig=1,ngrid
347          IF (storm(ig)) THEN
348            DO l=1,nlayer
349              mr_dust_mass(ig,l) = zq_dust_mass(ig,l)
350              mr_dust_number(ig,l) = zq_dust_number(ig,l)
351              mr_stormdust_mass(ig,l) = zq_dust_mass(ig,l)+ &
352                                      zq_stormdust_mass(ig,l)/totstormfract(ig)
353              mr_stormdust_number(ig,l) = zq_dust_number(ig,l)+ &
354                                      zq_stormdust_number(ig,l)/totstormfract(ig)
355            ENDDO ! DO l=1,nlayer
356          ENDIF ! IF (storm(ig))
357        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
[1974]358
[2079]359        DO ig=1,ngrid
360          IF (storm(ig)) THEN
[2201]361        !! **********************************************************************
362        !! 3.2 Compute the subtimestep to conserve the mass in the Van Leer transport
363            dtmax=ptimestep
364            DO l=2,nlayer
365              IF (wrad(ig,l).lt.0.) THEN
366                 dtmax=min(dtmax,(pzlev(ig,l)-pzlev(ig,l-1))/  &
367                                   (secu*abs(wrad(ig,l))))
368              ELSE IF (wrad(ig,l).gt.0.) then
369                 dtmax=min(dtmax,(pzlev(ig,l+1)-pzlev(ig,l))/  &
370                                   (secu*abs(wrad(ig,l))))
371              ENDIF
372            ENDDO
373            nsubtimestep= int(ptimestep/dtmax)
374            subtimestep=ptimestep/float(nsubtimestep)
375            !! Mass flux generated by wup in kg/m2
376            DO l=1,nlayer
377               w(ig,l)=wrad(ig,l)*pplev(ig,l)/(r*ztlev(ig,l)) &
378                        *subtimestep
379            ENDDO ! l=1,nlayer
380
381        !! **********************************************************************
382        !! 3.3 Vertical transport by a Van Leer scheme
[2079]383            !! Mass of atmosphere in the layer
384            DO l=1,nlayer
[2090]385               masse_col(l)=(pplev(ig,l)-pplev(ig,l+1))/g
[2079]386            ENDDO
[2201]387            !! Mass flux in kg/m2 if you are not using the subtimestep
388            !DO l=1,nlayer
389            !   w(ig,l)=wrad(ig,l)*(pplev(ig,l)/(r*ztlev(ig,l)))*ptimestep
390            !ENDDO
391            !! Loop over the subtimestep
392            DO tsub=1,nsubtimestep
393              !! Van Leer scheme
394              wqmass(ig,:)=0.
395              wqnumber(ig,:)=0.
396              CALL van_leer(nlayer,mr_stormdust_mass(ig,:),2.,   &
397                    masse_col,w(ig,:),wqmass(ig,:))
398              CALL van_leer(nlayer,mr_stormdust_number(ig,:),2.,  &
399                    masse_col,w(ig,:),wqnumber(ig,:))
400            ENDDO !tsub=...           
401             
[2079]402          ENDIF ! IF storm(ig)
403        ENDDO ! DO ig=1,ngrid 
[1974]404
[2079]405        !! **********************************************************************
[2201]406        !! 3.4 Re-calculation of the mixing ratios after vertical transport
[2079]407        DO ig=1,ngrid
408         IF (storm(ig)) THEN
409           DO l=1,nlayer
410           
411             !! General and "healthy" case
412             IF (mr_stormdust_mass(ig,l).ge.mr_dust_mass(ig,l)) THEN
413               zq_dust_mass(ig,l) = mr_dust_mass(ig,l)
414               zq_dust_number(ig,l) = mr_dust_number(ig,l)
415               zq_stormdust_mass(ig,l) = totstormfract(ig)*(mr_stormdust_mass(ig,l)-mr_dust_mass(ig,l))
416               zq_stormdust_number(ig,l) = totstormfract(ig)*(mr_stormdust_number(ig,l)-mr_dust_number(ig,l))
417             !! Particular case: there is less than initial dust mixing ratio after the vertical transport
418             ELSE
419               zq_dust_mass(ig,l) = (1.-totstormfract(ig))*mr_dust_mass(ig,l)+totstormfract(ig)*mr_stormdust_mass(ig,l)
420               zq_dust_number(ig,l) = (1.-totstormfract(ig))*mr_dust_number(ig,l)+totstormfract(ig)*mr_stormdust_number(ig,l)
421               zq_stormdust_mass(ig,l) = 0.
422               zq_stormdust_number(ig,l) = 0.
423             ENDIF
424             
425           ENDDO ! DO l=1,nlayer           
426         ENDIF ! IF storm(ig)
427        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
[1974]428
[2079]429        !! **********************************************************************
[2201]430        !! 3.5 Calculation of the tendencies of the vertical transport
[2079]431        DO ig=1,ngrid
432         IF (storm(ig)) THEN
433           DO l=1,nlayer
434             dqvl_stormdust_mass(ig,l) = (zq_stormdust_mass(ig,l)- &
435                                   zq(ig,l,igcm_stormdust_mass)) /ptimestep
436             dqvl_stormdust_number(ig,l) = (zq_stormdust_number(ig,l)- &
437                                     zq(ig,l,igcm_stormdust_number)) /ptimestep
438             dqvl_dust_mass(ig,l) = (zq_dust_mass(ig,l)-zq(ig,l,igcm_dust_mass)) /ptimestep
439             dqvl_dust_number(ig,l) = (zq_dust_number(ig,l)-zq(ig,l,igcm_dust_number)) /ptimestep
440           ENDDO
441         ENDIF ! IF storm(ig)
442        ENDDO ! DO ig=1,ngrid           
[1974]443
444      ! **********************************************************************
[2079]445      ! 4. Detrainment: stormdust is converted to background dust
[1974]446      ! **********************************************************************
[2079]447        !! **********************************************************************
448        !! 4.1 Compute the coefficient of detrainmen
449        DO ig=1,ngrid
450          DO l=1,nlayer
451            IF ((max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1))) .lt.  &
452                          wmin) .or. (zq_dust_mass(ig,l) .gt.  &
453                                     10000.*zq_stormdust_mass(ig,l))) THEN
[2160]454               detrain(ig,l)=1.
[2079]455            ELSE IF (max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1)))   &
456                                                       .le. wmax) THEN
[2160]457               detrain(ig,l)=coeff_detrainment*                 &
458                             (((1-coefmin)/(wmin-wmax)**2)*     &
459                             (max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1)))-wmax)**2 &
460                              +coefmin)
[2079]461            ELSE IF (max(abs(wrad(ig,l)),abs(wrad(ig,l+1))).gt. wmax ) THEN
[2160]462               detrain(ig,l)=coefmin
[2079]463            ELSE
[2160]464               detrain(ig,l)=coefmin
[2079]465            ENDIF
466          ENDDO ! DO l=1,nlayer
467        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
468       
469        !! **********************************************************************
470        !! 4.2 Calculation of the tendencies of the detrainment
471        DO ig=1,ngrid
472          DO l=1,nlayer
[2160]473            dqdet_stormdust_mass(ig,l)=-detrain(ig,l)*zq_stormdust_mass(ig,l) &
[1974]474                                                        /ptimestep
[2160]475            dqdet_stormdust_number(ig,l)=-detrain(ig,l)*zq_stormdust_number(ig,l) &
[1974]476                                                        /ptimestep
[2079]477          ENDDO ! DO l=1,nlayer
478        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
479           
480      ! **********************************************************************
481      ! 5. Final tendencies: vertical transport + detrainment
482      ! **********************************************************************
483        DO ig=1,ngrid
484          DO l=1,nlayer     
485          pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_mass)=dqdet_stormdust_mass(ig,l) &
486                                                 +dqvl_stormdust_mass(ig,l)
487          pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_number)=dqdet_stormdust_number(ig,l) &
488                                                 +dqvl_stormdust_number(ig,l)
489          pdqrds(ig,l,igcm_dust_mass)= -dqdet_stormdust_mass(ig,l) &
490                                       +dqvl_dust_mass(ig,l)
491          pdqrds(ig,l,igcm_dust_number)= -dqdet_stormdust_number(ig,l) &
492                                       +dqvl_dust_number(ig,l)
493          ENDDO ! DO l=1,nlayer
494        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
[1974]495
[2201]496!      ! **********************************************************************
497!      ! 6. To prevent from negative values
498!      ! **********************************************************************
499!        DO ig=1,ngrid
500!          DO l=1,nlayer
501!            IF ((pq(ig,l,igcm_stormdust_mass) &
502!               +pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_mass)*ptimestep .le. 0.) .or. &
503!              (pq(ig,l,igcm_stormdust_number) &
504!               +pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_number)*ptimestep .le. 0.)) THEN
505!               pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_mass)=-pq(ig,l,igcm_stormdust_mass)/ptimestep
506!               pdqrds(ig,l,igcm_stormdust_number)=-pq(ig,l,igcm_stormdust_number)/ptimestep
507!            ENDIF
508!          ENDDO ! nlayer
509!        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
510!
511!        DO ig=1,ngrid
512!          DO l=1,nlayer           
513!            IF ((pq(ig,l,igcm_dust_mass) &
514!               +pdqrds(ig,l,igcm_dust_mass)*ptimestep .le. 0.) .or. &
515!              (pq(ig,l,igcm_dust_number) &
516!               +pdqrds(ig,l,igcm_dust_number)*ptimestep .le. 0.)) THEN
517!               pdqrds(ig,l,igcm_dust_mass)=-pq(ig,l,igcm_dust_mass)/ptimestep
518!               pdqrds(ig,l,igcm_dust_number)=-pq(ig,l,igcm_dust_number)/ptimestep
519!            ENDIF
520!          ENDDO ! nlayer
521!        ENDDO ! DO ig=1,ngrid
[2079]522       
523!=======================================================================
524! WRITEDIAGFI
525
[1974]526        call WRITEDIAGFI(ngrid,'lapserate','lapse rate in the storm', &
527           &                        'k/m',3,lapserate)
528        call WRITEDIAGFI(ngrid,'deltahr','extra heating rates', &
529           &                        'K/s',3,deltahr)
530        call writediagfi(ngrid,'scheme','which scheme',&
531                                                   ' ',2,real(scheme))
[2079]532
[1974]533        END SUBROUTINE rocketduststorm
534
[2201]535!======================================================================= 
536! **********************************************************************
537! Subroutine to determine the vertical transport with
538! a Van Leer advection scheme (copied from the sedimentation scheme --> see vlz_fi.F)
539!***********************************************************************
540      SUBROUTINE van_leer(nlay,q,pente_max,masse,w,wq)
[2079]541
[1974]542      IMPLICIT NONE
543
[2201]544!--------------------------------------------------------
545! Input/Output Variables
546!--------------------------------------------------------
547      INTEGER,INTENT(IN) :: nlay       ! number of atmospheric layers
548      REAL,INTENT(IN) ::  masse(nlay)  ! mass of the layer Dp/g
549      REAL,INTENT(IN) :: pente_max     != 2 conseillee
550      REAL,INTENT(INOUT) :: q(nlay)    ! mixing ratio (kg/kg)
551      REAL,INTENT(INOUT) :: w(nlay)    ! atmospheric mass "transferred" at each timestep (kg.m-2)
552      REAL,INTENT(INOUT) :: wq(nlay+1)
553
554!--------------------------------------------------------
555! Local Variables
556!--------------------------------------------------------
557
[1974]558      INTEGER i,l,j,ii
[2079]559      REAL dzq(nlay),dzqw(nlay),adzqw(nlay),dzqmax
560      REAL newmasse
561      REAL sigw, Mtot, MQtot
562      INTEGER m
[1974]563
[2201]564! **********************************************************************
565!  Mixing ratio vertical gradient at the levels
566! **********************************************************************
[1974]567      do l=2,nlay
568            dzqw(l)=q(l-1)-q(l)
569            adzqw(l)=abs(dzqw(l))
570      enddo
571
572      do l=2,nlay-1
573            if(dzqw(l)*dzqw(l+1).gt.0.) then
574                dzq(l)=0.5*(dzqw(l)+dzqw(l+1))
575            else
576                dzq(l)=0.
577            endif
578            dzqmax=pente_max*min(adzqw(l),adzqw(l+1))
579            dzq(l)=sign(min(abs(dzq(l)),dzqmax),dzq(l))
580      enddo
581
582      dzq(1)=0.
583      dzq(nlay)=0.
[2079]584
[2201]585! **********************************************************************
586!  Vertical advection
587! **********************************************************************
[1974]588
[2201]589       !! No flux at the model top:
[1974]590       wq(nlay+1)=0.
591
[2201]592       !! Surface flux up:
[2119]593       if(w(1).lt.0.) wq(1)=0. ! warning : not always valid
[1974]594
[2201]595       do l = 1,nlay-1
[2119]596
[2201]597!      1) Compute wq where w < 0 (up) (UPWARD TRANSPORT)
[2119]598!      ===============================
599
[1974]600         if(w(l+1).le.0)then
601!         Regular scheme (transfered mass < 1 layer)
602!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
603          if(-w(l+1).le.masse(l))then
604            sigw=w(l+1)/masse(l)
605            wq(l+1)=w(l+1)*(q(l)-0.5*(1.+sigw)*dzq(l))
[2201]606!!-------------------------------------------------------
607!          The following part should not be needed in the
608!          case of an integration over subtimesteps
609!!-------------------------------------------------------
[1974]610!         Extended scheme (transfered mass > 1 layer)
611!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
612          else
613             m = l-1
614             Mtot = masse(m+1)
615             MQtot = masse(m+1)*q(m+1)
616             if (m.le.0)goto 77
617             do while(-w(l+1).gt.(Mtot+masse(m)))
618!             do while(-w(l+1).gt.Mtot)
619                m=m-1
620                Mtot = Mtot + masse(m+1)
621                MQtot = MQtot + masse(m+1)*q(m+1)
622                if (m.le.0)goto 77
623             end do
624 77          continue
625
626             if (m.gt.0) then
627                sigw=(w(l+1)+Mtot)/masse(m)
[2079]628                wq(l+1)= -(MQtot + (-w(l+1)-Mtot)*         &
[1974]629                (q(m)-0.5*(1.+sigw)*dzq(m))  )
630             else
631                w(l+1) = -Mtot
632                wq(l+1) = -MQtot
633             end if
[2119]634          endif ! (-w(l+1).le.masse(l))
[1974]635     
[2201]636!      2) Compute wq where w > 0 (down) (DOWNWARD TRANSPORT)     
[1974]637!      ===============================
638
[2119]639         else if(w(l).gt.0.)then
[1974]640
641!         Regular scheme (transfered mass < 1 layer)
642!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
643          if(w(l).le.masse(l))then
644            sigw=w(l)/masse(l)
[2201]645            wq(l)=w(l)*(q(l)+0.5*(1.-sigw)*dzq(l))           
646!!-------------------------------------------------------
647!          The following part should not be needed in the
648!          case of an integration over subtimesteps
649!!-------------------------------------------------------
[1974]650!         Extended scheme (transfered mass > 1 layer)
651!         ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~
652          else
653            m=l
654            Mtot = masse(m)
655            MQtot = masse(m)*q(m)
656            if(m.ge.nlay)goto 88
657            do while(w(l).gt.(Mtot+masse(m+1)))
658                m=m+1
659                Mtot = Mtot + masse(m)
660                MQtot = MQtot + masse(m)*q(m)
661                if(m.ge.nlay)goto 88
662            end do
663 88         continue
664            if (m.lt.nlay) then
665                sigw=(w(l)-Mtot)/masse(m+1)
666                wq(l)=(MQtot + (w(l)-Mtot)* &
667                          (q(m+1)+0.5*(1.-sigw)*dzq(m+1)) )
668            else
669                w(l) = Mtot
670                wq(l) = MQtot
671            end if
[2119]672          end if
[2100]673
[2119]674         end if ! w<0 (up)
[2100]675
[2119]676       enddo ! l = 1,nlay-1
[1974]677       
[2201]678       do l = 1,nlay
[1974]679
[2119]680!         it cannot entrain more than available mass !
681          if ( (wq(l+1)-wq(l)) .lt. -(masse(l)*q(l)) ) then
682            wq(l+1) = wq(l)-masse(l)*q(l)
683          end if
684
[1974]685          q(l)=q(l) +  (wq(l+1)-wq(l))/masse(l)
686
687       enddo
[2079]688       
[2201]689      END SUBROUTINE van_leer
[1974]690
[2079]691!=======================================================================
692! Initialization of the module variables
[1974]693
694       subroutine ini_rocketduststorm_mod(ngrid)
695       
696       implicit none
697       
698       integer, intent(in) :: ngrid
699       
700       allocate(dustliftday(ngrid))
701       
702       end subroutine ini_rocketduststorm_mod
703       
704       subroutine end_rocketduststorm_mod
705       
706       implicit none
707       
708       if (allocated(dustliftday)) deallocate(dustliftday)
709
710       end subroutine end_rocketduststorm_mod       
711     
712      END MODULE rocketduststorm_mod
Note: See TracBrowser for help on using the repository browser.